تاریخچه ریخته گری

کشف هیچ عنصری در طول تاریخ نتوانسته باعث فراموش شدن عنصر یا فلزهای دیگر شود. چون نیازهای انسان ها همیشه بدون محدودیت و بی حدو مرز بوده است. انسان ها مــواد و ابـزار مـحـدودی در دست دارند که به ناچار مجبور هستند در صورت محدود شدن آن وسایل روش های جایگزینی را برای آن در نظر بگیرد.
در گذشته وقتی که مس در ساختن تجهیزات جنگی اهمیت خودش را از دست داد، برای مصارف دیگر مانند ساختن وسایل حرارتی و انتقال الکتریسیته نظیر سیم‌های برق اهمیت و ارزش دوباره ای پیدا کرد و به طور فراوان مورد استفاده قرار گرفت.

در حقیقت ریخته گری فلزها یک نوع تکنولوژی است که به ما قبل تاریخ برمی گردد ولی خیلی دیر در علم باستان شناسی ثبت شد. تکنولوژی های کهن تری هم وجود داشته است که از آتش در آن ها استفاده شده است. در حالت کلی از نقطه نظر تاریخی، ریخته گری را می توانیم به چند دوره تقسیم کنیم که در ادامه به توضیح هر کدام می پردازیم.

دوره برنز

دوره برنز در خاور دور و به طور تقریبی دو هزار سال قبل از میلاد حضرت مسیح شروع شده است. یعنی حدودا هزار سال بعد از آغاز آن در خاور نزدیک. در حال حاضر به طور واضح مشخص نیست که این اتفاقات در چین بوده یا در مکانی دیگر در جنوب شرق آسیا. البته فعالیت های بسیاری در این راه برای کشف و بررسی محل های متالورژیکی در تایلند انجام شده است.

آنچه تحقیقات نشان داده, این است که ریخته گری چشمگیرترین روش برای فرم دهی فلزات در خاور دور بوده است. در واقع شواهد کمی هم برای استفاده از سایر روش ها روی فلزات در پانصد سال قبل از میلاد حضرت مسیح در چین وجود دارد.
اولین وسایل کشف شده در خاور نزدیک به شکل آلیاژهایی از مس و آرسنیک در حدود ۴ درصد بود. این آلیاژها که مصارف عمومی داشته است به طور همزمان با خاور نزدیک در اروپا, به ویژه انگلستان هم مورد استفاده قرار میگرفته است.

دوره آهن

پیدا شدن آهن به عنوان یک دوره به دو هزار سال قبل از میلاد حضرت مسیح میرسد. آهن در زبان پهلوی به عنوان “الیسن” و در زبان آلمانی “آیزن” و در زبان انگلیسی “آیرون” نامیده شده است. امکان آن وجود که پیدایش آهن موقع ذوب مس بوده باشد. یعنی وقتی مس را ذوب می کردند آهن کشف شد.

درهر صورت حدودا هزار تا هزار و دویست سال قبل از میلاد حضرت مسیح آهن تقریباً ماده‌ی اصلی بیشتر سلاح ها و ابزارها را تشکیل می داده است. در صورتی که برنز به منظور ساختن ظروف و گلدان ها و اشیای تزئینی مورد استفاده قرار می گرفته.
کاملا واضح است که آهن های به دست آمده در این دوران را نمی توان به ریخته گری نسبت داد. اما این آهن ها در اثر پتک کاری بر روی آهن های اسفنجی به دست آمدند. با توجه به نقطه ذوب بالای ۱۵۳۶ درجه سانتی گراد واضح است که ذوب مستقیم آهن تا قرن نوزدهم امکان پذیر نبوده است.

اما در اواسط دوره آهن بر اثر زیاد شدن کربن و کم شدن نقطه ذوب آن در چدن ها ریخته گری آن امکان پذیر شد. نکته حائز اهمیت دیگر کشف عملیات حرارتی بر روی آهن بوده است که از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
در دوره آهن تحولات جدیدی در آلیاژ مس به وجود آمد و آلیاژهای متفاوتی از مس و قلع تولید شد. از شگفتی های این دوره ساختن “مجسمه‌ی رودس” است که در سال ۲۹۰ قبل از میلاد حضرت مسیح ساخته شده است و جزو عجایب هفت گانه به حساب می آمد.

دوران رنسانس صنعتی

این دوران از سال ۱۵۰۰ میلادی تا سال ۱۷۰۰ میلادی طول کشید. در این دوران صنعت توپ ریزی پایه گذاری شد. اوایل لوله های توپ را از جنس برنز و بعد از چدن ساخته اند که در این تولیدات دولت عثمانی نقش عمده ای داشته است.
در این دوران کوره ها نیز از لحاظ دمش بسیار پیشرفت کرد. دوران رنسانس صنعتی را از نظر کوره و سیستم های دمش و همچنین مواد اولیه باید شروعی برای استفاده از ماسه و روش ریخته گری از نوع ماسه ای به حساب آورد.
به کارگیری فولاد و چدن به عنوان ماده اولیه در ساختن قطعات و وسایل دفاعی و خانگی و همچنین به کاربردن آلیاژهای مختلف مس مانند برنز و برنج و دیگر عناصر و همچنین به کار بردن طلا در ساختن زینت آلات و قطعات تزیینی از جلوه های دیگر این دوران بوده است.

در این دوران متالوژی به صورت علمی مستقل پیشرفت کرد و نظریات ساختار بلوری فلزها و دیگر مواد به وسیله هارسویکر فرانسوی اعلام گردید. در حقیقت قرن هفدهم میلادی تحولی شگرف در علم متالوژی بوده است چون دانشمندان توانستند به ابزاری جدید به نام میکروسکوپ دست پیدا کنند.

دوران انقلاب صنعتی

تعریفی ساده از انقلاب صنعتی این است که حداقل پنجاه درصد از تولیدات هر ماده ای از خانه و یا کارخانه های کوچک به کارخانجات انتقال یابد. اصلی ترین اتفاقات انقلاب صنعتی این بود که اولین کوره هوادهی با سوخت کک در سال ۱۷۰۹ ایجاد شد. همچنین در سال ۱۷۷۷ آبراهام داربی اولین کوره بلند را برای ذوب و احیای سنگ معدن آهنی طراحی کرد.

از دیگر تحولاتی که در صنعت ریخته گری پدید آمد نوع کوره و روش دمیدن و به کاربردن از دمنده های بهتر و اطلاعات مناسب از انجام واکنشات گرمازا در بین هوا و سوخت بوده است. روش دمیدنی که با به کارگیری کیسه های هوایی و یا فوتک صورت می گرفت, در این دوران جایگاه خود را به دمنده هایی داد که به وسیله موتورهای بخار کار می کردند.

به کارگیری روی و سرب در صنعت ریخته گری به شکل فلزاتی که به عنوان عنصرهای آلیاژی (به خصوص استفاده از روی) برای ساختن ظروف در دوران صنعتی رایج شد. کشف نیکل در سال ۱۷۵۱ و استفاده از آن در سال ۱۸۰۰ میلادی به عنوان عنصر آلیاژی و همچنین کشف و به کارگیری دو فلز سبک و مقاوم آلومینیومی و منیزیومی از موارد مهم در این دوران بوده است.

دوره چدن

این دوره حدودا ششصد سال قبل از میلاد در چین پدید آمد. به کارگیری چدن در آن دوران نه تنها در کارهای جزئی و کوچک بلکه در مجسمه های چدنی چینی هم به وضوح قابل مشاهده است. چدن های چینی معمولا مقدار زیادی فسفر دارند. گوگرد چدن های چینی نیز به علت سوزاندن زغال سنگ برای گداختن بالاتر از حد معمول بوده است.

همواره بحث هایی در مورد ورود چدن به اروپا و مسیری که از راه آن وارد شده است وجود داشته است. در این مورد توافقی کلی وجود دارد که این موضوع مربوط به قرن پانزده بعد از میلاد است و در اسناد موجود در این دوره, اشاره ای به ورود چدن به اروپا شده است.
در حال حاضر صنعت ریخته گری پیشرفت چشمگیری کرده است و وسایل زیادی در کارخانجات به وسیله عملیات ریخته گری تولید می شود. درصد بالایی از اتصالات صنعتی با استفاده از جوشکاری انجام می شود که این عملیات به خودی خود نوعی ریخته گری موضعی و لحظه ای به حساب می آید.

درست است که با پیشرفت در صنایع, روش های متفاوت و جدیدی برای ساختن قطعات وجود دارد ولی به طور حتم عملیات ریخته گری به هیچ عنوان فراموش نمی شود. دلیل آن هم این است که تنها راهی که برای تولید قطعه های حیاتی و مهم قطعات چدنی وجود دارد ریخته گری است. همچنین ریخته گری نسبت به بسیاری روش های دیگر مقرون به صرفه تر است.
.

ریخته گری قطعات از جنس استیل 316

ریخته گری قطعات استیل 316 یا فولاد زنگ نزن 316 ، به فرایند ذوب فولاد زنگ نزن 316 و استفاده از قالب های ریخته گری به منظور شکل دهی آن گفته می شود. از آنجایی که استیل 316 یکی از پر کاربرد ترین فولاد های زنگ نزن بوده و در دسته فولاد های زنگ نزن آستنیتی قرار می گیرد، ریخته گری آن نیز بسیار پر کاربرد است.
ریخته گری استیل 316 در صنایعی مثل صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و صنایع غذایی و دارویی کاربرد فراوان دارد. از ریخته گری استیل 316 در ساخت قطعات مقاوم به محیط های اسیدی استفاده می شود. همچنین قیمت این آلیاژ نیز از دیگر گرید های مشابه مثل استیل 304 بالاتر است.

مراحل ریخته گری استیل 316

از مراحل ریخته گری استیل 316 می توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱- آماده سازی و تولید قالب

۲- ذوب فولاد 316 در کوره

۳- انتقال فولاد 316 مذاب به داخل قالب

۴- سرد کردن فولاد 316 مذاب

۵- خارج کردن قطعه حاصل از ریخته گری استیل 316 از داخل قالب

۶- کنترل کیفی قطعه تولیدی.

در ایران برای تولید و ریخته گری استیل 316 از کوره قوسی استفاده می شود. کاربرد این کوره ها در ذوب فولاد های آلیاژی و کربنی است. کوره های قوسی دارای دو قسمت بدنه فولادی همراه با پوشش فولاد نسوز و یک درپوش هستند.
شکل ظاهری این کوره ها کروی بوده و سقف و بدنه آن ها با مواد نسوز پوشانده شده است تا فرایند ریخته گری استیل 316 بدون مشکل در آن ها انجام شود.

فولاد زنگ نزن 316

برای ریخته گری فولاد زنگ نزن 316 یا همان ریخته گری استیل 316 ، لازم است با انواع فولادهای سری 300 آشنایی نسبی کسب کنیم.

فولاد های زنگ نزن آستنیتی سری 300، دارای کروم و نیکل هستند. این فولادها غیرمغناطیسی بوده و به عنوان فولادهایی با مقاومت به خوردگی عالی شناخته می شوند. از آلیاژهای پرکاربرد سری 300 می توان استیل 304 و استیل 316 را نام برد.
قطعات حاصل از ریخته گری فولاد زنگ نزن 316 و 304 در برابر خوردگی ناشی از جوشکاری و دیگر فرایند های دما بالا نیز مقاوم هستند. سری 300 فولاد های زنگ نزن حاوی 16 تا 30 درصد کروم و 6 تا 35 درصد نیکل هستند.
ریزساختار آن ها نیز بسته به ترکیب آن ها می تواند عمدتا آستنیتی و یا حتی کاملا آستنیتی باشد. این موضوع سبب می شود تا قطعات حاصل از ریخته گری فولاد زنگ نزن 316 به عملیات حرارتی واکنش نشان ندهند.




کروم موجود در استیل 316 و به طور کلی قطعات حاصل از ریخته گری استیل 316 ، سبب می شود تا این فولاد در محیط های خورنده مقاوم شود.
ریخته گری فولاد های زنگ نزن و خصوصا ریخته گری استیل 316 ، گزینه بسیار ایده آلی برای کاربرد هایی است که مقاومت به خوردگی و استحکام بالا را می طلبند.
در حالت کلی فولاد های زنگ نزن سری 300 در مواردی نظیر خودروسازی، تولید وسایل پزشکی، شیرآلات، چرخ دنده ها، صنعت مواد غذایی و غیره کاربرد دارد.

ورق استیل ۳۱۶

ورق استیل 316 یکی از آلیاژ های زنگ نزن است که در ساختار خود افزون بر کروم و نیکل، مقادیر مشخصی از مولیبدن را نیز داراست. ورق استیل 316 ساختار آستنیتی داشته و نسبت به دیگر آلیاژهای حاوی کروم-نیکلِ که هم خانواده آن محسوب می شوند (مثل ورق استیل 304) دارای مقاومت به خوردگی عمومی، شیاری و حفره ای بیشتری است.
علاوه بر موارد ذکر شده ورق استیل 316 دارای مقاومت به خزش و استحکام کششی بالایی در دماهای بالا است.




در فرایند ریخته گری استیل 316 ، برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی ۲ تا ۳ درصد مولیبدن به ترکیب شیمایی استیل ۳۱۶ اضافه می شود. ورق استیل ۳۱۶، افزون بر مقاومت خوبی که در برابر خوردگی دارد و استحکام بالایش، از شکل پذیری خوبی نیز برخوردار است.

لوله استیل ۳۱۶

لوله استیل ۳۱۶ نیز یکی از محصولات مهم حاصل از ریخته گری استیل ۳۱۶ است. در یک دسته بندی لوله استیل ۳۱۶ به دو دسته درز دار و بدون درز تقسیم بندی می شوند. هر یک از این دو دسته دارای کابرد های متنوع و خواص خود است.
درز دار بودن یا نبودن آن ها کاربرد آن ها را عوض می کند.
برای مثال انواع لوله استیل ۳۱۶ درزدار دارای قیمت کمتری بوده و استفاده از آن ها در مکان هایی که به استحکام بالا نیاز دارند توصیه نمی شود.

عملیات حرارتی استیل ۳۱۶

پس از ریخته گری استیل 316 ، ورق های ۳۱۶ و ۳۱۶ L تنها در صورتی قابل استفاده اند که تحت عملیات حرارتی آنیل قرار گرفته باشند. گاهی این عملیات برای از بین بردن اثرات ناشی از کارسرد یا به منظور حل سازی رسوب های کاربید کروم ضروری است.

عملیات حرارتی ورق استیل 316 ، بدین شکل است که آلیاژ خالص از ریخته گری استیل 316 در محدوده دمایی ۱۰۴۰ تا ۱۱۷۵ درجه سانتی گراد قرار گرفته و سپس با توجه به ضخامتی که دارد در هوا یا آب کوئنچ می شود.
سردسازی آلیاژ حاصل از ریخته گری استیل 316 باید تاحدی سریع باشد که از رسوب مجدد کاربید های کروم جلوگیری شده و مقاومت به خوردگی خوبی ایجاد شود.

نقش کربن در ریخته گری استیل 316

در ریخته گری انواع مختلف فولاد های زنگ نزن و خصوصا ریخته گری استیل 316 ، میزان کربن موجود در آن ها بسیار مهم است. در ریخته گری استیل 316 ، مقدار کربن باید کم باشد تا این فلز بتواند در محیط های خورنده عملکرد خوبی را از خود نشان دهد.
اما این کربن در عوض می تواند مقاومت به دماهای بالا و نیز استحکام را بالا ببرد.

مقدار کربن به کار رفته در ریخته گری استیل 316 ، تعیین کننده میزان نرمی و شکنندگی آن است. برای مثال در ریخته گری استیل هرچه کربن زیادتر باشد استیل 316 سخت تر و شکننده تر می شود.
در حالت کلی، فولاد ها به سه دسته کم کربن (کمتر از 0.2 درصد) ، کربن متوسط (بین 0.2 تا 0.5 درصد) و پر کربن (بیشتر از 0.5 درصد) تقسیم بندی می شوند.
در حقیقت وجود کربن بیش از حد، فولاد را تبدیل به چدن می کند که شکنندگی بسیار بالایی دارد.




در ریخته گری استیل 316 نیز باید به این نکته توجه داشت که این دسته از فولاد ها به دو زیر گروه 316 و L316 تقسیم می شوند. حرف L پس از عنوان فولاد نشان دهنده مقدار پایین کربن در آن است. دلیل ریخته گری استیل 316 کم کربن این است که جوشکاری و خمکاری لوله و اتصالات حاصل از ریخته گری استیل 316 کم کربن ساده تر صورت می گیرد.

قیمت ریخته گری فولاد

هزینه های ناشی از ریخته گری استیل 316 نیز مانند قیمت ریخته گری فولاد ساده کربنی به پارامتر های مختلفی بستگی دارد. برای مثال شکل و هندسه قطعه یکی از پارامتر های مهم در تعیین قیمت ریخته گری فولاد و نهایتا قیمت ریخته گری استیل 316 است.
زیرا برای مثال پیچیده بودن اشکالی که قرار است ریخته گری شوند، در یک راستا نبودن سطح جدایش، وجود لبه ها و زوایای مختلف و غیره همگی مدل سازی و قالب گیری را دشوارتر کرده که نهایتا هزینه ریخته گری استیل 316 نیز زیادتر می شود.




همچنین تعداد سفارش نیز در قیمت ریخته گری فولاد بسیار تاثیر گذار است. بدیهی است که با تعداد سفارش بالا در هزینه های مدل سازی و قالب گیری صرفه جویی شده و هزینه کلی ریخته گری استیل 316 یا فولاد عادی کاهش پیدا می کند.
عامل بعدی در تعیین قیمت ریخته گری فولاد ، خواص مکانیکی مورد نیاز و عملیات حرارتی های پس از ریخته گری فولاد یا ریخته گری استیل 316 است. فولاد ها قابلیت عملیات حرارتی داشته و می توان با تغییر نوع عملیات حرارتی دامنه وسیعی از ساختار و خواص مکانیکی را در فولاد به وجود آورد.
دو مورد از مرسوم ترین عملیات حرارتی هایی که پس از ریخته گری فولاد انجام می شود آنیل و نرماله کاری هستند.
به طور کلی عملیات حرارتی از آنجایی که مصرف انرژی و استهلاک بالایی را به دنبال دارد قیمت ریخته گری فولاد را نیز افزایش می دهد.

همچنین در صورتی که قطعه مورد نظر حساسیت بالایی داشته باشد لازم است تا آزمایش های اضافه ای نیز روی آن انجام شود که مجددا هزینه را بالاتر می برد.