ریخته گری نیمه جامد

با سلام خدمت دوستان و همراهان همیشگی پارس بوته. امروز هم با یک مطلب آموزشی دیگر در خدمت شما هستیم. ریخته گری نیمه جامد (Semi-solid casting) نوعی دیگر از روش‌های ریخته گری است که در آن برای تولید قطعات از فرآیندی تحت فشار نیروی خارجی استفاده می‌شود.

از این روش می‌توان برای ریخته گری فلزات غیرآهنی مانند مس، آلومینیوم و منیزیم استفاده کرد. این روش از ریخته گری ترکیبی از مزایای فرآیندهای ریخته گری و آهنگری است که خاصیت سیالی آن با نام تیکسوتروپی شناخته می‌شود. برای درک بهتر مفهوم ریخته گری نیمه جامد و انواع آن در ادامه مطلب با ما همراه باشید.

ریخته گری نیمه جامد چیست

ریخته گری نیمه جامد (Semi-Solid Casting) یکی از روش‌های پیشرفته تولید قطعات فلزی است که در آن عملیات ریخته گری فلزات در دمایی بین نقطه ذوب لیکوئیدوس و انجماد سالیدوس انجام می‌شود.

فلز در این حالت به صورت مخلوطی از حالت‌های جامد و مذاب (حدود 30 تا 66 درصد جامد) با ویسکوزیته‌ای کم و قابل کنترل قرار می‌گیرد. این فرآیند امکان تولید قطعاتی با دیواره‌های نازک، تلورانس‌های دقیق و کیفیت سطوح بالا را فراهم می‌کند و مزایای زیادی از جمله کاهش تخلخل، کاهش انقباض و قابلیت انجام عملیات حرارتی دارد.

برای این فرآیند از چهار تکنیک به نام‌های تیکسوکستینگ، تیکسوملدینگ، رئوکستینگ و SIMA استفاده می‌شود که هر یک مزایا و معایب خاص خود را دارد. به عنوان مثال تیکسوکستینگ برای تولید قطعات با کیفیت و رئوکستینگ برای کاهش هزینه‌های مواد اولیه مناسب است.

ریخته گری نیمه‌ جامد از دهه ۱۹۷۰ به عنوان یک فناوری نوین آغاز شد و در دهه ۱۹۹۰ با توسعه تکنیک‌های تیکسوپلاستیک و رئولوژیک پیشرفت کرده است.

در دهه‌های اخیر این فناوری به طور گسترده‌ای در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفته که بهبودی خوبی در زمینه دقت و کیفیت قطعات تولیدی به همراه داشته است. از پژوهشگران سرشناس فعال در این زمینه که به پیشرفت این روش کمک کرده‌اند می‌توان به ژاک کورتس و رابرت لارسون اشاره کرد.

مزایای ریخته گری نیمه جامد

ریخته گری نیمه جامد یک فرآیند پیشرفته است که به دلایل مختلف مورد توجه قرار می‌گیرد. این روش امکان تولید قطعاتی که نیاز به دقت بالا و سطوح با کیفیت دارند را فراهم می‌کند. از مهم‌ترین مزایای این فرآیند می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تولید قطعات با کیفیت بالا

استفاده از ریخته گری نیمه جامد باعث کاهش تخلخل و بهبود خواص مکانیکی می‌شود و در نهایت منجر به تولید قطعاتی با استحکام و دقت بالا می‌گردد.

• کاهش انقباض و جداسازی

وجود حالت جامد در فلز نیمه مذاب موجب کاهش پیدا کردن انقباض و جداسازی مواد از هم و امکان تولید قطعات با دیواره‌های نازک و تلورانس‌های دقیق‌تر را فراهم می‌کند.

• کاهش هزینه‌های تولید

به صرفه بودن فرآیند ریخته گری نیمه جامد به دلیل نیاز به فشار و دمای کمتر در مقایسه با روش‌های سنتی و کمتر بودن سایش قالب‌ها که افزایش عمر مفید آن‌ها را به دنبال دارد.

• امکان تولید آلیاژهای خاص

این روش امکان تولید آلیاژهایی که پایه آن آهن و فلزات با نقطه ذوب بالا است را فراهم می‌کند که امکان دارد در روش‌های دیگر انجام این فرآیندها دشوار باشد.

انواع ریخته گری نیمه جامد

ریخته گری نیمه جامد شامل چندین روش عملیاتی است که هرکدام از این روش‌ها ویژگی و کاربرد مخصوص به خود را دارد. تیکسوکستینگ، رئوکستینگ و تیکسومولدینگ سه نوع از روش‌های ریخته گری نیمه جامد می‌باشد که در ادامه به بررسی بیشتر ویژگی‌ها و کاربردهای این فرآیندها می‌پردازیم.

تیکسوکستینگ

یکی از روش‌های ریخته گری نیمه جامد تیکسوکستینگ است که از آن برای بهره بردن از ویژگی‌های منحصر به فرد فلزات و آلیاژها در حالت نیمه جامد استفاده می‌کنند. در این فرآیند آلیاژهایی مانند آلومینیوم و منیزیم تا دمایی که درصدی از آن جامد و مایع باشد را گرم می‌کنند.

برای مشخص شدن حالت نیمه جامد فلزات از وسیله‌ای به نام تیکسوتروپی استفاده می‌شود. این وسیله به این صورت مشخص می‌کند که ماده در حالت استاتیک یا ثابت باید جامد باشد و در صورت تحریک آن باید به حالت مایع خود را نشان دهد.

دوغاب نیمه جامد با استفاده از سیستم تحت فشار و با تلاطمی کمتر از روش‌های سنتی در زمان انجام فرآیند به قالب تزریق می‌شود.

این روش موجب کم شدن معایبی مانند تخلخل و افزایش خواص مکانیکی شده و در تولید قطعات با ابعاد دقیق و کیفیتی بالا موثر است. همچنین در تولید قطعات سبک و مستحکم موثر بوده و در صنایعی مانند خودروسازی و الکترونیک کاربرد دارد.

رئوکستینگ

از دیگر فرآیندهای ریخته گری نیمه جامد رئوکستینگ است که در آن ابتدا فلز یا آلیاژ را ذوب می‌کنند و سپس به آرامی آن را سرد می‌کنند.

در فرآیند انجماد فلزات زمانی که به حالت دوغاب نیمه جامد می‌رسند، مواد به قالب تزریق می‌کنند تا آماده تولید قطعات مختلف شود. این روش نیاز به کنترل دقیق دما در زمان سرد شدن دارد تا برای تولید قطعات باکیفیت در زمان مناسب به قالب تزریق شود.

تیکسومولدینگ

تیکسومولدینگ یک فرآیند ریخته گری است که در آن آلیاژها در حالت نیمه جامد و مشابه به جریان مایع است. البته دمای آن کمتر از دمای ذوب فلزات بوده و مواد ساختار جامد خود را حفظ می‌کنند. بنابراین با تزریق مواد به درون قالب می‌توان قطعاتی با هندسه‌های پیچیده و باکیفیت را تولید کرد.

مزایای استفاده از تیکسومولدینگ شامل وزن کمتر نسبت به آلیاژهای آلومینیوم و فولاد، قابلیت بازیافت بهتر و ویژگی‌های حرارتی و مکانیکی مناسب است.

این فرآیند به خصوص در تولید قطعاتی که نیاز به وزن سبک و استحکام بالا دارند مانند قطعات خودرویی و الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته در این روش محدودیت تولید قطعات بزرگ نسبت به دیگر روش‌ها وجود دارد.

سخن پایانی

ریخته گری نیمه‌ جامد با روش‌های نوین خود مانند تیکسوکستینگ، رئوکستینگ و تیکسومولدینگ تحول عظیمی در صنعت تولید قطعات فلزی به وجود آورده است. ریخته گری نیمه جامد به دلیل قابلیت‌های ویژه‌اش در تولید قطعاتی که نیاز به دقت بالا دارند و همچنین تولید قطعات باکیفیت شناخته می‌شود.

علاوه‌براین در زمان تولید به کاهش هزینه‌ها کمک قابل توجهی می‌کند. وجود ویژگی‌هایی مانند استحکام بالا، کاهش ضایعات و دقت فوق‌العاده، استفاده از این روش را به انتخابی ایده‌آل برای صنایع مختلف تبدیل کرده است.

در نهایت می‌توان ریخته گری نیمه‌ جامد به عنوان یک فناوری پیشرفته برای بالا بردن کیفیت محصولات و بهینه‌سازی فرآیندهای تولید معرفی کرد که نقش مهمی در آینده صنعت تولید خواهد داشت.