شرح کتاب:

اصول ریخته‌گری فلزات

مولفین:

دکتر امیر عابدی

    عضو هیات علمی، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی

دکتر پیروز مرعشی

    عضو هیات علمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

مهندس مسیح رضائی

    دانشجوی دکتری، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

مهندس مجید چیت‌ساززاده

    دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس

فهرست مطالب:

پیشگفتار مولفین

مقدمه           1

فصل1
1-1- ريخته‌گري چيست؟        3
١-٢- مروري بر صنعت ريخته‌گري       9
١-٣- تعريف مساله‌ی ريختگي       10
١-٤- طراحي و توليد قالب      12
١-٥- ذوب، تصفيه و ريختن فلز مذاب      14

فصل2
2-1- مقدمه      15
2-2 انجماد فلزات خالص    15
٢-٣- جوانه‌زني و رشد در آلياژها    19
2-4- انجماد قطعات ريختگي واقعي     29
٢ 5 اثرات مواد قالب و ترکيب شيميايي آلياژ بر الگوي انجماد     38
2-6- سرعت انجماد     45
پرسش‌هاي فصل2    49

فصل3
3-1- اصول كلي     53
٣-٢- معيارهاي مورد نیاز برای تعیین اندازه‌ي تغذیه     57
3-٣- نمودارهاي تغذيه براي فولاد (محاسبه‌ي ابعاد تغذيه)    67
3-٤- روش آزمايشگاه تحقيقات نيروی دريايی برای محاسبه‌ي تغذيه    70
٣-٥- روش‌های مدرن در طراحی تغذیه     77
3-٦- فاصله‌ي تغذيه‌گذاري     79
3-٧- اثرات ديگر مقاطع و طرح‌هاي پيچيده     90
٣-٨- انواع تغذيه     93
3-٩- اثر مبرد‌ها     98
3-١٠- كاربرد اصول تغذيه‌گذاري در قطعات ريختگي پيچيده    103
3-١١- تغذيه‌گذاري چدن خاكستري    103
3-١٢- تغذيه‌ي برنج، آلومينيم و منيزيم    106
پرسش‌هاي فصل3   108

فصل4
4-1- مقدمه    111
4-2- قانون تداوم    112
4-3- رابطه‌ي برنولي    114
4-4- سيستم راهگاهي عمودي    116
4-5- اثرات جذب گاز     117
4-6- اجتناب از جذب گاز    118
4-7- سيستم‌هاي راهگاهي از كف    122
4-8- عملكرد سيستم راهگاهي افقي    124
4-9- اثرات جذب گاز در نقاطي كه جريان مذاب تغيير جهت مي‌دهد    124
4-10- قطعات ريختگي صفحه‌اي شكل    127
4-11- قطعات ريختگي حجيم و پيچيده    131
4-12- قالب‌هاي خوشه‌اي    132
4-13- سيستم دنباله‌ي راهبار    133
پرسش‌هاي فصل4     137

فصل5
5-1- مقدمه     141
5-2- اندازه‌گيري سياليت    142
5-3- روش مارپيچ سياليت ريخته‌گري در ماسه    143
5-4- منحني‌هاي معمول سياليت    145
5-5- اثر تركيب شيميايي مذاب    146
5-6- داده‌هاي لوله‌ي خلاء    148
5-7- خلاصه‌ي داده‌هاي مارپيچ و لوله‌ي خلا    151
5-8- كاربرد داده‌هاي سياليت براي مسايل ريخته‌گري    152
5-9- محاسبه‌ي نقطه‌ي شروع انجماد    153
پرسش‌هاي فصل   5 154

فصل6
6-1- مقدمه    155
6-2- روابط تنش‌ـ‌كرنش به عنوان تابعي از دما    156
6-3- ترك‌هاي گرم: مكانيزم‌ها و شواهد تجربي    160
6-4- ارتباط ترک گرم با ترکیب شیمیایی و دیاگرام فازی    163
6-5- رابطه‌ي ترک گرم با تنش‌هاي قالب و اندرکنش بين مقاطع    168
6-6- ترک‌ها، تنش‌هاي باقيمانده، تنش‌زدايي     172
6-7- بحث کمّي انبساط و انقباض    173
6-8- اندازه‌گيري تنش‌هاي پسماند 174  
6-9- موارد واقعي    177
6-10- کنترل تنش‌هاي پسماند 182  
6-11- تنش‌زدايي    183
6-12- انتخاب سيکل دمايي و زماني براي تنش‌زدايي    189
6-13- ارتباط بين ترک گرم و تنش‌هاي پسماند    193
6-14- جوشکاري    194
6-15- خلاصه    195

فصل7
7-1- مقدمه    197
7-2- قالب‌گیری ماسه‌ي تر    199
7-3- قالب‌گیری ماسه‌ي خشک    203
7-4- قالب‌گیری ماسه ماهیچه    203
7-5- فرآیند CO2 205
7-6- قالب‌گیری پوسته‌ای     207
7-7- ریخته‌گری دقیق    211
7-8- ریخته‌گری گریز از مرکز در قالب دایمی    213
7-9- ریخته‌گری تحت فشار    214
7-10- ريخته‌گري كوبشي    215
7-11- فرآيند مدل فومي فدا شونده    216
7-12- فرآيند Replicast™     219
7-13- ريخته‌گري نيمه‌جامد    220
٧-١٤- ريخته‌گري پيوسته    222
7-15- ريخته‌گري در قالب گچي    224
7-16- ريخته‌گري مجوف يا پوسته‌ريزي    224
7-17- طراحی و تولید مدل    225

فصل8
8-1- مقدمه    229
8-2- مروری بر ساختارهای کریستالی و نیروهای پیوند    230
8-3- ساختارهای سیلیس و سیلیکات    238
8-4- خاک‌ها    242
8-5- پیوند خاک‌رس- آب- سیلیس 244  
8-6- پیوندهای هیدرولیکی    246
8-7- سیلیکات‌های دیگر    248
8-8- پیوندهای آلی    249
8-9- ماسه‌ي تر    250
8-10- ماسه‌ي خشک    255
8-11- ماسه‌ي ماهیچه    256
٨-12- ماسه پوسته‌ای    259
8-13- قالب‌های ریخته‌گری دقیق 259  
8-14- قالب‌های دائمی، ریخته‌گری تحت فشار    260
8-15- واکنش‌های بین فلز مذاب و قالب و مواد بوته 260  
٨-١٥-١- واکنش‌های فصل مشترک قالب- مذاب     260
٨-1٥-٢- واکنش‌های دیرگداز- مذاب    265

فصل9
9-1- مقدمه     269
9-2- انتخاب مواد قالب و فرآيندهاي توليد برای یک طرح مشخص    270
9-3- توازن هزینه‌ها    274
9-4- سیالیت و سیستم راهگاهی    274
9-5- تغذیه‌گذاری 275
9-6- تنش‌ها و عیب‌های داخلی 276
9-7- دلايل ايجاد عيوب معمول در ريخته‌گري    276
9-8- بهینه‌سازی طراحی قطعه‌ي ریختگی    280

فصل10
10-1- مقدمه    289
10-2- گازها در فلزات    290
10-3- هیدروژن       291
10-4- هیدروژن‌زدایی     296
10-5- نیتروژن    298
10-6- گازهای مجتمع CO در فولا   د 306
10-7- گازهای مجتمع در مس و آلیاژهای مس    310
10-8- خلاصه‌ای از کنترل گاز    318
10-9- ذوب در خلاء   319
10-10- آخال‌ها    322
10-11- اثرات تلقیحی افزودنی‌ها به پاتیل.    325

فصل11
11-1- مقدمه    329
11-2- کربن    330
11-3- منگنز     333
11-4- سیلیسیم    336
11-5- فسفر    337
١١-٦- گوگرد    339
١١-٧- آلياژها    341
١١-٨- آلياژهاي پايه نيكل    345
١١-٩- آلياژهاي پايه مس    346
١١-١٠- آلياژهاي پايه آلومينيم    348
١١-١١- آلياژهاي پايه منيزيم    348
١١-١٢ـ آلياژهاي پايه روي    349
فصل1٢
1٢-1- مقدمه    357
١٢-٢- مقايسه‌ي كلي كوره‌هاي ذوب 360  
١٢-٣- كنترل شيميايي در ذوب كوپل     363
١٢-٤- كنترل تركيب شيميايي در كوره‌ي هوايي و كوره‌ي دمشي 368  
١٢-٥- كنترل شيميايي در ذوب قوسي    370
١٢-٦- كنترل تركيب شيميايي در كوره‌هاي القايي 374  
١٢-٧- كنورتور    375
١٢-٨- فرآيندهاي دوگانه و سه‌گانه    376  
١٢-٩- كوره‌هاي ذوب فلزات غير‌آهني 376  

فصل1٣
١٣-٢- مروري بر واحدها    383
١٣-٣- قانون گازها 384  
١٣-٤- موازنه‌ي جرم و انرژي (قانون اول ترموديناميك)    386
١٣-٥- كاربرد تلفيقي قانون اول و دوم ترموديناميك    396
١٣-٦- تعادل گاز- مذاب    405
١٣-٧- تعادلات سرباره-مذاب    409
١٣-٨- محاسبات تلفيقي نمودار فازي و ثابت تعادل    410

فصل١٤
14-1- چرا شبيه‌سازي؟    413
14-2- شبيه‌سازي انجماد و انتقال حرارت    415
14-3- شبيه‌سازي پرشدن قالب    419
14-4- خصوصيات مورد نياز نرم‌افزارهاي شبيه‌سازي    420
14-5- محدوديت‌هاي شبيه‌سازي    420
14-6- معرفي چند نرم‌افزار شبيه‌سازي ريخته‌گري    421

 

پيش‌گفتار مولفين

امروزه علم با چنان سرعتي رشد مي‌كند كه با چشم بر هم نهادني اطلاعات و دانش بشري معادل چندين سال در هزاره‌هاي گذشته، افزايش مي‌يابد. گفته مي‌شود كه %90 علم امروز بشر تنها در صد سال اخير به وجود آمده است، اين امر نشان‌دهنده‌ي سرعت رشد بشر مي‌باشد. در اين روند تكاملي همزمان با رشد بشر، سرعت رشد نيز افزايش مي‌يابد. در مقايسه شايد بتوان گفت كه در ابتدا بشر با پاي پياده راه مي‌پيموده و با افزايش دانش توانسته است چرخ را اختراع و با اين وسيله سرعت حركت خود را نيز افزايش دهد. با افزايش دانش بشر، موتور اختراع شد و سرعت باز هم افزايش يافت، در ادامه با اختراع اتومبيل، هواپيما و جت، به تدريج ضمن افزايش دانش بشري، وسيله‌ي حركت نيز سريع‌تر شده است. همين روند در ارتباط با وسايل آموزشي و پژوهشي وجود دارد. در حال حاضر ميزان تحقيقات علمي در يک مدت مشخص به مراتب بيش‌تر از ميزان آن در ساليان قبل است.

تکنولوژي ريخته‌گري نيز از اين روند مستثني نيست. ريخته‌گري به معناي تهيه‌ي مذاب فلزات و ريختن آن در قالب، يكي از قديمي‌ترين روش‌هاي توليد مي‌باشد. در بين روش‌هاي ذوب و قالب‌گيري اوليه‌ي عصر مفرغ با روش‌هاي مدرن تفاوت‌هاي اساسي زيادي وجود دارد ولي در تمام موارد فرآيند ريخته‌گري ناميده مي‌شود. در گذشته‌هاي دور، ابزار كشاورزي و شكار كه از دقت بالايي برخوردار نبود، در قالب‌هايي كه از سنگ تراشيده شده بود، ريخته‌گري مي‌شد اما امروزه روش‌هاي قالب‌گيري متعددي براي رسيدن به دقت ابعادي بيش‌تر ابداع و به كار گرفته شده است. امروزه براي توليد انبوه قطعات از روش‌هاي اتوماتيك قالب‌گيري استفاده مي‌شود. در قديم امكان توليد چنين تعدادي اساسا وجود نداشت. دقت در ترکيب شيميايي مذاب و انواع آلياژهاي فلزي جزو نكاتي است كه در مقايسه با روش‌هاي جديد و قديم ريخته‌گري مشاهده مي‌شود. در واقع به جز ذوب كردن و ريختن در قالب، شباهت ديگري بين روش‌هاي جديد و قديم نمي‌يابيد. بسياري از جزئيات كه در هر روش‌ جديد وجود دارد، دنيايي از مطالب و مفاهيم علمي و تكنولوژيكي را در خود دارند كه در قديم بشر از داشتن اين اطلاعات بي‌بهره بوده و نيازي نيز به آن‌ها نداشته است. به هر حال، اصل موضوع ثابت باقي مانده و فروع و جزئيات و شاخه‌هاي آن به صورت متغير در مسير پيشرفت جهان پيشرفت كرده است. بايد به اين نکته توجه کرد که تنها با دانستن اصول و تسلط به روش‌هاي قديمي، در جهان مدرن امروز و در روند پر سرعت صنعت نمي‌توان باقي ماند. اگر چه دانستن اصول لازم است، اما تسلط به جزئيات روش‌هاي جديد و اجراي آن‌ها، لازمه‌ي بقا و پيشرفت است.

خوب است كه بدانيد علي‌رغم ابداع تكنولوژي‌هاي ديگر توليد قطعات، هنوز روش‌هاي ريخته‌گري كاربردهاي خود را در صنايع مختلف و حتي صنايع با تكنولوژي بالاي امروزي دارا هستند و اگر چه بسياري از روش‌هاي قديمي ريخته‌گري منسوخ شده است، اما روش‌هاي ديگري براي پاسخگويي به نيازهاي جديد ابداع شده و حوزه‌اي از فعاليت‌ها و كاربردهاي جديد را در دنياي مدرن به خود اختصاص داده است. براي مثال به چند نمونه از اين روش‌ها و كاربردها اشاره مي‌كنيم:

در حال حاضر، متداول‌ترين و بهترين روش توليد پرّه‌هاي مورد استفاده در توربين‌هاي گازي كه موتور محرك هواپيماها هستند، روش ريخته‌گري است. تنها از طريق ريخته‌گري امكان توليد شكل پيچيده‌ي اين قطعات وجود دارد، ضمن اين که روش ديگري براي شكل‌دهي به آلياژهاي پرّه‌هاي مذکور كه بايستي در دماي بالا استحكام خود را حفظ كنند، وجود ندارد. گاهي اوقات با روش‌هاي خاص ريخته‌گري و کنترل انجماد اين قطعات، ممكن است قيمت يك پرّه به وزن حدود چند كيلوگرم، با قيمت يک خودروي سواري که با وزن بالاتر از يک تن و داراي اجزاي گوناگون، يكسان باشد. درصد بالايي از اين قيمت مربوط به تكنولوژي ريخته‌گري اين قطعات مي‌باشد.

مثال ديگر مربوط به ريخته‌گري شمش‌هاي تك‌بلوري سيليسيمي مي‌باشد كه اين شمش‌ها ماده‌ي اوليه‌ي ساخت ترانزيستورها و IC ها هستند. با برش بسيار نازك و ظريف اين شمش‌هاي تک‌بلور و ايجاد طرح مدارهاي الكتريكي بر روي آن‌ها، ترانزيستورها و IC ها ساخته مي‌شوند. براي توليد اين شمش‌ها، ابتدا سيليسيم ذوب شده و در قالب‌هاي استوانه‌اي شكل ريخته مي‌شود. براي ايجاد ساختار تك‌بلور، قالب استوانه‌اي حاوي مذاب به تدريج از كف سرد مي‌شود. سرعت سرد کردن به قدري آهسته است که فرآيند توليد يك شمش چند دسي‌متري چند روز به طول مي‌انجامد.

كتاب حاضر در پی ارايه‌ي اصول پايه‌اي مشترك در بيش‌تر روش‌هاي ريخته‌گري و انجماد فلزات مي‌باشد و سعي بر آن دارد تا شناخت كلي از ريخته‌گري ارايه كند. اين كتاب شامل 14 فصل است. فصل اول شامل مقدمه‌اي بر ريخته‌گري و تعاريف اوليه است. در فصل دوم در مورد اصول انجماد مواد بحث مي‌شود. در فصل‌هاي سوم و چهارم به ترتيب در مورد تغذيه‌گذاري و سيستم‌هاي راه‌گاهي صحبت شده است. در فصل پنجم توضيحاتي در مورد مباحث تئوري و تكنولوژيكي سياليت مذاب ارايه شده است. فصل ششم شامل مباحث مربوط به روابط تنش‌ـ‌كرنش در قطعات ريختگي مي‌باشد. در فصل‌هاي هفتم، هشتم و نهم، در مورد روش‌هاي مختلف ساخت قالب و مدل، مواد مورد استفاده در ساخت آن‌ها و نيز روش‌هاي بهينه‌سازي طراحي قالب‌ها بحث شده است. فصل دهم شامل مباحثي در مورد گازها در فرآيند ريخته‌گري و تاثير آن‌ها بر محصول نهايي است. در فصل يازدهم مباحثي در رابطه با كنترل تركيب شيميايي قطعات ريختگي مطرح شده است. در فصل دوازدهم در مورد نحوه‌ي انتخاب فرآيند مناسب ريخته‌گري بحث شده است. فصل سيزدهم شامل بحثي اجمالي در مورد محاسبات متالورژيكي موجود در مذاب است. در فصل چهاردهم به صورت مختصر اشاره‌اي به روش‌هاي شبيه‌سازي فرآيندهاي ريخته‌گري شده است. در انتهاي كتاب، بخشي جهت معرفي برخي كتاب‌هاي موجود مرتبط در زمينه‌هاي مختلف ريخته‌گري ارايه شده است.

در اين جا بر خود لازم مي‌دانيم از تمامي كساني كه در هر چه بهتر شدن اين اثر ما را ياري نموده‌اند، به ويژه جناب آقاي دكتر محمد حسين ميرباقري، عضو محترم هيات علمي دانشگاه صنعتي اميركبير كه كتاب را به دقت مطالعه نموده و ما را از نظرات ارزشمند خود بهره‌مند ساختند، سپاسگزاري نماييم.

در پايان، از متخصصين و دانشجويان گرامي تقاضا دارد در جهت تكميل كتاب حاضر ما را از نقطه نظرات خود آگاه نمايند.

پاييز ١٣٨٧

این کتاب از انتشارات دانشگاه شهید رجایی می باشد که بزودی توزیع خواهد شد.

برای اطلاعات بیشتر و تهیه کتاب می توانید با معاونت پژوهشی دانشگاه تماس حاصل نمایید.

تلفن دانشگاه 22970060 الی 65 میباشد.