خواص و کاربردهای فولاد در ریخته‌گری چدن

با توجه به اهمیت استفاده از فلزات مختلف در زندگی بشر، نمی‌توان از کنار مباحث مهم آن به سادگی عبور کرد. یکی از این مباحث ریخته‌گری است که برای اغلب فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرد. ریخته‌گری را می‌توان نخستین تکنولوژی مربوط به فرم‌دهی فلزات دانست که از گذشته‌های دور مورد استفاده قرار می‌گرفته است. امروزه هم استفاده از این روش برای تعیین اشکال موردنیاز فلزات بسیار رایج است. در این مطلب قصد داریم به بررسی کاربردهای فولاد در ریخته‌گری چدن و همچنین تشریح مراحل ریخته‌گری چدن بپردازیم.

با مفهوم ریخته‌گری فلزات بیشتر آشنا شوید

برای درک بهتر کاربردهای فولاد در ریخته‌گری چدن، آشنایی با مفهوم ریخته‌گری ضروری است. ریخته‌گری یکی از تکنولوژی‌های کاربردی در زمینه فرم‌دهی به فلزات است. اساس کار ریخته‌گری از طریق ذوب فلزات و قرار دادن آن روی قالب‌های مدنظر است. ماده مذاب بعد از سرد شدن به شکل موردنظر تغییر فرم می‌دهد. قدمت ریخته‌گری به حدود 7000 سال قبل و تمدن بین‌النهرین برمی‌گردد. برای فرم‌دهی به فلزات مذاب در گذشته از کوره‌های خاک رس استفاده می‌شد. آثار ساخت دست بشر به وسیله ریخته‌گری در بسیاری از مناطق هنوز هم کشف می‌شوند. شاید این سوال ایجاد شود که چه موقعی از روش ریخته‌گری استفاده می‌شود؟ اساسا زمانی از ریخته‌گری استفاده می‌شود که قطعه فلزی از نظر ظاهری نامنظم، توخالی و ... باشد. قطعات فلزی که ابعاد بزرگی دارند هم با استفاده از روش ریخته‌گری در فرم مناسب قرار می‌گیرند. برای فرم‌دهی نهایی قطعه موردنظر از قالب‌های یک یا چند بار مصرف استفاده می‌کنند. جنس قالب‌هایی که برای ریخته‌گری استفاده می‌کنند از نوع فلز، چوب، پلاستیک و ... است. جنس بخش‌های فرم‌دهنده قالب ریخته‌گری هم از جنس ماهیچه ریخته‌گری است.

ریخته‌گری چدن

همانطور که می‌دانید چدن یکی از پرکاربردترین آلیاژهای آهن در صنایع مختلف است. ریخته‌گری چدن باعث ایجاد ویژگی‌های زیادی در این آلیاژ می‌شود که عبارتند از مقاومت بالا، قابلیت شکل‌پذیری، ضدلرزش و ... . برای ریخته‌گری قطعات چدنی، دو روش عمده وجود دارد. این دو روش شامل ریخته‌گری با قالب‌های فوم و ریخته‌گری با استفاده از قالب‌های ماسه‌ای می‌شوند. به طور کلی استفاده از ریخته‌گری چدن، مزایای زیادی دارد که مهم‌ترین آنها به شرح زیر هستند:

• نداشتن محدودیت در شکل ظاهری، ضخامت و ابعاد قطعه تولیدشده
• کاربرد بسیار زیاد در صنایع مختلف
• قابلیت استفاده از ضایعات چدنی در فرایند تولید
• دسترسی به مواد اولیه
• کاهش هزینه‌های تولید قطعات
• مناسب برای تولید قطعات با اشکال ظاهری پیچیده

ریخته‌گری فولاد

فولاد از جمله مهم‌ترین و کاربردی‌ترین فلزات برای صنایع مختلف به شمار می‌رود. در ریخته‌گری فولاد از گریدهای مختلف فولاد استفاده می‌شود. وقتی استفاده از آهن در ریخته‌گری، مقاومت لازم برای قطعه نهایی را فراهم نمی‌کند از ریخته‌گری فولاد استفاده می‌شود. کاربردهای فولاد در ریخته‌گری چدن هم بسیار زیاد است. محصولاتی که با استفاده از ریخته‌گری فولاد تولید می‌شوند در دو دسته سازه‌های تولیدشده با فولاد کربنی و قطعات ریخته‌گری‌شده با فولاد آلیاژی قرار می‌گیرند. برخی از مهم‌ترین سازه‌های تولیدشده با استفاده از ریخته‌گری فولاد، شامل انواع چرخ‌دنده، بدنه و پره پمپ، پرس آهنگری، قطعات ریل راه‌آهن، تجهیزات موردنیاز استخراج از معادن و ... می‌شوند.

ریخته‌گری فولاد درجات سختی خاص خود را دارد. این درجات سختی با توجه به بالاتر بودن نقطه ذوب و میزان انقباض فولاد نسبت به آهن تعیین می‌شوند. برای اینکه قطعه تولیدشده در ریخته‌گری فولاد کیفیت لازم را داشته باشد، باید نکات مربوط به این امر به خوبی رعایت شوند.

آشنایی با روش‌های مخصوص ریخته‌گری چدن

برای اینکه ریخته‌گری چدن به بهترین شکل انجام شود، باید از روش‌های منحصربه‌فرد آن استفاده کرد. کاربردهای فولاد در ریخته‌گری چدن را که کنار بگذاریم، روش‌های زیادی برای این کار وجود دارد که در ادامه به بررسی آنها می‌پردازیم.

1. روش ماسه CO₂ حساس

یکی از روش‌های ریخته‌گری چدن است که برای قالب‌گیری ماسه‌های سیلیسی استفاده می‌شود. چسب‌هایی که برای این روش استفاده می‌شوند از نوع سیلیکات سدیم هستند. کار این چسب‌ها، دمیدن گازهای CO₂ و تولید سیلیس از این طریق است. این کار باعث می‌شود که ذرات ماسه به یکدیگر بچسبند. استفاده از این روش باعث می‌شود که دقت بیشتری به خرج داده شود. همچنین نیاز ریخته‌گری به تراشکاری را هم تا حد زیادی کاهش می‌دهد.

2. روش داکتیل (چدن نشکن محکم)

در این روش به مواد مذاب چدن، مقداری سدیم و منیزیم اضافه می‌شود. استفاده از منیزیم با هدف تغییر ساختار چدن به کروی انجام می‌گیرد. با این کار شکنندگی چدن از بین می‌رود. همچنین باعث افزایش استحکام چدن خواهد شد.

3. روش ماهیچه‌های محافظ

ماهیچه در ریخته‌گری قطعه‌ای است که با قرارگیری در قطعات توخالی، محفظه‌های داخلی اصلی را ایجاد می‌کند. در این روش ماسه‌ها با فشار باد و با حالت دمشی به داخل قالب‌ها تزریق می‌شوند.

بررسی مراحل اصلی ریخته‌گری چدن

در بخش‌های قبلی با روش‌های ریخته‌گری چدن آشنا شدید. همچنین تا حدودی به کاربردهای فولاد در ریخته‌گری چدن اشاره شد. حالا نوبت به بررسی مراحل اصلی ریخته‌گری چدن می‌رسد. در ادامه به تشریح این مراحل خواهیم پرداخت.

1. طراحی قالب‌های ریخته‌گری

یکی از مهم‌ترین مراحل در ریخته‌گری چدن، طراحی قالب‌هاست. قالب‌های ریخته‌گری چدن توسط شرکت‌های تولیدکننده قطعه و با توجه به نیاز دستگاه سی ان سی طراحی و تولید می‌شوند. بعد از تولید قالب موردنظر، قالب دیگری هم ساخته می‌شود که به آن درجه گفته می‌شود. درواقع درجه‌ها قالب‌های فلزی هستند که قالب اصلی درون آنها قرار می‌گیرد.

2. ساخت درجه‌های ریخته‌گری

این مرحله از اهمیت بالایی برخوردار است. همانطور که اشاره کردیم، درجه‌ها دربرگیرنده قالب‌های اصلی هستند. درجه‌ها همچون کلاف فلزی، قالب‌های اصلی را درون خود جای می‌دهند. درجه‌ها در انواع فولادی، آلومینیومی و آهنی وجود دارند.

3. ذوب چدن داکتیل

در این مرحله ضایعات آهن، بلوکی و ... را جمع‌آوری و به داخل کوره هدایت می‌کنند. ضایعات جمع‌آوری شده در دمای بسیار بالا ذوب می‌شوند. دمای ذوب چدن 1200 درجه است. در حین ذوب چدن، سیلیس هم توسط دستگاه به آن اضافه می‌شود.

4. جداسازی قالب‌های ریخته‌گری

مواد مذاب وقتی داخل قالب قرار می‌گیرند، بسیار سفت و سخت می‌شوند. در این مرحله باید مواد مذاب داخل قالب‌ها جدا شوند. عملیات جداسازی از قالب‌ها ممکن است به صورت دستی یا توسط دستگاه‌های مختلف انجام شود. معمولا با استفاده از دستگاه ویبراتور این کار را انجام می‌دهند.

5. پاکسازی قطعه

در مرحله پایانی قطعه آماده‌شده را با استفاده از دستگاه شات بلاست، تمیز و یکنواخت می‌کنند. کاربردهای فولاد در ریخته‌گری چدن در این مرحله نمایان می‌شود.

مقایسه ریخته‌گری فولاد و چدن

با توجه به کاربردهای فولاد در ریخته‌گری چدن، بد نیست نگاهی هم به مقایسه ریخته‌گری این دو ماده داشته باشیم. در ریخته‌گری فولاد نسبت به چدن و آهن، سیالیت پایین‌تری وجود دارد. به همین دلیل پر شدن شکاف، ذوب‌رسانی و ایجاد حفره‌های پیچیده در فولاد کار دشوارتری است.

مذاب فولاد در مقایسه به چدن، واکنش بیشتری به سطوح داخلی قالب نشان می‌دهد. همین موضوع باعث می‌شود که نتیجه معمولا غیرقابل پیش‌بینی باشد.

چدن و فولاد چه شباهت‌هایی با هم دارند؟

اولین وجه تشابه فولاد و چدن این است که هر دو آلیاژهای آهن محسوب می‌شوند. به این معنی که هر دوی آنها با استفاده از آهن خامی که در کوره‌های ذوب آهن قرار دارد تولید شده‌اند. هم چدن و هم فولاد را با استفاده از روی می‌پوشانند. به همین دلیل در برابر رطوبت مقاومت بیشتری نسبت به خود آهن دارند. با توجه به شباهت این دو آلیاژ، کاربردهای فولاد در ریخته‌گری چدن بسیار زیاد است.

چدن و فولاد از نظر ترکیبات تشکیل‌دهنده هم شباهت زیادی به یکدیگر دارند. از مهم‌ترین عناصر مشترک چدن و فولاد می‌توان به فسفر، کربن و منگنز اشاره کرد. در گذشته از چدن بیشتر برای ساخت تجهیزات خیابانی استفاده می‌کردند. از فولاد هم برای ساخت انواع لوله‌ها، قطعات ساختمانی و ... استفاده می‌شد. هم فولاد و هم چدن با توجه به کارایی دسته‌بندی‌های مختلفی دارند.

چدن و فولاد چه تفاوت‌هایی با هم دارند؟

با وجود این که چدن و فولاد هر دو آلیاژهای آهن هستند و شباهت‌های زیادی باهم دارند، اما نمی‌توان از کنار تفاوت‌های این دو آلیاژ نیز به سادگی عبور کرد. کربن در هر دو آلیاژ به عنوان عنصر اصلی وجود دارد. اصلی‌ترین دلیل تفاوت این دو آلیاژ هم در میزان کربن آنهاست. در تقسیم‌بندی‌های مختلفی که برای فلزات در نظر گرفته شده است، می‌توان به این تفاوت فاحش پی برد. میزان کربن در چدن خاکستری و گرافیت فشرده 5/2 درصد، سفید 8/1 تا 6/3 درصد، داکتیل 3 تا 4 درصد، مالیبل 2/2 تا 9/2 درصد است. فولادهای کم کربن هم دارای 05/0 تا 3/0 درصد، کربن متوسط بین 3/0 تا 6/0 درصد و کربن بالا هم بیشتر از 6/0 دارند.

کلام پایانی

در این مطلب به بررسی کاربردهای فولاد در ریخته‌گری چدن پرداختیم. به‌طور کلی ریخته‌گری چدن مراحل خاص خود را دارد. این نوع ریخته‌گری با استفاده از روش‌های خاصی انجام می‌شود. ریخته‌گری یک تکنولوژی بسیار مهم و کاربردی در مورد فلزات است. با استفاده از ریخته‌گری، می‌توان فلزات را به اشکال مختلف تبدیل کرد. به همین دلیل برای طراحی شکل‌های پیچیده فلزات مختلف از روش ریخته‌گری استفاده می‌شود. این روش مزایای بسیار زیادی دارد. به همین دلیل متخصصین این حوزه باید آشنایی کامل با آن داشته باشند.