خواص جوانه زای ریخته گری
جوانهزاهای ریختهگری نوعی ماده افزودنی هستند که اساس آنها فروسیلیس بوده و با عناصری مانند زیرکونیوم، استرانسیم و باریم ترکیب میشوند. بسته به نوع عنصر افزوده شده، انواع مختلفی از جوانهزاها به وجود میآید:
- جوانهزای زیرسینوک حاوی عنصر زیرکونیوم است.
- جوانهزای سوپرسید شامل استرانسیم میباشد.
- جوانهزای باریومی نیز با عنصر باریم غنی شده است.
یکی از چالشهای رایج در فرآیند ریختهگری، ایجاد قطعاتی با مکهای گازی یا ترکهای داخلی است. برای کاهش این مشکلات، استفاده از جوانهزاها بهعنوان راهکاری مؤثر توصیه میشود. این ترکیبات باید در انتهای مرحله ذوب و درست پیش از ریختن مذاب به قالب افزوده شوند. با اضافهکردن جوانهزا، فرآیند انجماد از نقاط بیشتری آغاز شده و ساختار نهایی قطعه بهصورت ریزدانه شکل میگیرد. این ویژگی موجب کاهش احتمال ایجاد مک و ترک در قطعات میشود.
خواص مکانیکی فلزات و آلیاژها به شدت به ساختار دانهبندی آنها وابسته است. استفاده از جوانهزا در صنعت ریختهگری باعث میشود قطعهای با دانههای ریز و یکنواخت به دست آید. نتیجه این ریزدانه شدن، بهبود ویژگیهایی مانند استحکام تسلیم و نهایی، سختی، چقرمگی شکست و همچنین انعطافپذیری قطعات است.
افزون بر این، جوانهزاها ساختار میکروسکوپی قطعات را بهبود داده و شرایطی را فراهم میکنند که فازهایی در قطعه شکل بگیرند که معمولاً در فرایند انجماد طبیعی تشکیل نمیشوند. این امر سبب ارتقاء خواص فیزیکی، مکانیکی و کیفیت نهایی قطعات ریختهگریشده میشود.
خواص مهم جوانهزاها
برای آنکه یک ماده جوانهزا در ریختهگری مؤثر باشد، باید ویژگیهای زیر را داشته باشد:
پایداری در دمای بالا: جوانهزا باید در برابر دمای بالای مذاب مقاوم باشد و دچار واکنش ناخواسته نشود.
ناهمگنی ساختاری مناسب: باید تفاوت ساختاری کافی بین ماده جوانهزا و فاز مذاب وجود داشته باشد تا مرکز مناسبی برای انجماد باشد.
پراکندگی یکنواخت: توزیع مناسب جوانهزا در مذاب باعث افزایش تعداد مراکز انجماد میشود.
عدم حل شدن در مذاب: جوانهزا باید بهصورت جامد باقی بماند تا بتواند نقش خود را ایفا کند. انواع سیمان نسوز ، مواد ساینده فلزی ، فرو فروتنگستن با کیفیت بالا را از شرکت سایا ذوب خریداری نمایید.
مکانیسم عملکرد جوانهزاها
جوانهزاها با ایجاد مراکز هستهزنی اولیه باعث کاهش انرژی آزاد مورد نیاز برای آغاز انجماد میشوند. این امر منجر به تسریع فرآیند تشکیل دانههای بلوری شده و رشد آنها را از چندین نقطه آغاز میکند. در نتیجه، ساختاری با دانههای ریز و همجهت به دست میآید.
فرایند کلی به این صورت است:
- انتشار جوانهزا در مذاب
- تشکیل لایه اولیه از عناصر آلیاژی بر روی سطح جوانهزا
- آغاز انجماد از سطح جوانهزا
- رشد دانهها از چندین نقطه همزمان
اثر جوانهزا بر ریزساختار و خواص مکانیکی
استفاده از جوانهزاها تأثیر مستقیمی بر ریزساختار نهایی فلزات دارد. برخی از اثرات ملموس عبارتاند از:
کاهش اندازه دانه از چند صد میکرون به چند ده میکرون
افزایش مقاومت تسلیم و استحکام کششی
بهبود مقاومت در برابر ترکهای حرارتی
بهبود پایداری ابعادی قطعات
اهمیت و نقش جوانهزا در ریختهگری
انجماد فلزات مذاب بدون کنترل ممکن است به تشکیل دانههای درشت و غیر یکنواخت منجر شود که خواص مکانیکی و کیفی قطعه را کاهش میدهد. استفاده از جوانهزاها نقش مهمی در جلوگیری از این پدیده دارد و مزایای زیر را فراهم میآورد:
افزایش استحکام مکانیکی: ریزدانه شدن ساختار فلز باعث بهبود خواص کششی، خمشی و سختی میشود.
کاهش تخلخل و ترکهای انجمادی: توزیع یکنواخت دانهها موجب بهبود تغذیه و کاهش خطرات انجمادی میشود.
بهبود قابلیت ماشینکاری: ساختار ریزدانه سبب کاهش مقاومت برش و سایش ابزارها میشود.
افزایش همگنی خواص در قطعه: با کاهش تفاوت بین مناطق مختلف، خواص مکانیکی در کل قطعه یکسان میشود.
خواص انواع جوانهزاها در ریختهگری چدن
جوانهزای حاوی کلسیم و آلومینیوم (کالوی)
این نوع جوانهزا از ترکیب آلیاژ فروسیلیس با افزودنیهایی نظیر آلومینیوم و کلسیم تهیه میشود و برای ریختهگری قطعات چدنی با اندازههای کوچک تا متوسط بسیار کاربردی است. استفاده از این جوانهزا بهویژه در قالبریزی با پاتیلهایی تا ظرفیت ۵۰۰ کیلوگرم و همچنین برای جوانهزنی در حین ریختن مذاب در قالب، مناسب است. مزیت اقتصادی آن نیز به دلیل قیمت پایینتر نسبت به سایر جوانهزاهاست. از این ترکیب در تولید چدنهای خاکستری با گرافیت ورقهای و فشرده و همچنین در چدنهای نشکن با گرافیت کروی استفاده میشود.
جوانهزای حاوی زیرکونیوم، کلسیم و آلومینیوم (زیرکالوی)
زیرکالوی دارای مقادیر دقیقی از عناصر فعال مانند زیرکونیوم، کلسیم و آلومینیوم است که منجر به ایجاد جوانههای پایدار اکسید-سولفیدی میشود. این نوع جوانهزا در ریختهگری قطعات کوچک و متوسط بسیار مؤثر عمل کرده و از تشکیل کاربید در نواحی نازک و لبههای تیز جلوگیری میکند. در چدنهای نشکن عملکردی فوقالعاده از خود نشان داده و در چدنهای خاکستری نیز با واکنش زیرکونیوم با نیتروژن، قادر به کاهش عیوب ناشی از نیتروژن مانند ترکخوردگی یا شکلگیری نادرست گرافیت است.
جوانهزای حاوی باریم، کلسیم و آلومینیوم (بارکالوی)
این جوانهزا با دارا بودن عنصر باریم که خاصیت جوانهزایی بالایی دارد، در شرایطی که دمای مذاب بالا بوده و زمان انجماد طولانی است، همچنان کارایی خود را حفظ میکند و میزان تضعیف آن (میرایی) کم است. بنابراین برای تولید قطعات چدنی متوسط و بزرگ، گزینهای مناسب به شمار میرود. بارکالوی در هر دو نوع چدن خاکستری و نشکن، موجب دستیابی به ساختاری یکنواخت در سرتاسر قطعه با ضخامتهای مختلف میشود. در چدن نشکن، استفاده از آن پیش از انجام عملیات گرافیتزایی، موجب بهبود شکل و افزایش تعداد گرافیتها خواهد شد.
جوانهزای حاوی سریم، کلسیم و آلومینیوم (سِرکالوی)
این جوانهزا به دلیل وجود عناصر سنگین مانند سریم و لانتانیم در کنار کلسیم، از قدرت جوانهزایی بالایی برخوردار بوده و میرایی بسیار کمی دارد. استفاده از آن در چدنهای کمگوگرد بهویژه چدنهای نشکن، در ابعاد مختلف قطعات رایج است.
در روشهایی که از منیزیم خالص برای نشکنسازی استفاده میشود، گوگرد مذاب تقریباً به صفر میرسد و جوانهزایی با مشکل مواجه میشود. در این شرایط، جوانهزای سِرکالوی با کارایی بالاتر نسبت به سایر انواع، گرافیتزایی را بهخوبی انجام میدهد.
در قطعات سنگین نیز، به دلیل پسزده شدن عناصر زیانآوری مانند سرب و بیسموت در مراحل نهایی انجماد، گرافیتهای بدشکل و چانکشکل تشکیل میشود. سریم که رفتاری مشابه این عناصر دارد، با تمایل واکنشی بالای خود، اثرات منفی آنها را خنثی کرده و در تمام نقاط قطعه، گرافیت کروی پایدار ایجاد مینماید.
بدون دیدگاه