1. مقدمه
مس و آلیاژهای آن به دلیل داشتن آنها نقش مهمی در صنعت مدرن دارند هدایت الکتریکی برجسته, مقاومت در برابر خوردگی, و عملکرد حرارتی.
از نظر تاریخی, تمدن های مربوط به 5000 BC ریخته گری مس را در قالب های سنگی ساده تسلط داد, ایجاد زمینه برای تکنیک های پیشرفته امروز.
در این مقاله, ما طیف کاملی از روشهای ریخته گری مبتنی بر مس را کشف می کنیم, اصول متالورژی آنها را بررسی کنید, و مهندسان را در انتخاب فرآیند بهینه برای برنامه های متنوع راهنمایی کنید.
2. اصول اساسی ریخته گری فلزی
هر روش ریخته گری چهار مرحله اصلی را دنبال می کند:
- ایجاد قالب - تکنسین ها حفره ای در شن و ماسه تشکیل می دهند, فلزی, سرامیک, یا گچ که هندسه قطعه را آینه می کند.
- ریختن - کوره ها مس را ذوب می کنند (نقطه ذوب 1 083 درجه سانتی گراد) یا آلیاژ تا 1 600 درجه سانتی گراد, سپس مایع را درون قالب ها بریزید.
- انجماد - خنک کننده کنترل شده - هدایت شده توسط هدایت حرارتی (~ 400 w/m · k برای مس) و مواد قالب - توسعه ریزساختار درایو.
- لرزش - یک بار جامد, ریخته گری از قالب خارج می شود و تحت تمیز کردن و پردازش پس از آن قرار می گیرد.
تقاضای هدایت حرارتی بالای مس نیاز دارد پیش گرمای قالب بالاتر (200-400 درجه سانتیگراد) و کنترل دقیق برای حفظ سیال (ویسکوزیته 6 MPA در 1 200 درجه سانتی گراد).
علاوه بر این, مس انبساط حرارتی (16.5 میکرومتر در متر · k) برای دستیابی به ابعاد نهایی به جبران الگوی دقیق نیاز دارد.
3. روشهای اصلی ریخته گری آلیاژ مس
مس و آلیاژهای آن -برنج, برنزها, نخی های مس, و دیگران - با استفاده از طیف وسیعی از روش هایی که متناسب با حجم تولید مختلف است ، بازیگران هستند, الزامات مکانیکی, و تحمل های بعدی.
هر تکنیک دارای مزایا و محدودیت های متمایز بر اساس ویژگی های آلیاژ و نتایج مؤلفه مورد نظر است.
در این بخش برجسته ترین روش های ریخته گری آلیاژ مس در ساخت مدرن بررسی شده است, همراه با بینش های فنی برای راهنمایی انتخاب فرآیند.
ریخته گری شن و ماسه
بررسی اجمالی فرآیند & تجهیزات
ریخته گری شن و ماسه یکی از قدیمی ترین و پرکاربردترین روش ها برای ریخته گری آلیاژهای مس است. این شامل بسته بندی ماسه در اطراف یک الگوی قابل استفاده مجدد در داخل جعبه قالب است.
ماسه با خاک رس پیوند می یابد (ماسه) یا با مواد شیمیایی سخت شده است (ماسه های پیوند شده با رزین یا CO₂). پس از حذف الگوی, فلز مذاب در حفره ریخته می شود.
مزایا
- هزینه ابزار کم, مناسب برای کم- تا با حجم متوسط اجرا می شود
- اندازه بخش انعطاف پذیراز چند اونس تا چند تن
- سازگاری گسترده آلیاژ
محدودیت ها
- سطح درشت به پایان می رسد (RA 6.3-25 میکرومتر)
- تحمل های سست (به طور معمول 1.5-3 میلی متر)
- برای اکثر برنامه های دقیق نیاز به ماشینکاری پس از ریخته گری دارد
سرمایه گذاری (موم گمشده) ریخته گری
ساختمان پوسته دقیق
ریخته گری سرمایه گذاری برای ساخت نازک از یک مدل موم پوشیده شده با دوغاب سرامیکی استفاده می کند, قالب پوسته با دقت بالا. بعد از فرسودگی, فلز مذاب در قالب سرامیکی از قبل گرم شده ریخته می شود.
مزایا
- عالی دقت (0.1-0.3 میلی متر)
- ایده آل برای پیچیده, هندسه های دیواری نازک
- برتر پرداخت سطح (RA 1.6-3.2 میکرومتر)
چالش ها
- هزینه های ابزار بالاتر (به دلیل نیاز به تزریق می میرد)
- زمان چرخه طولانی تر, مخصوصاً برای ساخت پوسته و فرسودگی
- به طور معمول فقط اقتصادی برای حجم متوسط تا بالا تولید
ریخته گری قالب
جزئیات پردازش
قالب گیری پوسته از الگوی فلزی گرم شده پوشیده شده با ماسه پیوند رزین استفاده می کند. وقتی در معرض گرما قرار گرفت, رزین برای تشکیل یک پوسته نازک که به عنوان قالب عمل می کند ، تشکیل می شود.
این فرآیند ریخته گری دقیق تر و تمیزتر از ریخته گری ماسه سنتی تولید می کند.
مزایا
- کیفیت سطح بهبود یافته و تعریف
- تحمل محکم تر از قالب های شن و ماسه سبز
- کاهش کمک هزینه ماشینکاری به دلیل ریخته گری شکل نزدیک شبکه
محدودیت ها
- هزینه های بالاتر مواد (رزین های تخصصی و ماسه های سیلیس)
- ابزار الگوی گران قیمت (الگوهای فلزی مورد نیاز است)
ریخته گری
افقی در مقابل. تنظیمات عمودی
در ریخته گری گریز از مرکز, فلز مذاب در قالب چرخان ریخته می شود, یا به صورت افقی یا عمودی.
نیروی گریز از مرکز فلز را در برابر دیوار قالب توزیع می کند, به حداقل رساندن تخلخل و اطمینان از یکپارچگی مواد عالی.
مزایای کلیدی
- چگالی بالا و کاهش تخلخل-برای اجزای نگهدارنده فشار
- جامد سازی جهت دار خصوصیات مکانیکی را افزایش می دهد
- مناسب برای بوش ها, حلقه ها, لوله, و قطعات توخالی
- ریخته گری عمودی که اغلب برای قطعات کوچک استفاده می شود; افقی برای سیلندرهای بزرگ
محدودیت ها
- محدود به قطعات چرخشی متقارن
- راه اندازی ابزار است پیچیده تر و پرهزینه تر از ریخته گری استاتیک
ریخته گری سرد
کنترل جامد سازی
ریخته گری چیل از قالب های فلزی استفاده می کند (اغلب آهن یا فولاد) تا به سرعت گرما را از فلز مذاب استخراج کنید. این جامد سازی سریع ساختار دانه را اصلاح کرده و خواص مکانیکی را تقویت می کند.
نقاط قوت
- تولید کردن سخت تر, بازیگران متراکم (تا 50% افزایش سختی در مقابل. ریخته گری شن و ماسه)
- عالی برای برنز فسفر و مسلح
- مقرون به صرفه برای ریخته گری تکراری میله ها, میله ها, و قطعات کوچک
محدودیت ها
- کمتر مناسب برای هندسه های پیچیده
- دامنه اندازه محدود به دلیل محدودیت قالب
دایکستینگ (محفظه گرم و سرد)
روند تزریق فشار
ریخته گری مرده شامل تزریق آلیاژهای مس مذاب در قالب فولادی با استحکام بالا تحت فشار بالا است.
ماشین های اتاق سرد به طور معمول به دلیل نقاط ذوب بالای آلیاژهای مس استفاده می شوند.
مزایا
- نرخ تولید سریعideal برای تولید انبوه
- پایان سطح برتر و دقت (RA 1-2 میکرومتر, تحمل 0.05 میلی متر)
- ماشینکاری را کاهش داده یا از بین می برد
محدودیت ها
- همه آلیاژهای مس مناسب نیستند (به عنوان مثال, برنج های روی بالا می توانند مرده شوند)
- ابزار مرگ است گران (سرمایه گذاری $50,000 یا بیشتر)
- بهترین برای حجم متوسط تا زیاد
ریخته گری مداوم
بررسی اجمالی فرآیند
فلز مذاب در یک قالب خنک شده با آب ریخته می شود که به طور مداوم از طریق یک سیستم برداشت ، فلز جامد شده را تشکیل می دهد و می کشد.
خروجی های مشترک شامل میله ها است, میله ها, و بیلز برای ماشینکاری یا نورد پایین دست.
مزایا
- بهره وری بالا با حداقل مداخله انسان
- خصوصیات مکانیکی عالی به دلیل جامد سازی کنترل شده
- سطوح صاف و صافی مناسب برای ماشینکاری خوراک اتوماتیک
- نرخ ضایعات پایین و عملکرد بهتر (تمام 90% استفاده مادی)
آلیاژهای معمولی
- برنزهای قلع, برنزهای سرب, برنزهای فسفر, و نیک های مس
ریخته گری قالب گچ
استفاده تخصصی
این فرآیند از قالبهای گچ یا سرامیکی در اطراف یک الگوی برای گرفتن جزئیات ریز و تحمل محکم استفاده می کند.
قالب پس از ریخته گری با شکستن یا حل کردن گچ برداشته می شود.
مزایا
- عالی برای اشکال پیچیده و پرداخت های سطح صاف
- خوب نمونه های اولیه و کم حجم تولید
اشکالات
- نفوذپذیری کم- محدود به اندازه ریخته گری
- زمان آماده سازی طولانی تر و زندگی قالب محدود
جدول مقایسه خلاصه
| روش ریخته گری | پایان سطح (Ra) | تحمل ابعادی | جلد های معمولی | نقاط قوت کلیدی |
|---|---|---|---|---|
| ریخته گری شن و ماسه | 6.3-25 میکرومتر | 1.5-3 میلی متر | کم تا زیاد | هزینه کم, انعطاف پذیری آلیاژ |
| ریخته گری سرمایه گذاری | 1.6-3.2 میکرومتر | 0.1-0.3 میلی متر | متوسط تا زیاد | دقت بالا, قطعات پیچیده |
| ریخته گری قالب | 1.6-3.2 میکرومتر | 0.25-0.5 میلی متر | متوسط | تحمل های تنگ, اتوماسیون |
| ریخته گری | 3.2-6.3 میکرومتر | 0.25-1.0 میلی متر | متوسط | چگالی, حداقل نقص |
| ریخته گری سرد | 3.2-6.3 میکرومتر | 0.5-1.0 میلی متر | متوسط | خواص مکانیکی پیشرفته |
| دایکستینگ | 1-2 میکرومتر | 0.05-0.2 میلی متر | بالا | چرخه های سریع, ماشینکاری حداقل |
| ریخته گری مداوم | 3.2-6.3 میکرومتر | 0.2-0.5 میلی متر در متر | خیلی بلند | تولید بیل مقرون به صرفه |
| ریخته گری قالب گچ | 1.6-3.2 میکرومتر | 0.1-0.3 میلی متر | کم تا متوسط | مفصل, اشکال پیچیده |
4. آلیاژهای مس رایج استفاده شده در ریخته گری
ریخته گری ها طیف گسترده ای از آلیاژهای مبتنی بر مس را به نمایش گذاشتند, هر یک برای تعادل قدرت مکانیکی مهندسی شده است, مقاومت در برابر خوردگی, عملکرد حرارتی و الکتریکی, و قابلیت ریخته گری.
| آلیاژ | تعیین | ترکیب (وزنی ٪) | ویژگی های کلیدی | روش های ریخته گری ترجیحی | برنامه های کاربردی معمولی |
|---|---|---|---|---|---|
| برنج رایگان - | C36000 / cz121 | 61 با -35zn - 3pb | کشنده: 345 MPA ازدیاد طول: 20 ٪ رسانایی: 29 ٪ IACS |
ماسه, سرمایه گذاری, مردن, قالب گیری پوسته | اتصالات CNC -, چرخ دنده ها, پایانه های برقی |
| برنج کم رنگ | C46400 / cz122 | 60 با -39zn -1pb | کشنده: 330 MPA ازدیاد طول: 15 ٪ NSF - 61 سازگار |
ماسه, سرمایه گذاری, مردن | شیرهای آب آشامیدنی, وسایل لوله کشی |
| دارای برنز | C93200 | 90 با -10sn | کشنده: 310 MPA سختی: HB90 مقاومت در برابر سایش عالی |
ماسه, سرد, وابسته به مرکز | بوشینگ ها, واشر رانش, یاتاقان های بار سنگین |
| آلومینیوم برنز | C95400 | 88 CU-9AL-2O-1st | کشنده: 450 MPA سختی: HB120 مقاومت در برابر خوردگی آب دریا قوی |
مردن, وابسته به مرکز, قالب گیری پوسته | سخت افزار دریایی, پروانه پمپ, اجزای دریچه |
| فسفر برنز | C51000 | 94.8 مس - 5SN - 0.2p | کشنده: 270 MPA ازدیاد طول: 10 ٪ خستگی خوب & خواص بهاری |
سرمایه گذاری, ماسه, مردن | چشمه, کنتاکت های الکتریکی, دیافراگم |
مس - نیک (90–10) |
C70600 | 90 با - 10ni | کشنده: 250 MPA ازدیاد طول: 40 ٪ مقاومت استثنایی در زمینه سوخت زیستی |
ماسه, وابسته به مرکز, پیوسته | گرمازدگی آب دریا -, لوله کشی دریایی |
| مس - نیک (70–30) | C71500 | 70 با - 30ni | کشنده: 300 MPA مقاومت کلرید و مقاومت در برابر فرسایش |
ماسه, پیوسته, وابسته به مرکز | لوله های کندانسور, سخت افزار دریایی |
| مس بریلیم | C17200 | 98 با - 2be | کشنده: تا 1400 مگاپیکال (سالخورده) رسانایی: 22 ٪ IACS |
سرمایه گذاری, سرد, مردن | چشمه های قابل اطمینان بالا, ابزارهای غیر ویژه, اتصال دهنده ها |
| سیلیکون برنز | C65500 | 95 با - 5si | کشنده: 310 MPA مقاوم در برابر خوردگی در دریایی/شیمیایی |
ماسه, سرمایه گذاری, قالب گیری پوسته | سخت افزار تزئینی, اتصالات کشتی |
5. نتیجه گیری
ریخته گری های مس و مس - آلیاژ یک جعبه ابزار غنی از روش های ریخته گری ارائه می دهد - هزینه, دقت, عملکرد مکانیکی, و حجم تولید.
با درک تفاوت های ظریف فرآیند - از مواد قالب و مدیریت حرارتی گرفته تا رفتار آلیاژ - مهندسان می توانند طراحی قسمت را بهینه کنند, ضایعات را به حداقل برسانید, و از عملکرد قابل اعتماد اطمینان حاصل کنید.
به عنوان فناوری مانند ساخت قالب افزودنی و شبیه سازی زمان واقعی - بالغ, ریخته گری مس به تکامل خود ادامه خواهد داد, حفظ نقش مهم آن در تولید با کارایی بالا.
در این, ما خوشحالیم که از پروژه شما در اوایل فرآیند طراحی بحث می کنیم تا اطمینان حاصل کنیم که هرگونه آلیاژ انتخاب شده یا درمان پس از بازی پس از کاشت اعمال می شود, نتیجه مشخصات مکانیکی و عملکرد شما را برآورده می کند.
برای بحث در مورد نیازهای خود, ایمیل [email protected].
سوالات متداول
آیا همه آلیاژهای مس می توانند از بین بروند?
خیر. فقط آلیاژهای خاص مانند برنزهای آلومینیومی, برنج های پر زرق و برق, و برنج های سیلیکونی مناسب هستند دایکستینگ به دلیل فشارهای زیاد و خنک کننده سریع درگیر.
آلیاژهایی مانند فسفر برنز یا وابسته به مسلح مناسب تر برای شن و ماسه یا ریخته گری است.
تفاوت بین ریخته گری گریز از مرکز و خنک چیست؟?
- ریخته گری از نیروی چرخشی برای فشار دادن فلز مذاب به داخل قالب استفاده می کند, متراکم تولید, اجزای بدون نقص (ایده آل برای لوله ها, بوش ها, و آستین).
- ریخته گری سرد از قالب های فلزی استاتیک برای استحکام سریع سطح استفاده می کند, بهبود خصوصیات مکانیکی و کاهش اندازه دانه - به ویژه برای برنزهای قلع.
چرا ریخته گری مداوم برای میله های آلیاژ مس با حجم بالا ترجیح داده می شود?
ریخته گری مداوم کیفیت مداوم را ارائه می دهد, خصوصیات مکانیکی عالی, و نرخ ضایعات پایین.
این بهینه برای فسفر برنز, وابسته به مسلح, و برنز سرب دار بیلت ها, به خصوص هنگامی که با فرآیندهای نورد یا اکستروژن ادغام می شوید.
پس از ریخته گری آلیاژهای مس ، پس از پردازش مورد نیاز است?
بسته به روش ریخته گری و آلیاژ, پردازش پس از:
- عملیات حرارتی برای تسکین استرس یا پیری (مخصوصاً برای مس بریلیم)
- ماشینکاری برای سطوح بحرانی یا تحمل های محکم
- اتمام سطح مانند پولیش یا پوشش برای محافظت در برابر خوردگی یا زیبایی شناسی
