انقباض در ریخته گری

با سلام خدمت دوستان و همراهان همیشگی پارس بوته. امروز هم با یک مطلب آموزشی دیگر در خدمت شما هستیم. انقباض در ریخته گری (Shrinkage in casting) یکی از چالش‌های مهمی است که در فرآیند تولید قطعات فلزی رخ می‌دهد. این پدیده ناشی از کاهش حجم فلز مذاب هنگام سرد شدن و انجماد است که می‌تواند منجر به ایجاد عیوبی مانند حفره‌های انقباضی، ترک‌ گرم و تخلخل شود.

درک انواع انقباض، عوامل مؤثر بر آن و روش‌های کنترل و جلوگیری از آن، برای بهبود کیفیت قطعات و کاهش ضایعات ضروری است. در این مقاله، به بررسی کامل انقباض در ریخته گری، انواع آن، دلایل بروز و راهکارهای مؤثر برای کاهش این مشکل در فرآیند تولید می‌پردازیم.

انقباض در ریخته گری چیست؟

انقباض در ریخته گری به کاهش حجم فلز مذاب هنگام سرد شدن و انجماد اشاره دارد که می‌تواند منجر به ایجاد عیوبی مانند

• حفره‌های انقباضی
• ترک‌ها
• تخلخل

در قطعه شود. این پدیده به دلیل کمتر بودن حجم مخصوص فلز جامد نسبت به حالت مذاب رخ می‌دهد.

برای جلوگیری از این عیوب

• طراحی دقیق سیستم راهگاهی
• استفاده از آستین‌های بالابر
• کنترل دمای ریخته گری
• انتخاب آلیاژ مناسب

ضروری است. همچنین عواملی مانند سرعت سرد شدن، ابعاد قطعه و خواص قالب نیز بر میزان انقباض در ریخته گری تأثیرگذار هستند. با در نظر گرفتن این نکات و استفاده از روش‌های مناسب، می‌توان کیفیت قطعات ریخته گری را بهبود بخشید و از عیوب ناشی از انقباض جلوگیری کرد.

انواع انقباض در ریخته گری

انقباض در ریخته گری موجب کاهش حجم فلز مذاب هنگام سرد شدن و انجماد می‌شود که می‌تواند منجر به ایجاد عیوبی در قطعه شود. این عیوب به دو دسته تقسیم می‌شوند که عبارتند از:

انقباض روباز

این نوع عیوب در سطح قطعه ظاهر می‌شوند و با چشم غیرمسلح قابل مشاهده هستند. عیوب انقباضی روباز معمولاً به دلیل عدم تغذیه کافی فلز مذاب به بخش‌های مختلف قالب ایجاد می‌شوند. نمونه‌های رایج این عیوب عبارتند از:

• ترک‌ها: این ترک‌ها معمولاً در مراحل پایانی انجماد و در نواحی با تنش بالا ایجاد می‌شوند.
• دره‌ها: حفره‌هایی که به دلیل نرسیدن فلز مذاب به تمام قسمت‌های قالب به وجود می‌آیند.

انقباض رو بسته

این عیوب در داخل قطعه شکل می‌گیرند و با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیستند. برای تشخیص این نوع عیوب از روش‌هایی مانند پرتونگاری با اشعه ایکس یا روش‌های مخرب استفاده می‌شود. نمونه‌های رایج این عیوب شامل:

• حفره‌های انقباضی: این حفره‌ها در نواحی که انجماد به صورت تدریجی و از مرکز به سمت سطح صورت می‌گیرد، ایجاد می‌شوند.
• تخلخل‌های انقباضی: این تخلخل‌ها معمولاً در آلیاژهایی با انقباض زیاد و سرعت سرد شدن بالا به وجود می‌آیند.

عوامل موثر در انقباض ریخته گری

انقباض در ریخته گری می‌تواند منجر به ایجاد عیوبی مانند حفره‌های انقباضی در قطعه شود. برای کاهش این عیوب، شناخت عوامل مؤثر بر انقباض ضروری است:

ترکیب شیمیایی آلیاژ

وجود برخی عناصر آلیاژی و میزان آن‌ها می‌تواند بر میزان انقباض در ریخته گری تأثیرگذار باشد. به‌عنوان مثال در چدن‌ها، معادل کربن بالاتر می‌تواند میزان رسوب گرافیت را افزایش داده و انقباض را کاهش دهد.

دمای ریخته گری

دمای بالاتر ریخته گری می‌تواند زمان بیشتری برای انجماد فراهم کند که ممکن است منجر به افزایش انقباض در ریخته گری شود. کنترل دقیق دمای ریخته گری برای کاهش عیوب انقباضی ضروری است.

طراحی سیستم راهگاهی و تغذیه

طراحی مناسب سیستم راهگاهی و استفاده از تغذیه‌کننده‌ها می‌تواند از ایجاد حفره‌های انقباضی جلوگیری کند. تعداد، اندازه و محل قرارگیری راهگاه‌ها و تغذیه‌کننده‌ها بر کیفیت قطعه تأثیر مستقیم دارند.

سرعت سرد شدن و شرایط انجماد

سرعت سرد شدن بر نحوه انجماد و تشکیل ساختارهای میکروسکوپی تأثیر دارد. سرد شدن سریع ممکن است منجر به ایجاد تنش‌های حرارتی و ترک‌های گرم شود.

طراحی قطعه و یکنواختی ضخامت دیواره‌ها

تفاوت در ضخامت دیواره‌های قطعه می‌تواند منجر به انجماد غیر یکنواخت و ایجاد تنش‌های داخلی شود که احتمال ترک‌خوردگی را افزایش می‌دهد.

سفتی و نوع قالب

سفتی قالب و مواد مورد استفاده در ساخت آن می‌تواند بر میزان انقباض در ریخته گری تأثیرگذار باشد. قالب‌های سفت‌تر ممکن است محدودیت‌هایی در انقباض فلز ایجاد کنند که منجر به تنش‌های داخلی و عیوب می‌شود.

جلوگیری از انقباض ریخته گری

برای جلوگیری از این عیوب انقباض در ریخته گری می‌توان از روش‌های زیر استفاده کرد:

• طراحی بهینه سیستم راهگاهی و تغذیه‌کننده‌ها می‌تواند از ایجاد حفره‌های انقباضی جلوگیری کند. به عنوان مثال استفاده از راهگاه‌های ورودی در صفحات ضخیم‌تر می‌تواند سرعت جریان فلز مذاب را افزایش داده و از انقباض جلوگیری کند.
• حفظ دمای مناسب در حین ریخته گری و خنک‌سازی تدریجی فلز می‌تواند از ایجاد گازها و انقباض جلوگیری کند. دمای ذوب فلز باید در محدوده‌ای قرار گیرد که نه آن‌قدر بالا باشد که باعث انحلال بیش‌ازحد گازها شود و نه آن‌قدر پایین باشد که باعث انقباض زیاد در حین خنک‌سازی گردد.
• استفاده از قالب‌های با سفتی و استحکام مناسب می‌تواند فرآیندهای ریخته گری جامد و پایدار را فراهم کرده و از انقباض جلوگیری کند. قالب‌های سفت و سخت از حرکات غیر ضروری دیواره‌های قالب در حین انجماد ریخته گری جلوگیری می‌کنند.
• طراحی قطعات با دیواره‌های نازک می‌تواند منجر به ناپایداری و تغییر شکل محصولات ریخته گری شود. همچنین دیوارهای نازک می‌توانند دمای گرم ناهموار را در اطراف محفظه ریخته گری پخش کنند که منجر به انقباض می‌شود.
• انتخاب مواد اولیه با خلوص بالا و استفاده از افزودنی‌های مناسب می‌تواند احتمال ایجاد مک را کاهش دهد. مواد ناخالص و فلزاتی که حاوی گازهای محلول هستند، بیشتر در معرض ایجاد مک قرار دارند.

جمع‌ بندی

انقباض در ریخته گری یکی از چالش‌های مهمی است که می‌تواند بر کیفیت نهایی قطعات تأثیر منفی بگذارد. با شناخت انواع انقباض، عوامل مؤثر بر آن و راهکارهای جلوگیری از آن، تولیدکنندگان می‌توانند فرآیند ریخته گری را بهینه کرده و از ایجاد عیوبی مانند ترک‌ها، حفره‌های انقباضی و تخلخل جلوگیری کنند.

طراحی مناسب سیستم راهگاهی، کنترل دمای ریخته گری، استفاده از مواد اولیه باکیفیت و انتخاب قالب‌های مناسب، از جمله راهکارهای کلیدی برای کاهش انقباض هستند. در نهایت بهره‌گیری از تکنولوژی‌های پیشرفته و بهینه‌سازی فرآیندهای ریخته گری، می‌تواند به تولید قطعاتی با کیفیت بالاتر و کاهش ضایعات کمک کند.