مقاله بررسی صنعت ریخته گری (خاك)

مقاله بررسی صنعت ریخته گری (خاك) در 22 صفحه ورد قابل ویرایش
دسته بندی فنی و مهندسی
فرمت فایل doc
حجم فایل 24 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل 22

مقاله بررسی صنعت ریخته گری (خاك)

فروشنده فایل

کد کاربری 6017

مقاله بررسی صنعت ریخته گری (خاك) در 22 صفحه ورد قابل ویرایش

مقاله 1:
انواع مختلفی از خاك در جهان وجود دارند كه بسیاری از آنها در صنعت ریخته گری آزمایش شده اند اما سه نوع اصلی كه در این صنعت بكار می روند شامل كائولن (خاك نسوزط)، مونت موریلونیت (بنتونیت) و ایلیت می باشند. مونت موریلونیت مهم ترین كانی بنتونیت بود9 كه از یك ساختار سه لایه صفحه ای تشكیل شده است. 2 لایه از تتراهدلا سیلیسییم – اكسیژن و یك لایه دی اكتاهدرال یا تری اكتاهدرال هیدوكسیل آلومینیم (گیبسیت). لایه میانی‌ آلومینیوم از اكتاهدرالی با یك اتم آهن كه توسط شش واحد هیدلوكسیل محاصره شده تشكیل گردیده است. به شكلهای 1 و 2 مراجعه كنید.
خاك های سدیمی، كلسیمی . و بنتونیت های فعال شده دراین خانواده قرار گرفته و به میزان فراوانی در صنعت ریختهگری استفاده می شوند. كائولن از دو لایه ساختاری تشكیل شده است یك لایه اكتاهیدال آلومینیم و یك لایه تتراهیدال الومینیم و یك لایه تتراهدرال سیلیسیم. لایه سیلیسیم از یك اتم سیلیسیم و 4 اتم اكسیژت تشكیل شده است.
خاك نسوز، خاك چینی، كائولینیت و خاك رس دراین خانواده قرار می گیرد. در صنایع مدرن بریخته گری بندرت از این خاكها استفاده می‌شود.

ایلیت خاكی با نسوزندگی ضعیف است. این خاك غالبا در ماسه های طبیعی دیده شده اما در ماسه های مصنوعی هیچگاه افزوده نمی‌شود.
مونت موریلونیت دارای یك صفحه میانی هیدروكسیل آلومینیوم است كه بین دو لایه اكسید سیلیسیم آلومینیم است كه بین دو لایه اكسید سیلیسیم قرار گرفته است. بخشی از آلومینیم توسط منیزیم جانشین شده كه یك حالت عدم تعادلی یونی را به وجود می آورد. تعادل یونی را می توان با افزودن سدیم، كلسیم یا منیزیم بدتس آورد كه این عمل تبادل یونی نامیده می‌شود.

در صنایع جدید ریخته گری ، برخی خاكهای مورد استفاده از نوع تبادل یونی (فعال شده) هستند. دو نوع مونت موریلونیت مهم كه در آن صنعت ریخته گری بكار می‌روند عبارتند از :

الف) بنتونیت سدیم كه با خاصیت تورم زیاد شناخته می‌شود.

ب) بنتونیت كلسیمی كه تورم پذیری كلسیمی هستند كه با نمكهای سدیم نظیر كربنات سدیم فرآوری شده تاند تا خواص خاك بهبود یابد.این فعال سازی بودن آنكه باعث كاهش استحكام خشك گردد، موجب بهبود پایداری خواص شده و عیوب ناشی از انبساط را كاهش می دهد.

عمل فعال سازی می‌تواند به صورت «تر» یا «خشك» انجام شود اما نتایج بررسیها نشان می دهند كه فعال سازی «تر» خواص بهتری را بدست می دهد.

بنتونیت های سدیمی، كلسیمی و خاك های تبادل بودن كره، هر یك خواص منسبی دارند. انتخاب نوع خاك به خواص مورد نیاز و مسائل اقتصادی ازتباط دارد. در صنعت ریخته گری فولاد، برای ریخته گری چدن و فلزات غیر آهنی درماسه‌تر معمولاً از بنتونیت كلسیمی یا بنتونیت فعال شده یا مخلوطی از ینتونیت سدیمی/كلسیمی استفاده می‌شود. هر كارخانه ریته گری باید نیازمندیهای خود را شندهته و بر آن اساس نوع خاك مناسب را انتخاب كند. ازیك خاك یا مخلوطی از خاك ها می توان در اغلب موارد برای دست یابی به خواص مورد نظر استفاده كرد. در فرآیندهای قالب گیری ماشینی با فشار بالا، این انتخاب اهمیت بیشتری داشته و معمولاً برای بهبود عملكرد، افزودنی دیگرنیز به ماسه اضافه می شوند.

مقاله 2: چسب های زرین نوع فوران ابتدا در سال 1958 به عنوان سیستم =سب فوران بدون پخت اسید كاتالیز شده معرفی شدند. دو سال بعد صنعت اتومایتو این رزین ‌ها را اصلاح كرد تا به كاتالیزورهای نمكی اسید عمل كنند تا در ماهیچه های Hotbox استفاده شود سپس در اوایل دهه 80 (زرین های فوران به عنوان بزرگترین سیستم فروش بدون پخت تبدیل شدند.

چسب های فوران بدون پخت (سردگیر ) در تهیه قالبهای ماسه ای در ریخته گری قطعات چدنی و فولادی كاربرد زیادی پیدا كرده اند. در این پژوهش متغیرها موثر در سخت شدن چسب شامل: درصد كاتالیست، رطوبت ماسه، اثر دمای محیط و فاصله زمانی بین سنجش استحام و زمان قالبگیری مورد بررسی قرار گرفته است. نهایتا شرایط بهینه قالب گیری چسب فوران با كاتالیست اسیدتولوئن سولفونیك به دست آمد. در این شرایط استحكام فشاری ماسه برابر 400، عبود گاز آن AFS 130، وز مان عمر مفید این ماسه برابر 20 دقیقه تعیین گردید.

چسب های فوارن بدون پخت (سردگیر) ر تهیه قالب های ماسه ایدر ریخته‌گری قطعات چدنی فولادی كاربرد زیادی پیدا كرده اند. سیستم چسبهای فورانی بدون پخت (No- boke) دراواخر سال 1950 به صنعت ریخته گری معرفی شد و از سال 1960 تاكنون به طور گسترده ای در صنایع ریخته گری كشورهای جهان استفاده می‌شود. پایه چسبهای فورانی. الكل فورقوریل با فرمول شیمیایی C4H3OCH2OH است كه از فورفورال تهیه می‌شود. فورفورال نیز خود از ت0حول بقایای محصولات غذاییی همچون غلات، پوست جو ، تفاله نیشكر و غیره بدست می آید. درجه چسب فوران با استفادهاز مقدار آب و نیتروژن و میزان فورفوریل الكل پایین برای ریخته گری و ماهیچه سازی چدن و آلیاژهای كم و یا بع عبارتی با فورفوریل الكل زیاد برای ریخته گری و ماهیچه سازی قطعات فولادی بكار برده می شوند. یكی از انواع خاص چسبهایفورانی سردگیر چسبهای بدون نیتروژن است. وجود نیتروژن باعث افزایش طول مدت نگهداری چسب می‌شود. وجود نیتروژن باعث افزایش طول مدت نگهداری چسب می‌شود ولی از طرفی وجود آن در بسیاری از موارد با تشكیل گاز، باعث ایجاد عیوب ریخته گری می‌شود كه اغلب از نوع تخلخل و حفره ای بوده و خطرناك می باشند. نیتروژن همچنین ممكن است تخلخل های زیر سطحی ایجاد كند. برای بكار بدن این چسب در قالب گیری، ابتدا ماسه را با یك كاتالیست یا سخت كننده مخلوط می كنند و سپس چسب فوران را را آن مخلوط می نمایند. انواع كاتالیستهای معمول این چسب به ترتیب افزایش واكنش دهندگی عبارتند از: اسید فسفریك و یا مخلوطی از اسید فسفریك و اسید سولفوریك، آریل سولفونیكها مثل اسید تولئون سفلونیك(TSA) با فرمول شیمیای CH3So3H و اسید بنزن سولفونیك (‌BSA) با فرمول SO­3 H اسید فسفریك ضعیف تین اسید بین اسیدهی مذكوراست.

معمولاً مقداراسید فسفریك لازم جهت افزودن به مخلوط حدود 40 الی 60 درصد وزنی چسب فوران می باشد. بعد از اسید فسفریك امروزه بیشتر از اسیدها آروماتیك TSA و پس از آن BSA كه قوی تر است استفاده می‌شود. معمولاً وقتی كه ماسه مصرف شده (غیر تازه) باشد یا حالت قلیایی داشته باشد استفاده از BAS مطلوب تر است. افزودن این دواسیددرحدود 20 الی 25 درصد چسب به مخلطو كاسه كافی است. به طول كلی مكانیزم سخت شده چسب در چسبهای سرد فورانی كه با اسید سخت می شوند به صورت پلبیمریزاسیوناست. در واقع با وجود یك اسید قوی، زنجییزه های الكل فورفرویل به صورت فیلمی ذرات ماسه را می پوشاند و باعث چسبیدن این ذرات ب9ه هم می شوند. واكنش پلیمریزاسیون این چسب از نوع تراكمی است و محصول جنبی داشته و به صورت زیر می باشد.

این واكن گرمازا است وحرارات ناشی ازآن باعث تسریع پلیمریزاسیون به صولت لایه لایه تا بخشهایمركزی می‌شود. آب تولید شده از واكنش پلیمریزاسیون برای تكمیل گیرش رزین باید بخیر شود. به همین دلیل گیرش رزین از سطح خارجی قالب به سمت داخل اتفاق می افتد. سرعت واكنش تحت تاثیر عواملی چون دمای ماسه و نوع ماسه، نوع مخلوط كنو سرعت مخلوط كردن ، تركیب چسب وننع و مقدار عنصر فعال كننده مصرفی قرار دارد. افزایش دمای محیط تا C 0 30 موجب افزایش سرعت‌گیرش و رسیدن به استحكام بالا می‌شود. افزایش رطوبت نیز در دمای ثابت باعث كم شدن سرعت گیرش می‌شود. دمای ماسه تأثیر بسزایی را روی فرآیند پلیمریزتاسیون دارد. درمحدوده دمایی C 0 16 تا C 0 38 استحكامهای مناسب تری بدست می آید. در ضمن هر چه روطوبت نسبی هوا بالاتر رود به دلیل كاهش سرعت تبخیر حاضر در كاتالیست و آب تولید شده از وانش تراكمی‌، استحكام كاهش می‌یابد.

مكانیزم اتصال خاك رس

اتصال تر (Green bond)

مكانیزم اتصال خاك رس (Clay bond) از طریق تشریح وضعیت یك ذره خاك رس هیدراته شده (A hydrated clay particle) كه به آن می سل (ءهزثممث) گفته می شود، باین می‌شود.نیروی بین می سل (intermicellet force) شبكه ای درفصل مشترك كوارتز – خاك رس و خاك رس – خاك رس كه بواسطه جذب ترجیحی كاتیونها و آنونیونها برروی سطح است.

اصولا اتصال خاك رس با دانه های ماسهزمانی امكان پذیر است كه ذات خاك رس هیدارته شده باشد. در خضور مولكول های آب كه طبق واكنش زیر تمایل دارند تا هیدرولیز شوند،

H 2 O

ذرات خاك رس ترجیحا یون های هیدروكسیل (OH-) را جذب می كنند. در سطح بلورخاك رس (Clay crystal) پیوندهای ظرفیتی غیر كامل ایجاد می‌شود و ذره خاك رس -‌ آب یك ذره باردار با یك بارمنفی خواهد شد.

كائولینیت در سطح خودداری پیوندهای ظرفیتی منفصل است كه این امر باعث افزایش نقاط فعال بروی بلور می‌شود. وقتی آب به یك خاك رس از نوع كائولینیت اضافه می‌شود ، یونهای OH- جذب می شوند اما توسط مركز خاك رس دفع می شوند تا جایی كه موقعیت و شرایط تعادل فراهم شود. كاتیونها موقعیتی را بخود می گیرند كه. این موقعیت بگونه ای است كه نیروی الكتروایستایی (Electrostatic force) تمایل دارد تا صفر شود و یك می سل خاك رس ایجاد شود. مقدار نیروهای دافعه بواسطه نوع كاتیونهایی چون Na+ و H+ و Ca2+ تعیین می‌شود و تاثیر تلفیقی نیروهای جاذبه و دافعه این تمایل را دارد كه ذره خاك رس از نظر بار الكتریكی خنثی شود. در یك ماده قالبگیری، ذرات خاك رس و ذرات كوارتز در زمینه و محیطی از‌آب انتشار یافته و گسترده شده اند، آب باعث تشكیل می سل های خاك رس می‌شود كه خنثی شده هستند و انرژی جنبشی آنها باعث می‌شود كه بسمت یكدیگر حركت كنند. در این شرایط، یك نیروی جاذبه مابین یونها غیر همنام پدید می آید ویك نیروی دافعه خاك كاتیونها و هسته خاك رس ظاهر می‌شود. وقتی فاصله بین می سل های خاك رس افزایش می یابد و در نتیجه یك نیروی بین می سل شبكه ای بوجود می آید.

كشش دو می سل بسمت یكدیگر باعث جهت دار شدن و آرایش یونهای غیر همنام بطرف هم می‌شود و در نتیجه یك خاك رس دو قطبی شده تشیكل می‌شود و حداكثر نیروی جاذبه دریك فاصله بهینه (Optimum) برابر با x وجود دارد. احتمال دارد تعداد بسیاری از اینگونه دوقطبی ها در یك محیطی آب – خاك رس بوجود آید و نظم و آرایش مناسبی بخود بگیرند و یك شبكه بهم پیوسته (A Network binding) از ذرات خاك رس هیدارته تشكیل می‌شود.

برحسب نوع ماسه مقدار بار الكتریكی موجود بر سطح ذره متفاوت است و بای تشكیل یك دو قطبی كامل مقدار هیداته شدن خاصی مورد نیاز است. بهمین دلیل است كه با افزایش مقدار هیدراته شدن خاص مورد نیاز است. بهمین دلیل است كه با افزایش مقدار آب (تایك اندازه خاص) استحكام مخلوط ماسه پیوند یافته با خاك رس افزایش می یابد. وقتی مقدار آب از آن حد خاص كه حدبهینه است فراتر رود. آب اضافی بداخل بطوریكه فاصله آنها بیش از اندازه x می‌شود و نیروی می سل شبكه‌ای كاهش می یابد.

فصل مشترك كوراتز – خاك رس

سطح كوارتز نیز پیوندهای ظرفیتی منفصل و منقطع دارد و درنتیجه می سل های كوارتز هیدارته شده تشكیل می‌شود. دو قطبی های خاك رس اطراف دانه های كوارتز را احصاطه می كند و برروی سطح ماسه اتصال می یابند. البته نیروی موجود در فصل مشترك كوارتز – خاك رس ضعیف تر از پیوند بین می سل بین دوقطبی های خاك رس است.

اتصال خشك (Dry bond)

در یك ماسه خشك، استحكام با افزایش مقدار‌آب زیاد می‌شود و این ازدیاد تا یك حد خاص ادامه می یابد اما در مورد ماسه های ریخته گری كه مقدار آب آنها در محدوده متعارف و معمول است تا شكل پذیری مناسب وجود داشته باشد، فاصله بین دوقطبی های خاك رس همواره بیشتر از مقدار بحرانی (x) است زیرا‌ آب اضافی مابین فضای بین می سل ها قرار می گیرد. در هر حال اگر مجموعه تلفیقی خاك رس – آب – كوارتز باندازه كافی حرارت ببیند تا آب تبخیر شود، دو قطبی ها مجددا بسمت یكدیگر كشیده می شوند و كاهش حجم نیز پدید می آید، هر قدر مدت زمان حرارت دادن مخلوط قالبگیری طولانی تر باشد انقباض (Shrinkage) افزایش می یابد و این امر تا آن زمان كه فاصله ما بین دوقطبی ها به حد بحرانی (x) برسد ادامه می یابد. از این پس ادامه حرارت دادن مخلوط قالبگیری اثر كمی بر مقدار استحكام خشك دارد زیرا فاصله رطوبت به حد بحرانی رسیده است.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *