واکنش پذیری شیمیایی و فیزیکی فلز مذاب با محیط اطراف و قالب ، کاهش سیالیت آن در اثر تبادل حرارتی با سطوح قالب و شستن جداره قالب به هنگام جریان آن در قالب، همگی بر این واقعیت مهم و اساسی تأکید دارند که دستیابی به یک قطعه ریختگی سالم ، مستلزم کنترل و هدایت مناسب جریان مذاب در قالب تا تکمیل شدن انجماد آن می باشد . از این رو ، چگونگی ورود مذاب به محفظه قالب و جریان آن در مجراهای که به محفظه قالب منتهی می شوند ، در ریخته گری ، از اهمیت زیادی بر خوردار هستند . به طور کلی مجموعه راههایی که مذاب برای ورود به محفظه قالب ، از آنها عبور می کند به سیستم راهگاهی موسومند.

وظایف سیستم راهگاهی
با توجه به نکات یاد شده ، وظایف یک سیستم راهگاهی صحیح را به طور کلی می توان بدین شرح ذکر کرد :
1. تنظیم سرعت و جهت جریان مذاب به گونهای که پُر شدن کامل قالب قبل از انجماد تضمین گردد .
2. ایجاد جریانی آرام و یکنواخت با حداقل آشفتگی و تلاطم در قالب ، به منظور جلوگییری از جذب شدن هوا ، اکسید شدن فلز مذاب و شستن جداره قالب .
3. ایجاد شیب دمایی مناسب از قطعه به تغذیه و در مواردی که از تغذیه استفاده نمی شود ، از قطعه به طرف مجرای ورود مذاب به قالب .
4. جلوگیری از ورود آخالها ، اکسیدهای سر باره ای ، ذرات و مواد قالب از طریق کنترل تلاطم و آشفتگی مذاب و یا با استفاده از مواد و روشهای تکنیکی از قبیل استفاده از صافیها ، رویه گیری ، فشار گیرها و ....
5. اقتصادی بودن از نظر راندمان ریختگی و نیز هزینه های تمیز کاری

انواع سیستم راهگاهی
یكی از شرایط لازم برای رسیدن به یک سیستم راهگاهی مناسب درنظر گرفتن نسبت صحیح راهگاهی است. نسبت راهگاهی در اصطلاح ریخته گری عبارتست از نسبت سطح مقطع راهگاه بارریز(As) به سطح مقطع راهگاه اصلی (Ar) به مجموع سطوح مقاطع راهگاههای فرعی Ag)) و یا به اختصار : As:Ar:Ag این نسبت بر حسب نوع ذوب و نوع قطعه ریختگی تعیین می شود ولی بطور كلی تمام نسبت های ممكن را می توان در دو گروه كلی جای داد:

سیستم فشاری (Pressurized gating system)
در این سیستم مجموع سطوح مقاطع راهگاهی فرعی كمتر از سطوح مقطع راهگاهی بارریز است. برای مثال نسبت های 2:1.5:1 نشان دهنده سیستم فشاری می باشد زیرا در چنین حالتی همواره فشاری در پشت مذاب در حال جریان موجود خواهد بود.

سیستم غیر فشاری(Non-Pressurized gating system)
در این سیستم مجموع سطوح مقطع راهگاهی فرعی از سطح مقطع راهگاه بارریز بشتر بوده و درنتیجه فشار مذاب در راهگاه بارریز گرفته شده و مذاب به آرامی وارد محفظه قالب می گردد نسبت های 3 : 3 : 1 مثالی از یك سیستم فشاری را بیان می كنند.

اجزای سیستم راهگاهی
یک سیستم راهگاهی به طور کلی می تواند دارای اجزای زیر می باشد :
1 - حوضچه (قیف ) بالای راهگاه بارریز
2- راهگاه بارریز ( لوله راهگاه )
3- حوضچه پای راهگاه بارریز
4- کانالهای اصلی (راهبار) و فرعی (راهباره)

حوضچه (قیف ) بالای راهگاه بارریز
از نکات اساسی در ارتباط با حوضچه های بالای راهگاه بارریز آن است که این حوضچه ها باید در طول عمل بارریزی ، همواره پُر نگه داشته شوند : زیرا این امر موجب می شود تا اولاً ، شلاکه و مواد ناخالصی که معمولاً سبکتر از مذاب هستند بر روی سطح مذاب موجود در حوضچه جمع شوند و در نتیجه به داخل محفظه قالب راه پیدا نکنند. ثانیاً ، پر نگه داشتن حوضچه از مذاب ، ضمن ایجاد جریان مناسبی از مذاب با فشار استاتیکی معین در داخل سیستم راهگاهی ، از جذب شدن هوا و ورود آن به قالب نیز جلوگیری می کند . در بعضی موارد ، بویژه در مورد فلزات و آلیاژهای غیر آهنی ، برای اینکه عمل تنظیم سرعت جریان مذاب ، جلوگیری از ورود شلاکه و مواد ناخواسته به داخل قالب و نیز ایجاد جریانی آرام و با حداقل تلاطم به منظور جلوگیری از ورود هوا به داخل قالب و حفظ نمودن قالب از آسیب ریزش مستقیم مذاب ، به طور مطلوبتری صورت پذیرد ، از حوضچه های موسوم به حوضچه گلابی یا لگنی استفاده می شود .

راهگاه بارریز ( لوله راهگاه)
راهگاه بارریز مجرایی عمودی است که سطح مقطع آن از بالا به طرف پایین کاهش می یابد . این راهگاه از طرف سطح بزرگتر به حوضچه بالای راهگاه بارریز و از طرف سطح کوچکتر به حوضچه دیگری از طریق نام حوضچه پای راهگاه به کانال اصلی یا راهبار متصل می شود . مخروطی شکل بودن به منظور پُر نگه داشتن و در نتیجه جلوگیری از ورود هوا به داخل آن ، لازم است. بدیهی است در صورت انتخاب اشکال استوانه ای برای راهگاه بارریز , حباب هوا می تواند در طول راهگاه حبس شود و باعث ایجاد آشفتگی در مذاب و جذب هوا در آن گردد. حوضچه پای راهگاه بارریز از آنجا که سرعت مذاب در قسمت پایین راهگاه بارریز به بیشترین مقدار خود می رسد و این امر ممکن است تلاطم و آشفتی جریان مذاب را در راهباره و درنتیجه آن , تخریب قالب و جذب هوا را به دنبال داشته باشد , از این رو , برای جلوگیری از این امر , حوضچه ای در انتهای راهگاه بارریز تعبیه می گردد که به آن حوضچه پای راهگاه گفته می شود. بنابر این , با ایجاد حوضچه ی پای راهگاه , از تلاطم مذاب جلوگیری می شود و مذاب با سرعتی مناسب و از طریق راهباره وارد قالب می گردد.

کانالهای اصلی (راهبار) و فرعی (راهباره)
همان طور که قبلاً بیان گردید , مذاب در انتهای راهگاه بارریز دارای سرعت زیادی است که انتقال مستقیم چنین مذابی به درون قالب , تلاطم و آشفتگی جریان و درنتیجه جذب هوا و تخریب سطوح قالب را به دنبال خواهد داشت. عموماً مذاب پس از جاری شدن در راهباراز طریق کانال هایی که از آن منشعب می شوند وارد محفظه قالب می گردد. این کانال های انشعابی به کانال های فرعی یا راهباره موسومند. قابل به ذکر است که معمولاً , راهبار , بعد از آخرین راهباره انشعابی از آن , کمی امتداد پیدا می کند تا بدین وسیله مواد ناخواسته موجود در مذاب و سایر آشفتگیها , به این قسمت انتهایی کشیده شود و از ورود آنها به داخل محفظه ی قالب جلوگیری گردد. این قسمت انتهایی راهبار , کانال ممتد نامیده می شود.

طرح مناسب برای اتصال اجزای سیستم راهگاهی
بنابر مطالب گذشته , یکی از وظایف مهم یک سیستم راهگاهی , ایجاد جریانی آرام و یکنواخت و با حداقل تلاطم و آشفتگی می باشد. با توجه به این موضوع , بدیهی است در صورتی که اجزای مختلف سیستم راهگاهی با گوشه هایی تیز به یکدیگر مرتبط گردند , به دلیل ایجاد تلاطم و آشفتگی در جریان مذاب در اثر تغییر مسیر ناگهانی در محل گوشه ها , جذب هوا و گازهای ایجاد شده در قالب تسهیل می گردد. تغییر مسیر جریان در محل گوشه ها منجربه ایجاد مناطقی با فشار کمتر از فشار اتمسفر می گردد که در نتیجه این امر هوا و گازهای موجود در قالب وارد مذاب می شوند . برای رفع این مشکل باید محل اتصال به صورت مدور در نظر گرفته شود و همچنین محل اتصال راهبار وراهباره نیز باید به گونه ای طراحی گردد که از تغییر ناگهانی سرعت مذاب جلوگیری شود .

روشهای راهگاه گزاری:
بر اساس نوع فلز یا آلیاژ شکل ابعاد و وزن قطعه ریختگی سیستم راهگاهی به 3 طریقه کلی تعبیه می شود . روش راهگاه گزاری از بالا : هنگام استفاده از چنین روشی باید به 2 نکته زیر توجه شود
الف- به دلیل ریزش مستقیم مذاب و امکان تخریب قالب ، قالب باید از استحکام بالایی برخوردار باشد .
ب- به دلیل ایجاد جریان آشفته عیوبی همچون جذب هوا و گاز و اکسیده شدن فلز تشدید می گردد.

روشهای راهگاه گزاری ازپایین: با توجه به عیوبی که از آشفتگی و تلاطم ناشی از سقوط مذاب ایجاد می گردد ورود مذاب از پایین محفظه قالب توصیه می شود و با توجه به قرار گیری اولین مذاب در سطح فوقانی قطعه ( محل استقرار تغذیه ) انجماد مذاب در شیب دمایی مناسب صورت نمی گیرد حال آنکه عیب حفره های انقباضی در قطعا تی با این نوع سیستم راهگاهی اجتناب ناپذیر است برای رفع این مشکل از راهگاه های پله ای استفاده می شود . در راهگاه پله ای اتصال بیشتری از راهگاه به قطعه صورت می گیرد به طوری که گرم ترین مذاب وارد تغذیه می گردد تا شیب دمایی مناسب حاصل می شود . استفاده از تغذیه جانبی در سیستم های راهگاهی تعبیه شده در زیر قالب و افزایش راندمان تغذیه کمک به سزایی می کند. روش راهگاه گزاری در سطح جدایش در این روش مذاب از ارتفاع کمتری از سطح جدایش وارد محفظه قالب می شود و بنابراین عیوب مربوط به راهگاه گزاری از بالا کاهش می یابد روش های آخال گیری در سیستم های راهگاهی با توجه به یکی از وظایف سیستم راهگاهی که آخال گیری می باشد. 

توصیه می شود یکی از سه راه زیر در سیستم راهگاهی لحاظ گردد:
1- روش جدا سازی مواد ناخواسته بر اساس اختلاف در وزن مخصوص
2- استفاده از کانال ممتد: در این روش راهبار بعد از محل آخرین راهباره کمی امتداد داده می شود با توجه به تمایل مذاب برای حرکت در مسیر مستقیم اولین مذاب که حاوی بیشترین نا خالصی است به محل جدید تعبیه شده هدایت می شود و در صورت طراحی صحیح سیستم این مذاب به داخل محفظه قالب راه پیدا نمی کند و بدین وسیله از ورود نا خالصی های ناخواسته به قالب جلوگیری می شود.
۳-استفاده از موانع و گلویی در سیستم راهگاهی : با اعمال روش هایی مانند ایجاد محفظه هایی به نام تله در راهبار تعبیه راهبار در قسمت بالای قالب و راهباره ها در قسمت پایین آن و قرار دادن مانع یا صد و توپی حوضچه می توان مواد نا خواسته را در قسمت های مختلف سیستم راهگاهی جمع آوری و از ورود آنها به محفظه قالب جلوگیری کرد:
استفاده از راهگاههای گردابی : در این روش مواد نا خواسته در اثر ایجاد نیروی جانب به مرکز در سطح مذاب جمع شده و به داخل کانالی که در بالای محفظه گردابی تعبیه شده است رانده می شود.
استفاده از صافی: در آلیاژهایی که وزن مخصوص پایین تری نسبت به نا خالصی ها دارند استفاده از روشهای قبلی نا کارآمد می باشد. و برای جلو گیری از ورود نا خالصی در ریخته گری این نوع آلیاژها از صافی و فیلتر ها در سیستم راهگاهی استفاده می شود

فیلمهای سطحی مذاب
فیلم های روی سطح مذاب به دو صورت شكل می گیرد.
1- فیلم های اكسیدی ناشی از تجزیه رطوبت و واكنش با هوا
2- فیلم های گرافیتی ناشی از تجزیه هیدرو كربن ها فیلم های سطحی
در حالت عادی به عنوان یك محافظ از سطح مذاب شناخته می شوند ، ولی در صورت آشفتگی و تلاطم جریان ، بر روی هم تا می خورند .و وارد مذاب می شوند. ذرات فیلم تا خورده در مذاب دفع شده و به عنوان منشاء برخی از عیوب مانند ترك در قطعه عمل می كند. پس هر گونه عمیلیاتی كه فیلم سطحی مذاب را پاره و داخل مذاب كند نا مناسب است و باید تصحیح گردد. عواملی مانند ارتفاع زیاد بارریزی ، طغیان سطحی ، مذاب تلاطم سطحی ، جوش متلاقی و رد حباب باعث ایجاد عیوب ناشی از فیلم های سطحی مذاب می شود عیوبی مانند :
- شلاكه
- تخلخل در قطعه
- حفره های گازی

بارریزی:
به هنگام ریختن مذاب بعضی از آلیاژ ها ، یك فیلم سطحی اكسیدی در حال سقوط مذاب را احاطه می كند. هر چقدر لبه پاتیل به داهانه قالب نزدیك تر باشد این فیلم قدرت حفاظتی خود را از مذاب حفظ می كند. و از اكسیداسیون مذاب جلوگیری می كند. Turmer گزارش كرده است كه اگر ارتفاع بارریزی بیشتر از90 mm باشد هوا وارد مذاب می شود و به صورت حباب هایی در سطح ظاهر می گردد. در نتیجه تشكیل و ورود اكسیدهای سطحی به مذاب در اثر بارریزی از ویژگی های روش ریخته گری وزنی است. بنابراین برای جلوگیری ازاین حالت می توان ریخته گری از كف و بارریزی رو به بالا را مورد استفاده قرار داد.

طغیان سطحی مذاب:
پدیده طغیان سطح مذاب در هنگام ریخنه گری وجود دارد. حتی در ورودی از ته نیز هنگامی که مذاب به طرف بالا حرکت می کند فیلم سطحی به طور مداوم پاره شده و به اطراف حرکت کرده و به پوسته جامد قطعه بر خورد می کند. قسمت هایی از مذاب در حال پرکردن محفظه قالب با سرعت بیشتری بالا می برن و خود را از سطحی که دارای جریان آرامی است جدا می کند و بدین صورت جبهه سطحی مذاب ناپیدار می شود، در این حالت مذاب بر روی جبهه ایستا طغیان می کند بنابراین پیشروی مذاب ناشی از توقف ها و طغیان های متوالی است به صورتی که هر طغیان جدید باعث دفع یک فیلم سطحی چند لایه می شود. برای جلو گیری از این نحوه نامناسب پر شدن قالب کاهش آهنگ بارریزی ، اصلاح سیستم راهگاهی و یا در صورت لزوم کاهش شرایط تشکیل فیلم موثر می باشد ( برای آلیاژهای فیلم ساز ریخته گری در سیستم خلاء توصیه می گردد ).

تلاطم سطحی:
تلاطم سطحی متداول ترین حالتی از حرکت مذاب است که توسط آن فیلم سطحی وارد مذاب می شود معیار آغاز تلاطم سطحی افزایش سرعت مذاب از یک حد مشخص است . که در نتیجه آن فیلمهای خشک سطحی مذاب بر روی هم آمده و گاز یا هوا در بین آنها حبس می شود و با تشدید تلاطم فیلم پاره شده و مذاب از محل پارگی به بیرون نفوذ می کند و در نتیجه اقتشاش ایجاد شده فیلم درون مذاب دفع می گردد.

جوش متلاقی:
در بعضی مواقع لازم است جریان ورودی مذاب به قطعه به دو یا چند جریان تبدیل شود که بعدا" در نقطه دیگری به یکدیگر بپیوندد. در این حال جدا شدن و اتصال مجدد جریان مذاب منجربه تشکیل فیلم ها یی بر روی جبهه پیش رونده می شود که می تواند به دلیل مشکل بودن اتصال کامل باعث عیوب مختلف می گردد این حالت را جوش متلاقی می گویند .

www.smsm.ir

نوع مطلب : مهندسی مواد - متالورژی
نوشته شده در جمعه ۲۵ تیر ۱۳۸۹ توسط SMSM |           |