ریخته‌گری آهن در قالب ماسه‌ای

ریخته‌گری (به انگلیسی: Casting) فن شکل دادن فلزات و آلیاژها از طریق ذوب، ریختن مذاب در محفظه‌ای به نام قالب و آنگاه سرد کردن و انجماد آن مطابق شکل محفظه قالب می‌باشد. این روش قدیمی‌ترین فرایند شناخته شده برای بدست آوردن شکل مطلوب فلزات است. اولین کوره‌های ریخته‌گری ازخاک رس ساخته می‌شدند و لایه‌هایی از مس و چوب به تناوب در آن چیده می‌شد.

ریخته گری در حوزه‌های متفاوت علم، هنر و فناوری مطرح است. به هر میزان که ریخته‌گری از حیث علمی پیشرفت می‌کند، ولی در عمل هنوز تجربه، سلیقه و هنر قالب ساز و ریخته‌گر است که تضمین کننده تهیه قطعه‌ای سالم و بدون عیب است. این فن از اساسی‌ترین روشهای تولید می‌باشد. به دلیل اینکه بیشتر از ۵۰ درصد از قطعات انواع ماشین آلات به این طریق تهیه می‌شوند. فلزاتی که خاصیت پلاستیک کمی دارند با قطعاتی که دارای اشکال پیچیده هستند، به روش ریخته‌گری شکل داده می‌شوند.

از دیدگاه نوع قالب روش‌های ریخته‌گری به دو دسته تقسیم می‌شوند: ریخته‌گری در قالبهای تکبار (Expendable Molds) و در قالبهای دایمی (Permanent Molds).

اما ریخته‌گری با توجه به تکنولوژی و مجموعه تجهیزاتی که در قالب گیری دخیل هستند شامل موارد زیر می‌شود: ریخته گری در قالب ماسه‌ای، ریخته گری به روش ریژه (قالب‌های فلزی)، ریخته گری در قالب فلزی و با فشار کم، ریخته گری در قالب فلزی و با فشار بالا، دیزاماتیک، ریخته گری دقیق، ریخته گری در قالب‌های کوبشی و غیره. هر یک از موارد فوق دارای کاربردی است، که با توجه به میزان تولید قطعه، کیفیت مورد نظر آن، ابعاد و جنس قالب، از هر یک از این روشها استفاده می‌شود.

 ۱ریخته‌گری در قالب‌های بی بار(Expendable)

• ۲ریخته‌گری در قالب‌های دائمی (Permanent)
• ۳دیگر روشهای ریخته گری
• ۴عیوب ریخته‌گری
• ۵جستارهای وابسته
• ۶منابع

در این دسته روش‌های از قالب‌های موقت استفاده می‌شود. این قالبها پس از یک بار ذوب ریزی از بین می‌روند تا قطعه را بتوان از قالب جدا کرد. پرکاربردترین نوع این قالب‌ها، قالبهای ماسه‌ای است که به تبع به این نوع ریخته گری، ریخته گری در قالب ماسه‌ای (Sand casting)، گفته می‌شود. ماسه‌ها انواع گوناگونی دارند، مانند ماسه‌های سیلیسی، ماسه چراغی، ماسه زیرکونیایی و غیره... در ادامه می توان گفت برای ساخت برخی از قالب از سیلیکات سدیم (آب شیشه) به عنوان چسب استفاده می شود که از گاز co2 برای سفت کردن آن استفاده می شود. همچنین شایان ذکر است در دو روش ریخته گری در قالب گچی (Plaster mold casting) و روش ریخته گری دقیق (Investment Casting) نیز قالب های ریخته گری که به ترتیب از جنس گچ و سرامیک هستند نیز از این فرایند پیروی می کنند.

این نوع ریخته گری در قالبهای فلزی انجام می‌گیرد. منظور از ریخته گری غیر انبساطی ریخته گری در قالبی است که قابلیت انبساط ندارد. این قالب‌ها را قالب‌های دایمی (Permanent Mold) نیز می‌نامند. از ویژگیهای این قالب‌ها می‌توان به بازگرداندن فشار مذاب به خود آن اشاره کرد، که این امر باعث کاهش درصد انقباض و عیوب ناشی از آن می‌شود. همچنین در قالبهای فلزی به دلیل بالا بودن سرعت انتقال حرارت نسبت به قالب‌های ماسه‌ای ساختارهای ریخته گری ریز تر و خواص مکانیکی اغلب بالاتر است. از روشهای ویژه و پر کاربرد این نوع ریخته گری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ریخته‌گری با فشار کم(Low Pressure Die Casting): ریخته‌گری با فشار کم مذاب در قالب فلزی. در این روش مذاب بدون تلاطم و از پایین وارد فضای قالب می‌شود. این روش یکی از پر کاربردترین روشها در تولید قطعات آلومینیومی با خواص مکانیکی بالا است.
• ریخته‌گری با فشار بالا(High Pressure Die Casting): ریخته‌گری با فشار بالای مذاب در قالب فلزی. در این روش مذاب با فشار بالا وارد محفظه قالب می‌شود. در اینجا خواص مکانیکی اهمیت کمتری دارد ولی تعداد تولید بالا بسیار مهم است.

شامل روش‌های زیر:

ریخته گری با قالب ماسه ای: اغلب تولید قطعات ریختگی در ماسه انجام می شود. ریخته گری ماسه (Sand casting)، فرآیندی است که در آن از ماسه برای قالب گیری استفاده می شود. ماسه لازم برای یک تن ریخته گری حدود ۴ تا ۵ تن است. نسبت مصرف ماسه به فلز، بسته به نوع، اندازه قطعه ریختگی و روش قالب گیری، متغیر است. ماسه مورد استفاده در ریخته گری انواع مختلفی دارد كه تحت دو دسته كلی ماسه طبیعی و ماسه ترکیبی ( ماسه دریاچه) می توان آنها را طبقه بندی نمود. این ماسه ها دارای یک ماده نسوز به نام سیلیکا (SiO2) می باشند. دانه های شن باید بقدر کافی کوچک باشند تا بتوان آن ها را متراکم کرد، و در عین حال باید آنقدر درشت باشند تا گازهای تشکیل شده در هنگام ریخته گری از بین منافذ آنها خارج شوند. در قالب های بزرگ تر، از ماسه سبز استفاده می کنند(ترکیبی از ماسه، خاک رس و مقداری آب). در شکل زیر نمایی از روند ریخته گری با قالب ماسه ای در شکل زیر آمده است. 

• ریخته گری در ماسه تر (Green sand casting): ریخته گری در قالب ماسه‌ای خشک نشده.
• ریخته گری در ماسه خشک (Dry sand casting): ریخته گری در قالب ماسه‌ای خشک شده. در این روش، قالب ماسه‌ای در گرمخانه‌ای بادمای حدود ۳۰۰ درجهٔ سانتیگراد به مدت مناسبی قرار داده شده و خشک می‌گردد.
• ریخته گری در قالب رو خشک (Skin-dried mold casting): ریخته گری در آن دسته از قالب‌های ماسه‌ای که سطوح آن ها-اغلب با یک مشعل- تا عمق معینی خشک شده است.
• ریخته گری روباز در ماسه (Open sand casting): ریخته گری در قالب‌های ماسه‌ای بدون لنگهٔ رویی. از این روش در تولید قطعات نا دقیقی که یک سطح تخت دارند استفاده می‌شود.

ریخته گری در حالت نیمه جامد (Semi solid casting): ریخته گری در حالت خمیری.

• ریخته‌گری در گچ
• ریخته گری در قالب گچی (Plaster mold casting): روش ریخته گری با استفاده از قالب‌های ساخته شده از گچ فرنگیو افزودنی‌های دیگر. در تولید قطعاتی با دقت ابعادی کار می‌رود.
• ریخته گری دقیق (Investment Casting): ريخته گري دقيق بنام "ريخته گري با مدلهاي مومي" یا "ريخته گري ظريف" نيز شناخته مي شود. قرون متمادي است كه این نوع ریخته گری برای تهيه قطعات با كيفيت عالی بكار مي رود. در این روش ریخته گری، می توان با استفاده از قالب ها ساخته شده از جنس سرامیک و مواد دیر گداز دیگر، قطعاتی پیچیده با دقت ابعادی بالا و سطوحی صافتر در مقایسه با روش های دیگر تولید کرد.

با توجه به دو فرایند اصلی در ریخته گری شامل جریان سیال و انجماد، عیوب ریخته گری در آن شامل موارد زیر می‌شوند:

عیوب ناشی از جریان سیال: نیامد، جوش سرد، حبس هوا، ورود آخال و سرباره

عیوب ناشی از انجماد: حفرات درشت، حفرات ریز، حفرات گازی، تنش باقی‌مانده، ترک گرم و ترک سرد

قالب ماسه‌ای و حفره شکل دار آن

ریخته‌گری ماسه‌ای که به آن ریخته‌گری قالب ماسه‌ای هم می‌گویند در واقع یک فرایند خاص ریخته گری فلز است که در آن از ماسهبرای قالب‌سازی مواد استفاده می‌شود. همچنین اصطلاح ریخته گری ماسه‌ای نیز برای موادی که با این فرایند ساخته می‌شوند نیز به کار می‌رود. قطعاتی که با روش ریخته‌گری ماسه‌ای ساخته می‌شوند در کارخانه‌های ذوب فلز تولید می‌شوند و می‌توان گفت که ۷۰ درصد تولیدات ریخته‌گری فلزی به روش ریخته‌گری ماسه‌ای است. نسبت مصرف ماسه به فلز، بسته به نوع، اندازه قطعه ریختگی و روش قالب گیری، متغیر است. ماسه مورد استفاده در ریخته گری انواع مختلفی دارد كه تحت دو دسته كلی ماسه طبیعی و ماسه ترکیبی ( ماسه دریاچه) می توان آنها را طبقه بندی نمود. این ماسه ها دارای یک ماده نسوز به نام سیلیکا (SiO2) می باشند. دانه های شن باید بقدر کافی کوچک باشند تا بتوان آن ها را متراکم کرد، و در عین حال باید آنقدر درشت باشند تا گازهای تشکیل شده در هنگام ریخته گری از بین منافذ آنها خارج شوند. در قالب های بزرگ تر، از ماسه سبز استفاده می کنند(ترکیبی از ماسه، خاک رس و مقداری آب).

ریخته گری چیست (CASTING)

ریخته‌گری عبارت از شکل دادن فلزات و آلیاژها از طریق ذوب ، ریختن مذاب در محفظه ای به نام قالب و آنگاه سرد کردن و انجماد آن مطابق شکل محفظه قالب می‌باشد. این روش ، قدیمی‌ترین فرآیند شناخته شده برای بدست آوردن شکل مطلوب فلزات است. اولین کوره‌های ریخته‌گری از خاک رس ساخته شده است که لایه‌هایی از مس و چوب به تناوب در آن چیده می‌شد و برای هوادادن از دم فوتک بزرگی استفاده می‌کردند. بسیاری از قالبهای اولیه نیز از خاک رس ، خاک نسوز ، ماسه و سنگ تهیه می‌شود

  شواهدی در دست است که چینی‌ها در حدود 700 سال قبل از میلاد به ریخته‌گری آهن مبادرت ورزیدند. ولی یافتن قطعات ریخته شده از خرابه‌های شهر حسن‌لو در آذربایجان شرقی نشان دهنده توسعه این فن در 900سال قبل از میلاد در ایران بوده است

  ریخته‌گری هم علم است و هم فن ، هم هنر است و هم صنعت. به میزانی که ریخته‌گری از حیث علمی پیشرفت می‌کند، ولی در عمل هنوز تجربه ، سلیقه و هنر قالب‌ساز و ریخته‌گر است که تضمین‌کننده تهیه قطعه ای سالم و بدون عیب می‌باشد. این فن از اساسی‌ترین روشهای تولید است، زیرا حدود 50 درصد وزنی کل قطعات ماشین‌آلات به این طریقه ساخته می‌شوند.

  برای ریخته‌گری ، از فولاد و چدن‌ها (فلزات آهنی) ، برنزها ، برنج‌ها ، آلیاژهای آلومینیم و منیزیم و آلیاژهای منیزیم و روی (فلزات غیر آهنی) به‌عنوان مهمترین فلزات ریخته‌گری استفاده می‌شود. معمولا روشهای ریخته‌گری را به نام ماده سازنده قالب اسم‌گذاری می‌کنند، مانند ریخته‌گری در ماسه که جنس قالب آن ، ماسه است.