مهندسی مواد

[Sara12]

شته مهندسی مواد دارای سه گرايش بوده که اختلافهای اساسی با هم دارن:
1- مهندسی مواد و متالورژی صنعتی
2- مهندسی مواد و متالورژی استخراجی
3- مهندسی مواد و سراميک
تقريباً هر سه گرايش از علوم نو و جديد دنيا هستن که هنوز خيلی جا برای فعاليت و پيشرفت داره. مواردی مانند نانو تکنولوژی، فرو آلياژ ها، ميکرو آلياژها، ******** آلياژها و مواد بسيار استراتژيک کامپوزيت ها و سراميک ها همه از تخصص های اين رشته می باشد

[Sara12]

از زمانی که انسان فلز را شناخت، متالورژی را به عنوان یک هنر فرا گرفت. صنعت متالورژی از دیر باز در جهان به عنوان یک صنعت مادر شناخته شده و با پیشرفتهای روز افزون تکنولوژی نقش آن اشکار می‌گردد. تحقیقات باستان‌شناسی نشان می‌دهند که اولین اقوامی که موفق به کشف و استفاده از آن شدند، ساکنان فلات ایران بودند.
تاریخچه

دوره فلزات بعد از عصر حجر و از حدود ۶ تا ۷ هزار سال قبل از هجرت آغاز شده‌است. شاید مس اولین فلزی است که بطور خالص و طبیعی و جدا از مواد معدنی مورد استفاده بشر قرار گرفته‌است. انواع سنگهای مس از ظاهری فلزی با رنگهای مختلف مانند نیلی، لاجوردی، سبز، طلایی و سرخ برخوردار هستند. این امر می‌تواند یکی از عوامل توجه بشر اولیه به ترکیبات حاوی مس باشد.
برخی معتقدند که گویا اولین بار ذرات طلا که در کنار ماسه‌های کنار رودخانه‌ها پراکنده بودند، توسط بشر شناسایی شدند. مصریان و شاید هندیان بیشتر از سایر ملل در استخراج طلا از سنگهای آن توفیق داشتند، اما در ایران از دوره هخامنشی، آثار متعددی از طلا و نقره خصوصا در کنار رود جیحون و در شهر همدان کشف شده‌است. با گذشت زمان فلزات دیگری مانند نقره، سرب، آنتیموان و قلع نیز کشف شدند و بشر توانست با استفاده از آتش، ذوب فلزات را تجربه نموده و آلیاژهای مختلف را بدست آورد. به عنوان مثال، از مخلوط کردن قلع و مس، مفرغ بدست آمد و به این ترتیب عصر مفرغ شروع شد.
در عصر حاضر می‌توان متالورژی را مادر صنعت دانست. در دنیایی صنعتی امروز بی شک اگر آلیاژهای خاص و کاربر با کمک علم متالورژی به وجود نمی‌آمد هم اکنون ما شاهد خیلی از پیشرفت‌های بشر نبودیم!
گرایش‌ها

متالورژی صنعتی (متالورژی فیزیکی)
متالورژی استخراجی
روشهای تولید مصنوعات فلزی

ریخته‌گری
متالورژی پودر
شکل‌دهی فلزات
جوشکاری
ماشین‌کاری
جستارهای وابسته

متالورژی فیزیکی
آلیاژ
آهنگری
اکستروژن
جوشکاری ذوبی
جوشکاری زرد
جوشکاری فشاری
ذوب
شکل‌دهی الکترومغناطیسی
شکل‌دهی الکتروهیدرولیکی
لحیم کاری
مواد معدنی
نوردکاری

[Sara12]

علم و مهندسی مواد به بررسی انواع ماده ها، ساختار آنها، خواص و کابردشان می پردازد. در علم مواد، ماده ها به طور جامع به سه بخش اصلی تقسیم بندی می شوند که عبارت اند از: فلزات، سرامیک ها و پلیمر ها.
این دانش کمابیش در تمامی علوم مهندسی کاربرد دارد.

گرایش‌های اصلی

سرامیک
شکل‌دهی فلزات
ریخته‌گری
جوشکاری
استخراج فلزات
نانو مواد
بیو متریال
حفاظت و خوردگی
مهندسی سطح
شناسایی و انتخاب مواد
جستارهای وابسته

نانوتکنولوژی
خواص مواد
ساختار مواد
عملیات حرارتی
متالورژی پودر

[Sara12]

اصول کار کوره (متالورژی استخراجی):
در فرايند استخراج , تصفيه و ذوب مجدد , معمولاً راههائي وجود دارد كه بسته به نوع كار طراحي مي شوند و در اين كوره ها عمل ذوب انجام مي شود . در اين جهت مي توان از كوره بلند (كوره اي كه در آن اكسيد آهن تبديل به چدن مي شود) , كنورتور كه در آن چدن با دمش اكسيژن خالص به فولاد تبديل مي شود . و كوره هاي ديگر بعنوان كوره هاي ذوب Melting ناميده مي شود , در اين درس بحث ما در روي كوره هائي كه براي استخراج فلزات استفاده مي شود دور نمي زند مثل كوره هاي استخراج آهن در اصفهان , استخراج مس در سرچشمه كرمان , استخراج سرب و روي در زنجان .
در اين درس كوره هائي كه مورد بررسي قرار مي گيرند بيشتر كوره هاي مربوط به صنعت ريخته گري هستند . يعني كوره هائي كه شوشه ها Pigs در آنها ذوب مي شود و با تنظيم آناليز آنها مذاب براي ريخته گري قطعات آماده مي شود .
اصطلاحاً به اين كوره ها , كوره هاي دوباره ذوب (Re-Melting Furnaces) مي گويند , كوره هائي كه در ريخته گري براي ذوب مجدد فلزات و آلياژها استفاده مي شوند به ترتيب مي توانيم به شرح زير نام ببريم :
1) كوره هاي بوته اي Crucible Furnaces
2) كوره هاي تشعشعي Radiation or Reverberatory Furnaces
3) كوره هاي ايستاده (كوپل) Vatical Shaft (Cuple) Furnaces
4) كوره هاي برقي Electric Furnaces
5) كوره هاي با شعاع الكتروني Electron Furnaces
6) كوره هاي ديگر (استفاده از انرژيهاي ديگر)
1)كوره هاي بوته اي :
همانطو كه از نام آنها پيداست براي عمل ذوب از بوته استفاده مي شود . انتقال حرارت در اين كوره ها بيشتر از طريق هدايت به مواد موجود در داخل بوته مي رود .
حرارت به سه طريق منتقل مي شود : 1- هدايت. 2- جابجائي. 3- تشعشعي
جنس بوته ها :
جنس بوته ها كه استفاده مي كنند به شرح زير است . بوته هاي آهن خالص- بوته هاي فولادي- بوته هاي چدني- بو ته هاي شاموتي- بوته هاي گرافيتي- بوته هاي سيليكون كاربايدي- بوته هاي ديگر
آهن خالص براي فلزاتي كه نقطه ذوب كمتري نسبت به آهن دارند و خوردگي كمتري دارند- از بوته هاي آهني براي ذوب موادي كه نقطه ذوب آنها پائين تر از نقطه ذوب آهن خالص است (1539-1536درجه سانتيگراد) است . منيزيم را مجبوريم در داخل اين بوته ذوب كنيم چون با بهترين آجر نسوز نمي توان منيزيم را ذوب كرد و دليلش ميل تركيبي منيزيم با اكسيژن است كه اكسيژن نسوز را مي كشد و نسوز متخلخل مي شود-
آهن خالص تجاري:
چون آهن بصورت خيلي خالص بندرت يافت مي شود , بيشتر از اين آهن استفاده مي شود و خلوصش 8/99% است و ناخالصي اش 2/0-1/0% مي باشد. آهن خالص تجاري را در دنيا برخي از شركتها توليد مي كنند . از جمله شركت آرمكو و وستينگ هاوس در آمريكا توليد مي كنند كه براي ذوب آلياژهاي با نقطه ذوب كم مثل روي , منيزيم , سرب و ... از اين ورقها بوته درست كرده (بوته يكپارچه) استفاده مي كنند (بوته را جوش نمي زنند بلكه با آهنگري درست مي كنند بلكه پرس و گرم كاري)- از بوته هاي چدني براي ذوب آلياژهاي روي , آلومينيوم و ساير آلياژها با نقطه ذوب پائين استفاده مي كنند بشرطيكه مشكل آهن در آن آلياژها وجود نداشته باشد . تجربه نشان مي دهد مذاب Al و Zn , آهن را در خود حل مي كند چون چدن داراي انتقال حرارت خوب است (بدليل گرافيتهاي لايه اي) و ارزان ريخته گري مي شود . در ايران بيشتر از بوته هاي چدني استفاده مي شود .
بوته هاي فولادي :
از بوته هاي فولادي براي ذوب آلياژها با نقطه ذوب كم و آلياژهائي كه ميل تركيبي زيادي نسبت به اكسيژن دارد مثل آلياژهاي منيزيم كه علاقه دارند اكسيژن مواد نسوز را بگيرند , استفاده مي كنند . فولادهاي معمولي خوردگي بيشتري دارند و مذاب آلياژهاي مختلف در آن تدريجاً آن را مي خورند (يعني بدنه را در خود حل مي كنند).
بوته از جنس مواد نسوز دوام بيشتري در برابر پوسته پوسته شدن يعني اكسيد شدن دارد . آناليز يك نوع فولاد نسوز عبارتست از 25% كرم و 20% نيكل و بقيه عناصر جزئي ديگر , از آلياژهاي ديگر نيز كه قيمت آنها گران است بعنوان بوته مي توان استفاده كرد , از جمله آلياژ 50% كرم و 50% نيكل يا آلياژ 50% كرم و 50% نيكل و كمي نيوبيوم Nb (كه دوام و مقاومت خوبي دارد) .
بوته هاي گرافيتي :
همانطور كه از نام اين بوته ها پيداست , جنس اين بوته ها از گرافيت مي باشد . (مي دانيم كه كربن در طبيعت به سه صورت ديده مي شود : 1) كربن بي شكل : اين كربن شكل بلوري ندارد و به آن كربن آمولف نيز مي گويند . اين كربن در اثر حرارت در مجاورت اكسيژن , مي سوزد و خاكستر از آن باقي مي ماند. 2) كربن بصورت گرافيت : اين نوع كربن بصورت بلوري (كريستالي) مي باشد و بلوري آن طوري است كه داراي صفحات لغزش است و اين صفحات مي توانند روي هم براحتي بلغزند . بهترين آنها گرافيت چرب نقره اي است . اين گرافيت ماده نسوز است و نقطه ذوبي در حدود بيش از 3000 درجه سانتيگراد دارد گرافيت راسب (رسوب يافته) شده در حين انجماد در چدنهاي خاكستري از اين نوع است كه از مذاب جدا شده . 3) كربن بصورت الماس : بلور اين نوع كربن بصورت يك هشت وجهي است ولي رنگي و شفاف است و با سختي 10 موهس سخت ترين ماده در طبيعت مي باشد .
بوته هاي گرافيتي بدليل اينكه نقطه ذوب بالا داشته و گرافيت نيز علاوه بر نسوز بودن از انتقال حرارت زيادي نيز برخوردار است هدايت خوبي داشته و حرارت را از جداره خود به داخل بوته هدايت مي كند .
طرز ساخت بوته هاي گرافيتي :
به اين شكل است كه گرافيت را همراه با كمي قير و مواد چسبي آغشته كرده و با فشار زياد پرس مي كنند سپس آن را در مدت زمان طولاني در محيط بسته اي دور از هوا مي پزند (دما در حدود 1600 درجه سانتيگراد) تا عمل تف جوشي (زينتر) روي آن انجام شود و به آرامي در كوره سرد مي شود .
بوته هاي سيليكون كاربايد :
اين نوع بوته ها از استحكام بيشتري برخوردارند و خود ماده سيليكون كاربايد در اثر حرارت , كمي منقبض و منبسط مي شود . يكي از بهترين موادي است كه به شك حرارتي مقاوم است . براي ذوب چدن بيشتر از بوته هاي سيليكون كاربايدي استفاده مي شود چون چدن آلياژيست از آهن- كربن- سيلسيم , پس كمتر علاقه دارد جداره را بخورد .
بوته هاي شاموتي :
اين بوته ها از خاك رس نسوز ساخته مي شود . از ريختن رس نسوز در اثر حرارت اصطلاحاً شاموت به دست مي آيد . البته درجه نسوز بوته هاي شاموتي بستگي به درجه خلوص شاموت دارد . بهترين ماده شاموت آن است كه پس از پخت , مقدار فازهاي موليت در حداكثر خود قرار گيرد (1800 0C . 3Al2O3 . 2SiO2).
موليت نسوزي است كه تا دماي 1800 0C مي تواند دوام بياورد , در ضمن از نظر مقاومت مكانيكي در دماي بالا نيز خوب است . در بوته هاي شاموتي آلياژهاي غير آهني و بندرت چدن ذوب مي شود . معمولاً دوام بوته هاي شاموتي تا دماي 1650 0C است .
انواع كوره هاي بوته اي : Crucible Furnaces
الف) كوره بوته اي چرخان) 1- چرخان حول تقريباً كمي بالاتر از مركز ثقل – 2- چرخان حول محور ناوداني كوره ب) كوره بوتهاي ثابت (زميني) ) 1- با سوخت جامد - اين نوع كوره ها دو نوعند,يكي كوره سنتي است كه از سوخت جامد زغال سنگ يا كك براي عمل ذوب استفاده مي كردند.اين نوع كوره نياز به برق نداشت و با هواي طبيعي كه از زير كوره از لابه لاي ميله هاي كف به داخل كشيده مي شد زغال سنگ يا ككها را مشتعل مي ساخت . براي ذوب فلزات مخصوصاً چدن بوته را در داخل ككها دفن مي كردند تا هم از بالا و هم از بغل ها و هم از زير حرارت به فلز برسد و ذوب خوب و كامل انجام شود. (براي ذوب چدن در اين كوره ها اول بايد ككها را الك كرد يعني ككها را دسته بندي كرد از درشت به ريز و پودر,كك درشت در زير و بعد بوته و بعد شارژ و چند كك گنده در داخل بوته و كك متوسط در اطراف و ريزها را در اطراف مي ريزيم و بقيه را در بالا مي گذاريم.
2- با سوخت مايع – نقشه اين كوره در شكل آمده است كه براي ذوب 100-150 كيلوگرم چدن مي باشد, سوخت اين كوره ها از گازوئيل با ارزش حرارتي 9300 كيلو كالري بر ليتر درجه سانتيگراد يا مازوت با ارزش حرارتي 1100 كيلو كالري بر ليتر درجه سانتيگراد است و مي توان با استفاده از بوته هاي گرافيتي در آن چدن ذوب كرد. مشعل آن از نوع فارسونگاهي(يك نوع مشعل ساده صنعتي كه از طريق يك لوله رابط به يك ونتيلاتور(دمنده هوا) وصل شده است).نوع ونتيلاتور يا دمنده هوا بستگي به ظرفيت كوره انتخاب مي شود , معمولاً دمنده هائي كه پس از ساخت بالانس شده اند را در اين كوره ها قرار مي دهند (در تهران ,مظفريان و در تبريز,كارخانه متحد) بدنه كوره از اسكلت فلزي است , از تكه لوله هاي 40 اينچي يا بالاتر از آن به ارتفاع 130 سانتيمتر و اگر نبود از ورق 6 mm به بالا رول كرده و به هم جوش مي زنيم .قطر داخلي 100 و ارتفاع 130- 110 cm پس 100*14/3=314 cm قطر داخلي بدنه مي باشد كه از جوش زدن ورق گسترده بدست مي آيد. و در كف بدنه رول شده رينگ مي زنيم و ميله هاي در جاي خالي رينگ جوش مي دهيم رويش آجر نسوز با كمي شيب قرار مي دهيم تا سرباره ها بيرون رود , بعد كف بوته قرار داده مي زنيم كه كف بوته مي تواند بوته شكسته باشد و سپس از پائين به بالا نسوز كاري مي كنيم كه نسوز جداره 20- 15 cm است. فارسونگاه را طوري مي گذاريم كه بصورت مماس به كف بوته بخورد تا شعله دور بزند.


از كوره هاي تشعشعي ثابت براي ذوب آلياژهاي غير آهني مخصوصاً آلومينيوم استفاده مي كنند , در اين كوره ها شعله مستقيماً به مذاب نمي خورد , زيرا اگر مستقيماً به مذاب بخورد موجب اكسيده كردن آن مي شود.
كوره هاي تشعشعي نيمه چرخان :
از اين كوره ها نيز براي ذوب آلياژهاي غير آهني استفاده مي كنند و موقع تخليه مذاب , كوره چرخانده مي شود يا در هنگام شارژ كوره چرخانده شده و شارژ را تحويل مي گيرد.
در اين كوره ها نيز سعي مي شود شعله به ديواره ها برخورد كرده و برخورد مستقيم با مذاب نداشته باشد.
كوره هاي دوار :
كوره هاي دوار كه براي ذوب چدن در سال 1930 در آلمان ساخته شد ولي در حال حاضر در دنيا بيشتر انگليسي ها از آن استفاده مي كنند . يك شركت در انگلستان به نام Manometer سازنده اين نوع كوره ها است.
Rotary Furnace كه با ظرفيت هاي 250Kg تا 70 تن مذاب چدن و تا 12 تن مذاب آلومينيوم مي سازد . سوخت اين نوع كوره ها گاز , گازوئيل و مازوت است . كوره هائي با ظرفيت كمتر با دست و كوره هاي با ظرفيت بيشتر به كمك جراثقيل شارژ مي شوند. كوره روي جكهاي مربوطه به اندازه 45 درجه بلند مي شود و بعد از شارژ دوباره به جاي خودش بر مي گردد.
جداره نسوز اين كوره ها براي ذوب چدن , خاك نسوز سيليسي و براي ذوب آلياژهاي آلومينيوم خاك نسوز آلومينائي است .
ساختمان اين كوره ها : اين كوره ها شامل يك اسكلت فلزي كه به شكل يك استوانه متصل به دو مخروط ناقص است و توسط فلنچ روي استوانه و مخروط ها به يكديگر متصل مي شود .
به طرف دهانه بزرگ مخروط ها و هر دو طرف استوانه فلنچ نصب شده و روي استوانه دو غلطك وصل مي شود. غلطكهاي محرك , كوره را با سرعت يك دور در دقيقه مي چرخانند 1 r.p.m و در ايران با سرعت تقريباً 2 r.p.m درست مي شود .
در كشور كوره هاي دوار توسط بعضي از افراد ساخته مي شود , يكي از سازندگان خوب اين كوره ها حاج صادق مهامي در تهران (ايران ذوب) كه كوره هائي با ظرفيت 250- 350- 500 Kg و 1 تن را مي سازد .
اولين كوره كه در ايران در تسليهات ارتش تهران توسط مهندس پسيان و مهندس گرنسر آلماني ساخته شد و شروع به ذوب چدن نمود . در ايران ظرفيت 500 Kg در ريخته گريهاي چدن زياد استفاده مي شود , زيرا خاك نسوز داخل آن خاك سيليسي بودهو قابل تهيه در داخل كشور است . چون بوته هاي گرافيتي گران است , بيشتر از اين كوره ها در ايران استفاده مي شود. در يك طرف مخروط ناقص مشعل و در طرف ديگر دودكش است , در بعضي از طرح كوره ها دود از سقف كارگاه با كانالي خارج مي شود و در تعدادي از آنها نيز دود توسط كانالهائي به زيرزمين كارگاه كشيده شده و از گرماي آن براي پيش گرم كردن هواي ورودي استفاده مي كنند .
تجربه نشان مي دهد كه به راحتي مي توان با استفاده از گرماي دود , هواي ورودي را حدود 250- 350 درجه سانتيگراد گرم كرد. اين عمل باعث مي شود راندمان حرارتي كوره بالا رفته و حدود 50 درجه سانتيگراد مذاب داغتر بيرون بيايد. (مي توانيم ونتيلاتور را از دودكش كوره به طرف دهانه منتقل داد.)
طرز بهره برداري از كوره : ابتدا كوره را روشن مي كنند و كوره را به دوران در مي آورند تا كاملاً بطور يكنواخت مواد نسوز داخل كوره حرارت ديده و گرم شود و تا آن مدتي روشن مي كنيم كه نسوزهاي داخل كوره از حرارت اشباع شود.

[Sara12]

سرامیک



رس قرمز پخت شده



به مواد (معمولاً جامد)ی که بخش عمدهٔ تشکیل دهندهٔ آنها غیرفلزی و غیرآلی باشد، سرامیک گفته می‌شود.
این تعریف نه‌تنها سفالینه‌ها، پرسلان(چینی)، دیرگدازها،محصولات رسی سازه‌ای، ساینده‌ها، سیمان و شیشه را در بر می‌گیرد، بلکه شامل آهنرباهای سرامیکی، لعاب‌ها، فروالکتریک‌ها، شیشه-سرامیک‌ها، سوخت‌های هسته‌ای و ... نیز می‌شود.

//
تاریخچه

برخی‌ها آغاز استفاده و ساخت سرامیک‌ها را در حدود ۷۰۰۰ سال ق.م. می‌دانند در حالی که برخی دیگر قدمت آن را تا ۱۵۰۰۰ سال ق.م نیز دانسته‌اند. ولی در کل اکثریت تاریخنگاران بر ۱۰۰۰۰ سال ق.م اتفاق نظر دارند. (بدیهی است که این تاریخ مربوط به سرامیک‌های سنتی است.)
واژهٔ سرامیک از واژهٔ یونانی کراموس گرفته شده‌است که به معنی سفال یا شیء پخته‌شده‌است.

طبقه‌بندی سرامیک‌ها

سرامیک‌ها از لحاظ ساختار شیمیایی به شکل زیر طبقه‌بندی می‌شوند:
سرامیک‌های سنتی(سیلیکاتی)
سرامیک‌های مدرن(مهندسی)
اکسیدی
غیر اکسیدی
سرامیک‌های اکسیدی را از لحاظ ساختار فیزیکی می‌توان به شکل زیر طبقه‌بندی کرد:
سرامیک‌های مدرن مونولیتیک (یکپارچه)
سرامیک‌های مدرن کامپوزیتی


انواع سرامیک‌ها


سرامیک‌های سنتی

این سرامیک‌ها همان سرامیک‌های سیلیکاتی هستند. مثل کاشی، سفال، چینی، شیشه، گچ، سیمان و ...

سرامیک‌های مدرن

این فرآورده‌ها عمدتاً از مواد اولیهٔ خالص و سنتزی ساخته می‌شوند. این نوع سرامیک‌ها اکثراً در ارتباط با صنایع دیگر مطرح شده‌اند.

سرامیک‌های اکسیدی

برخی از پرکاربردترین این نوع سرامیک‌ها عبارت‌اند از:
برلیا (BeO)
تیتانیا (TiO2)
آلومینا (Al2O3)
زیرکونیا (ZrO2)
منیزیا (MgO)
سرامیک‌های غیراکسیدی

این نوع سرامیک‌ها با توجه به ترکیبشان طبقه‌بندی می‌شوند که برخی از پرکاربردترین آنها در زیر آمده‌اند:
نیتریدها
BN
TiN
Si3N4
GaN
کاربیدها
SiC
TiC
WC
و....

صنعت سرامیک

بازار سرامیک‌های پیشرفته در ایالات متحده امریکا در سال ۱۹۹۸ نزدیک به ۷۰۵ میلیون دلار بود که در سال ۲۰۰۳ به ۱۱ بیلیون دلار رسید.



خواص برتر سرامیک‌ها نسبت به مواد دیگر

دیرگدازی بالا
سختی زیاد
مقاومت به خوردگی بالا
استحکام فشاری بالا
کاربردهای مختلف مواد سرامیکی

در زیر کاربردهای رایج مواد سرامیکی به همراه چندنمونه از مواد رایج در هر کاربرد آورده شده‌است:
الکتریکی و مغناطیسی
عایق‌های ولتاژ بالا (AlN- Al2O3)
دی الکتریک (BaTiO3)
پیزوالکتریک (ZnO- SiO2)
پیروالکتریک (Pb(ZrxTi1-x)O3))
مغناطیس نرم (Zn1-xMnxFe2O4)
مغناطیس سخت (SrO.6Fe2O3)
نیمه‌رسانا (ZnO- GaN-SnO2)
رسانای یونی (β-Al2O3)
تابانندهٔ الکترون (LaB6)
ابررسانا (Ba2LaCu3O7-δ)
سختی بالا
ابزار ساینده، ابزار برشی و ابزار سنگ‌زنی (2O3TiN-Al)
مقاومت مکانیکی (SiC- Si3N4)
نوری
فلورسانس (Y2O3)
ترانسلوسانس(نیمه‌شفاف) (SnO2)
منحرف کنندهٔ نوری (PLZT)
بازتاب نوری (TiN)
بازتاب مادون قرمز (SnO2)
انتقال دهندهٔ نور (SiO2)
حرارتی
پایداری حرارتی (ThO2)
عایق حرارتی (CaO.nSiO2)
رسانای حرارتی (AlN - C)
شیمیایی و بیوشیمیایی
پروتزهای استخوانی P3O12(Al2O3.Ca5(F,Cl))
سابستریت (TiO2- SiO2)
کاتالیزور (KO2.mnAl2O3)
فناوری هسته‌ای
سوخت‌های هسته‌ای سرامیکی
مواد کاهش‌دهنده‌ی انرژی نوترون
مواد کنترل کننده‌ی فعالیت راکتور
مواد محافظت کننده از راکتور


Chiang, Y., Brinie, D.P., Kingery, W.D., Physical Ceramics, John wiley and sons, 1997.
Kingery W.D., Bowen, H.K., Uhlmann, D.R., Introduction to ceramics, John wiley and sons, 1976.
Yanagida, H., Koumoto, K., Miyayama, M., Yamada, H., The chemistry of ceramics, John Wiley and sons, 1996

[Sara12]

نانو لوله های کربنی

نانولوله‌هاي كربني اولين نسل محصولات نانو هستند كه در سال 1991 كشف و به جهان عرضه شدند. نانولوله‌ها از پيچيده‌شدن ورقه‌هاي گرانيت با ساختاري شبيه شانه عسل بدست مي‌آيند. اين لوله‌ها بسيار بلند و نازك هستند و ساختارهايي پايدار، مقاوم و انعطاف‌پذير دارند.
نانولوله‌ها قوي‌ترين فيبرهاي شناخته‌شده‌اند، 100-1 برابر قوي‌تر از واحد وزني استيل هستند و مي‌توانند جايگزين سراميك‌هاي معمولي، آلومينوم و حتي فلزات در ساخت هواپيما، چرخ‌دنده‌ها،‌ ياتاقان‌ها، اجزاء ماشين، دستگاه‌هاي پزشكي، وسايل ورزشي و دستگاه‌هاي صنعتي توليد غذا شوند.
مطالعات اخير پيشنهاد مي‌كند كه از نانولوله‌هاي كربني براي اهداف بيولوژيكي مثل كريستاليزاسيون پروتئين‌ها و ساخت بيوراكتورها و بيوسنسورها استفاده شود . نانولوله‌هاي كربني در محيط‌هاي آبي نامحلول‌اند. بنابراين براي كاربردهيا بيولوژيكي بايد بر اين مسأله غلبه كرد.
پيوند گروه‌هاي Functionalبه نانولوله‌هاي كربني براي كاربردهاي پزشكي بسيار مفيدند به عنوان مثال اتصال نانولوله‌ها به يك توالي خاص DNAمي‌تواند باعث اتصال به يك پروتئين در سلول سرطاني شود و اتصال هم‌سلولي به يك بخش ديگر از همان نانولوله‌ مي‌تواند يك «پيكان راهنما» براي حمله به سلول سرطاني و نابودكردن آن باشد. نانولوله‌هاي كربني به خصوص نانولوله‌هاي چندلايه با ساختار كاملاً تعريف‌شده نانويي، مي‌توانند براي ساختن بيوسنسورها استفاده شوند

[Sara12]

آزمونهای غير مخرب

بازرسی فنی از لحاظ زمانی به چهار دسته تقسیم میشود:
الف-بازرسی قبل از ساخت

ب- بازرسی حین ساخت
پ-بازرسی بعد از ساخت
ت-بازرسی دوره ای (نگهداری)
قبل از ساخت بازرس فنی موظف است که طراحی ها و نقشه ها را چک کند و مقادیر کمی و کیفی ساخت را محاسبه نماید.اینکار از طریق استانداردهای معرفی شده در ذیل انجام میگردد.مثلا بررسی فرمهای wps و pqr ارائه شده توسط شرکت سازنده.
حین ساخت باید به نحوه ساخت دقت نماید و آنها را با استاندارد مطابقت دهد.بخصوص بازرسی چشمی (VT) در این قسمت بسیار موثر میباشد مثلا در جوشکاری لوله ها و یا مخازن به انتخاب نوع جوشکاری و همچنین استفاده از الکترودهای مناسب دقت کند.
بعد از ساخت باید از طریق تستهای غیر مخرب و یا هیدروتست از عدم وجود عیوب مطمئن گردد.
قسمت آخر نگهداری (maintenance) میباشد که با بازرسی های دوره ای و تستهای غیر مخرب بخصوص ضخامت سنجی از دستگاه حفاظت نماید.

برای بازرسی لوله ها از استاندارد زیر که بسیار متداول است استفاده میگردد:
Process Piping :ASME CODE FOR PRESSURE PIPING, B31.3
Power Piping: ASME CODE FOR PRESSURE PIPING, B31.1
Specification for Line Pipe:API 5L
API 1104: Welding of Pipelines and Related Facilities


برای بازرسی مخازن ذخیره نفت از استاندارد زیر استفاده میشود:


API 620: Design and Construction of Large, Welded, Low-Pressure Storage Tanks
API 650: Welded Steel Tanks for Oil Storage

برای بازرسی ظروف تحت فشار:

ASME VIII:Rules for construction of pressure vessels


آزمونهاي غير مخرب ( Non Destvuctive Testing)

<DIV style="DIRECTION: rtl"><DIV class=posts>

مهندسين معمولاً عادت دارند خواص يك ماده را روي نمونه‌هاي مخصوصي كه از همين ماده تهيه شده‌اند با آزمونهاي استاندارد ارزيابي كنند. اطلاعات بسيار ارزشمندي از اين آزمونهاي به دست مي‌آيد كه شامل خواص كششي، فشاري، برشي و ضربه‌اي ماده مورد نظر است. اما اين آزمونها ماهيت تخريبي دارند. بعلاوه خواص ماده به گونه‌اي كه با آزمونهاي استاندارد تا حد تخريب تعيين مي‌شود، به يقين راهنماي روشني در مورد مشخصات كارايي قطعه‌اي نيست كه بخش پيچيده‌اي از يك مجموعه مهندسي را تشكيل مي‌دهد.
در طي توليد و حمل و نقل امكان دارد كه انواع عيوب با اندازه‌هاي مختلف در ماده يا قطعه به وجود آيند. ماهيت و اندازه دقيق هر عيب روي عمليات بعدي آن قطعه تاثير خواهد داشت. عيوب ديگري نيز مانند تركهاي حاصل از خستگي يا خوردگي ممكن است در طي كار قطعه ايجاد شوند. بنابراين براي آشكار سازي وجود عيبها در مرحله توليد و نيز جهت تشخيص و تعيين سرعت رشد اين نقصها در طول عمر قطعه يا دستگاه ، داشتن وسائل مطمئن ضروري است.
منشا بعضي عيوب كه در مواد و قطعات يافت مي‌شوند، عبارتند از :
- عيوبي كه ممكن است طي ساخت مواد خام يا توليد قطعات ريختگي به وجود آيند (ناخالصيهاي سرباره، حفره‌هاي گازي، حفره‌هاي انقباضي، تركهاي تنشي و ... )
- عيوبي كه ممكن است طي توليد قطعات به وجود آيند (عيوب ماشينكاري، عيوب عمليات حرارتي، عيوب جوشكاري، تركهاي ناشي از تنشهاي پسماند و ...)
- عيوبي كه ممكن است طي مونتاژ قطعات به وجود آيند (كم شدن قطعات، مونتاژ نادرست، تركهاي ناشي از تنش اضافي و ...)
- عيوبي كه در مدت كاربري و حمل و نقل به وجود مي‌آيند (خستگي، خوردگي، سايش، خزش، ناپايداري حرارتي و ...)
روشهاي مختلف آزمونهاي غيرمخرب در عمل مي‌توانند به راههاي بسيار متفاوتي در عيب يابي به كار روند. اعتبار هر روش آزمون غيرمخرب سنجشي از كارايي آن روش در رابطه با آشكارسازي نوع و شكل و اندازه بخصوص عيبها است. بعد از آن كه بازرسي تكميل شد، احتمال معيني وجود دارد كه يك قطعه عاري از يك نوع عيب با شكل و اندازه بخصوص باشد. هر قدر اين احتمال بالاتر باشد اعتبار روش به كار رفته بيشتر خواهد بود. اما بايد اين واقعيت را به خاطر داشت كه بازرسيهاي غيرمخرب براي اغلب قطعات به وسيله انسان انجام مي‌گيرد و در اصل دو نفر هميشه نمي‌توانند يك كار تكراري مشابه را بطور دقيق همانند يكديگر انجام دهند. از اين رو بايد يك ضريب عدم يقين در برآورد اعتبار بازرسي به حساب آورده شود و ارزش تصميماتي رد و يا قبول قطعه بايد از رويدادهاي آماري تخمين زده شود.
نقش بازرسي غيرمخرب اين است كه با ميزان اطمينان معيني ضمانت نمايد كه در زمان بكارگيري قطعه براي بار طراحي، تركهايي به اندازه بحراني شكست در قطعه وجود ندارند. همچنين ممكن است لازم باشد كه با اطمينان، عدم وجود تركهاي كوچكتر از حد بحراني را نيز ضمانت كند. اما رشد تركهاي كوچكتر از حد بحراني. بويژه در مورد قطعاتي كه در معرض بارهاي خستگي قرار دارند و يا در محيطهاي خورنده كار مي‌كنند، اهميت دارد، بطوريكه اين گونه قطعات، قبل از اين كه شكست ناگهاني در آنها اتفاق بيفتد، به يك حداقل عمر كار مفيد برسند. در برخي حالتها، بازرسيهاي مرتب و متناوب جهت اطمينان از نرسيدن تركها به اندازه بحراني ممكن است ضروري باشد.
بكارگيري ايده‌هاي مكانيك شكست در طراحي، براي توانايي روشهاي مختلف آزمونهاي غيرمخرب در آشكارسازي تركهاي كوچك، حد و مرز تعيين مي‌كند. اختلاف بين كوچكترين ترك قابل آشكارسازي و اندازه بحراني آن، ميزان ايمني يك قطعه است.
در هر برنامه خاص بازرسي، تعداد عيوب شناسايي شده (هر چند زياد)، با تعداد واقعي آنها مطابقت پيدا نمي‌كند، بنابراين احتمال شناسايي يك قطعه سالم و بدون عيبهاي با اندازه‌هاي گوناگون كاهش مي‌يابد. اما هنگامي كه قطعات بسيار مهم مورد نظر هستند، سعي بر اين است تا حد امكان عيبهاي بيشتري شناسايي شوند و تمايل به قبول تمام نشانه‌هاي وجود عيبها زياد است. زيرا اگر قطعه‌اي در طي بازرسي مردود و غيرقابل مصرف معرفي شود، بهتر از آن است كه هنگام استفاده منجر به شكست فاجعه آميز شود. مسلم است مهندسي كه ايده‌هاي مكانيك شكست را مورد استفاده قرار مي‌دهد، علاقه‌مند است كه بداند به چه اندازه عيبها را در هنگام بازرسي مورد نظر داشته باشد. انتخاب روش با اين بررسي اوليه تعيين مي‌شود و تمام پارامترهاي ديگر در درجه دوم اهميت قرار مي‌گيرند. براي مثال بازرسي تركهاي مربوط به خستگي قطعات فولادي به روش فراصوتي كه نسبتاً
براحتي قابل اجرا است، در مقابل تجزيه و تحليل به روش جريان گردابي براي آشكارسازي تركهايي به طول 5/1 ميليمتر، كنار گذاشته مي‌شود زيرا احتمال آشكارسازي اين تركها با فراصوتي 50 درصد و با جريان گردابي 80 درصد است.
يكي از فايده‌هاي بديهي و روشن به كار بردن صحيح آزمونهاي غيرمخرب، شناسايي عيوبي است كه اگر بدون تشخيص در قطعه باقي بمانند، موجب شكست فاجعه آميز قطعه و در نتيجه بروز خسارتهاي مالي و جاني فراوان خواهند شد. استفاده از اين روشهاي آزمون مي‌تواند فوايد زيادي از اين بابت ، در بر داشته باشد.
بكارگيري هر يك از سيستمهاي بازرسي متحمل هزينه است، اما اغلب استفاده موثر از روشهاي بازرسي مناسب موجب صرفه‌جويي‌هاي مالي قابل ملاحظه‌اي خواهد شد. نه فقط نوع بازرسي، بلكه مراحل بكارگيري آن نيز مهم است. بكارگيري روشهاي آزمون غيرمخرب روي قطعات ريختگي و آهنگري كوچك بعد از آنكه كليه عمليات ماشينكاري روي آنها انجام گرفت، معمولا بيهوده خواهد بود. در اينگونه موارد بايد قبل از انجام عمليات ماشينكاري پرهزينه قطعات بدقت بازرسي شوند و قطعاتي كه داراي عيوب غيرقابل قبول هستند، كنار گذاشته شوند. بايد توجه داشت كليه معايبي كه در اين مرحله تشخيص داده مي‌شوند، نمي‌توانند موجب مردود شدن قطعه از نظر بازرسي باشند. ممكن است قطعه‌اي داراي ناپيوستگيها و تركهاي سطحي بسيار ريز باشد كه در مراحل ماشينكاري از بين بروند.



آزمايش پرتو نگاري و تفسير فيلم Radiographic Testing and Film Interpretation




تابش الكترومغناطيسي با طول موجهاي بسيار كوتاه، يعني پرتو ايكس يا پرتو گاما از درون مواد جامد عبور مي‌كند اما بخشي از آن، توسط محيط جذب مي‌شود. مقدار جذب پرتو در هنگام عبور از ماده به چگالي و ضخامت ماده و همچنين ويژگيهاي تابش بستگي دارد. تابش عبوري از درون ماده مي‌تواند به وسيله يك فيلم يا كاغذ حساس آشكار شده و روي صفحه فلورسنت مشاهده شود، يا اين كه توسط دستگاههاي حساس الكترونيكي نشان داده شود. اگر بخواهيم دقيقتر بگوييم، عبارت پرتو نگاري به معني فرايندي است كه در نتيجه آن ، تصويري روي فيلم ايجاد شود، بررسي اين فيلم را تفسير مي‌گوييم.
بعد از اين كه فيلم عكس گرفته شده پرتو نگاري ظاهر شد، تصويري سايه روشن با چگالي متفاوت مشاهده مي‌شود. قسمتهايي از فيلم كه بيشترين مقدار تابش را دريافت كرده‌اند، سياهتر ديده مي‌شوند. همچنانكه پيشتر گفته شد، مقدار تابش جذب شده توسط ماده، تابعي از چگالي و ضخامت آن خواهد بود. همچنين وجود عيوب خاص، مانند حفره‌ها و تخلخل درون ماده، بر مقدار تابش جذب شده تاثير خواهد گذاشت. بنابراين پرتو نگاري مي‌تواند براي آشكار سازي انواع خاصي از عيوب در بازرسي مواد و قطعات به كار رود.
استفاده از پرتو نگاري و فرآينده‌هاي مربوط به آن بايد به شدت كنترل شود، زيرا قرار گرفتن انسان در معرض پرتو مي‌تواند منجر به آسيب بافت بدن شود.



آزمايش فراصوتي (Ultrasonic Testing)

در اين روش، امواج صوتي با بسامد 5/0 تا 20 مگاهرتز به درون قطعه فرستاده مي‌شود. اين موج پس از برخورد به سطح مقابل قطعه باز تابيده مي‌شود. با توجه به زمان رفت و برگشت اين موج، مي‌توان ضخامت قطعه را تعيين كرد. حال اگر يك عيب در مسير رفت و برگشت موج باشد، از اين محل هم موجي بازتابيده خواهد شد كه اختلاف زماني نسبت به مرحله اول، محل عيب را مشخص مي‌كند.
روشهاي فراصوتي به طور گسترده‌اي براي آشكارسازي عيوب داخلي مواد به كار مي‌روند ولي مي‌توان از آنها براي آشكارسازي تركهاي كوچك سطحي نيز استفاده كرد.



بازرسي با ذرات مغناطيسي (Magnetic Particle Testing)

بازرسي با ذرات مغناطيسي، روش حساسي براي رديابي عيوب سطحي و برخي نقصهاي زير سطحي قطعات فرو مغناطيسي است. پارامترهاي اساسي فرآيند به مفاهيم نسبتاً ساده‌اي بستگي دارد. هنگامي كه يك قطعه فرومغناطيسي، مغناطيس مي‌شود، ناپيوستگي مغناطيسي كه تقريباً در راستاي عمود بر جهت ميدان مغناطيسي واقع است، موجب ايجاد يك ميدان نشتي قوي مي‌شود. اين ميدان نشتي در رو و بالاي سطح قطعه مغناطيس شده حضور داشته و مي‌تواند آشكارا توسط ذرات ريز مغناطيسي ديدپذير شود. پاشيدن ذرات خشك يا ذرات مرطوب با يك مايع محلول بر روي سطح قطعه، موجب تجمع ذرات مغناطيسي روي خط گسل خواهد شد. بنابراين پل مغناطيسي تشكيل شده، موقعيت، اندازه و شكل ناپيوستگي را نشان مي‌دهد.
يك قطعه را مي‌توان با به كاربردن آهنرباهاي دائم، آهنرباهاي الكتريكي و يا عبور يك جريان قوي از درون يا برون قطعه، مغناطيس كرد. با توجه به اين كه با روش آخر مي‌توان ميدانهاي مغناطيسي با شدت زياد در داخل قطعه ايجاد كرد، اين روش به صورت گسترده‌اي در كنترل كيفي محصول به كار مي‌رود زيرا اين روش حساسيت خوبي براي شناسايي عيوب قطعات و آشكارسازي آنها عرضه مي‌دارد


بازرسي با مايعات نافذ ( Liquid Penetrant Testing)بازرسي با مايعات نافذ يكي از روشهايي است كه مي‌تواند براي عيب يابي تعداد وسيعي از قطعات مورد استفاده قرار گيرد، به شرطي كه عيبها به صورت ترك در سطح قطعه ظاهر شوند. اساس روش بر اين است كه مايع نافذ بر اثر جاذبه مويينگي به درون تركهاي سطحي نفوذ كرده و پس از يك مرحله ظهور، هر عيبي كه به شكل ترك يا شكستگي در سطح قطعه وجود دارد، با چشم رويت مي‌شود. براي بهتر ديده شدن اين تركها، مايع نافذ معمولاً به رنگهاي روشن و قابل ديد بوده و يا به ماده فلورسنت آغشته مي‌شود. در حالت اول معمولاً براي رنگين نمودن مايع از رنگ قرمز استفاده مي‌شود كه با نور روز يا نور مصنوعي قابل ديد باشد، ولي در حالت دوم براي ديدن تركها و درزها بايد از نور فرابنفش استفاده شود.
امروزه، بازرسي با مايع نافذ، يكي از مهمترين روشهاي صنعتي است كه براي مشخص نمودن انواع مختلف عيبهاي سطحي مواد و قطعات، مانند تركها، بريدگي‌ها و نواحي مك‌هاي سطحي، مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين روش تقريباً براي هر نوع ماده و در هر اندازه‌اي، چه بزرگ با شكل پيچيده و چه ساده، قابل استفاده است و معمولاً براي بازرسي توليدات ريختگي و كار شده فلزات آهني و غيرآهني، آلياژها، سراميك‌ها، ظروف شيشه‌اي و مواد پليمر به كار مي‌رود.

[Sara12]

آزمونهای غير مخرب 2

بازرسي فني (Industrial Inspection )

بازرسين فني معمولاً مسئوليت بازرسي تجهيزات مكانيكي، الكتريكي و ... را با انجام مراحل مختلف بعهده مي‌گيرند. بعضي از اين مراحل عبارتند از:
بازرسي و كنترل براساس نقشه‌هاي ساخت، بررسي و تنظيم برنامه‌هاي نظارت بر ساخت و توليد محصول، پيگيري انجام تعهدات توليدكننده، كنترل مقادير در كيفيت مصالح و تجهيزات بكار رفته و پيشرفت كار، كنترل جوشكاري، كنترل رنگ آميزي، كنترل حفاظت كاتديك، مطابقت نقشه‌هاي ساخت و مونتاژ با استانداردهاي مورد نظر، بازرسي از مراحل بسته‌بندي جهت اطمينان از استحكام لازم و در نهايت ارسال تائيديه بازرسي كالا براي كارفرما.



آزمايش جريان گردابي (Eddy Current Testing)

اساس روشهاي آزمون الكترومغناطيسي بر اين است كه وقتي يك سيم پيچ حامل جريان متناوب، نزديك ماده‌اي تقريباً رسانا قرار داده شود، جريانهاي گردابي يا ثانويه در آن ماده القا خواهد شد. جريانهاي القايي، ميداني مغناطيسي ايجاد خواهند كرد كه در جهت مخالف ميدان مغناطيسي اوليه اطراف سيم پيچ است. تاثير متقابل بين ميدانها موجب ايجاد يك نيروي ضد محركه الكتريكي در سيم پيچ شده و در نتيجه سبب تغيير مقدار مقاومت ظاهري سيم پيچ خواهد شد. اگر ماده از نظر ابعاد و تركيب شيميايي يكنواخت باشد. مقدار مقاومت ظاهري سيم پيچ كاوشگر نزديك سطح قطعه در كليه نقاط سطح قطعه يكسان خواهد بود، به غير از تغيير اندكي كه نزديك لبه‌هاي نمونه مشاهده مي‌شود. اگر ماده ناپيوستگي داشته باشد، توزيع و مقدار جريانهاي گردابي مجاور آن تغيير مي‌كند و در نتيجه كاهشي در ميدان مغناطيسي در رابطه با جريانهاي گردابي به وجود مي‌آيد، بنابراين مقدار مقاومت ظاهري سيم پيچ كاوشگر تغيير خواهد كرد.
از روي تحليل اين آثار مي‌توان در مورد كيفيت و شرايط قطعه كار نتيجه‌گيري كرد. اين روشها بسيار متنوع هستند و با وسيله و روش آزمون مناسب، مي‌‌توان آنها را براي آشكارسازي عيوب سطحي و زير سطحي قطعات و تعيين ضخامت پوشش فلزات به كار برد و اطلاعاتي در زمينه مشخصات ساختاري مانند اندازه دانه بندي و شرايط عمليات حرارتي به دست آورد.همچنين مي‌توان خواص فيزيكي مانند رسانايي الكتريكي تراوايی مغناطيسي و سختي فيزيكي را تعيين كرد.


بازرسی به روش چشمي (Visual Testing)

بازرسي چشمي: در بيشتر اوقات، اولين مرحله در آزمون يك سازه، بازرسي چشمي است. بازرسي با چشم غير مسلح فقط عيبهاي نسبتاً بزرگي را كه به سطح قطعه راه دارند، نمايان خواهد كرد. با به كار بردن يك ميكروسكوپ مي‌توان كارايي بازرسي چشمي را افزايش داد. مناسبترين نوع ميكروسكوپ براي بازرسيهاي سطح قطعه، ميكروسكوپ استريو است. در اين نوع بازرسيها، بزرگنمايي بسيار زياد ضرورتي ندارد و بيشتر ميكروسكوپهاي كه بدين منظور در دسترس هستند، بزرگنمايي در حدود 5 تا 75 برابر دارند. بازرسي چشمي منحصر به سطح خارجي نمي‌شود. حساسه‌هاي بازرسي نوري، از هر نوع صلب و انعطاف پذير، جهت بازرسي سطوح داخلي ساخته شده‌اند. حتي اين حساسه‌ها را مي‌توان در داخل حفره‌ها، لوله‌ها و كانالها قرار داد



بازرسي جوشي (Welding Inspection )

كنترل كيفيت عمليات جوشكاري از زمان تنظيم دستورالعمل تا انتهاي كار (شامل مواردي نظير تجهيزات، الكترود، پرسنل جوشكار و ... ) بعهده بازرسي جوش مي‌باشد كه در صورت مشاهده ايراد در هر مرحله از كار، با جلوگيري از روند ايجاد كار معيوب، راهكارهاي بهبود كيفيت را ارائه مي‌كند و تا نتيجه كار، مطلوب و طبق استاندارد درخواستي كارفرما، ايجاد گردد. انواع ترك از عيوبي هستند كه در صورت مشاهده بايد كاملاً از سطح كار حذف شوند.



با تشکر از وبلاگ مواد و متالورژی

[Sara12]

اثر فسفر در فولادها و چدنها
فسفر عنصر ناخواسته اي است كه در تركيب هر عنصري وجود دارد.ساختمان مكعبي شكل و نقطه ذوب 45 C دارد. وزن اتمي آن 31 است. فسفر تمايل قوي به تركيب با اكسيژن داشته و بايد از رطوبت و اكسيژن محافظت شود. براي افزودن به مذاب آهن ،از فروفسفاتهاي با 20% فسفر استفاده مي شود.

در حالت جامد ،آهن و فسفر تشكيل Fe3P مي دهند. فسفر در دماي اتاق در حدود 0.1% حل مي شود و فسفر اضافي در زمينه باقي مي ماند. در كل فسفر فريت زاي ضعيفي است . لذا با توجه به دصد كم فسفر در فولاد ،تاثير اين عنصر بسيار ناچيز است.

در فولادسازي با روش شمش ريزي ، فسفر عنصر ناخواسته اي است.فسفر جدايش در ريزساختار را تشديد مي دهد. مناطق حاوي فسفر مناطقي هستند كه در آخرين مرحله انجماد ، منجمد مي شود و باعث مي شودكه كربن از اين مناطق پس زده شود.در نتيجه بعد از انجماد،اين مناطق سمنتيت كمتري داشته و در عوض فريت بيشتري خواهد داشت.به اين پديده Ghost bond اطلاق مي شود.هم چنين به خاطر ضريب ديفوزيون پايين اين عنصر،امكان يكنواخت كردن ريزساختار بسيار مشكل است.

در عمليات حرارتي فولادها ،فسفر چقرمگي را مي كاهد.بهمين خاطر درصد فسفر بايد از 0.04% فراتر نرود.فسفر سختي پذيري را مي افزايد فلذا كاهش چقرمگي و افزايش تردي را در پي خواهد داشت.فسفر با تشكيل محلول جامد جانشيني، تمايل بالقوه اي در افزايش استحكام فريت دارد.

اثر ترد كنندگي به ميزان كربن فولاد بستگي دارد. در گريدهاي پر كربن ،تاثير فسفر معكوس مي شود.در بسياري از فولادهاي كم كربن درصد فسفر مي تواند در محدوده 0.04-0.15 % باشد. در فولادهاي HSLA كه كربن كمتري دارند، جهت افزايش استحكام و مقاومت خوردگي از فسفربا درصد بالا استفاده مي كنند.فولادهاي بسمر به خاطر ماهيت توليد داراي فسفر زيادي هستند. تردي حاصل از فسفر با افزايش كربن ،دماي آبكاري ،اندازه دانه و كاهش درصد تغيير شكل در فورج افزايش مي يابد.اين تردي بصورت سردشكنندگي و حساس شدن در تنش هاي ضربه اي ظاهر مي شود.

فسفر اندازه دانه های آهن را افزایش داده و لذا باعث تشکیل ترکیبات حجیم و نامطلوب می شود. افزودن فسفر به فولادهای کم کربن ،ازدیاد استحکام و مقاومت خوردگی را در پی دارد. هم چنین قابلیت ماشینکاری فولادهای خوش تراش را بهبود می بخشد.تا 0.07 % به فولادهای کم کربن خاص با 0.3 % مس افزوده شده تا مقاومت اتمسفری آنها بسیار خوب شود. در چدن ، نقطه انجماد اولیه چدن را کاهش داده فلذا سیالیت و قابلیت ریخته گری آن را می افزاید

[Sara12]

ریختگری در قالب دوغابی


روش ريخته گري دقيق تعريف :

‌ريخته گري دقيق به روشي اطلاق ميشود كه در ان قالب با استفاده از پوشاندن مدل هاي از بين رونده توسط دوغاب سراميكي ايجاد مي وشد. مدل (‌كه معمولا از موم يا پلاستيك است ) توسط سوزاندن با ياذوب كردن از محفظه قالب خارج مي شود.

ويژگي :
در روشهاي قالبگيري در ماسه ، مدلهاي چوبي يا فلزي به منظور تعبيه شكل قطعه در داخل مواد قالب مورد استفاده قرار ميگيرد. در اينگونه روشا مدلها قابليت استفاده مجدا دارند ولي قالب فقط يكبار استفاده مي شود. در روش دقيق هم مدل و هم قالب فقط يك بار استفاده مي شود. درروش دقيق هم مدل و هم قالب فقط يك بار استفاده مي شود .

مزايا و محدوديتها
الف: مهمترين مزاياي روش ريخته گري دقيق عبارتند از : - توليد انبوه قطعات با اشكال پيچيده كه توسط روشهاي ديگر ريخته گري نمي توان توليد نمود توسط اين فرايند امكان پذير مي شود. - مواد قالب و نيز تكنيك بالاي اين فرايند،‌- امكان تكرار توليد قطعات با دقت ابعادي وصافي سطح يكنواخت را ميدهد. - اين روش براي توليد كليه فلزات و آلياژهاي ريختگي به كار مي رود . همچنين امكان توليد قطعاتي از چند آلياژ مختلف وجود دارد. - توسط اين فرآيند امكان توليد قطعاتي با حداقل نياز به عملايت ماشينكاري و تمام كاري وجود دارد. بنابراين محدوديت استفاده از آلياژهاي با قابليت ماشينكاري بد از بين مي رود. - در اين روش امكان توليد قطعات با خصوصا متالورژيكي بهتر وجود دارد. - قالبت تطابق براي ذوب و ريخته گري قطعات در خلاء وجود دارد. - خط جدايش قطعات حذف مي شود و نتيجتا موجب حذف عيوبي مي شود كه در اثر وجود خط جدايش به وجود مي آيد.. –
ب:مهمترين محدوديتهاي روش ريخته گري دقيق عبارتنداز : - اندازه و وزن قطعات توليد شده توسط اين روش محدود بوده و عموما قطعات با وزن كمتر از 5 كيلوگرم توليد مي شود . - هزينه تجهيزات و ابزارها در اين روش نسبت به ساير روشها بيشتر است.
انواع روشهاي ريخته گري دقيق:

در اين فرايند دو روش متمايز در تهيه قالب وجود دارد كه عبارتند از روش پوسته اي و روش توپر به طور كلي اين دو روش درتهيه مدل با هم اختلاف ندارند بلكه در نوع قالبها با هم تفاوت دارند. فرايند قالبهاي پوستهاي سراميكي پوسته اي سراميكي درريخته گري دقيق: براي توليد قعطات ريختگي فولادي ساده كربني ، فولادهاي آلياژي ،‌فولاد هاي زنگ نزن، مقاومت به حرارت وديگر آلياژهايي با نقطعه ذوب بالاي اين روش به كار مي رود به طور شماتيك روش تهيه قالب را در اين فرآيند نشان مي دهند كه به ترتيب عبارتند از :
الف : تهيه مدلها : مدلهاي مومي يا پلاستيكي توسط ورشهاي مخصوص تهيه ميشوند.
ب : مونتاژ مدلها : پس از تهيه مدلهاي مومي يا پلاستيك معمولا تعدادي از آنها ( اين تعداد بستگي به شكل و اندازه دارد) حول يك راهگاه به صورت خوشه اي مونتاژ مي شوند در ارتباط باچسباندن مدلها به راهگاه بار ريز روشهاي مختلف وجود دارند كه سه روش معمولتر است و عبارتند از :
روش اول: محل اتصال در موم مذاب فرو برده مي شود و سپس به محل تعيين شده چسبانده مي شود .
روش دوم: اين روش كه به جوشكاري مومي معروف است بدين ترتيب است كه محلهاي اتصال ذوب شده به هم متصل مي گردند .
روش سوم: روش سوم استفاده از چسبهاي مخصوص است كه محل اتصال توسط جسبهاي مخصوص موم يا پلاستيكي به هم چسبانده مي شود. روش اتصال مدلهاي پلاستيكي نيز شبيه به مدلهاي مومي مي باشد..
ج : مدل خوشه اي و ضمائم آن در داخل دو غاب سراميكي فرو برده مي شود. درنتيجه يك لايه دو غاب سراميكي روي مدل را مي پوشاند
د:در اين مرحله مدل خوشه اي در معرض جريان باران ذرات ماسه نسوز قرار ميگيرد.‌تايك لايه نازك درسطح آن تشكيل شود .
ه: پوسته سراميكي ايجاده شده در مرحله قبل كاملاخشك مي شوند تا سخت و محلم شوند. مراحل ( ج ) (د) ( ه) مجددا براي جند بار تكرار مي شود . تعداد دفعات اين تكرار بستگي به ضخامت پوسته قالب مورد نياز دارد. معمولا مراحل اوليه از دوغابهايي كه از پودرهاي نرم تهيه شده ،‌استفاده شده و بتدريج مي توان از دو غاب و نيز ذرات ماسه نسوز درشت تر استفاده نمود. صافي سطح قطعه ريختگي بستگي به ذرات دو غاب اوليه و نيز ماسه نسوز اوليه دارد.
ز: مدول مومي يا پلاستيكي توسط ذوب يا سوزانده از محفظه قالب خارج مي شوند، به اين عمليات موم زدايي مي گويند . درعمليات موزدايي بايستي توجه نمود كه انبساط موم سبب تنش وترك در قالب نشود
ح: در قالبهاي توليد شده عمليات بار ريزي مذاب انجام مي شود ط: پس از انجماد مذاب ،‌پوسته سراميكي شكسته ميشود.
ي: در آخرين مرحله قطعات از راهگاه جدا مي شوند.
مواد نسوز در فرآيند پوسته اي دقيق:
نوعي سيليس به دليل انبساطي حرارتي كم به طور گسترده به عنوان نسوز در روش پوسته اي دقيق مورد استفاده قرار مي گيرد.اين ماده نسوز براي ريخته گري آلياژهاي آهني و آلياژهاي كبالت مورد استفاده قرار مي گيرد. زير كنيم شايد بيشترين كاربرد را به عنوان نسوز در فرآيند پوسته اي دارد. اين ماده بهترين كيفيت را در سطوح قطعه ايجاد نموده و در درجه حرارتهاي بالا پايدار بوده و نسبت به خورديگ توسط مذاب مقاوم است. آلومين به دليل مقاومت كم در برابر شوك حرارتي كمتر مورد استفاده قرار ميگيرد. به هر حال در برخي موارد به دليل مقاومت در درجه حرارت بالا ( تا حدودc ْ1760 مورد استفاده قرار مي گيرد.
چسبها :‌مواد نسوز به وسيله چسبها به يكديگر مي چسبد اين چسبها معمولا شيميايي مي باشند سليكات اتيل ،‌سيليكات سديم و سيليس كلوئيدي . سيليكات اتيل باعث پيدايش سطح تمام شده بسيار خوب ميشوند. سيليس كلوئيدي نيز باعث بوجود آمدن سطح تمام شده عالي مي شود.
اجزاي ديگر: يك تركيب مناسب علاوه بر مواد فوق شامل مواد ديگري است كه هر كدام به منظور خاصي استفاده مي شود.
اين مواد به اين شرح است : - مواد كنترل كننده ويسكوزيته - مواد تركننده جهت كنترل سياليت دو غاب و قابليت مرطوب سازي مدل - مواد ضد كف جهت خارج كردن حبابهاي هوا - مواد ژلاتيني جهت كنترل در خشك شدن و تقليل تركها فرايند تهيه قالبهاي توپر در ريخته گري دقيق: شكل به طول شماتيك مراحل تهيه قالب به روش توپر را نشان مي دهد كه عبارتند از :
الف : تهيه مدلهاي ذوب شونده
ب :‌مونتاژ مدلها : اين عمليات درقسمت
ج: توضيح داده شده ح: مدلهاي خوشه اي و ضمائم آن درداخل درجه اي قرار ميگيرد و دوغاب سراميكي اطراف آن ريخته ميشودتا درجه با دو غاب ديرگداز پر شود. به اين دو غاب دو غاب پشت بند نيز گفته ميشود . اين دو غاب در هوا سخت مي شود و بدين ترتيب قالب به اصطلاح توپر تهيه مي شود
د: عمليات بار ريزي انجام ميشود
ه : قالب سراميكي پس ازانجماد مذاب شكسته مي شود
و: قطعات از راهگاه جدا مي شوند شكل دادن به روش ريخته گري دو غابي مقدمه اين طريقه شبيه كار ----- پرس است ، به اين معنا كه مقدار آب به مواد اوليه اضافه شده تا حالت دو غابي به خود بگيرد. بايد خارج شود ،به اين دليل براي ساختن اشيا روش كندي است . به طور كلي اين روش موقعي مورد استفاده قرار ميگيرد كه شكل دادن به روشهاي اقتصادي تر غير ممكن باشد. ازطرف ديگر مواقعي از اين روش اسفتاده مي كنند كه تعدااد زيادي از قطعه مورد درخاواست نباشد . برتري بارز اين روش در توليد قطعات پيچيده است . دوغاب،‌داخل قالبهاي گچي متخلخل كه شكل مورد نظر را دارد، ريخته مي شود . آب دو غاب جذب قالب شده و دراثر اين عمل يك لايه از مواد دو غاب به ديواره قالب بسته مي شود و شكل داخل قالب را به خود مي گيرد.دو غاب در داخلي قالب باقي مي ماند تا زماني كه لايه ضخامت مورد نظر را پيدا كند. اگر ريخته گري تو خالي نباشد ،‌نيازي به تخليه دو غاب نيست ، ولي براي قطعاتي كه توخالي باشند، قالب برگدانده ميشود . دو غاب اضافي كه روي سطح قالب قرار دارد،‌به وسيله كرادكي تراشيده مي شود . سپس لايه اضافي با كمك چاقو در ناحيه ذخيره برداشته مي شود . جدارة تشكيل دشه كه همان قطعه نهايي موردنظر است، درقالب باقي مي ماند تا زماني كه كمي منقبض شده و از قالب جدا شود. سپس مي توان آن را از قالب در آورد . بعد از اينكه قطعه مورد نظر خشك شد،‌كليه خطوط اضافي كه دراثر قالب روي آن ايجاد شده است، با چاقو زده و يا به وسيله اسفنج تميز مي شود در اين مرحله قطعه آماده پخت است . چون آب اضافي دو غاب حين ريخته گري خارج شده ، سطح دو غاب در داخل قالب پايين مي آيد. به اين دليل معمولا يك حلقه بالاي قالب تعبيه مي شود تا دو غاب را بالاي قعطه مورد نظر نگه دارد. اين حلقه ممكن است از گچ و يا از لاستيك ساخته شود . اگر ازگچ ساخه شود ، داخل آن نيز دو غاب به جدا بسه شده و با كمك چاقو تراشيده ميشود. وقتي كه جسم داخل قالب گچي كمي خشك شد،‌اسفنجي نمدار دور آن كشيده مي شود تا سطحي صاف به دست آيد . اين روش كه در بالا به ان اشاره شد ، براي ريخته گري اجسامي است كه داخل آنها خالي است . مانند گلدان، زير سيگاري ، و غيره ... اما طريقه اي هم هست كه براي ساختن اجسام توپر به كار مي رود ، به اين تريتب كه دو غاب داخل قالب مي ماند تا اينكه تمام آن سف شود. براي ساختن اشيايي كه شكل پيچيده دارند ، ممكن است قالب گچي ازچندين قعطه ساخته شود تا بتوانيم جسم داخل آن را از قالب خارج كنيم ، هر قطعه قالب شامل جاي خالي است كه قعطه قالب ديگر در آن جا مي گيرد. (‌نروماده ) اگر قالب داراي قطعات زيادباشد،‌لازم است در حين ريخته گري خوب به هم چسبد اين كار را مي توان به وسيله نوار لاستيك كه محكم به دور آن مي بنديم انجام دهيم . هنگام در اوردن جسم از قالب بايد اين نوار لاستيكي را باز كرده و برداريم. غلظت مواد ريخته گري بايد به اندازه كافي باشد كه باعث اشباع شدن قالب از آب نشود . بخصوص موادي كه شامل مقدار زيادي خاك رس هستند،‌غلظت آنها به قدري كم خواهد شد كه ريخته گري آنها مشكل شده و معايبي هم در حين ريخته گري ايجادمي شود. براي اينكه دو غاب را به اندازه كافي روان كنيم . مواد روانسازي به دو غاب اضافه مي شود.
ريخته گري دو غابي تجهيزات مورد نياز: مواد مورد نياز - مواد اوليه - آب - روانساز( سودا و سيليكات سديم يا آب شيشه ) ابزار مورد نياز - همزان الكتريكي - ترازو ( با دقت 1/0و01/0 گرم) - پارچ دردار - قالب گچي مورد نياز ( قالب قوري - لوله و قالب هاون آزمايشگاهي - دسته هاون آزمايشگاهي - دسته هاون ) - ويسكوزيته متر ريزشي با بروكفيد - لاستيك نواري - ميز كار آماده سازي دو غاب توزين و اختلاط مواد اوليه :‌در توليد فرآورده هاي سراميكي ،‌عمل توزين مواد اوليه به طور كلي مي تواند به دو روش انجام شود. (‌توزين به روش خشك ) (‌توزين به روش تر )‌در مرحله تهيه و آماده سازي بدنه ،‌روش توزين عامل بسيار مهم و تعيين كننده اي است.
توزين درحالت خشك : در اين روش ،‌عمل توزين هنگامي صورت مي گيرد كه مواد اوليه به صورت خشك و يا تقريبا خشك باشند و هنوز تبديل به دو غاب نشده باشند . هنگام توزين ،‌حتما بايد آب موجود درمواد اوليه و به طور عمده در مواد پلاستيك (‌كه از محيط اطراف جذب شده و يا در معدن در اثر ريزش برف و باران مرطوب و نمدار شده است )‌منظور شود . البته بايد توجه داشت كه تعيين دقيق مقدار رطوبت موجود در مواد اوليه،عملا غير ممكن است و اين موضوع ، يعني عدم دقت ، نقص بزرگ توزين به روش خشك است . در عمل از تك تك مواد اوليه نمونه برداري كنيد ،‌و بعد از توزين آن را در خشك كن آزمايشگاهي در دماي ( ) قرار دهيد بعد از 24 ساعت نمونه را دوباهر توزين كنيد . اختلاف وزن نسبت به وزن اوليه را محاسبه كنيد تا درصد رطوبت خاك مشخص شود . بعد از تعيين درصد رطوبت ، درصد فوق را در توزين نهايي مواد اوليه منظور كنيد . توزين در حالت تر: در اين روش،‌عمل توزين بعد از تبديل هر يك از مواد اوليه به دو غاب انجام مي شود. بديهي است كه هريك از مواد اوليه به دو غاب انجام مي شود . بديهي است كه در روش خشك گفته شد ، وجود نخواهد داشت . البته در صنعت به لحاظ نياز اين روش به چاله هاي ذخيره سازي كه فضاي بيشتري با سرماهي گذاري اوليه بالاتري را مي طلبد ،‌كمتر استقبال مي شود. در مورد توزين به روش تر ،‌حتما اين روش مطرح خواهد شد كه چگونه مي توان به مقدار مواد خشك موجود در دو غاب هر يك از مواد اوليه پي برد. در عمل براي تعيين مقدار مواد خشك موجود درغابها از رابطه برونينارت استفاده مي شود . W=(p-1) W= وزن ماده خشك موجود در يك سانتيمتر مكعب از دو غاب (‌گرم ) P= وزن ماده خشك موجود در يك سانتيمتر مكعب = وزن مخصوص ( دانسيته ) دو غاب درعمل با توزين حجم مشخصي از دو غابها،‌مي توان به وزن مخصوص يا دانسيته آنها پي برد. در مورد وزن مخصوص مواد خشك بايد اشاره شود كه به طور معمول اين مقدار حدود 5/2 تا6/2 گرم بر سانتيمتر مكعب است. بنابراني اگر با تقريب ،‌وزن مخصوص را 5/2 اختيار كنيد ، مقدار كسري برابر با خواهد بود . پس تنها عامل در اكثر موارد،‌دانسيته دو غابها است .
الك كردن : عمل توزين مواد اوليه چه به صورت تر باشد و چه در حالت خشك ،‌ابعاد ذرات دو غاب بدنه موجود در حوضچه هاي اختلاط نبايد از حدو مورد نظر بزرگتر باشد. تعيين ابعاد ذرات موجود در دو غاب،‌قسسمتي از اعمال روزمره آزمايشگاهها ي خطوط توليد است و اين عمل در پايان نمونه برداري در حين سايش انجام گيرد و سپس تخليه انجام مي گيرد. در هر صورت ،‌انتخاب دانه بندي مناسب بستگي به فاكتور هاي ذيل دارد: - نوع بدنه ( چيني ظروف- چيني بهداشتي ،- نوز) - نوع مواد اوليه و درصد انها (‌- بالكي) - خواص ريخته گري ( تيكسوتراپي ،‌- سرعت ريخته گري) - جذب آب - عمل الك كردن براي جداسازي ذرات درشت و كنترل خواص دوغاب بسيار ضروري است. زيرا اولا وجود ذرات درشت عوارض گسترده اي بر پروسس ريخته گري ،‌- خواص دو غاب ،‌- خواص حين پخت و خواص محصول نهايي دارد. ثانيا ،- كنترل دانه بندي براي خواص دو غاب شديدا تحت تاثير دانه بندي بوده و نبايد از حد متعارفي كمتر باشد . انتخاب و شماره الك توسط استاد كار انجام خواهد شد. عموما به لحاظ وجود ذرات درشت و حضور ناخالصيهاي گسترده در مواد اوليه نظير موادآلي ،‌ريشه درختان ،‌كرك و پشم كه به منظور افزايش استحكام خام به بعضي از مواد اوليه زده مي شود ،‌غالبا چشمه هاي الك زود كورمي شود و ادامه عمل الك كردن را با مشكل مواجه مي كند. لذا غالبا الكهارا چند طبقه منظور كرده و طبقات نيز از مش كوچك به مش بزرگ از بالا به پايين قرار مي گيرند تا دانه هاي درشت تر بالاو دانه هاي كمتري روي الك زيرين كه داراي چشمه هاي ريزتري است ،‌قرار گيرد .
آهن گيري: مي دانيد كه اهن با ظرفيتهاي مختلف در مواد اوليه يا بدنه هاي خام وجود دارد، در مجموع چهار شكل متفاوت آهن وجود دارد. - به صورت يك كاتيون در داخل شبكه بلوري مواد اوليه - به صورت كانيهاي مختلف كه به عنوان ناخالصيهاي طبيعي با مواد اوليه مخلوط مي شوند . - به صورت ناخالصيهاي مصنوعي كه در اثر سايش صفحات خرد كننده سنگ شكنها و آسيابها به وجود آمده اند . فقط در حالت اخير آهن به صورت فلزي يا آزاد وجود دارد. لذا در اين حالت توانايي مي توان عمل اهن گيري را انجام داد. - به صورت تركيبات دو وسه ظرفيتي آهن كه در اثر زنگ زدگي خطوط انتقال دو غاب ،‌- وارد دوغاب ميشوند.در توليد فرآورده هاي ظريف براي تخليص دو غاب از ذرات آهن موجود ،‌- از دستگاههاي آهنر يا مگنت دستي استفاده مي شود . دستگاههاي آهنربا اگر چه عامل بسيار موثري در حذف آهن و تخليص دو غاب هستند،‌- ولي ماسفانه بايد توجه داشت كه اين دستگاهها قادر به جذب تمام مواد وذرات حاوي آهن نيستند . در بين كانيهاي مهم آهن، كانيهاي مگنيت ( ) سيدريت ( )‌و هماتيت( ) به ترتيب داراي بيشترين خاصيت مغناطيسي هستند و بنابراين ،‌به وسيله دستگاههاي آهنربا جذب مي شوند . در كانيهاي ليمونيت ( ) ماركاسيت و پيريت ( ) خاصيت مغناطيسي به ترتيب كاهش يافته و به همين دليل در عمل ، احتمال جدا سازي اين كانيها به وسيله دستگاههاي آهنربا بسيار كم است . در مورد آهن فلزي بديهي است كه دستگاههاي آهنربا به راحتي قادر به جذب آنها هستند. تنظيم خواص رئولوژيكي بعد از اينكه دو غاب الك و آهنگيري شد، دو غاب رابه چاله ذخيره يا به ظرف مخصوص انتقال مي دهيم . در حالي كه همزن الكتريكي با دور كم در حال هم زدن آرام دو غاب است ، از چاله نمونه برداري كرده و آزمونهاي زير را اعمال مي كنيم تا فرم پيوست تكميل شود. همان طوريكه در فرم ملاحظه مي شود ،
شامل مراحل زير است :‌اولين مرحله تنظيم دانسيته دوغاب است . بدين معنا كه سرعت ريخته گري يا مدت زماني كه لازم است دو غاب در قالب گچي بماند و به ضخامت مورد نظر برسد، تنظيم شود . بدين منظور در ابتدا قالب گچي مناسب را كه داراي عمر مشخص و درصد آب به گچ ثابت و معيني است آماده مي كنيم و يا اينكه مي توانيم از يك مدل مشخص در خط توليد استفاده كنيم بعد از بستن قطعات قالب، آنها را با كمك يك نوار پهن لاستيكي نظير تيوپ دوچرخه يا لاستيكي كه از تيوپ ماشين معمولي بريده شده است ، كاملا در كنار هم جذب و محكم كنيد . دو غاب حاصل را به داخل قالب گچي بريزيد . و بعد از مدت زمان مشخصي ،‌در نتيجه واكنشهاي متقابل بين دو غالب وقالب گچي ،‌لايه اي درمحل تماس دو غاب و قالب ايجاد مي شود .‌واضح است كه قطر لايه ايجاد شده بستگي به زمان توقف دو غالب در قالب دارد. بعد از گذشت مدت زمان مورد نظر ، دو غاب اضافي موجود قالب تخليه مي شود . اين زمان به طور عمده بستگي به قطر فراورده مورد نظر وسرعت ريخته گري دو غاب دارد . بايد توجه داشت كه تراكم قالب گچي نيز عامل موثري در زمان ريخته گري است . ولي براي ايجاد زمينه اي در ذهن دانش آموزان بايد اشاره شود كه با توجه به كليه عوامل موثر زمان ريخته گري به عنوان مثال براي فرآورده ها بهداشتي به قطر حدود 10 يا 11ميليمتر،‌معمولا حدود تا 2 ساعت ،‌براي ظروف غذا خوري از جنس ارتن و ريا پرسلان با قطر2 تا 3 ميليمتر ، حدود 15 تا 25 دقيقه و براي چيني استخواني به همين قطر حدود 2 تا 5 دقيقه است .سپس قالب و فرآورده شكل يافته در آن براي مدتي به حال خود گذاشته مي شود تا لايه ايجاد شده ،‌تا حدودي خشك و در نتيجه كوچكتر شود .(‌دراثر انقباض تر به خشك ) بعد از اين مرحله قطعه شكل يافته به راحتي از قالب جدا شده و مي توان آ نرا از داخل قالب گچي خارج كرد درهنگام تشكيل لايه در محل تماس قالب و دوغاب،‌حجم دو غاب موجود در غاب به مرور كمتر وكمتر مي شود . به همين دليل لازم است كه مجددا مقاديري دو غاب به داخل قالب گچي ريخته شود. با توجه به اينكه انجام اين عمل نيازمند نيروي انساني بيشتر و نيز مراقيت دايم است، در عمل قطعه اي در دهانه قالب گچي تعبيه شده كه اصطلاحا به آن ((‌حلقه 45)) گفته مي شود. اين حلقه باعث ايجاد ستوني از دو غاب برفراز قطعه ساخته شده مي شود. در نتيجه با كاهش حجم دو غاب موجود در قالب ،‌نيازي به اضافه كردن مجدد دو غاب نيست. در بعضي موارد به جاي تعبيه حلقه از قيف استفاده مي شود . حلقه ها مي توانند از جنس لاستيك و يا گچ باشند. در صورتي كه حلقه ها از جنس گچ باشند، در سطح داخلي حلقه ،‌در محل تماس دو غاب با گچ نيز لايه اي ايجاد ميشود . اين لايه اضافي و نيز ديگر قسمتهاي اضافي ( به عنوان مثال اضافات ايجاد شده در محل درز قالبها)‌در مرحله پرداخت بريده و جدا مي شوند . قالبهاي گچي به ندرت يك تكه هستند. بدين معني كه معمولا فراورده ها در قالبهاي چند تكه شكل مي يابند. از طرف ديگر در مورد بعضي از شكلهاي پيچيده لازم است مدل اصلي به چند قعطه مختلف تجزيه شده و هر يك از قسمتها جداگانه شكل بگيرند . سپس، بعد از خروج از قالبها به يكديگر متصل شوند. به عنوان مثال ، در مورد ظروف خانگي دسته فنجانها و يا لوله قوريها به صورت مجزا شكل يافته و پس از خروج از قالب، به بدنه اصلي چسبانده مي شوند . مرحله چسباندن قطعات در شكل دادن فراورده ها داراي اهميت زياد است . درشكل دادن به روش ريخته گري به صورت كاملا ساده نشان داده شده است . تعيين زمان ريخته گري دو غابي وسايل مورد نياز مواد اوليه مورد نياز تعداد پنج عدد قالب گچي دو غاب تنظيم شده ليواني كوليس يا ريز سنج كاغذ ميليمتري سيم يا فنر براي برش دادن خط كش كرنومتر مدت زماني كه دو غاب در داخل قالب باقي مي ماند ، در قطر لايه ايجاد شده ويا به عبارت ديگر در ضخامت بدنه خام ، تاثير بسيار زيادي دارد. بدني معني كه چنانچه دو غاب اضافي همچنان در قالب باقي مانده و تخليه نشود و اصطلاحا (( زمان بيشتر به دو غاب داده شود ))‌،‌قطر لايه ايجاد شده افزايش خواهديافت . بايد توجه داشت كه با گذشت زمان ،‌سرعت تشكيل ثابت نبوده و به مروركند تر مي شود . چرا كه در اين شرايط ،‌خود لايه ايجاد شده به صورت سدي در ماقابل نفوذ آب به داخل گچ ،‌عمل مي كند. همچنانكه مشاهده مي شود ، اين عامل كه اصطلاح (( ريخته گري)) به آن اتلاق مي شود، عامل مهمي درتعيين قطر بدنه خام (‌ودر نتيجه ديگر خصوصيات بدنه ) و نيز سرعت توليد است . به همين دليل ،‌يكي از مهمترين خواص دوغابها مقدار ( سرعت ريخته گري) آنها است. به طور مشخص ،‌سرعت ريخته گري عبارت است از ضخامت ايجاد شده در واحد زمان و عوامل موثر در ان كلا عبارتند از : فشار، درجه حرارت ،‌وزن مخصوص دو غاب و بالاخره مقاومت لايه ريخته گري شده در برابر عبورآب . دو عامل اخير وبخصوص آخرين عامل ، مهمترين مواردي هستندكه عملادرصنعت مورد توجه قرار مي گيرند . مقاومت لايه ريخته گري شده در برابر عبور آب ، خود به عوامل ديگري بستگي دارد كه به طور خلاصه عبارتند از:نوع و يا دانه بندي مواد و نيز چگونگي و يا شدت روان شدگي ( به عبارت ديگر تجمع و ياتفرق ذرات )ضمنا بايد توجه داشت كه در سرعت ريخته گري ،‌عوامل خارجي ديگري كه ربطي به خواص دو غاب ندارند نيز موثر هستند. مانند تراكم و يا تخلخل قالب گچي و درصد رطوبت موجود در آن.ضخامت لايه ايجاد شده رابطه مستقيم با جذر زمان ريخته گري دارد. بنابراين ،‌بين زمان و ضخامت لايه رابطه زير بر قرار خواهد بود: ويا در رابطه فوق ، 1ضخامت لايه ايجاد شده ( به ميلي متر )‌و t زمان (‌به دقيقه)‌وk ضريب ثابت است . به همين دليل سرعت ريخته گري معمولا به صورت بيان مي شود . رابطه فوق بدين معني است كه به عنوان مثال چنانچه ساخت فرآورده اي به ضخامت يك ميليمتر ،‌چهاردقيقه زمان احتياج داشته باشد، ساخت فراورده ديگر به ضخامت 2 ميليمتر در همان شرايط به شانزده دقيقه زمان نياز دارد. با اين توضيحات ، براي تعيين سرعت ريخته گري و در كنار آن زمان ريخته گري، به صورت زير عمل كنيد: نخست روي قالبهاي گچي به ترتيب شماره يك تا پنج بزنيد ، سپس دو غاب را به ترتيب در اولين قالب ريخته و بلافاصله كرنومتر را بزنيد .بلافاصله قالب گچي ديگر و درنهايت پنجمين قالب گچي را از دو غاب پركنيد. بعد از يك دقيقه اولين قالب را و بعد بترتيب زيرا قالبهاي ديگر را تخليه كنيد : بعد از اينكه آخرين قطرات دو غاب از چكه كردن باز ايستاد ،‌قالب را به حال خود بگذاريد و بعد از زمان مشخصي كه جداره تشكيل شده در اثر انقباض از قالب جدا شد، آن را از قالب بيرون آورد. با ريز سنج يا با كمك كوليس اندازه گيري كنيد.سپس با كمك كاغذ ميليمتر و با انتخاب دو محور xوy به ترتيبx را به عنوان زمان و y را به عنوان ضخامت با كمك نقطعه يابي رسم كنيد. در اين حالت با رسم 1 بر حسب خواهيد توانست ضريب خط را بدست آوريد كه همان سرعت ريخته گري است . و از انجا مي تونيد به راحتي هر ضخامتي را كه مي خواهيد ، تعيين و زمان آن را محاسبه كنيد. مثلا اگر سرعت ريخته گري 5/0 باشد،يعني ( ميليمتر مربع بر دقيقه) براي داشتن بدنه اي به ضخامت 8/0 سانتيمتر به صورت زير محاسبه مي كنيم . دقيقه َ 2.8 = 60 ÷ 128 يعني بايد 2 ساعت و 8 دقيقه زمان بدهيد تا جداره مورد نظر تشكيل شود.يكي از عوامل موثر درسرعت ريخته گري ، وزن مخصوص دو غاب و يا به عبارت ديگر نسبت بين مواد جامد و آب است . علاوه بر اين مورد افزايش مقار اب در دو غاب ريخته گري باعث اشباع سريعتر قالبها مي شود كه به نوبه خود خشك كردن كامل قالبها باعث فرسودگي سريعتر آنها و نهايتا كاهش بازدهي قالبهامي شود . وزن مخصوص دو غابهاي ريخته گري بايد حتي المقدور بالا باشد. علت اساسي استفاده از روان كننده ها در دوغابهاي ريخته گري ،‌همين مورد است . چرا كه بدون استفاده از روان كننده ها تهيه دو غابهايي با وزن مخصوص بالا ، تقريباً غير ممكن است . به همين دليل يكي از خواص مخصوص آنها است . در توليد فرآورده هاي سراميك ظريف به طور معمول وزن مخصوص دو غاب ريخته گري بين 5/1 تا است. يكي ديگر از خصوصيات بسيار مهم در دو غابهاي ريتخه گري و يسكوزيته آنهاست .ويكسوزيته يك دو غاب علي رغم وزن مخصوص بسيار بالاي آن بايد درحدي باشد كه درمقياس صنعتي ، دوغاب به راحتي از الكها و يا خطوط لوله عبور كند و درعين حال بتواند تمامي زواياو گوشه هاي قالب را پركند. مساله مهم درارتباط بين وزن مخصوص ويسكوزيته و روان كننده اين موضوع است كه اگر چه تغييرات وزن مخصوص ويا به عبارت ديگر مقدار آب و نيز تغييرات مقدار روان كننده در ويسكوزيته موثر هستند. ولي تغييرات مقدار روان كننده در مقدار وزن مخصوص بيتاير است ودر نتيجه در خطوط توليد كارخانه ها ،‌با اندازه گيري و يسكوزيته و وزن مخصوص در بسياري موارد مي توان به تغييرات مقدار روان كننده پي برد. علاوه برسرعت ريخته گري ،‌وزن مخصوص و ويسكوزيته عامل ديگري نيز دردو غاب بدنه خام اهميت دارد و آن تيكسو تروپي است ؛ خاصيت تيكسوتر را به طور خلاصه مي توان به صورت ‍«افزايش ويسكوزيته دو غاب دراثر سكون و ركود و كاهش ويسكوزيته دراثر هم خوردن» تعريف كرد. دو غابي كه داراي تيكسوتر و پي زيادي است بلافاصله بعد از هم خوردن ممكن است داراي رواني مناسبي باشد. ولي بعد از مدتي سكون ، ويسكوزيته آن به شدت افزايش مي يابد. افزايش ويسكوزيته در اثر خاصيت تيكسوتروپي، گاه به حدي است كه چنانچه ظرف حاوي دو غاب بعد از مدتي سكون ،‌وارونه شود، دو غاب داخل آن از ظرف خارج نمي شود. در دو غابهاي ريخته گري به طور معمول مقادير كمي تيكسوتروپي مطلوب است. چراكه تيكسوتروپي باعث افزايش سرعت ريخته گري شده و درعين حال استحكام و ثبات خاصي را در قطعه ريخته گري شده ايجاد مي كند.( بايد دقت شود كه منظور ، ايجاد استحكام و در حالت پلاستيك است ( درصورتي كه استحكام خشك مد نظر باشد، خلاف اين موضوع صحيح است . بدين معني است كه رسهاي روان شده به دليل تراكم بيشتر داراي استحكام خشك بسيار بيشتري هستند. استحكام خشك زيادتر فرآروده هايي كه به روش ريخته گري شكل مي يابند نيز به همين دليل است ). از طرف ديگر وجود مقدار زيادي تيكسوتروپي دردوغاب نيز باعث بروز اشكالاتي مي شود؛ تيكسوتروپي زياد در دو غاب باعث سست شدن فراورده ريختهگري مي شود ،‌به نحوي كه چنين فرآورده هايي را مي توان به راحتي تغيير شكل داده و با تكان دادن ممكن است مجددا به دو غاب تبديل شوند. به عنوان يك قانون كلي ، روان كننده ها نه تنها باعث كاهش ويكسوزيته مي شوند، بلكه تيكسوتروپي رانيز كاهش مي دهند. بنابراين ،‌مقدار مصرف روان كننده بايد به نحوي تنظيم شود كه با ايجاد بيشترين مقدار رواني ، مقادير كمي تيكسوتروپي در دو غاب ايجاد شود. دليل استفاده مشترك از سليكات و كربنات سديم به عنوان روان كننده همين مورد است. سيليكات سديم اگر چه باعث رواني دو غاب مي شود. ولي تيكسوتروپي ار ينز به طور كامل از بين مي برد . در حالي كه كربنات سديم درعين حال كه باعث كاهش ويسكوزيته مي شود، مقادير كمي تيكسوتروپي در دو غاب باقي ميگذارد. استفاده توام از اين دو روان كننده باعث ايجاد بيشترين حد رواني و در عين حال وجود مقدار كمي تيكسوتروپي در دو غاب مي شود.
روشهاي ساخت ماهيچه هاي سراميكي: ماهيچه هاي سراميكي به خاطر دقت ابعادي بالا در ريخته گري قطعات دقيق به كاربرده مي شوند. اين ماهيچه ها به دو روش دو غابي و فشاري ساخته مي شوند كه از نظر نوع نسوز يكسان بوده ولي چسبهاي آنها با هم تفاوت دارد. دو روش ساخت ماهيچه ها در ذيل به اختصار شرح داده مي شود:
الف ) ماهيچه هاي ساخت سراميك به روش دو غابي در اين روش يك مدول مومي به شكل ماهيچه موردنظر ( با احتساب انقباضات موم و مواد سراميكي پس از خشك شدن) ساخه مي شوند. پس اين مدل مومي را در داخل يك قالب مي گذاريم به طوريكه يك قسمت از مدل جهت خروج موم و وارد كردن دو غاب سراميك به آن درنظر گرفته شود. پس دو غاب گچي آماده شده را در درون قالب حاوي مدل مومي مي ريزيم و پس ازسفت شدن دو غاب گچ آنرا از قالب خارج كرده و در خشك كن قرار مي دهيم پس از خشك شدن قالب گچي مدل مومي را ذوب كرده و از قالب گچي خارج مي نماييم. دو غاب سراميكي تهيه شده به نسبت 70% پودر نسوز و 30% آب را درون قالب گچي تهيه شده مي ريزيم و پس ازخشك شدن مواد سراميكي قالب گچي را شكسته و ماهيچه سراميكي شكل گرفته را خارج مي نماييم . اين ماهيچه را پس از خشك كردن در دمايي حدود950 درجه سانتي گراد پخت مي كنيم. ماهيچه تهيه شده پس از پخت كامل و خنك شدن آماده استفاده مي باشد. قابل ذكر است كه چسبهاي مورد استفاده دراين روش از نوع سيليكاتها مي باشد ونسوز مصرفي داراي عدد ريز دانگي 200يا325 مش است.
بـ )ساخت ماهيچه هاي سراميكي به روش فشاري: در اين روش پودر نسوز مورداستفاده كه ازنوع زيركني يا آلومينيايي يا آلوميناسيليكاتي مي باشد را با رزين مخصوص(موم و..)‌مخلوط كرده و به صورت خمير در مي آوريم خمير تهيه شده ار در درون قالب ماهيچه كه عمدتااز جنس فلز مي باشدبه روش فشاري تزريق مي كنيم . ماهيچه تهيه شده را حرارت داده تا به آرامي موم آن خارج گردد. سپس اين ماهيچه رادر دماي 950 درجه سانتيگراد تحت عمليات نهايي پخت قرار مي دهيم. پس ازپخت كامل ماهيچه و خنك نمودن آن تا دماي محيط ماهيچه مذكور مورد استفاده قرار مي گيرد.

منبع سایت متالورژی