هدف

چدن نشكن
اين چدن بعد از جنگ جهاني دوم وارد صنعت شد و با توجه به خواص خوب مكانيكي كه داشت كاربرد هاي مهمي در صنعت پيدا كرد و به علت كاربرد بالاي آن و استحكام خوب آن رفته رفته جاي فولاد را گرفت .
دلايل جايگزيني چدن نشكن به جاي فولاد :
1- در اين چدن ها عمدتا گرافيت به صورت كروي و با ضمينه پرليتي بوده و برخلاف چدن ماليبل اين نوع چدن ها قابليت چكشخواري و انعطاف پذيري بالايي دارند .
2- در مقايسه با چدن هاي ماليبل اين نوع چدن ها نياز به سيكل عمليات حرارتي ندارند لذا از لحاظ اقتصادي مقرورن به صرفه تر مي باشند همچنين با اضافه كردن عناصر آلياژي در ضمن ذوب ريزي گرافيت هاي ورقه اي به گرافيت هاي كروي تبديل مي شود . در تركيب شيميايي اين چدن ها حدود 0.03 درصد تا 0.05 درصد منيزيم وجود داشته و مقدار گوگرد موجود در اين چدن ها كمتر از 0.01 درصد مي باشد
طرز تهيه و ريخته گري اين نوع چدن ها مشابه چدنها خاكستري مي باشد با اين تفاوت كه در فرآيند ذوب ريزي با استفاده از عناصر آلياژي نظير منيزيم ، گرافيت ورقه اي تبديل به گرافيت كروي مي شود .
نكته : مقدار انبساط مذاب چدن نشكن از چدن خاكستري بيشتر بوده و به همين دليل در ريخته گري آن تغذيه هاي كوچكتري به كار مي رود و همچنين در بعضي موارد بدون تغذيه نيز مي توان ريخته گري را انجام داد .
انواع كوره هاي جهت توليد چدن داكتيل (نشكن ):
كوره كوپل و كوره هاي شعله اي و كوره هاي الكتريكي را مي توان جهت توليد چدن نشكن استفاده كرد :
1- كوره كوپل : در روش كوره كوپل چون نياز است كه مقدار گوگرد را كاهش دهيم و ديگر اين كه كوره كوپل يكي از روش هايي مي باشد كه به علت استفاده از زغال سنگ بيشترين گوگرد را در مذاب ايجاد مي نمايد لذا بايد گوگرد زدايي را قبل از كروي كردن گرافيت ها انجام داد.
مزاياي كوره كوپل :
الف:كاهش قيمت تمام شده ذوب و عمليات ذوب :دوبله كردن كوره كوپل : در اين روش ابتدا مذاب تهيه شده در كوره هاي كوپل مقرون به صرفه مي باشد اما به علت بالا بودن ميزان گوگرد يك مرحله گوگرد زدايي و يك مرحله اضافه كردن كربن در صورت كم بودن ميزان كربن انجام مي شود سپس مذاب را داخل كوره القايي ريخته و مذاب را از نظر تركيبات شيميايي كنترل مي كنند
مواد شارژ براي تهيه چدن نشكن در كوره هاي القايي
معمولا موادي مانند شمش چدن – قراضه فولاد – فرو آلياژ ها – آهن اسفنجي – برگشتي هاي چدن نشكن – در كوره هاي القايي به عنوان شارژ استفاده مي كنند .
شمش چدن : اين شمش معمولا تفاوت هاي با شمش چدن خاكستري داشته . معمولا در تهيه چدن خاكستري از شمش كوره بلند استفاده مي شود كه معمولا داراي گوگرد تقريبا زيادي مي باشد . شمش چدن جهت تهيه چدن داكتيل معمولا داراي درصد گوگرد پايين تري نسبت به شمش چدن هاي خاكستري مي باشد كه اين درصد معمولا كمتر از 0.02 درصد مي باشد اين شمش معمولا به شكل سوزن برزيلي و سوري كانادايي ريخته مي شود در اين شمش هاي معمولا منيزيم به عنوان عنصر تلقيحي استفاده مي شود و درصد گوگرد را پايين در نظر مي گيرند تا از تلفات منيزيم جلوگيري شود .
قراضه فولاد : به علت وجود گوگرد كم در توليد چدن هاي داكتيل كاربرد اين نوع چدن ها در صنعت بين 40 تا 50 درصد مي باشد و عيب آن بالا بودن نقطه ذوب و كربن آن مي باشد كه جهت صرفه جويي درانرژي قراضه ها را قبل از ريخته گري پيش گرم مي كنند
آهن اسفنجي : محصول كوره هاي غير مستقيم بوده كه از آن در صنعت بين 10 الي 15 درصد استفاده مي كنند و علت استفاده آن كاهش قيمت تمام شده آن مي باشد . و عيب كلي آن افزايش درجه حرارت و افزايش مصرف مواد نسوز مي باشد
برگشتي ها : اين نوع مواد در صنعت در حدود 30 درصد در شارژ كوره استفاده مي شود
فرو آلياژ ها : عموما اين نوع مواد شامل فرو سيليكوم منيزيم و فرو سيليس مي باشندكه در اين مواد فروسليكوم منيزيم به عنوان ماده كروي كننده استفاده مي شود و فرو سيليسيم به عنوان ماده جوانه زا استفاده مي شود .
مزايا فرو آلياژ ها :
1- عموما از تلفات عناصر آلياژي جلوگيري مي كنند .
2- فرو سيليس باعث افزايش سياليت مذاب مي شود .و جلوگيري از تشكيل كاربيد مي شود .
3- باعث افزايش جوانه زايي مي شود .
تهيه و اماده نمودن مذاب كه شامل سه مرحله مي باشد .
1- كنترل درجه حرارت
2- كنترل تركيب شيميايي
3- اضافه نمودن مواد كروي كننده
1- كنترل درجه حرارت : درجه حرارت بالاي مذاب باعث حذف مواد پايدار كننده گرافيت مي شود وتاثير تلقيح را كاهش مي دهد از طرفي درجه حرارت پايين باعث كاهش سياليت مذاب مي شود . درجه حرارت معمولا براي تهيه مذاب در چدن هاي نشكن در حدود دامنه دمايي 1450 تا 1560 مي باشد كه انتخاب درجه حرارت بستگي به حجم مذاب و روش كروي سازي و مقدار مواد كروي كننده دارد .
2- كنترل تركيب شيميايي : گوگرد باعث تلفات مواد كروي كننده مي شود و از طرفي باعث پايداري فاز كاربيد مي باشد اگر درصد گوگرد بالا باشد قبل از اضافه كردن مواد كروي كننده گوگرد زدايي انجام مي شود در اين حالت گوگرد زدا بايد در پاتيل بازي و توسط مواد گوگرد زدا (كاربيد كلسيم CaO2 سياناميد كلسيم CaN2O2 –NaCH – Na2Ca5- CaO-CaCO3)مي باشد .

براي انجام بهتر عمليات گوگرد زدايي دو مورد را بايد رعايت كرد .
1- تماس مواد گوگرد زدا با مذاب بايد حداكثر ممكن باشد .
2- زمان فعل و انفعال : اگر زمان گوگرد زدايي طولاني باشد باعث ورود مجدد گوگرد از سرباره به مذاب مي شود لذا پس از گوگرد زدايي بايد سريعا عمليات سرباره گيري و پاتيل به پاتيل انجام شود .
عناصر كروي كننده : كه اين مواد شامل منيزيم، سريم و منيزيم تزريق شده به كك مي باشد . منيزيم داراي نقطه ذوب 620 درجه سانتيگراد مي باشد كه اين عنصر در درجه حرارت 1100 درجه تبخير مي شود كه در اين درجه فشار داخلي منيزيم به بيشترين حد خود مي رسد . كه پس از اضافه كردن به مذاب باعث پاشش مذاب مي شود لذا براي اضافه كردن منزيم از آلياژ ها و آميژن هاي منيزيم استفاده مي شود قابل توجه است كه منيزيم مي تواند به دو شكل استفاده مي شود.
1- منيزيم فلزي : در مواقعي استفاده مي شود كه در مواقعي استفاده مي شود كه حجم مذاب كم باشد .
اين مواد را مي توان به اشكال پودر منيزيم – شمش منيزيم و قراضه منيزيم به همراه آهن و بريكتهاي منيزيم فشرده استفاده كرد .
2- آلياژ هاي منيزيم :كه عمدتا به دو گروه تقسيم مي شوند .
الف : الياژ هاي نيكل منيزيم : نيكل به علت خاصيت پرليت زايي باعث افزايش خواص مكانيكي چدن مي شود كه تنها محدوديت استفاد ه ان در صنعت قيمت تمام شده بالاي آن مي باشد آلياژ هاي مختلف نيكل منيزيم عبارتند از آلياژ 50 درصد نيكل 30 درصد سيليسيم و 20 درصد منيزيم – 85 درصد نيكل 15 منيزيم – 70 درصد نيكل 30 منيزيم -95 نيكل 5درصد منيزيم بايد توجه داشت كه به علت آن كه نيكل داراي قيمت بالايي مي باشد معمولا به جاي نيكل از عناصر مشابه آن ( مس ) براي آلياژ سازي استفاده مي كنند .
نكته : معمولا از آلياژ نيكل منيزيم در روش هاي ساندويچي و پاتيل سرباز استفاده مي كنند .
ب- آلياژ هاي منيزيم سيلسيم آهن ( فروسيليكم منزيم ):
اين نوع آلياژ هاي در مقايسه با آلياژ هاي نيكل ارزان تر بوده همچنين سيليس موجود در اين آلياژ ها مي تواند به عنوان عنصر تلقيح در مذ اب عمل كند علاوه بر آن اين آلياژ تاثير كروي سازي شديد دارد لذا اين عنصر در صنعت بيشتر به كار مي رود و تركيب شيميايي آن 5 درصد منيزيم و 45 درصد سيلسيم و 50 درصد آهن مي باشد .
2- روش منيزيم تزريق شده در كك : اين روش كمتر مورد استفاده قرار مي گيرد و علت آن گوگرد زياد موجود در كك مي باشد و اين امر باعث مي شود كه ميزان مصرف منيزيم در اين روش افزايش پيدا كند .
3- سريم : درجه حرارت تبخير اين عنصر 3000 درجه سانتيگراد بنابراين مشكلات منيزمي را در كروي سازي ندارد اما به علت آن كه عنصري كمياب مي باشد د ر صنعت كمتر مورد استفاده قرار مي گيرد و عموما از آن در مواردي خاص همراه منيزيم استفاده مي كنند .
روش افزايش مو اد كروي كنند ه :
روش پاتيل سرباز : در اين روش مواد كروي كننده در كف پاتيل قرار گرفته و مذاب روي اين مواد ريخته مي شود . در اين روش چون مذاب روي منيزيم ريخته مي شود و تماس مستقيم مذاب با منيزيم برقرار مي شود لذا ميزان بازيابي منيزيم در مذاب پايين مي باشد كه ميزان بازيابي را در اين روش مي توان بين 20 تا 25 درصد تخمين زد.
نكته : در كليه روش هاي تلقيح در پاتيل بايد نسبت ارتفاع پاتيل به قطر را رعايت كرد كه اين نسبت 3 به 1 مي باشد . (H<3D)
2- روش ساندويچي : در اين روش ارتفاع 3 برابر قطر مي باشد با اين تفاوت كه در قسمت كف پاتيل محفظه اي را تعبيه كرده اند كه مواد كروي كننده در اين محفظه قرار مي گيرند سپس به وسيله پوششي از ماسه ( فروسليس- ماسه – ورق فولادي ) پوشش داده مي شود . سپس مذاب را به داخل پاتيل ريخته و در صورتي كه از پوشش ماسه اي استفاده شود ماسه را شكانده و مواد با مذاب واكنش ايجاد مي كند اما در صورتي كه از ورقه اي فولادي استفاده شود ورقه ذوب مي شود و مواد منيزيم با مذاب واكنش ايجاد مي كند و همچنين اگر با فر وسيليس انجام شود بازدهي بالا رفته و مزيت هايي در بردارد كه علاوه بر فروسيليسيم منيزيم عمل جوانه زايي نيز انجام مي شود كه ميزان بازيابي در اين روش را مي توان بين 45 تا 40 درصد تخمين زد مزيت ديگري كه اين روش به همراه دارد اين مي باشد كه به علت ريختن مذاب بر روي فروسيليس منيزيم و همچنين به علت خروج كامل اكسيژن تلفات منيزيم به شدت كاهش پيدا مي كند . همچنين به علت دانسيته پايين منيزيم و حضور آن در كف پاتيل پس از ريختن مذاب ، منيزيم به طرف بالا حركت كرده و تلقيح به طور كامل انجام مي شود .
3- روش قوطه وري :
در اين روش مواد كروي كننده داخل محفظه از جنس گرافيت جاسازي شده و هنگامي كه پاتيل از مذاب پر شده محفظه داخل پاتيل مي شو د كه ميزان بازيابي منيزيم در اين روش 50 تا 55 درصد مي باشد . كه معمولا درجه حرارت ريخته گري را در اين روش 1560 درجه در نظر گرفته همچينن افت درجه حرارت در اين روش 50 درجه سانتيگراد مي باشد .

4- روش كنورتر گردان :
در اين روش بعد از جاسازي مواد كروي كننده در داخل كنورتر، كنورتر تا حدود 90 درجه چرخانده شده تا مواد كروي كننده با مذاب تماس برقرار كنند كه ميزان بازيابي در اين روش را مي توان تا حدود 60 در صد تخمين زد .
5- روش پودر منيزيم :
در روش پودر منيزيم در داخل محفظه اي همراه با گاز خنثي از كف در داخل پاتيل تزريق مي شود
6- درون قالبي (اينمولت ):
بازيابي منيزيم در اين روش در حدود 100 درصد مي باشد كه مدت زمان بين تلقيح مذاب و تخليه مذاب در حداقل ممكن مي باشد كه هر چه اين زمان كمتر باشد كروي سازي بيشتر و يكنواخت تر مي شود در اين روش مواد كروي كننده در داخل سيستم راهگاهي قرار گرفته و ضمن عبور مذاب از داخل سيستم راهگاهي عمل كروي سازي انجام مي شود .
مزاياي روش اينمولت :
1- بالا بودن ميزان بازيابي منيزيم تا حدود 100 درصد
2- توليد قطعات با سطح مقطع نازك
3- برطرف شدن خطرات زيست محيطي
4- كاهش مراحل توليد
5- افزايش خواص مكانيكي قطعه
6- تسهيل در شرايط اتوماسيون
معايب روش اينمولت :
1- امكان ورود ناخالصي ها به محفظه قالب در صورت طراحي غلط سيستم راهگاهي
2- نياز به طراحي دقيق و درست سيستم راهگاهي كه منجر به افزايش روش توليد مي شود .
3- نياز به استفاده از آلياژ مناسب
پديده ميرايي :
هر چه فاصله زماني بين اضافه كردن مواد كروي كننده و ذوب ريزي افزايش پيدا كند ميزان تاثير اين مواد كاهش پيدا مي كند همچنين ميزان بازيابي اين مواد كاهش مي يابد .
طراحي سيستم راهگاهي :
طراحي سيستم راهگاهي براي چدن نشكن شامل دو مرحله مي باشد .
1- طراحي محفظه فعل و انفعالات . 2- طراحي راهگاه
1- طراحي محفظه فعل و انفعالات كه شامل ويژگي هايي به شرح زير مي باشد .
الف : جريان مذاب بايد به صورت يكنواخت با سطح مواد كروي كننده در تماس باشد .
ب: از حمل مواد كروي كننده به داخل محفظه قالب جلوگيري كند.

محاسبات سيستم راهگاهي :
------------------------------------------------------------------------------
A= سطح محفظه فعل و انفعالات -----------------------------------------------------
t= زمان ذوب ريزي
w= وزن يك قطعه + وزن سيستم راهگاهي به ازاي يك قطعه + وزن تغذيه به ازاي يك قطعه
T= حداقل ضخامت يك قطعه -------------------------------------------------------
m= وزن مذاب
=دانسيته مواد كروي كننده v= حجم مواد كروي كننده ------------------------------
H= ارتفاع محفظه قالب ------------------------------------------------------------
h =ارتفاع مواد كروي كننده -------------------------------------------------------
t= زمان باريزي
H= ارتفاع موثر -----------------------------------------------------------------
P= ارتفاع قطعه در درجه بالا
ZC= ارتفاع كل قطعه -------------------------------------------------------------

فاكتورهاي موثر در انتخاب روش كروي كننده:
1- اگر حجم طولي زياد باشد از روش مخصوص براي كروي كردن استفاده مي شود .
2- درجه حرارت توليد اگر زياد باشد از روشهايي استفاده مي شود كه داراي حداقل دما باشد.
3- قيمت تمام شده
4- شرايط زيست محيطي: روش هايي مانند اينمول حداقل آسيب هاي زيست محيطي را دارد
5- مواد شارژ : اگر مواد شارژ داراي ميزان گوگرد بيشتري باشند بايد از روش هايي استفاده شود كه كروي سازي راحت تر انجام شود.
6- محدوديتهاي فيزيكي
7- مدت زمان ريخته گري
تلقيح مذاب چدن داكتيل:
مواد تلقيحي در چدن داكتيل باعث افزايش تعداد هسته ها در واحد سطح شده و لذا توزيع گرافيت كروي را بيشتر و يكنواخت تر مي كند كه نسبتا خواص مكانيكي افزايش پيدا مي كند.
مواد تلقيحي در چدن داكتيل:
اين مواد شامل فروسليس – گرافيت- آلومينيوم- زيركنيم مي باشد.
نكته: در روش اينمولت كمتر عمليات تلقيح انجام مي شود.
به طور كلي تلقيح در چدن داكتيل مهم تر از چدن خاكستري است زيرا در چدن داكتيل گرافيت كروي بوده اما گرافيت در چدن خاكستري گرافيت ورقه اي مي باشد به همين دليل سرعت ورود مواد تلقيحي در چدن داكتيل كمتر از چدن خاكستري است به همين دليل نياز به هسته هاي بيشتري در تلقيح داكتيل است.
روش هاي تلقيح:
1- تلقيح در جريان ذوب ريزي
2- قرار دادن مواد تلقيحي روي سطح قالب و انجام سيستم ارتعاشي
كنترل خط توليد چدن نشكن:
1- كنترل مواد شارژ كوره
2- كنترل عمليات افزايش منيزيم و كنترل تلقيح و كروي سازي و جوانه زايي
3- كنترل تاثير گذشت زمان
4- كنترل ساختار متالوگرافي
5- كنترل خواص متالوگرافي
1- كنترل مواد شارژ كوره :
شامل :
1) حذف مواد غير آهني از مواد شارژ
2) حذف قطعات ياتاقان كه اين قطعات به دليل به همراه داشتن سرب باعث پوك شدن گرافيتها در چدن داكتيل مي شود.
3) حذف قطعات سربي و يا سرب اندود شده و يا گالوانيزه شده
4) كنترل خشك بودن مواد شارژ و چرب نبودن اين مواد ( اين امر به دليل جلوگيري از ايجاد تلاطم در مذاب و كاهش تلفات آن مي باشد)
5) خشك بودن پوشش كوره
6) جدا كردن قطعات زنگ زده يا اكسيد شده كه باعث افزايش انحلال اكسيژن شده و اين امر باعث افزايش تلفات منيزيم مي شود كه براي رفع اكسيد ها و چربي ها مواد شارژ را قبل از ذوب 300 تا 400درجه پيشگرم مي كنند
2- كنترل عمليات افزايش منيزيم و عمليات جوانه زايي
1) كنترل تركيب شيميايي گوگرد و عناصر مضر (در اين مرحله بايد حداقل باشد معمولا براي كنترل تركيب شيميايي از دستگاه هايي نظير كوانتومتر –اكسترومتري – اكستروفوتومتري و اتميك ابزوروشين و اشترلاين استفاده مي شود كه امروزه عموما از كوانتومتر در صنعت استفاده مي شود
2) كنترل درجه حرارت : درجه حرارت افزايش منيزيم 1380 تا 1450 درجه است براي كنترل درجه حرارت نيز مي توان از انواع ترموكوپل ها و پيرومتر ها استفاده كرد
نكته: پيرومتر:دستگاهي است كه با استفاده از آن اشعه مي تواند بدون تماس با مذاب اعلام دما كند . كه از طريق رنگ آلياژ درجه حرارت را تعيين مي كند
3) بازيابي مواد منيزيم دار :
منيزيمي كه به مذاب اضافه مي شود عموما به چهار طريق استفاده مي شود
1- اكسيد مي شود
2- بخار مي شود
3- سولفيد مي شود
4- و باقي مانده منيزيم (ريوان شده ) باعث كروي شدن گرافيت ها مي شود كه مقدار منيزيمي كه توسط مذاب مصرف شده را منيزيم ريوان شده يا سولفيد شده مي نامند
Mg rc : درصد منيزيم ريوان شده
S a: ميزان گوگرد بعد از اضافه كردن منيزيم
S r: مقدار گوگرد قبل از اضافه كردن منيزيم
معمولا در چدن هاي نشكن چون ميزان گوگرد زير 0.2% ميباشد Mg s در صورت انجام گوگرد زدايي صفر منظور مي شود
4) انتخاب روش افزايش مواد منيزيم دار
5) كنترل شكل هندسي پاتيل كه ارتفاع پاتيل بايد 3 برابر قطر آن باشد تا از تلفات منيزيم جلوگيري شود .
4- كنترل ساختار متالوگرافي :
كه در انتهاي خط توليد نمونه اي جهت عمليات پوليش و متالوگرافي ريخته مي شود و تحت ميكروسكوپ نوري عمليات ريز ساختار انجام مي شود
5-كنترل خواص مكانيكي :
به اين جهت از آزمايشگاهي نظير سختي سنجي تست كرنش . ... استفاده مي شود كه تست كشش براي واحد هاي كوچك استفاده مي شود ولي در آزمايشگاههاي بزرگ تست سختي سنج تست براده برداري و زنگ دار بودن قطعه نيز استفاده مي شود
نكته :تست براده برداري : در چدن هاي نشكن هر چه طول براده بيشتر باشد خاصيت نشكن شدن قطعه بيشتر مي شود .
تست زنگدار بودن : كه هر چه صدا خفه تر باشد چدن نشكن تر است
مباني طراحي سيستم هاي راهگاهي درچدن نشكن :
وظايف سيستم راهگاهي :
1- انتقال مذاب از بوته به داخل محفظه قالب با حداكثرسرعت ممكن
2- حركت مذاب در داخل سيستم راهگاهي با حداقل اختشاش و تلاطم
3- ورود مذاب به داخل محفظه قالب بايد به گونه اي باشد كه سرد ترين قسمت مذاب در دورترين منطقه قالب از نظر ورود مذاب قرار بگيرد و نيز گرم ترين قسمت مذاب در داخل سيستم راهگاهي باشد
4- ابعاد سيستم راهگاهي بايد به گونه اي طراحي شود كه ضمن اين كه مذاب محفظه قالب را به صورت كامل پر مي كند حداقل ميزان برگشتي را در سيستم راهگاهي داشته باشد
عيوب ايجاد شده در طراحي غلط سيستم راهگاهي
1- وارد شدن ماسه شلاكه و ناخالصي ها به داخل محفظه قالب
2- كاهش كيفيت سطحي قطعه توليدي
3- جذب گاز در مذاب و ايجاد مك هاي گازي
4- اكسيد شدن بيش از حد مذاب
5- ايجاد حفرات انقباضي در قطعات توليدي
6- پرنشدن كامل قالب( نيامد كردن )
7- وارد شدن ذرات از پيش جامد شده به داخل محفظه قالب
براي طراحي سيستم راهگاهي از دو قانون در علم فيزيك استفاده مي شود
1- قانون بقاي انرژي(قانون برنولي) :كه رابطه برنولي از آن استخراج شده است كه بيان مي كند كه مقدار انرژي در يك سيستم بسته همواره ثابت مي باشد كه انرژي هاي موجود در اين سيستم را مي توان به طريق زير معرفي كرد
Ep=انرژي وزن مذاب مايع (انرژي پتانسيل)(mgh) انرژي وزن مايعي كه در ارتفاع از كف قرار دارد)
EK = انرژي جنبشي
h=ارتفاع بر حسب متر
P= نيروي اعمالي اتمسفر
E= انرژي جنبشي
V= سرعت حركت مذاب
V 2= سرعت حركت سيال از راهگاه خروجي
2- قانون تداوم :
اين قانون بيان مي كند كه مقدار حجم مايع در حال جريان از هر مقطع در واحد زمان ثابت است
R 1= دبي
در اين حالت اگر دبي خروجي مذاب را R2 نشان دهيم و همچنين R2را جريان ورودي مذاب به اخل قالب ناميم
A 2 سطح مقطع راهگاه بارريز
R1 دبي خروجي مذاب
R2: جريان ورودي مذاب به داخل قالب
h1: ارتفاع راهگاه بارريز
h2: ارتفاع كل سيستم راهگاهي
h3: ارتفاع ريختن مذاب تا حوضچه پاي راهگاه
A2 سطح مقطع ريختن مذاب
محاسبات سيستم راهگاهي
1- تعيين نسبت سيستم راهگاهي :
كه شامل الف : سيستم راهگاهي فشاري ب: سيستم راهگاهي غير فشاري ‍ج: سيستم راهگاهي تركيبي مي باشد .
الف : سيستم راهگاهي فشاري : در اين سيستم بايد سطح مقطع از طرف راهگاه بارريز به سمت قطعه كاهش مي يابد و مذاب با فشار وارد محفظه قالب مي گردد .
مزايا :
1- راهگاه بلافاصله از مذاب پر مي شود
2- حجم مذاب جامد شده در سيستم راهگاهي حداقل است و باعث بالارفتن راندمان سيستم راهگاهي مي شود
3- جريان مذاب به داخل محفظه قالب يكنواخت تر وارد مي شود
معايب :
1- اين سيستم باعث ايجاد تلاطم و اختشاش در داخل سيستم راهگاهي مي شود كه اين امر موجب ايجاد مك و حفرات گازي و نيز ماسه شويي در داخل سيستم مي شود
ب:سيستم راهگاهي غير فشاري : مزيت اين نوع سيستم ايجاد حداقل تلاطم و اختشاش در مذاب است و معايب آن عبارت است از 1- غير يكنواخت بودن ورود مذاب از راهگاه هاي فرعي 2- افزايش وزن سيستم راهگاهي كه در اين نوع سيستم بايد هميشه داخل راهگاه پر از مذاب باشد
نكته : در آلياژ هاي آهني از فشاري و غير آهني از غير فشاري استفاده مي شود
اجزاي سيستم راهگاهي :
1- حوضچه بار ريز
2- راهگاه بارريز
3- حوضچه پاي راهگاه
4- كانال هاي اصلي و فرعي
5- منافض هوا دهي
1- حوضچه بارريز : براي كنترل سرعت بارريزي و كاهش فشار ورودي به داخل محفظه قالب و سيستم راهگاهي استفاده مي شود معمولا در چدن ريزي و فولاد ريزي به شكل ذوزنقه اي شكل مي باشد.
علت استفاده از اين نوع جمع آوري سرباره در سطح مذاب مي باشد و كنترل سرعت بارريزي
2- راهگاه بارريز : كه هدايت مذاب از قيف بارريز به راهگاه اصلي به عهده دارد اگر قطعه ابعاد بزرگي داشته باشد ممكن از دو يا چند راهگاه بارريز نيز به شكل همزمان استفاده مي شود و سطح مقطع اين نوع راهگاه ها معمولا مستطيل شكل مي باشد اما در بعضي موارد از سطح مقطع دايره اي نيز استفاده مي شود براي محاسبه ي نسبت راهگاه بارريز بايد قطر راهگاه ورودي و خروجي داشته باشيم .
تغذيه گذاري فشاري : اساس اين روش تغذيه گذاري بر مبناي استفاده از فشار مذاب در مرحله ي انبساط مذاب به علت رسوب گرافيت مي باشد
فاكتور هاي موثر در تغذيه گذاري فشاري:
1- مواد قالب گيري : كه بايد استحكام كافي داشته باشند تا هنگام انبساط مذاب تغيير ابعادي در محفظه قالب به وجود نيايد .
2- تغذيه گذاري فشاري براي قطعاتي استفاده مي شود كه مدول حجمي 0.4 تا 2.5 داشته باشند
موارد عملي براي طراحي تغذيه فشاري :
1- مدول بزرگترين قسمت قطعات را به دست بياوريم اگر بين 0.4تا 2.5 باشد از اين روش استفاده مي كنيم
2- تعيين مدول تغذيه قطعه :
3- به دست آوردن مدول گردن تغذيه
4- به دست آوردن حجم موثر تغديه
5- به دست آوردن ارتفاع درجه با توجه به حجم تغذيه و ارتفاع بين 1 تا 1.5 به دست مي آيد
با استفاده از نمودار ضخامتي از تغذيه كه در مجاورت مواد قالب گيري منجمد شده را به دست مي آوريم
قطر تغذيه در مرحله 5 معادله دو برابر ضخامت منجمد شده اضافه مي كنيم
تغذيه به قسمت ضخيم تر تغذيه گرم و اگر بزرگ باشد از تغذيه گرم استفاده مي كنيم .
اگر از تغذيه كور استفاده مي شود بايد تغذيه حتما با اتمسفر محيط در تماس باشد
درجه حرارت ريختن مذاب بايد مقداري باشد كه در محاسبات در نظر گرفته شده است
تغذيه گذاري با استفاده از تحليل فشار :
در اين روش باتوجه به اينكه در روش فشاري نياز به مواد قالبگيري با استحكام بالا مي باشد لذا استفاده از اين مواد باعث افزايش قيمت توليد مي گردد لذا از روش تقليل فشار استفاده مي شود در اين روش كاهش فشار انبساطي مانع از تغيير ابعاد محفظه قالب مي شود در اين روش فشار از يك مقدار ماكسيمم كه استحكام مواد قالبگيري مي باشد بالاتر نمي رود از طرفي فشار preimi نيز كمتر از انبساط مذاب در فاصله ي انجماد جهت انقباض استفاده مي شود به اين ترتيب كه با وارد شدن مذاب و پرشدن محفظه قالب و تغذيه و سرد شدن مذاب از حالت فوق ذوب سطح مذاب در داخل قطعه افت مي كند اين كاهش حجم توسط تغذيه جبران مي شود با سرد شدن بيشتر قطعه و شروع انجماد و رسوب گرافيت در حين انجماد مذاب منبسط مي شود كه اين عمل باعث برگشت مذاب به تغذيه مي شود از طرفي تغذيه مورد استفاده عموما از نوع كور يا بسته مي باشد فشار داخل محفظه قالب را در حد فاصل pminو pman نگه مي دارند تا ضمن جلوگيري از ايجاد مك هاي انقباضي باعث تغيير فرم محفظه قالب نشود
مراحل تغذيه گذاري به روش تقليل فشار :
تغيين مدول موثر قطعه : در اين روش مدول موثر قسمتي از قطعه مي باشد كه بيشترين مدول را دارد
تعيين استحكام محفظه قالب
تعيين و ارزيابي كيفيت متالوژيكي مذاب هر چه كيفيت متالوژيكي مذاب بيشتر رسوب مذاب بيشتر و فشار نيز بيشتر مي شود
به طور كلي عناصر گرافيت زا باعث افزايش كيفيت متالوژيكي مي شوند و عناصر كاربيد زا باعث كاهش كيفيت متالوژيكي مذاب مي شود استفاده از كوره هاي الكتريكي باعث افزايش كيفيت متالوژيكي مذاب مي شود و نگه داشتن مذاب دردرجه جرارت هاي بالا باعث افزايش تلفات عناصر آلياژي و كاهش كيفيت متالوژيكي مذاب مي شود مواد شارژ مورد استفاده هر چه داراي مقداري برگشتي بيشتر مي باشند افزايش كيفيت متالوژيكي مي شود
2- تلقيح چدن : تلقيح چدن نيز باعث افزايش تعداد هسته ها و جوانه ها – افزايش گرافيت زايي و لذا افزايش كيفيت متالوژيكي مي شود
3- تعيين مدول گردن تغذيه: كه مدول گردن برابر است با مدول موثر Mn=4.MS مدول تغذيه را محاسبه مي كنيم Mr=1.2Mn
محاسبه حجم تغذيه :
H=7.5Mr و كه D=5Mr
نكته : حتما قسمي از تغذيه بايد در درجه بالايي باشد و تقريبا حجم تغذيه اي كه در درجه بالا قرار مي گيرد بين 3 تا 5 برابر مي باشد .
شكل تغذيه : معمولا از تغذيه كور و بسته استفاده مي شود تا از تلفات حرارتي تا حد ممكن جلوگيري شود
شكل قسمت فوقاني نمي تواند به شكل گنبدي باشد شكل فوقاني تغذيه بايد داراي زائده اي به جهت كنترل حرارت در تغذيه باشد
روش سوم : ا ستفاده از تغذيه : در مورد قطعاتي استفاده مي شود كه مدول آن ها بيشتر از 25 باشد مدول قطعه در اين روش بالا بوده و كيفيت متالوژيكي بالا مي باشد و درجه حرارت ذوب ريزي كمتر از 1400 درجه سانتيگراد مي باشد و سرعت بارريزي بالا مي باشد
نكته:درجه حرارت مدول قطعه را كمتر از 1400 مي گيرند چون دراين روش انبساط ناشي از مذاب كار تغذيه را انجام مي دهد و چون مدول زياد مي باشد انتقال حرارت كم بوده و رسوب دهي زياد مي شود .
گلوگاه راهگاه فرعي در اين روش بدون تغذيه راهگاه فرعي و گلوگاه آن طوري طراحي مي شود كه مذاب به محض وارد شدن به سيستم راهگاهي و پركردن سيستم قالب منجمد شود تا مذاب برگشت نكند در اين حالت طول و عرض راهگاه 4 برابر ضخامت مي باشد