مباحث و مقالات مهم زیر مجموعه متالوژی صنعتی

میکروسکوپ الکترونی عبوری
در طی دو دهه گذشته روش قدرتمندی در اختیار متالوژیست ها قرار گرفته است و آن استفاده از میکروسکوپ الکترونی برای مطالعه ساختار داخلی لایه ها یا فیلم های نازک بلورین می باشد ضخامت این لایه های نازک در حد چند صد نانومتر است و می توان آن ها را از روی نمونه های اولیه تهیه کرد ولتاژ ی که میکروسکوپ با آن کار می کند این ضخامت را تعیین می کند
ولتاژ میکروسکوپ های معمولی بین 100 تا 400 کیلو ولت بوده و الکترون هایی که در این ولتاژ شتاب می گیرند اگر ضخامت ورقه نازک از حد تعیین شده بیشتر نباشد میتوانند تصویر قابل قبولی از آن ایجاد کنند از طرف دیگر اگر ضخامت ورقه نازک کمتر از این حد باشد اطلاعات مفیدی از طبیعت ساختار فلز نخواهد داد دستگاه هایی تولید شده اند که در ولتاژ های بسیار بیشتری عمل می کنند از مرتبه یک میلیون ولت که در آن ها ضخامت ورقه را می توان به نسبت بیشتر گرفت ولی قیمت این تجهیزات نیز بسیار بالاتر بوده و تعداد اندکی از آن ها در حال حاضر مورد استفاده قرار هستند
روش ساخت نمونه ورقه ای شکل مورد استفاده در میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)
در این جا اشاره ای به روش ساخت نمونه ورقه ای شکل مورد استفاده در میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) می کنیم این ورقه ابتدا برشی نازک از فلز مورد آزمایش است دقت بسیاری باید اعمال شودتا نمونه در حین تولید تغییر شکل ندهد چرا که تغییر شکل پلاستیک ایجاد ساختاری ناخواسته در ساختار مورد تحلیل خواهد شد یک ماشین مناسب برای تولید نمونه هایی با حداقل اعوجاج ماشین قوسی بوده که مخصوص تولید برش های نازک از فلز است دراین ماشین تخلیه الکتریکی بین یک سیم و نمونه ایجاد می شود و به این ترتیب سیم در داخل نمونه پیش می رود ودرمسیر خود ذرات ریزی از فلز را جدا می کند بدین ترتیب ورقه های نازکی ایجاد می شود که مناطق نزدیک به سطوح برش خورده در آن ها به شدت تغییر شکل داده اند این مناطق تغییر شکل داده بوسیله پرداخت شیمیایی یا الکتروشیمیایی برداشته می شوند
مقطع معمولی که از این روش ماشینکاری قوسی به دست می آید ضخامتی در حد 200 میکرومتر دارد این ضخامت نسبت به اشعه الکترونی در (TEM)کدر بوده و بنابر این لازم است که ضخامت نمونه بوسیله روش های شیمیایی ، الکتروشیمیایی یا ماشینکاری یونی به مقادیر مناسب یعنی چند صد نانومتر رسانده شود جزئیات این روش ها در کتب استاندارد مربوط به میکروسکپ الکترونی یافت می شود
ادامش باشه برای بعد براتون میزارم

منبع:نخبگان

 

انواع روشهای تولید قطعات فلزی:
1-روش مکانیکی:در این روش قطعه فلزی موسوم به شمش تحت روش های چون چکش کاری –نورد-اکستروژن(فشار کاری)و.................. شکل می گیرند در این روش دو نوع کار صورت می گیرد 1- کار سرد:کاری که در دمای پایین یعنی در دمای کمتر ازیک سوم نقطه ی نقطه ی ذوب انجام گیرد 2- کار گرم :کاری که در دمای بیشتر از یک سوم نقطه ی ذوب انجام گیرد
مزایای این روش:1-این روش خواص مکانیکی فوق العاده ای ایجاد می کند 2-این روش بهترین روش برای تولید قطعات با اشکال هندسی ساده است

محدودیتها:1-قطعات حتما" باید قابلیت شکل پذیری را داشته باشند بنابراین مخصوص همه ی آلیاژهاو فلزات نمی تواند باشد2-برای قطعات با پیچیدگیهای داخلی مناسب نیست3-هزینه ی بالا
2- مهترین روش اتصال دهی جوشکاری است که در این روش قطعاتی که از روشهای دیگر ایجاد شده اند را به یکدیگراتصال می دهند .جوشکاری یک روش تمام کننده و مونتاژ است
مزایا: امکان تولید قطعات خیلی پیچیده

محدودیتها:استحکام یک قطعه جوشکاری شده از استحکام یک قطعه یک پارچه کمتر است
فولادهای کم کربن وکربن متوسط بهترین آلیاژ برای جوشکاری هستند
3-ماشین کاری:تولید قطعه از طریق براده برداری از روی اجزا
مزایا:1-این روش دقیق ترین روش برای تولید قطعات است 2-قطعات ساده و پیچیده را می توان تولید کرد
محدودیتها:1-اگراندازه ی قطعه خیلی بزرگ باشد نمی شود از این روش استفاده کرد2-هزینه ی بالا
4-متالورژی پودر:یکی از روش های تولید قطعات فلزی است که در آن شکل واندازه و خواص مورد نظردر اثر متراکم کردن پودر فلزی و زینتر کردن ایجاد می شود
مزایا:1-تولید قطعاتی که به روش های دیگرامکان پذیرنیست2-تنها روشی است که می توان در آن دانسیته را کنترل کرد
محدودیتها:1-تخلخل2-تولد قطعات با پیچیدگیهای داخلی3-عدم خواص یکسان به دلیل عدم فشار یکسان در داخل قالب
5-ریخته گری:ریخته گری یکی از روش های شکل دادن قطعات فلزی است که شامل تهیه ی مذاب از فلز مورد نظر است
مزایا:1-امکان تولید تمام قطعات با پیچیدگی های داخلی و خارجی وجود دارد2-بنا به طبیعت متالورژیکی بعضی از قطعات فقط به روش ریخته گری تولید می شود 3-بعضی از خواص فقط به روش ریخته گری ایجاد می شود4-تولید تمام قطعات ساده و یک پارچه5-تولید انبوه5-امکان تولید قطعات خیلی کوچک یا خیلی بزرگ

قابلیت ریخته گری=سیالیت
بیشترین سیالیت را آلیاژهایی دارند که به روش یوتکتیک ایجاد می شود حتی از فلزات خالص هم بیشتر
90%آلیاژهای چدن در قالبهای ماسته ای ریخته گری می شود

محدودیتها:1-حفرات انقباضی2-حل شدن گازها در حین ذوب شدن و ایجاد حفرات انقباضی گازی3-تولید قطعات با ضخامت کم وطول خیلی زیاد
:!:

 

كاربرد بیوتكنولوژی در متالوژی
بیوتكنولوژی به عنوان فنونی كه از میكروارگانیسم ها و یا بخشی از سلول برای دسترسی به بعضی از اهداف صنعتی و بهداشتی و زیست محیطی استفاده می كند، تعریف شده است. در صنایع معدنی و متالوژی نیاز روز افزون به مواد اولیه و كاهش ذخایر معدنی پرعیار ، ضرورت مصرف بهینه انرژی در رعایت دقیق معیار های زیست محیطی ، كاربرد روش های جدید ، ایجاد تحول در صنایع معدنی و متالوژی را ضروری كرده است. همچنین توسعه فن آوری های جدید برای فرآوری منابع كم عیار و یا منابعی كه روش های معمول كارایی لازم را برای آنها نداشته و یا ملاحظات اقتصادی امكان استفاده از آنها را نمی دهد. توجه به بازیابی مواد معدنی و متالوژی محور دیگری از این تحول می باشد. توسعه روش هایی جهت كاهش آلودگی های زیست محیطی كه منشا در گاز خروجی كارخانه ها و نیروگاه ها ، بخصوص صنایع متالوژی و پساب صنایع مختلف دارد، مانند جذب و بازیابی فلزات سنگین از پساب ها و كاهش گوگرد از سوخت های فسیلی. برخی از مشكلات صنایع معدنی و متالوژی با كاربرد فنونی كه از میكروارگانیسم ها استفاده می كنند، قابل حل می باشد و در نتیجه بسیاری از توسعه روش ها و فن آوری های جدید نیز بر این پایه قرار دارند.


كاربرد این روش ها در متالوژی نسبت به سایر صنایع جدید تر بوده و برای اولین بار از حدود چهل سال قبل شروع شده است . امروزه این فنون در متالوژی به منظور استفاده از مواد اولیه فقیر فلزی ، تصفیه پساب های صنعتی و بازیابی فلزات موجود در آن ، حل كردن مواد معدنی و غیره بكار می رود. با تغییر ساختار ژنتیكی میكروارگانیسم ها در جهت رسیدن به مشخصات مورد نیاز، موفق به تولید فرآورده هایی در صنعت متالوژی شده اند، كه امكان تهیه آن از طریق سایر روش هاب ه صورت اقتصادی میسر نبوده است.


میكروارگانیسم ها جهت سوخت و ساز و انجام فرآیند های حیاتی خود از منابع آلی و معدنی موجود در محیط تغذیه می كنند. از این رو واكنش های مختلف شیمیایی ، شیمی فیزیكی را در شرایط مختلف طبیعی و یا مصنوعی تحت تاثیر خود قرار می دهند. كاربرد مثبت واكنش های متابولیكی موجودات زنده در زمینه فرآوری مواد معدنی و استخراج فلزات قلمرو جدیدی است كه تحقیقات پیرامون آن بیشتر در بخش های بیوتكنولوژی و میكرو بیولوژی انجام می گیرد. برخی كاربردها مانندبهبود بازدهی و فرآیندهای اكسیده و حل كردن كانی های كم عیار سولفیدی و كانسنگ های طلا و یا اورانیوم ، امروزه در مقیاس صنعتی استفاده می شوند.


كاربرد بیو تكنولوژی در فر آوری و استخراج فلزات متعدد می باشد كه برخی از مهمترین آنها عبارت اند از:


- استفاده از میكروارگانیسم ها در كانه ارایی : میكروارگانیسم هایی در طبیعت وجود دارند كه ضمن داشتن بار الكتریكی منفی به شدت آب گریز اند و می توان از آنها برای تغلیظ بعضی از مواد معدنی استفاده كرد. بررسی های انجام شده نشان داده است كه گونه ای از میكروارگانیسم ها را می توان برای جدا سازی بعضی از كانی ها مانند فسفات ها ، ذرات ریز ذغال و كانی هماتیت مورد استفاده قرار داد.


- استفاده از میكروارگانیسم در تصفیه پساب ها : آب های خروجی بسیاری از صنایع حاوی تركیبات آلی و معدنی است ، كه طی فرآیند مورد استفاده قرار گرفته اند. این تركیبات مناسب با ماهیتشان به درجات متفاوت سمی می باشند. به عنوان مثال می توان از محلول های سیانور دار كه در استخراج طلا بكار برده می شود ، نام برد. بعضی از میكروارگانیسم ها و یا آنزیم ترشح شده از آنها در تجزیه سیانور آزاد موثر بوده و در نتیجه در بهبود و ضعیت زیست محیطی پساب های سیانوری تولید شده از واحد های هیدرو متالوژی فلزات گرانبها نقش مهمی دارند. بازیابی فلزات و جذب آنها از دور ریز ها توسط باكتری ها بسار سریع بوده و معمولا از چند دقیقه تجاوز نمی كند . عبور پساب آلوده از حجم آلوده باكتری ( بیوماس) برای حذف عناصر آلوده كننده آن كافی می باشد. آب خروجی راكتورهای اتمی معمولا حاوی مواد رادیواكتیو می باشد. كه مقدار آن از یك تا چند ppm تغییر می كند. و عملا بجز كاربرد باكتری ، سایر رو ش ها بصورت اقتصادی قادر به حذف آنها نیستند.


- استفاده در جذب یون های فلزی : بعضی از موجودات ذره بینی قادرند یون های فلزات سنگین را از محلول ، بویژه محلول های رقیق جذب سطح خارجی خود كرده و بدین ترتیب این یون های فلزی را از محلول جدا كنند. این روش برای جدا سازی فلزات از پساب هی صنعتی و یا از محلول های حاصل از فرآیندهای هیررو متالوژی كاربرد فرآوان دارند.


- استفاده در استخراج فلزات : در استخراج فلزات به روش هیدرو متالوژی یكی از مهمترین مراحل حل كردن كانی های معدنی به كمك حلال مناسب بنحوی كه در این فرآیند قسمت بیشتر فلز مورد نظر به صورت محلول و یا رسوب در آید . اكسیده كردن و انحلال میكروبی سنگ های معدنی بویژه سنگ های سولفوری كم عیار مهمترین جنبه كاربرد میكروارگانیسم ها به منظور افزایش بازدهی حل شدن می باشد كه در مورد كانی های طلادار و كانسنگ های اورانیم كاربرد صنعتی دارد. بكارگیری میكروارگانیسم ها جهت تسریع واكنش های مورد نظر در حل كردن كه در نهایت به آزاد سازی آنها منجر می شود. تحت عنوان فروشویی زیستی شناخته می شود. مزایایاین روش نسبت به روش های دیگر عبارت اند از :


* اثرهای مضر زیست محیطی به مراتب كمتر بر روی منابع آبی و هوا


* نیاز به انرژی كمتر


* عدم نیاز به تجهیزات پیچیده و در نتیجه سرمایه گذاری كمتر


* عمل حل كردن بیولوژیكی را می توان در اعماق زمین و بدون استخراج معدنی انجام داد.


محدودیت عمده بكار گیری این روش ناشی از نیاز به دانش فنی و آگاهی عمیق به مبانی بیوتكنولوژی می باشد. دست اندر كاران پروژه های تحقیقاتی در این زمینه باید حتما از مبانی میكروب شناسی ، بیوشیمی و بیوتكنولوژی اطلاع كافی داشته باشند.


چند نمونه كاربرد باكتری در مقیاس صنعتی و نیمه صنعتی :


1- حل كردن ارانیوم ( توسط باكتری های TF از سنگ معدن حاوی پیریت پیروتیت)


2- استخراج طلا از سنگ های مقاوم طلا دار ( سنگ معدن پیریت و ارسینو پیریت)


3- حل كردن بیولوژیك رس ها و تولید آلومین




- گوگرد زدایی زیستی: سوخت های فسیلی حاوی گوگرد در محصولات احتراق خود علاوه بر گاز های اكسید گوگرد و اكسیز ازت ، مقداری غبار نیز وجود دارد. كه مجموعا از عوامل آلوده كننده محیط زیست می باشند. باران های اسیدی ناشی از رها سازی اكسید گوگرد در فضا ، حیات بسیاری از گیاهان و جانداران و بخصوص آبزیان را به خطر بیندازند. بعلاوه این باران ها عامل خوردگی فلزات و سنگ های ساختمتنی نیز می باشند.


حذف گاز های الوده كننده از محصولات احتراق رقم بسیار بزرگی را تشكیل می دهد. از همین رو جذف و یا كاهش مقدار گوگرد در سوخت های فسیلی اهمیت بالایی برای صنایع دارد. حذف گوگرد مبتنی بر فن اوری های فیزیكی و شیمیایی ، مشكلاتی را به همراه دارد كه رویكرد به روش های بیوتكنولوژی را ناگزیر نموده است. از ویژگی های مثبت آن این است كه برخی از میكروارگانیسم ها به طور اختصاصی فقط پیوند كربن - گوگرد را شكسته و با جدا كردن گوگرد بقیه مولكول آلی را رها می كنند. در آینده نچندان دور گوگرد زدایی زیستی جایگزین روش های فیزیكی و شیمیایی می شود.



برای آشنایی بیشتر با این مفاهیم می توانید به كتاب " فناوری میكروبی در متالورژی" مراجعه كنید . نویسندگان این كتاب عبارت اند از : دكتر رامز وقار، دكتر منوچهر اولیا زاده و دكتر محمد رضا وقار. ناشر این كتاب دانشگاه صنایع و معادن ایران است.

 

جوشکاري قطعات پلاستيک
در بيشتر مواقع، پيش از مونتاژ نهايي يک مجموعه نياز است که زير مجموعههاي آن مونتاژ شوند. در اين فرايند گاه به جوشکاري 2 يا چند قطعه پلاستيکي نياز داريم. هدف اين مقاله، بررسي روشهاي جوشکاري قطعات پلاستيکي ميباشد.

روشهاي اتصال قطعات پلاستيکي به يکديگر:

1. اتصال مکانيکي (به وسيله پيچ، مهره، پرچ، پين و...)

2. چسباندن

3. جوشکاري



انواع روشهاي جوشکاري قطعات پلاستيکي





الف- جوشکاري حرارتي

اين روش، متداولترين و يکي از ارزانترين روشهاي جوشکاري قطعات پلاستيک است که در صورت اجراي صحيح، امکان ايجاد اتصالي با 100-80 درصد استحکام قطعه اوليه را دارا ميباشد. جوشکاري حرارتي به 2 شکل مستقيم و غير مستقيم، انجام ميشود. در روش مستقيم، حرارت به شکل مستقيم در قالب ابزار يا گازي گرم به قطعات منتقل ميشود. در روش غير مستقيم با اعمال انرژي در اشکال مختلف بهجز حرارت (امواج با فرکانس بالا- ميدانهاي مغناطيسي قوي- ...) در محل مورد نظر حرارت مورد نياز جوشکاري را فراهم ميکنند.

با توجه به اينکه در روش غير مستقيم انرژي و در نتيجه حرارت در محدوده مورد نياز جوش به قطعه اعمال ميشود، فرايند مذکور به نسبت فرايند مستقيم بازدهي بيشتر دارد. علاوه بر اينکه تنشهاي پسماند باقيمانده در قطعه کمتر خواهدبود.

A: Heated- tool welding

در اين روش سطوح موردنظر براي جوشکاري در مجاورت سطحي فلزي و گرم (700-450 درجه فارنهايت) قرار دادهميشود و سپس سطوح به هم چسبانده شده و تحت فشار (PSI 15-5) تا سردشدن کامل صفحه فلزي و محدوده جوش قرار ميگيرند. کيفيت جوش در اين روش به حرارت صفحات فلزي، مدتزمان قرارگيري تحت فشار و مقدار فشار اعمالي، بستگي دارد.

B: Hot- gas welding

اين روش، شامل استفاده از يک تفنگ جوشکاري مسلح به اوريفيس مقاوم به حرارت است که به شرح ذيل قابل اجراء ميباشد. ابتدا لبههاي موردنظر براي جوش پخزده ميشود، بهطوريکه بعد از قرار گرفتن کنار همديگر شکلي شبيه v را تشکيل دهند. در مرحله بعدي بايد نواري از جنس قطعات اصلي در محل v قرار دادهشود و با استفاده از تفنگ گاز گرم روي نوار پلاستيکي و لبههاي مورد بحث پخش شود که منجر به ذوبشدن نوار و لبهها و متصل شدن آن قطعات به يکديگر ميشود.

در اين فرايند براي اکثر مواد ميتوان از هواي معمولي بهعنوان گاز گرم استفاده کرد، اما در مورد پلي الفينها به علت تمايل شديدشان به اکسيد شدن بايد از گاز نيتروژن استفادهشود.

C: Friction welding

در اين روش، همانطور که از نام آن پيداست از حرارت ناشي از اصطکاک بين دو سطح، براي جوشکاري آنها استفاده ميشود. به اين ترتيب که قطعه به‌طور کامل، ثابت نگه داشته ميشود و قطعه ديگر به دوران در مي‌آيد، در همين حين، فشار مشخصي، دو قطعه را به يکديگر نزديک ميکند.

در ماشينهاي جوش اصطکاکي، امکان تغيير تعداد دوران از 1400-200 دور بر دقيقه و زمان جوش از 1 تا 20 ثانيه براي رسيدن به کيفيت جوش مناسب، فراهم ميباشد.

D: Induction Heating

در اين روش، شبکه يا الکترودي فلزي در بين دو سطح مورد نظر براي اتصال قرار دادهميشود و با اعمال ميدان مغناطيسي به محل جوش، حرارت مورد نياز توسط شبکه يا الکترود فلزي توليد ميشود.

حرارت توليدشده باعث ذوبشدن قطعات و چسبيدن دو قطعه به يکديگر ميشود. اغلب لبههاي مدنظر براي جوش و تا سردشدن کامل الکترود و خود لبهها تحت فشار قرار ميگيرند.

در روش القائي از چسبهاي الکترومغناطيسي نيز ميتوان استفاده کرد که اين چسبها از مخلوط پودر فلز و ترمو پلاستيکها تشکيل شدهاند. اين چسبها به شکل خميري و يا نواري عرضه ميشوند و با قرار گرفتن در معرض ميدان مغناطيسي ذوب ميشوند. مزيت استفاده از اين چسبها، باقي ماندن تنش پسماند کم در قطعه است.

E: Ultrasonic welding

در روش جوشکاري اولتراسونيک، ميداني الکتروديناميک با فرکانس (KHZ 40-20) توليد ميشود که اين ميدان ، باعث ايجاد پديده رزونانس درالکترودي فلزي ميشود. الکترود در تماس مستقيم با يکي از قطعات موردنظر براي جوش قرار ميگيرد و قطعه ديگر، کاملاً ثابت ميشود. الکترود به همراه قطعه متصل به آن شروع به لرزش ميکند که منجر به توليد حرارت قابلتوجهي، در محل تماس دو قطعه ميشود.

اين روش، بهطور عمومي براي اکثر مواد قابل استفاده است، اما در مورد پلي استايرن- ABS-SAB- پلي کربنات و اکريليک، نتايج بهتري را ارائه کردهاست.




ب- جوشکاري به کمک حلال

اين روش، سادهترين و اقتصاديترين روش جوشکاري قطعات پلاستيک است که امکان دستيابي به اتصال با 100-85 درصد استحکام قطعه اصلي را داراست و اکثراً در اتصال قطعات همجنس، استفاده ميشود. جدول زير، حلال مناسب براي جوشکاري مواد مختلف را نمايش ميدهد.

 

مواد افزودنی به ماسه ماهیچه-قالبگیری

انواع ماسه:
ماسه ها انواع مختلفی دارند که از آن جمله میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
ماسه سیلیسی:این ماسه به طور گسترده‌ای در ریخته گری به کار میرود و عمده‌‌ترین ماسه مصرفی محسوب می شود.ترکیب اصلی آن سیلیس SiO2 است.
ماسه زیرکن:ماسه زیرکن که با فرمول شیمیایی ZrSiO4 مشخص می گردد و به عنوان یک ماسه با نقطه گداز بسیار بالا مورد توجه است.
ماسه کرومیتی:کرومیت یا FeCr2O4ترکیب اصلی این ماسه است و از آن در ریخته گری فلزات با نقطه ذوب بالا استفاده می شود.
ماسه اولوین:ترکیب این ماسه Fe2SiO2 یا Mg2SiO2 است و مخلوطی است از سیلیکات منیزیم و به عنوان ماسه جایگزین در بسیاری نقاط مورد توجه است.
ماسه شاموتی:ماسه شاموتی نوعی کوارتز دانه ریز است که حرارت زیاد دیده است و به عبارت دیگر ماسه ای است که از زینتر کردن ذرات خاک رس به دست می آید.
<!--[endif]-->



نگرشی به ماسه های سیلیسی مصرفی ایران
ماسه های مصرفی به دو نوع ماسه های با چسب طبیعی و ماسه های مصنوعی تقسیم میگردند.

1) ماسه با چسب طبیعی:
ماسه با چسب طبیعی محتوی تا 20 درصد خاک ریز و مواد ناخالصی می باشد.کیفیت این نوع ماسه برای قالبگیری ماهیچه سازی بستگی به:
- مقدار چسب
- ترکیب شیمیایی ناخالصی
- نوع مذاب ریختگی دارد
این ماده در طبیعت بصورت پیش آماده شده وجود دارد.برای استفاده از این نوع ماسه ها تنها مرطوب کردن آنها کافیست از این نوع ماسه در ریخته گری فلزات غیر آهنی با نقطه ذوب پایین نظیر آلومینیوم،برنج ها،برنز ها و قطعات کوچک چدنی استفاده میشود.بطور قطع اینگونه ماسه ها برای ریخته گری قطعات بزرگ چدنی مناسب نیست معایب عمده این نوع ماسه ها عبارت از:
الف- پایین بودن درجه دیرگدازی
ب- همراه داشتن درصد تقریبا زیادی اکسید های قلیایی و آهک می باشد.

وجود اسیدهای قلیایی در این نوع ماسه باعث پایین آوردن درجه دیرگدازی آن گشته و در نهایت باعث ایجاد عیوبی نظیر ماسه سوزی و چسبیدن ماسه به قطعات ریختگی می شود.از طرف دیگر مواد آهکی در اثر حرارت دیدن به صورت گاز درآمده و در صورتیکه قطعات ریختگی بزرگ و دارای ضخامت زیاد باشند فرصت ورود به مذاب را داشته و در قطعات ریختگی به صورت مک و حفره های گازی باقی می مانند.
از آنجائیکه این ماسه در نقاط مختلف ایران به وفور یافت می شود و نسبتا ارزان در دسترس ریخته گران قرار می گیرد.لذا در اکثر واحدهای کوچک و متوسط ریخته گری ایران به طور وسیعی در مواد قالبگیری و ماهیچه سازی مصرف دارد. ماسه های گرگان ،رشت،گرمسار،اردکان یزد،حسن آباد قم،عین آباد ،محلات و اطراف یزد جزء این گروه ماسه ها هستند.

ماسه های طبیعی بر حسب میزان خاک رس موجود در آنها به سه دسته تقسیم میشوند:
1- ماسه ضعیف که حداکثر تا 8% خاک رس دارد.
2- ماسه متوسط که بین 8 تا 18 % خاک رس دارد.
3- ماسه خاک یا ماسه ملات که بیش از 18% خاک رس دارد.
معمولا خاک ماسه های طبقات زیرین بیشتر از لایه های سطحی می باشد و ریختگران بایستی پس از آزمایشات دقیق،ماسه مطلوب خود را تهیه نمایند.در ریخته گری معمولا از ماسه های متوسط استفاده می شود.

2) ماسه های مصنوعی:
ماسه مصنوعی از شکستن ،خرد کردن و غربال کردن سنگهای سیلیس به دست می آیند که با اضافه کردن چسب و مواد دیگر قابلیت قالبگیری در آنها ایجاد می گردد.
ماسه مصنوعی در مقایسه با ماسه طبیعی دارای مزایای زیر می باشد:
- درجه دیرگدازی و خلوص بالاتر.
- سهولت در کنترل مشخصات فیزیکی و مکانیکی مخلوط.
- قابلیت بازسازی و مصرف مجدد.
- در دسترس بودن.
محدودیت اصلی ماسه های مصنوعی در مقابل ماسه های طبیعی بالا بودن قیمت تمام شده آنها می باشد .با این وجود این ماسه ها می توانند بخوبی نیازهای صنایع ریختگری ایران را در زمینه چدن و فولادریزی(به استثنای فولادهای خاص که به مصرف ماسه های زیرکونی-کرومیتی و اولوینی نیاز دارند) تامین کنند.
ماسه ها ی سیلیس مصنوعی رایج ترین ماسه ها قالب گیری در واحدهای ریخته‌گری می باشد و انواع ذرات سیلیسی به عنوان ماده اصلی و دیر گداز ماسه ریخته گری به کار می رود .بیشتر ماسه های قالب گیری از کوارتز معدنی که می‌تواند تا دمای 1700 درجه سانتیگراد را تحمل کند تشکیل شده است.شکلهای دیگر سیلیس تریدیمیت و کریستومالیت می‌باشد.
وجود اکسید های آلومینیوم و آهن خاصیت دیرگدازی ماسه را افزایش میدهند و حضور اکسید های پتاسیم و سدیم و ترکیبات میکا چسبندگی و شکل پذیری ماسه را زیاد و قابلیت دیرگدازی آن را کاهش می دهد و لذا در ترکیبات ماسه سیلیس وجود اکسید های قلیایی و قلیایی خاکی مضر تشخیص داده می‌شود. علاوه بر مسئله فوق وجود انواع اکسید ها باعث ایجاد رنگهای قرمز و قهوه ای،اکسید های سدیم و پتاسیم رنگ ماسه را متمایل به آبی می نماید .علاوه بر ترکیبات شیمیایی که خاصیت دیرگدازی ماسه را تحت تاثیر قرار میدهد مشخصات فیزیکی ماسه مانند اندازه ،پخش و شکل ذرات نیز باید مناسب باشد.

نگرشی به ماسه های کرومیتی و اولیونی ایران
کرومیت و اولوین در صنایع ریخته گری دارای مصارف متعدد و متنوع بوده و لذا ضرورت شناخت منابع آن در ایران و جایگزینی مواد بومی به جای منابع وارداتی وجود دارد.
موارد اصلی مصرف کرومیت و اولیوین در صنایع ریخته گری به قرار زیر است:
1- در ساخت جداره کوره ها-پاتیل ها و ابزارهای کمکی ذوب و استفاده از آنها به عنوان یک دیرگداز مناسب از منابع داخلی.
2- به عنوان یک ماسه مناسب ریخته گری در تولید.
3- انواع فولادهای ریختگی بویژه فولادهای استنیتی منگنزی.
4- قطعات بزرگ چدنی.
5- استفاده از آنها به عنوان ماسه رویه در تولید سری قطعات چدنی(قالبگیری ماشینی و استفاده از ماسه تر) بویژه در قسمتهای فوقانی قطعات که تمایل به ماسه ریزی(ناشی از انبساط غیر پیوسته ماسه سیلیسی) دارند.
پودر کرومیت و اولیوین را می توان در تهیه بعضی از دوغاب های اولیه دیرگداز در ریخته گری دقیق استفاده کرد و ماسه های کرومیتی و اولوینی نیز می توانند به عنوان دیرگداز در پشت بند(بویژه در مورد قالبهای سرامیکی) مورد استفاده قرار گیرند.

بررسی ماسه های قالبگیری و ماسه ماهیچه در فرآیند ریخته گری قالب موقت

ماسه ی قالبگیری:

سیلیس (sio2 )، مهمترین جزء ماسه های مصرفی در قالبگیری می باشد، این ماده دارای دیر گدازی بالامیباشد و می توان از ماسه های طبیعی که معمولا دارای اندازه ای یکنواخت و کروی هستند این ماده را بدست آورد و یا با عمل شکست در ماسه سنگ های بزرگ ، ماسه ای با ذرات زاویه دار و اندازه غیر متناسب تهیه نمود. در ماسه ها ی قالبگیری خواص فیزیکی بسیار مهم است . معمولا ماسه ها بصورت کروی و دانه بندی یکنواخت تهیه می شود . امروزه برای افزایش مقاومت سایش و جلوگیری از نفوذ مذاب درون قالب ، از دانه هایی با اندازه کوچکتر استفاده می شود. مقدار سیلیس در ماسه بیش از 90%است که مابقی آن را چسب های رسی (ایلیت ،کائو لینیت،بنتونیت و مونت مورلینیت) با حداقل 2% رطوبت تشکیل می دهد . برای مرطوب تر کردن خواص ماسه یا ایجاد ماسه ای ویژه از موادی بعنوان افزودنی تا حدود 2% به ماسه افزوده می شود.

ماسه های ماهیچه :
ماسه ماهیچه ها عموما ازنوع سیلیسی هستند ولی در مواقعی از ماسه های زیرکنی ، اولیونی ،کربنی و شاموتی نیز استفاده بعمل می آید . ازویژگی های بارز ماسه های مصرفی برای ساخت ماهیچه ، شکل و اندازه ی ذرات آنها است ، بدینگونه که استفاده از ذرات درشت و کروی شکل برای ساخت ماهیچه ،بدلیل داشتن قابلیت نفوذ گاز بیشتر ، ترجیح داده می شود . معمولا ماسه ای که دارای بیش از 5 % خاک (ذراتریز) باشد ، بدلیل کاهش یافتن قا بلیت از هم پاشیدگی آن ، برای ساخت ماهیچه مناسب نیست ، علاوه بر این، خواص دیگری از قبیل دیر گدازی ، پایداری ابعادی و شیمیایی ، قابلیت انتقال حرارت نیز از اهمیت زیادی برخودار هستند . نکات مهم در ماسه های ماهیچه ای بشرح زیراست : وجود خاک رس باعث تقلیل در کیفیت ماسه ماهیچه و نیز باعث اختلال در واکنش سایر چسب ها با هم می گردد و بنا براین باید مقدار آن تا حد امکان در ماسه های ماهیچه پائین باشد. امروزه نیز به دلیل دیر گدازی ، بالا بودن دانسیته حجمی و ظرفیت حرارتی بیشتر ماسه های زیر کنی و اولیونی از دلائل اصلی کاربرد آنها به جای ماسه سیلیسی به شمار می روند . در هر حال ، علی رغم وجود محدودیت های از قیبل واکنش پذیری سیلیس با مذاب آهنی از این ماده به طور وسیعی به عنوان ماده اصلی در ساخت ماهیچه ها استفاده می گردد
انواع چسب ها:
تقسیم بندی چسب ها از دو دیدگاه صورت می گیرد: یکی از نقطه نظر ماهیت و طبیعت چسب ها و دیگری از نظر نحوه انجماد و چگونگی خود گیری و سفت شدن چسب ها .
از نقطه نظر ماهیت چسب ها به دو گروه چسب های آلی و غیر آلی و یا دو دسته قابل حل در آب یا غیر قابل حل در آب تقسیم می شوند.
از نقطه نظر نحوه انجماد و چگونگی سفت شدن و خود گیری ،چسب ها به سه نوع برگشت ناپذیر، میانه و برگشت پذیر تقسیم می شوند.
چسب های آب دار و چسب های غیر آب دار نباید با هم دیگر مخلوط شوند زیرا هر زمان که این عمل صورت پذیرد ، استحکام مخلوط ماسه در حالت تر و در حالت خشک کاهش می یابد. و به خصوص اگر چسب آب دار ، خاک رس باشد ، کاهش استحکام شدید تر است.
یک چسب مناسب باید ذرات ماسه را به یکدیگر اتصال دهد و استحکام قالب و ماسه ماهیچه را در حالت تر و خشک افزایش دهد.

همچنین باید شرایط زیر را فراهم سازد:
1- در خلال تهیه مخلوط های قالب گیری یا ماهیچه به طور یکنواخت بر روی سطوح ماسه پایه گسترده شود.
2- در هر دو حالت تر و خشک ، استحکام کافی مخلوط را فراهم سازد.
3- شکل پذیری مناسب در مخلوط ایجاد نماید ،به طوری که مخلوط قادر باشد همه بخش های قالب را پر کند.
4- کمترین چسبندگی را به سطح مدل و جعبه ماهیچه داشته باشد تا انجام فرایند قالب گیری و ماهیچه سازی امکان پذیر شود.
5- امکان خشک کردن سریع قالب و ماهیچه را فراهم سازد و در خلال مونتاژ قالب و نگه داری ماهیچه رطوبت جذب نکند.
6- در خلال مرحله خشک کردن و به هنگام ریخته گری فلز به داخل قالب ، حد اقل گاز را تولید و آزاد سازد.
7- به دیرگدازی ماسه لطمه نزند و سوختن زودرس ماسه را پدید نیاورد.
8- امکان آسان خارج سازی ماهیچه را فراهم سازد.
9- برای افرادی که عملیات تهیه مخلوط ،قالب و ماهیچه را انجام می دهند ، مضر نباشد و گازهای سمی تولید نکند.
10- ارزان و قابل دسترسی باشد.
معمولا چسب های مورد استفاده در ریخته گری را به دو گروه عمده چسب های قالب گیری و چسب های ماهیچه تقسیم بندی می کنند.
از خاک های رسی می توان به عنوان چسب های قالب گیری نام برد و چسب های سیلیکات سدیم ،اتیل و نیز انواع رزین های مورد مصرف در قالب گیری پوسته و....از جمله چسب های ماهیچه هستند.

خاک رس ها معمولا دارای سه مشخصه هستند:
1- همراه با مقدار معینی آب ، خودگیر شده و خاصیت پلاستیکی پیدا می کنند.
2- این مخلوط پس از خشک شدن و دوباره مخلوط کردن با آب ، خود گیر شده و خاصیت پلاستیکی خود را حفظ می کند(درجه حرارت خشک شدن بسیار بالا نیست).
3- اگر درجه حرارت از مقدار معینی افزایش یابد، خاک رس کلسینه شده(مرده شده) و خاصیت خود گیری و پلاستیکی خود را از دست می دهد.درجه حرارت کلسینه شدن با توجه به نوع خاک رسی متغیر می باشد.

در ریخته گری ،خاک رس ها به سه صورت هستند:
1- کائولین: کائولین سیلیکات خالص آلومینیوم با فرمول شیمیایی Al2O3SiO2.H2O می باشد که به خاک چینی معروف است و به خاطر داشتن آلومین زیاد ، خاک نسوز هم نامیده می شود. ناخالصی هایی مانند سدیم، پتاسیم،آهن و کلسیم که به صورت سیلیکات در این خاک ها پدید می آید ، رنگ آن را از صورتی روشن به قهوه ای تیره مبدل می سازد.کائولین خاصیت خودگیری و چسبندگی کمتری نسبت به خاک های رس دیگر دارد. در صورت استفاده در ماسه قالب گیری مقدار زیادی بین 10 تا 20 درصد کائولین لازم است.
2- بنتونیت : مونت موریونیت نوعی سیلیکات آلومینیوم به فرمول شیمیایی Al2O3.4SiO2.nH2O.می باشد که در بعضی موارد یون های منیزیم نیز به جای یون های آلومینیوم حضور دارند.بنتونیت معروف ترین چسب خاک رسی مورد استفاده در ریخته گری است، از خانواده مونت موریونیت می باشد.در صنعت ریخته گری دو نوع بنتونیت مشخص و معروف وجود دارد. یکی بنتونیت غربی یا سدیمی است که از یون های سدیم اشباع شده و می تواند مقدار زیادی آب جذب نماید و افزایش حجم بسیاری دارد. نوع دوم ، بنتونیت جنوبی یا کلسیمی است که نسبت به بنتونیت سدیمی کمتر فعال می باشد. بنتونیت کلسیمی قالب هایی با استحکام تر بیشتر تولید می کند ، در صورتی که استحکام خشک در درجه حرارت های بالای سدیمی بیشتر است. به طور کلی مقدار افزایش بنتونیت به ماسه 2 الی 5 درصد است.

3- خاک رس ایلیت:در اثر تغییرات میکا و تجزیه پوسته های معینی به دست می آید.این خاک ، مواد چسبی اصلی ماسه با چسب طبیعی می باشد.

چسب های مورد استفاده در ماهیچه سازی:
چسب های ماهیچه بسیار متنوع بوده و انواع مختلفی دارند و هر کدام از این چسب ها به منظور معین و ارائه خواص به خصوصی به ماسه ماهیچه اضافه می شوند.
بیشتر چسب های ماهیچه (که در بسیاری از موارد در ساخت قالب نیز به کار میروند)بعد از یک بار استفاده به دلیل تغییرات ساختمانی قابلیت استفاده مجدد را ندارند.
در هر صورت چسب های مورد استفاده در ماهیچه سازی را می توان به چهار گروه تقسیم کرد:
1- چسب هایی که در حالت یخ زدن سخت و محکم می شوند
.آب تنها ماده چسبنده است که در دسته فوق در عملیات ریخته گری مورد استفاده قرار می گیرد.در قطعاتی که در کشور روسیه به کمک این نوع ماهیچه ساخته شده ،ادعا شده که مک های داخلی در پوسته های موتور با استفاده از ماهیچه های یخ زده حذف شده است.
2- چسب هایی که در درجه حرارت اتاق سخت و محکم می شوند:
از این دسته می توان سیلیکات سدیم و سیلیکات های مضاعف آلومینیوم و کلسیم یا سیمان را نام برد که در مورد چسب سیلیکات سدیم در بخش جداگانه ای به طور کامل تشریح شده است.
از چسب های سیمان مورد استفاده می توان سیمان پرتلند ، سیمان کائوچوئی و سیمان شیمیایی را نام برد که مهم ترین این نوع سیمان ها ( به عنوان چسب)، سیمان پرتلند است.
عیب ماهیچه های ساخته شده از این چسب های سیمانی این است که قابلیت از هم پاشیدگی آن قالب ساخته شده کم است.
3- چسب هایی که پس از پختن سخت و محکم می شوند:
این چسب ها به سه گروه فرعی زیر تقسیم می شوند:
1-3چسب هایی که در حرارت خشک می شوند
روغن ماهیچه:
در روغن ها سخت کردن از طریق پلاریزاسیون و ایجاد ملکول های بزرگ تر به کمک جذب اکسیژن هوا در درجه حرارت های 200 تا 240 درجه سانتی گراد انجام می گیرد. این چسب ها مرکب از سه نوع چسب های روغنی به نام های روغن های گیاهی ،روغن های معدنی و روغن های جانوران دریایی می باشد.

2-3چسب هایی که بعد از حرارت دیدن و در موقع سرد شدن سخت می شوند:
انواع رزین ها یا به عبارتی صمغ ها در این گروه قرار دارند.صمغ به دو نوع طبیعی و مصنوعی تقسیم می شوند.که از صمغ های طبیعی می توان از شیره درختان نام برد. صمغ های مصنوعی نیز با ترکیبی از اوره و فنل فرمالدئید به وسیله پلیمریزاسیون و از دست دادن آب سخت می شوند.چنین چسب هایی بیشتر در ماهیچه سازی گرم و قالب های پوسته ای به کار می روند.
رزین ها از نوع اوره فرمالدئید بهترین مشخصات و بیشترین کاربرد را در تهیه ماهیچه های کوچک و نازک و آن هایی که پس از ریختن مذاب قابلیت از هم پاشیدگی زیادی لازم دارند ،را ارائه می دهند. فنل فرمالدئید قابلیت از هم پاشیدگی کمتری داشته و در تهیه قطعات بزرگ و فولادی به کار می رود. این صمغ به صورت جامد ومایع در بازار وجود دارند و برای مدت زیادی نباید انبار شوند.

3-3چسب هایی که خاصیت چسبندگی را در حرارت به دست می آورند:
این گروه از چسب ها شامل چسب های سولفیدی ، چسب های نشاسته ای (دکسترین )، ملاس چغندر قند و چسب های پروتئینی هستند. چسب های نشاسته ای یا دکسترین ها جزو چسب های ماهیچه ای می باشند و معمولا جهت افزایش استحکام تر در مخلوط ماسه ماهیچه مصرف می شوند.مقدار 5/. تا 2 درصد وزنی آن ها استحکام فشاری تر ماسه را به اندازه 1 تا 5/2 پوند بر اینچ مربع افزایش می دهد.
ملاس چغندر قند نیز محصول فرعی کارخانه های تولید قند می باشد که اصولا همراه با چسب های دیگر (به جز چسب های روغنی) به ماهیچه اضافه می شوند.چسب های پروتئینی که انواع خالص تجاری آن ژلاتین،کازئین و سریشم می باشد.
4- چسب های خاک رس:
این دسته از چسب ها اصولا به خاطر افزایش استحکام تر ماسه ماهیچه به مخلوط ماسه ماهیچه اضافه می شوند و مهم ترین آن ها خاک رسی نسوز (کائولین)و بنتونیت می باشند که در چسب های قالب گیری نیز به آنها اشاره شد.
در قسمت سوم و پایانی به مواد افزودنی اشاره خواهد شد.

فرآیند :
در این روش ماسه مصرفی سیلیسی) بدو ن خاک رس می باشد( بنتونیت، یعنی اینکه بجای استفاده از چسب خاکی از سیلیکات سدیم به مقدار حداکثر 5% استفاده می شود . این فرآیند نوعی فرآیند دو گونه است ، بطوری که از این روش هم برای قالبگیری و هم از آن برای ماهیچه سازی استفاده می شود . اساس خودگیر شدن در این نوع ماسه ها بر واکنش سیلیکات سدیم با دمش گاز دی اکسید کربن می باشد . این واکنش شامل ترکیب 3 فرآیند اصلی زیر می باشد .
نکته: شکل دهی ماسه در اطراف مدل مانند روش های قبل است.
الف) رسوب ژل سیلیسی .
ب) تغییر نسبت در سیلیکات ، که باعث ایجاد استحکام می گردد.
ج) خشک شدن سیلیکات تغیر نیافته و از دست رفتن آب و در نتیجه افزایش گرانروی و به دنبال آن سخت شدن ماسه .
این واکنش به مدت زمان گاز دهی رابطه ای تنگاتنگ دارد بطوری که افزایش زمان باعث استحکام کاذب در فرآیند فالبگیری می شود

افزودنیها: مهمترین این افزودنیها به منظور بالا رفتن خواص ماسه ی مورد نیاز عبارتند از : اکسید آلومینیوم ( ، خاک رس کائولن و ملاس چغندر قند.


ترکیب اصلی:ترکیب اصلی ماسه سیلیکات سدیم عبارتند از :
اکسید سدیم ) 28 تا 7+ (آب) 67 تا 17+ ( سیلیس) 64 تا 26
(تمامی اعداد به در صد می باشند)
معمولا مشخصه سیلیکات سدیم بوسیله ی نسبت وزنی سیلیس به اکسید سدیم نشان داده می شود . پر مصرف ترین سیلیکات سدیم در محدوده ی نسبت ها وزنی بین تا می باشد . بیشتر فلزات در برابر خوردگی توسط سیلیکات سدیم مقاوم می باشند ، لذا به راحتی می توان سیلیکات سدیم را در بشکه های فولادی نگهداری کرد .در صورت باز بودن سر بشکه به منظور جلوگیری از ایجاد یک پوسته ی ضخیم در سطح سیلیکات سدیم بهتر است یک لایه فیلم نازک روغنی در سطح ایجاد نمود.


روشهای تولید:
تکنیک های متعددی برای گاز دهی ابداع شده اند اگر چه می توان قالبهای ساده را بعد از خارج کردن مدل گاز دهی نموده اما در بسیاری از فرآیندها ، گازدهی درست ، پس از قالبگیری و قبل از خارج نمودن مدل از قالب انجام می گیرد . این عمل باعث افزایش استحکام قالب گشته و بنا براین احتمال تخریب قالب در حین خروج مدل را کاهش می دهد . بعد از خارج کردن مدل ، قالب سخت شده را می توان مستقیماً به محل بارریزی حمل کرد


قسمت سوم)مواد قالبگیری-افزودنی‌های ماسه

علاوه بر سه جزء اصلی ماسه قالبگیری (ماسه، چسب، آب) مواد دیگری جهت ازدیاد کیفیت و برطرف کردن بعضی از عیوب خاص به مخلوط اضافه می گردند، چنین موادی بسیار زیاد هستند و لذا در اینجا به برخی از آنها که موارد استفاده زیادتری دارند اشاره می شود:
1.گرد زغال:
Fe2O3 تولید شده در مذاب تولیدات آهنی (چدن و فولاد و...) در اثر تماس با دیواره های قالب که اغلب از جنس سیلیس است وارد واکنش شده و تولید ترکیب زودگداز فایالیت را می دهد که منجر به سوختن ماسه و چسبیدن آنها به سطح قطعه ریختگی می شود(ماسه سوزی).
در اثر افزودن پودر ذغال سنگ یک محیط احیائی که ناشی از سوختن ذغال و خارج شدن گاز Co2 و هیدروژن و هیدروکاربیدهای سبک است، ایجاد می شود.در نتیجه این عمل،از اکسیداسیون سطوح مذاب و ایجاد گاز زود گداز فایالیت جلوگیری می شود. لذا در نهایت باعث نچسبیدن ماسه به قطعه و افزایش صافی سطوح قطعات ریختگی میگردد.
همچنین با افزودن این ماده از عیوبی نظیر انبساط حرارتی (ماسه اندازی)می‌توان جلوگیری نمود. زیرا به وسیله منقبض شدن پودر ذغال در اثر حرارت می توان انبساط ماسه را در اثر گرما جبران نمود. نیز قابلیت خرد شدن ماسه را بهبود می بخشد زیرا ماسه کمتر کلوخه می شود و راحت تر روی shake out خرد می شود.
خواص یک پودر زغال مناسب به شرح زیر است:
الف)مواد فرار موجود در آن زیاد باشد(حدود 30-26 درصد).
ب)میزان خاکستر باقیمانده در زغال نباید از 10 درصد تجاوز کند.
ج)پارامتر مهم دیگر گوگرد موجود در زغال است، زِیرا گوگرد در چدنهای خاکستری تمایل به ایجاد chilled است و مقدار گوگرد باید از %1 تجاوز نکند.
میزان مصرف خاک زغال برای قطعات تا 1000 کیلوگرم 2 الی 4 درصد و برای قطعات سنگین که دارای گرمای بیشتری بوده عمق ماسه‌سوزی شدیدتر است میزان مصرف زغال تا 8 درصد نیز می‌رسد.
2.حبوبات، غلات(Cereals)
چسب غله‌ای مصرفی در ریخته‌گری عبارت است از پودر ذرات ریز و یا نشاسته‌ ژلاتینی که از ذرات گرفته شده است. نشاسته را می‌توان در ماسه‌های قالبگیری به منظور افزایش استحکام تر یا خشک یا بالا بودن قابلیت فروپاشی (Collapsibility) تا حد 2 درصد به کار گرفت. اگر مقدار نشاست در مخلوط زیاد شود خارج‌سازی قطعه از قالب دشوار خواهد شد. از آنجایی که نشاسته فرار است، استفاده غیر صحیح از آن می‌تواند باعث ایجاد عیوب گازی (Gas Defect) در قطعات شود.
3.گرد چوب(WoodFlour):
گرد چوب یا دیگر مواد سلولزی مثل گرد غله یا ذرت، پوسته حبوبات و سلولز را می‌توان به مقدار 5/0 تا 2 درصد به ماسه‌های قالبگیری افزود. این می‌توانند انبساط ماسه را کنترل کنند. مواد سلولزی پس از بالا رفتن دما مشتعل می‌شوند و بعد از سوختن فضای خالی ایجاد می کنند و از این طریق انبساط مخلوط ماسه قالبگیری کیترل می شود. گرد چوب و مواد سلولزی قابلیت پاشی وقابلیت جاری شدن (Flowability) را نیز اصلاح می کنند و به همین ذلیل سهولت بیشتری در خارج سازی قطعه از قالب ایجاد می کنند.
4.پودر سیلیس:
سیلیس سائیده شده و نرم که ریزتر از 200 مش باشد پودر سیلیس (Silica Flour) نامیده می شود. پودر سیلیس را می توان تا 35 درصد به منظور افزایش استحکام گرم ماسه به کار گرفت.پودر سیلیس چگالی توده (bulk- density )ماسه را افزایش می دهد و به همین دلیل ماسه قالبگیری به دلیل فشردگی بیشتر مقاومت بیشتری در برابر نفوذ فلز مذاب دارد.
5.اکسید آهن:
اکسید آهن ریز به مقدار اندک در برخی ماسه های قالبگیری به منظور افزایش استحکام گرم به کار می رود.
6.ملاس(molasses) ،دکسترین(dextrin).
ملاس ساقه نیشکر یا ملاس چغندر که تصفیه نشده و حاوی 60تا70 درصد شکر یا جامد باشد را میتوان برای افزایش استحکام خشک ماسه و بالا بردن سختی لبه قالب ها به کار گرفت.دکسترین یا صمغ نشاسته را می توان برای همان اهداف مورد استفاده قرار داد.
7.پرلیت:
پرلیت (perlite) یک سیلکات آلومینیم معدنی منبسط شده است.این ماده به مقدار کم و در حد 5/0تا5/1 درصد به منظور پایداری حرارتی (thermal stability) بهتر ماسه به کار می رود این ماده را ممکن است به عنوان عایق کننده تغذیه نیز مورد استفاده قرار داد.
8.آسفالت(asphilt)
یک محصول جنبی حاصل از تجزیه نفت خام است. آسفالت نیز همانند قیر به منظور افزایش استحکام گرم،بهبود سطح تمام شده قطعات ریخته گی آهنی مورد هستفاده قرار می گیرد.
9.قیر زمینی
قیر یک محصول از کک سازی است.طی عملیات کک سازی،قیر در دمای 5/3درجه سانتیگراد از ذغال جدا می شود.قیر تا حد 3 درصد و به منظور اصلاح استحکام گرم و بهبود سطح نهایی قطعات در مخلوط های ماسه برای ریخته گری قطعات آهنی به کار می رود.
10.گیلسونیت
گیلسونیت یک ماده آسفالتی جامد است که در برخی از نقاط زمین از معدن استخراج می شود. این ماده به خوبی فرار است و عملکرد آن شبیه تاثیر زغال در بهبود تمام شده قطعات است.
11.روغن سوخت
روغن سوخت برخی از اوقات به میزان بسیار کم و در حد 01/0 تا1/0 درصد در مخلوط قالبگیری به کار می رود به نظر می رسد که این ماده قابلیت قالبگیری ماسه را بهبود می بخشد.

اکسید آهن قرمز :
اکسید آهن قرمز با ظرفیت تولید 1500تن سالیانه جهت مصرف در صنعت رنگ ، لعاب ، کاشی و سرامیک و پرایمر فلزی با دانه بندی 2500مش در حال تولید می باشد که با نمونه وارداتی کاملاً قابل رقابت است که مشخصات آن به شرح ذیل میباشد:




اکسید آهن مخصوص ماهیچه ریخته گری :
اکسید آهن مخصوص ماهیچه ریخته گری در نوع سیاه رنگ و با قابلیت دانه بندی طبق نظر مشتریان و به صورت ترکیبی از Feo,Fe2o3,Fe3o4 جهت اضافه شونده به ماهیچه ریخته گری و ایجاد خواص مطلوب در ماهیچه ریخته گری تولید می گردد .
استفاده از اکسید آهن در قالب و ماهیچه برای ریخته گری فلزات آهنی
استفاده از اکسید آهن در انواع مختلف قرمز و سیاه از نظر مهندسی ادتیو ماسه Enginered Sand Additive_ESA بعنوان یک اضافه شونده فعال و کار آمد توصیه گردیده است و در عمل نیز با شرایط کارگاهی مورد آزمایش قرار گرفته واثرات آن عیناٌ دیده شده است .اکسید آهن اضافه شده در انواع مختلف مخلوط ماسه از نظر تاثیر آن برخواص ماسه وبررسی بهبود مقاومت در برابر رگه یا چروک های ایجاد شده بر روی سطح قطعات ریختگی آزمایش شده است .
اکسید آهن قرمز در پیشگیری از ایجاد رگه یا چروک بر روی سطح قطعات ریختگی موثر میباشد ولیکن بدلیل پودر بودن و فاقد دانه بندی شدن و مقدار اکسیژن عوارض جانبی یا تاثیرات مغایری بر سطح نهـائی قطعـه ریختگـی دارد ولیـکـن اکسیـد آهن سیاه اضافه شده به میزان3درصد در سیستم هات باکس و2درصد در سیستم کلد باکس در از بین بردن تاثیر ایجاد رگه یا چروک کارآمد بوده و تاثیر مغایر کمتری برکیفیت سطح خواهد داشت از علت های دیگر استفاده از اکسید آهن کاهش چسبیدن کربن به قطعه کار و نیز جلوگیری از ایجاد روزنه سوزنی وجلوگیری از ایجاد فرورفتگی یا برجستگی نیم کره ای شکل در قطعه کار ونیز ایجاد مقاومت در برابر نفوذ آهن در قالب میباشد .
بطور کلی اثرات اکسید آهن در ماهیچه گیری و هدف از مصرف به شرح ذیل میباشد.
الف) هدف از مصرف :
باعث افزایش پلاستیسیته گرم و کاهش یا حذف عیوب رگه رگه شدن و نفوذ مذاب و کاهش عیوب گازی میباشد .
ب) اثرات استفاده از اکسید آهن در ماهیچه گیری :
1- افزایش استحکام خشک ماهیچه های تولیدی .
2- کاهش اثرات مک سوزنی ریز سطحی نیتروژنی وهیدروژنی
3- کنترل انبساط حرارتی ماهیچه .
4- افزایش استحکام گرم ماهیچه .
5- جلوگیری از نفوذ مذاب در ماهیچه و ایجاد فایالیت مناسب و سخت در سطح ماهیچه که از نفوذ گاز ازت موجود در رزین Hot box به داخل ذوب جلوگیری می نماید.
6- کنترل اتمسفر قالب که نقش مهمی در بهبود کیفی سطح دارد بدین طریق که با آزاد سازی اکسیژن اتمسفر قالب را از حالت احیاءکنندگی زیاد محافظت می نماید.

پودر قلع و پودر قلع – آنتیموان:
که در مواد پوششی قالب به کار برده می شوند، بر روی ساختار سطحی چدنهای در تماس با ماهیچه های رزینی، تاثیر زیادی دارند. قلع و ترکیب بین فلزی قلع – آنتیمون موجب پایداری پرلیت شده و لایه های سطحی فریتی را حذف می کنند. در این مقاله مکانیزم حاکم بر پدیده فوق مورد بررسی قرار گرفته است.
فرایند خشک کردن چسب های سیلیکات سدیم و خواص حاصل:
محلولهای سیلیکات سدیم را با روشهای مختلف می توان سخت کرد که یکی از روشهای جالب خشک کردن (Dry curing ) است. خشک کردن سیلیکات سدیم در مقایسه با روشهای کربن دی اکسید یا استرها پیوندهای محکم تری را می دهد. از لحاظ آلودگی محیط این روش نسبت به روشهای دیگر که در ریخته گری در جهان توسعه کاربرد دارد
خواص مکانیکی کاربرد اکسید آهن در مخلوطهای قالبگیری و ماهیچه گیری ریخته گری قطعات آهنی
تاثیر افرایش اکسید آهن بر روی انواع مخلوطهای ماسه و بررسی بهبود مقاومت رگه ای آزمایش شده است. اکسید آهن قرمز در جلوگیری نمودن عیب رگه ای موثر بنظر می رسد اما ممکن است اثر معکوس (نامطلوب) در سطح قطعه تمام شده ریخته گری داشته باشد. 30% افزایش اکسید آهن سیاه در جلوگیری از رگه ای شدن موثر بوده و اثر کمتری روی کیفیت داشته است.
فاصله بعد از خشک شدن و انبار در رطوبت های مختلف اندازه گیری شده است. چنانچه در چسب آب وجود داشته باشد به هنگام باردادن تغییرات شکل در اثر گران روی (Viscousity) وجود خواهد داشت. تغییر شکل گران روی (خزش) بر طبق قانون Norton ارزیابی شده و نمودارهایی برای بار دادن آهسته و تند ترسیم شده است.

 

مسائل عمده اي که باید صنعت جوشکاري تا سال 2020 آن ها را حل کند
فرایند جوشکاری

مسائل عمده اي که باید صنعت جوشکاري تا سال 2020 آن ها را حل کند :
- جوشکاري بايد با چرخه توليد ادغام شود و اثرات موضعي را که سدي براي يک خط توليد هماهنگ در يک کارخانه هست را حل کند .
- آموزش جوشکاران و متخصصان جوش بايد فراگير و علمي باشد .
- محيط کاري جوشکاران بايد جذاب تر باشد .
- تصوير به جاي مانده از جوش به عنوان ضعيف ترين اتصال در چرخه توليد بايد حذف شود .
- توسعه مواد جديد بايد در رابطه با توسعه قابليت جوشکاري ان ها باشد .
اين تحليل يک قدم اساسي براي آشنايي با نياز هاي آينده اين صنعت و ساختار اينده آن مي باشد .
جوشکاري بايد با کليه فرايند هاي توليد بهتر ادغام شود
اگر جوشکاري به صورت بهتري با چرخه توليد ادغام شود مي تواند به عنوان بسيار تأثير گذار روي چرخه قيمت کيفيت و قابليت اطمينان کالاهاي توليدي باشد . تعدادي راه وجود دارد که مي تواند در این مورد به نقش جوشکاري در آينده کمک کند . استفاده از فناوري اطلاعات مي تواند به توسعه کارخانه هاي توليدي مجازي که در ان تکنولوژي طراحي ، ساخت و بازرسي در يک جا جمع شده اند و مشخص مي شود که در کجا ها به جوشکاري نياز داريم . يک تحقيق هوشمندانه روي کالا هاي اساسي و ارتباط بين صنعت جوش و مصرف کنندگان ان مي تواند يک روش موثر براي بي رقيب کردن جوشکاري مي باشد . به علاوه تقسيم کردن اطلاعات فرايند هاي جوشکاري با صنعت مي تواند پيشرفت اين صنعت را در صنايع توليدي اطمينان بخشد .
نيروي انساني بسيار مهم مي باشد
مهندساني که در زميته جوشکاري فعاليت دارند در زمينه هاي کاري زيادي و به ندرت در جوشکاري اموزش ديده اند . کارگراني که عمليات جوشکاري واقعي را انجام مي دهند مهارت هاي خود را فقط از طريق کارشان و در بعضي موارد از طريق اموزش هاي سطحي جوشکاري بدست اورده اند .
با تصوير حال حاضر جوشکاري که فرايند هاي حال حاضر جوشکاري که هنوز اتوماتيک نشده اند ، درصد کارگراني که مي توانند عمليات جوشکاري را انجام دهند و در صنايع توليدي کار مي کنند رو به کاهش است . هر چند مطابق بقيه زمينه ها به افراد با استعداد نياز مبرم وجود دارد و توليد کنندگان مي خواهند افراد را در صنعت جوشکاري جذب کرده تا محصولات و قابليت توليدشان را بالا ببرند . صنعت در زمينه سرمايه گذاري افراد تحصيل کرده براي افرادي که به جوشکاري ، متالورژي و صنايع مربوطه علاقه مندند انجام داده است که هر گونه سرمايه گذاري در اموزش در کليه سطوح بازدهي خيلي زياد ان خواهد شد .
توسعه کيفيت و قابليت اطمينان اتصالات جوش
اين يک کار عملي است و صنعت بايد ياد بگيرد چگونه يک جوش بدون عيب را ايجاد کند که به نتايج مطلوب طراحي دست يابد .
جوشکاري بايد در ذهن صنعت از يک هنر به يک علم تبديل شود
اين يک ذهنيت است و چندين بار در اين تحليل درباره ان بحث خواهد شد . همچنين نياز است که مهندسان ساخت و توليد در رابطه با استفاده و کنترل فرايند جوشکاري اموزش يابند تا نتايج کار ان ها بهتر شود .
مواد مهندسي آينده بايد با قابليت جوشکاري بهتري طراحي شود
براي انکه جوشکاري يک قسمت از فرايند توليد باشد اين امر لازم است که مواد داراي قابليت جوشکاري بهتري مي باشد . همچنين ان ها بايد با راندمان انرژي بهتر و بي خطر باشد . صنايع امريکا پيشرفت هاي تکنولوزي بيشتري که جوشکاري را در قسمتي از فرايند هاي توليد قرار دهد خواهد کرد .
افزايش رقابت در فروش محصولات
اين امر هم اکنون شرکت هاي امريکايي را تحت فشار قرار داده است تا روش هاي توليد و پخش جديد مشتري ها ي زيادي را جذب کند فروشگاه هاي زيادي در حال توسعه براي بهره برداري از صنعت جوشکاري اگر اين يک نياز اجتماعي باشد هستند .
اين تحليل يک چشم انداز بيست ساله براي صنعت جوش تا سال 2020 مي باشد . همچنين اولين قدم در اين راستا با بخش انرژي اداره تکنولوژي صنعتي امريکا براي توسعه راندمان جوشکاري ، بهبود اثرات محيطي ، کيفيت و قابليت توليد برداشته شده است . قدم بعدي ترسيم يک راه تکنولوژيکي براي صنايع براي رسيدن به اين چشم انداز مي باشد .
هدف هاي اين چشم انداز بسيار جاه طلبانه هست و سد هاي زيادي براي برداشته شدن وجود دارد . ولي انتظار مي رود با رسيدن به اين اهداف صنعت جوش امريکا در قرن اينده مي تواند جايگاه ويژه اي در جهان داشته باشد . اين تحليل يک پاسخ صنعتي به مباحثاتي است که در مورد اينده صنعت جوشکاري انجام مي پذيرد .
هدف هاي استراتژيک
قيمت / نرخ توليد/ بازار فروش / کاربردها
انتخاب راهنماي فرايند بهتر و استفاده از اتوماسيون و رباتهاي بيشتر در خط توليد و کاهش نرخ توليد قطعات خراب باعث کاهش قيمت جوشکاري تا يک سوم مي شود و استفاده از جوشکاري را تا 25 در صد افزايش مي دهد .
تکنولوژي فرايند
افزايش ارتباط جوشکاري با ديگر فرايندهاي ساخت و توليد سبب بالا رفتن استفاده از جوشکاري در ساخت و توليد شده است .
تکنولوژي مواد
گسترش تکنولوژي جوشکاري به همراه گسترش تکنولوژي علم مدرن سبب بوجود امدن روشهاي ساخت عملي براي همه کاربردهاي مهندسي شده است .
تکنولوژي کيفيت
با استفاده از مدل سازي و توسعه رويه ها و تکنولوژي تست هاي غير مخرب اطمينان پيدا کنيم که جوشکاري به عنوان بخشي ازSix sigma quality باشد.
آموزش و تعليم
بهبود يافتن دانش اوليه افرادي که ذر صنعت جوشکاري استخدام ميشوند ، در هر مرتبه اي ، انها در تصميم گيريهليي که سبب انتخاب بهترين تکنولوژي براي هر کاربرد مي شود ، توانا مي سازد .
انرژي و محيط
کاهش مصرف انرژي تا 50 درصد از طريق بهبود نرخ توليد با کاهش مقدار پيش گرم و پس گرم در فرايند و استفاده از فرايند هاي جوشکاري با گرماي ورودي کمتر و پرهيز از بيش از حد جوش دادن ، ممکن مي باشد .

 

موضوع تحقیق : آلیاژهای حافظه دار(SMA)

shape memory alloys


مقدمه:
موادي که باعث سازگاري سازه با محيط خود مي شوند، مواد محرک ناميده مي شوند. اين مواد مي توانند شکل، سفتي، مکان، فرکانس طبيعي و ساير مشخصات مکانيکي را در پاسخ به دما و يا ميدان هاي الکترومغناطيسي تغيير دهند. امروزه پنج نوع ماده محرک به طور عمده استفاده مي شود که شامل :1آلياژهاي حافظه دار:2 سراميکهاي پيزوالکتريک:3 مواد مغناطيسي سخت :4 مايعات الکترورئولوژکال و5 :مگنتورئولوژيکال مي باشند. اين مواد از زمره مواد هوشمند محرک مي باشند. مواد هوشمند آن دسته از موادي هستند که مي توانند به تغييرات محيط به بهترين شکل ممکن پاسخ داده و رفتار خود را نسبت به تغييرات تنظيم نمايند.
تاريخچه :
در سال 1932 مشاهدات ثبت شده درباره پديده حافظه داري شكلي توسط Change و Read انجام شد. آنها وارون پذيري حافظه شكلي را در AuCd از طريق مطالعات فلز شناسي و تغييرات مقاومت آلياژ ، بررسي كردند
در سال 1956 مشاهدات و نتايج تحقيقات مربوط به تز دكتراي Horbojen در موضوع اثر حافظه دار در آلياژCu-Zn منتشر شد. . در سال 1962 Buhler و همكارانش ،به بررسي پديده حافظه داري شكلي در آلياژ تيتانيم و نيكل كه داراي اتمهاي برابر مي باشند پرداختند. در اين هنگام تحقيق درباره متالورژي و كاربردهاي عملي اوليه آن به طور جدي آغاز شد.
در سال 1967 در كنفرانس Nol ،Buhler و همكارانش تحقيقات گسترده خود را بر روي Nitionol و كاربردهاي تجاري فراوان در صنايع ارائه دادند .
در سال 1980 ميلادي Micheal و Hawt با انتشار مقاله اي از نتايج تحقيقات خودشان بر روي برنج آنرا به عنوان ماده جديد حافظه دار معرفي كردند.
آلیاژهای حافظه دار:
آلیاژهای حافظه دار گروه جدیدی از مواد هستند که اگر با ترکیب شیمیایی مشخّص تحت عملیات حرارتی مناسبی قرار گیرند ، توانایی بازگشت به شکل یا اندازه از قبل تعیین شده را از خود نشان می دهند.
در واقع آلياژهاي حافظه داراین توانایی را دارند كه اگر آنها را تا بالای دمای ویژه ای گرم كنیم ، قادر به بازیابی شكل اولیه خود خواهند بود.
همچنین این مواد قابلیت تبدیل انرژی گرمایی (الکتریکی) را به انرژی مکانیکی دارند واگر گرم وسرد کردن این آلیاژها با جریان الکتریکی کنترل شود؛ میتوان حرکتهای سیکلی با قابلیت تکرار در دفعات متوالی ایجاد کرد.

آلياژهاي حافظه دار دو مشخصه بي همتا از خود نشان مي دهند :

1: Shape Memory Effect (رفتار حافظه اي)
2: Pseudoelastic Behavior (رفتار شبه الاستيك)
ویژگی های دیگر این آلیاژها عبارت است از :
مقاومت به خوردگی بالا ، مقاومت ویژه الكتریكی نسبتا بالا، خواص مكانیكی نسبتا خوب ، خستگی طولانی ، شكل پذیری بالا و قابلیت انطباق با بدن . مهمترین كاربرد این آلیاژها در صنایع هوا فضا و صنایع پزشكی است.
این آلیاژها در بیشتر موارد شامل Ni-Ti ، Cu-Zn-Al ، Cu -Al-Ni هستند كه در این مقاله آلیاژ Ni-Ti مورد بحث است .
در سال 1961 اثر حافظه داري شکل در آلياژ نيکل- تيتانيوم با درصد اتمي مساوي (50-50%) توسط بوهلر و در آزمايشگاه ناوال اوردنانس (Naval Ordanance Lab) کشف و تحت نام نيتينول (Nitinol) مشهور شد. دو حرف اول نيتينول در ارتباط با نيکل، دو حرف بعدي مربوط به عنصر تيتانيوم و سه حرف آخر در رابطه با آزمايشگاه ناول اوردنانس مي باشد.



مکانيزم اصلي که خواص آلياژهاي حافظه دار را کنترل مي کند در رابطه با تغيير کريستالي آلياژ است. به اين معني که ساختار مارتنزيتي در دماي پايين با افزايش دما به ساختار آستنيتي تبديل مي شود و در هنگام سرد کردن؛ فرآيند عکس رخ خواهد داد. بسياري از مواد، استحاله مارتنزيتي دارند اما برتري که آلياژهاي حافظه دار را نسبت به آلياژهاي ديگر متمايز مي نمايد قابليت دو قلو شدن اين آلياژ در فاز مارتنزيت مي باشد. در حاليکه مواد ديگر به وسيله لغزش و حرکت نابجائيها تغيير شکل مي يابند، آلياژهاي حافظه دار به وسيله تغيير جهت ساده ساختار کريستالهاي خود و از طريق مرزهاي دو قلوئي به تنشهاي اعمال شده، عکس العمل نشان مي دهند. اگر در اين آلياژها در دماي پائين، هنگاميکه فاز مارتنزيت حاکم است، تغييرفرم پلاستيکي روي دهد، ساختار کريستالي دو قلو شده اي براي آلياژ ايجاد مي شود که ناشي از تغيير فرم پلاستيک مي باشد. با گرمکردن آلياژ تغيير فرم يافته تا دماي شروع فاز آستنيت ميتوان شکل اوليه را بازگرداند. اين توانائي بعنوان اثر حافظه- شکل خوانده ميشود و حاصل از تغيير فاز مارتنزيت در دماي پائين به فاز آستنيت در دماي بالا ميباشد.

در پديده حافظه داري، نمونه در حالت كاملاً مارتنزيتي به مقدار معيني تغيير فرم داده مي شود سپس با گرم كردن نمونه و برگشت آن به حالت آستيني، شكل نمونه نيز به حالت اول خود بر گردد .




شكل (1) سيكل حرارتي مكانيكي توصيف كننده پديده حافظه داري شكلي


1- تغيير حالت هاي مارتنزيتي و پديده حافظه دار شدن:

تغيير حالت متالورژيكي جامدات از دو طريقه زير امكان پذير است .
1) حركت و جابجايي اتم ها وابسته به درجه حرارت و زمان با تغيير در تركيب شيميايي فاز جديد نسبت به زمينه قبلي.
2) تغيير آرايش اتمي به صورت هماهنگ وابسته به دما و بدون وابستگي به زمان و هيچگونه تغييري در تركيب شيميايي فاز جديد نسبت به زمينه قبلي .
تغيير حالت هاي مارتنزيتي به طريقه دوم مرتبط است و داراي مشخصات زير است:
1) تغيير مكان به صورت شبه برشي مي باشد و در آن اتم ها به صورت هماهنگ و گروهي جابجا مي شود.
2) ديفوزيون اتمي در آن اتفاق نمي افتد.
رفتار حافظه دار شدن كاملاً به مشخصه اول مرتبط بوده و نظم اتم هاي آلياژ نبايد به هم بخورد.
2- كريستالوگرافي مارتنزيتي:
تغيير حالت تبديل آستنيت به مارتنزيت از لحاظ كريستالوگرافي در سه مرحله قابل بررسي است .
1- تغيير فرم شبكه اي
2- برش ناهمگن
3- دوران شبكه اي
فرآيند تبديل آستنيت به مارتنزيت در مرحله تغيير فرم شبكه اي در شكل 2 نشان داده شده است . در اين مرحله اتم ها با جابه جايي جزئي و هماهنگ، پيشروي فصل مشترك از هر لايه اتمي را موجب مي شوند.


بايد توجه داشت پديده حافظه داري بدون تغيير حجم و تغيير شكل امكان پذير بوده و برش ناهمگن توجيه كننده اين مطالب مي باشد.
برش ناهمگن در مارتنزيت به دو طريق امكان پذير است :
1) مكانيزيم لغزش يافتن صفحات اتمي
2) مكانيزيم تشكيل دوقلويي ها



تصاوير نشان داده شده چگونگي انطباق فاز مارتنزيت بر فاز آستنيت را در هنگام جابجايي جزيي و گروهي اتمها با حفظ شبكه كريستالي نشان مي دهد.
بايد توجه داشت كه لغزش صفحات اتمي به علت شكسته شدن باند هاي اتمي بعنوان مكانيزيم تغيير فرم پلاستيك دائم محسوب مي شود، در صورتي كه در مكانيزيم دو قلويي به علت انرژي پايين مرز دوقلويي و برخورداري از تحرك و لغزندگي نسبي تغيير فرم غير دائم است. در آلياژهاي حافظه دار ، كرنش هاي ناشي از تغيير حالت در اثر تشكيل يك جفت از دوقلويي هاي دو طرف مرز ذخيره سازي مي شوند و براي برگشت پذيري از آن استفاده مي شود.


شكل) 4) مرز دوقلويي را نمايش مي دهد و هر يك از دوقلويي هاي دو طرف مرز دوقلويي يك وا ريانت را شامل مي شود. در صورت وارد كردن تنش برشي به مرز دو قلويي باعث حركت يكي از واريانت ها شده و واريانت ديگري حذف مي شود.(شكل 4 ،B) اين روند مي تواند تا تبديل تمامي واريانت به يك واريانت واحد ادامه يابد(شكل 4، C) .

بررسي پديده حافظه داري در تك كريستال آستنيت در شكل 5 نمايش داده شده است.


مرحله اول همانطور كه از شكل پيداست بعد از سرد كردن كريستال در زير دماي Mf واريانت هاي A و B و C و D تشكيل مي شوند مرحله دوم با وارد كردن تنش به كريستال ، واريانتها شروع به حركت و حذف شدن مي كنند تا واريانت واحد A تشكيل گردد. حين تشكيل واريانت واحد A كرنش هايي در جهت واريانتA ذخيره مي شود. مرحله سوم مربوط به حرارت دادن كريستال نمونه براي تبديل مارتنزيت به آستينت مي باشد از آنجاييكه كرنش ها تنها در جهت واريانت A ذخيره شده اند، پس تنها مسير براي برگشت پذيري، واريانت A مي باشد و نمونه به شكل اوليه خود باز مي گردد.
3- رفتار ترمومكانيكي:
آلياژ هاي حافظه دار در درجه حرارت هاي مختلف داراي خصوصيات مكانيكي بسياري مي باشند در شكل 6 منحني هاي ساده تنش - كرنش براي آلياژ تيتانيم- نيكل مشاهده مي شود. آلياژ در دماهاي پايين ، متوسط و بالاي دماي استحاله مورد آزمايش قرار گرفته است. تغيير شكل در مارتنزيت با چند در صد كرنش و تنش فشاري نسبتاً كم ديده مي شود . در حاليكه آستنيت در درجه حرارت بالا نياز به تنش نسبتا زيادي براي تغيير شكل دارد. خط چين روي منحني مارتنزيت نمايانگر برگشت پذيري آلياژ بعد از برداشتن تنش وارد شده بعد از گرم كردن نمونه و تبديل به فاز آستنيت مي باشد ولي چنانچه كه مشاهده مي شود در منحني مربوط به آستينت با برداشتن تنش و گرم كردن نمونه امكان برگشت پذيري وجود ندارد.
4- خاصيت ارتجاعي كاذب:
خصوصيت جالب توجه درباره منحني تنش - كرنش درقسمت منحني C ديده مي شود.به طوري كه پس از حرارت دادن نمونه كمي بالاتر از درجه حرارت انتقال ، در درجه حرارت بالاي Af به نمونه در فاز مارتنزيت تنش وارد مي شود. با افزايش مقدار تنش ، تغيير شكل نيز به صورت يكنواخت افزايش مي يابد (منحني AB). در اين هنگام رفتار تغيير شكل و تنش پايداري مشاهده مي شود با كاهش تنش ( منحني CD ) مارتنزيت به آستينت تبديل مي شود بايد توجه داشت كه برگشت پذيري انجام شده به خاطر تغيير حرارت نمونه نمي باشد و دليل آن كاهش فشار است. اين پديده را كه موجب مي شود آلياژ خاصيت كشساني نامحدود پيدا كند به عنوان خاصيت ارتجاعي كاذب ناميده مي شود.
5- اثر حافظه دار يك طرفه و دو طرفه:

الف )اثر حافظه دار يك طرفه :
در صورتيكه اثر حافظه داري فقط بعد از تغيير شكل در حالت مارتنزيتي و سپس در سيكل گرم كردن مشاهده شود به آن اثر حافظه يك طرفه گفته مي شود. اين بدان معني است كه در اين حالت تغيير شكل ايجاد شده ، فقط با گرم كردن به حالت اوليه قبل از تغيير شكل باز مي گردد و چنانچه جسم را دوباره سرد كنيم تغييري در شكل آن حاصل نمي شود.نخستین استفاده مهم صنعتی از این پدیده در صنایع فضایی آمریکا برای نصب ماهواره های فضایی بود .
این خصوصيت در شكل شماره 7 نمايش داده شده است.



همانطور كه در تصوير مشاهده مي شود ابتدا فنر در دماي Mf به مقدار معيني تغيير فرم داده مي شود به صورتيكه تغيير فرم دائمي در آن باقي بماند حال اگر فنر تغيير فرم داده شده را تا دماي Af حرارت دهيم مجدداً به شكل اوليه خود بر مي گردد و در سيكل سرد شدن تا دماي Mf هيچگونه تغيير شكلي در فنـــر مشاهده نمي شود.

ب)اثر حافظه دار دو طرفه :
برگشت پذيري به حالت اوليه خود در اثر سرد و گرم كردن آلياژ هاي حافظه دار دو طرفه در بازه معيني از دما امكان پذير است . در شكل 8 يك فنر با اثر حافظه دار دو طرفه به صورت باز شده در حالت آستيني و شكل جمع شده در حالت مارتنزيتي نشان داده شده است.

همانطور كه مشاهده مي شود اگر فنر گرم شود باز شده و در سيكل سرد شدن مجدداً به شكل جمع شده در مي آيد.
بايد توجه داشت كه آلياژ هاي حافظه دار براي اينكه اثر حافظه دار دو طرفه از خود نشان دهند نياز به انجام عمليات ترمومكانيكي خاصي بر روي آنها مي باشد.


6 ـ کاربرد آلیاژهای حافظه دار :
کاربرد اصلی این مواد ، در سه گروه عمده دسته بندی می شوند :
ــ وسایل سوپر الاستیک
ــ عملگرهای حافظه دار
ــ وسایل مارتنزیتی

* وسایل سوپر الاستیک

وسایل سوپر الاستیک در کاربردهایی که انعطاف پذیری بالا و یا قابلیت تحمل نیروی گشتاوری زیاد نیاز باشد ، مورد استفاده قرار می گیرند . این مواد توانایی جذب مقادیر زیادی از کرنش را دارند . از جمله این مواد ، آلیاژ TiـNi می باشد که الاستیسیته آنها در حدود 10 برابر فولاد است . این مواد همچنین با یک نیروی ثابت ، محدوده وسیعی از کرنش را از خود نشان می دهند و در مقابل پیچش بسیار مقاوم هستند .
مثال هایی از کاربرد وسایل سوپر الاستیک شامل آنتن تلفن های همراه سلولار ، وسایل ضربه گیر ، قاب عینک ، سیم های ماهیگیری و فایل های کانال ریشه در دندانپزشکی می باشد .
* عملگرهای حافظه دار
در این وسایل از اثر حافظه داری برای بازیابی شکل ویژه جسم تحت دمایی بالاتر از دمای تغییر حالت استفاده می شود . از این اثر همچنین برای ایجاد نیرو و یا انجام کار استفاده می شود .
مثال هایی از این نوع کاربرد نیز شامل بست ها و اتصالات ، آندوسکوپ های فعال ، موتورهای مبدل انرژی ، فعال کننده های حرارتی ،سوئیچ های حرارتی حافظه دار، اتصال دهنده استخوان ها و استنت ها می باشد .
* وسایل مارتنزیتی
خواص بی نظیر فاز مارتنزیت در آلیاژهای حافظه دار ، آنها را به ماده مناسبی برای بسیاری از کاربردها تبدیل نموده است . استحاله مارتنزیتی به دلیل داشتن ساختار دوقلویی قابلیت بسیار خوبی برای جذب انرژی دارد . از طرف دیگرفاز مارتنزیتی در این آلیلژها مقاومت خستگی بسیار خوبی دارد و بعلاوه به راحتی تغییر فرم می دهد . در نتیجه می توان از این مواد در جذب کننده های ارتعاش ، سیم های با مقاومت خستگی بالا و ابزار جراحی با خم شدن مکرر استفاده نمود .
SMA applications

Biomedical applications: orthodontic,

orthopedic, guide systems, stent,

glasses, micro-actuators
…. SMA applications


•






…. SMA applications (orthodontic




After only 3 weeks of therapy !!

ــ روش های تولید آلیاژهای حافظه دار

مهمترین روش های تولید قطعات از جنس آلیاژهای حافظه دار :

1ــ ذوب و ریخته گری

2ــ متالورژی پودر

3ــ سنتز احتراقی
1 ــ فرآیند ذوب و ریخته گری
در روش های ذوب و ریخته گری محدودیت شکل و ابعاد قطعه به صورتی که در روش های متالورژی پودر و سنتز احتراقی وجود دارد،وجود ندارد . همچنین تولید قطعات در مقیاس صنعتی به این روش به لحاظ ارزان قیمت بودن مواد اولیه نسبت به بقیه روش ها و حذف هزینه مورد نیاز برای قالب و پرس ، دارای توجیه اقتصادی می باشد . در عین حال مشکلاتی از قبیل هزینه اولیه تجهیزات ، عدم توانایی در کنترل بهینه ترکیب شیمیایی مذاب ، ناهمگنی ساختار و وجود ناخالصی هایی که در حین ساخت وارد آلیاژ می شوند ، از جمله محدودیت های این روش محسوب می شود .به همین جهت ، به منظور به حداقل رساندن این مشکلات و نیز افزایش کیفیت متالورژیکی مذاب ، روش های مختلف ذوب و ریخته گری ابداع شده اند .
مهمترین آنها شامل دو روش زیر است :

* ذوب در کوره های قوس الکتریکی با الکترودهای فنا شونده
* ذوب در کوره القائی تحت خلاء
* ذوب در کوره های قوس الکتریکی با الکترودهای فنا شونده :

در این روش مواد اولیه در داخل یک بوته قرار گرفته و با ایجاد قوس الکتریکی بین الکترود و مواد اولیه ، حرارت لازم برای ذوب آنها فراهم می شود . برای به حداقل رساندن آلودگی ها مثلا در تولید نایتینول ، جنس بوته معمولا از نوع مسی و آبگرد انتخاب شده و داخل آنرا با نسوزهایی از جنس اکسیدهای تیتانیوم نسوز کوبی می شود . به همین منظور جنس الکترودها نیز معمولا تیتانیوم اسفنجی پرس شده ، شمش تیتانیوم و یا قطعات قراضه تیتانیوم که به هم جوش داده شده اند ، انتخاب می شود .
از طرف دیگر برای جلوگیری از واکنش مذاب و گازهای موجود در اتمسفر ، فرآیند ذوب اغلب تحت اتمسفر گاز خنثی انجام می شود . براساس مطالب گفته شده آلودگی در مذاب در این روش به حداقل می رسد ، اما به دلیل ساکن بودن حوضچه مذاب که در زیر الکترود قرار دارد ، وجود جدایش ها و غیر یکنواختی در ترکیب شیمیایی آلیاژ اجتناب ناپذیر است . برای کاهش این غیر یکنواختی پس از تهیه آلیاژ، قطعه ریخته شده چندین بار (گاه تا هفت مرتبه ) ذوب مجدد می شود تا ترکیب شیمیایی حدالامکان یکنواخت شود .
* روش ذوب در کوره القائی تحت خلاء :

در این روش ، فرآیند ذوب توسط کویل القائی در اتمسفر خلاء انجام می شود . به دلیل استفاده از خلاء در سیستم ، آلودگی مذاب و در نتیجه حلال یت گازهای موجود دراتمسفر در ذوب حداقل شده و از این نظر از کیفیت بالایی برخوردار است . در برخی سیستم ها ، علاوه بر ذوب تحت خلاء امکان ریخته گری نیز فراهم شده است که این شرایط موجب افزایش کیفیت متالورژیکی مذاب می شود .
یکی دیگر از مزایای این روش ، یکنواخت بودن ترکیب شیمیایی آلیاژ است . این خاصیت از تلاطم و حرکت ایجاد شده در مذاب در نتیجه وجود جریان های القائی در داخل آن بدست می آید . از جمله معایب این روش می توان به درصد بالای کربن مذاب اشاره نمود. از آنجائی که بوته های مورد استفاده در این روش گرافیتی هستند (به خاطر احیا بوته سرامیکی توسط تیتانیوم ، امکان استفاده از آنها وجود ندارد) بنابراین با حرکت و تلاطم مذاب در داخل آن ، فلز کربن جذب می کند . این مسئله موجب کاهش کیفیت متالورژیکی ذوب به خصوص کاهش قابلیت تغییر فرم آن می شود . امروزه برای برطرف نمودن این مشکل از کوره های القائی با فرکانس بالا استفاده می شود . در این کوره ها به خاطر بالا بودن فرکانس ، زمان ذوب کاهش یافته و در نتیجه مقدار کربن حل شده در داخل مذاب کمتر می شود . همچنین در برخی از سیستم ها ، به جای بوته های گرافیتی از بوته های آبگرد مسی استفاده می شود که در این صورت آلوده شدن فلز مذاب اتفاق نمی افتد .
2 ــ روش متالورژی پودر :

در این روش پودر فلزات در قالبی فلزی به شکل نهایی خود فشرده می شود و پس از طی مراحل تف جوشی در کوره با اتمسفر کنترل شده و یا خلاء به صورت قطعه صنعتی آماده در می آید .
از مزایای این روش می توان به کاهش یا حذف عمليات ماشین کاری نهایی اشاره کرد . بنابراین تلفات مواد به حداقل می رسد و زمان تولید نیز کم می شود . آلیاژ بدست آمده پس از تف جوشی همگنی مناسبی دارد و توزیع خواص فیزیکی و مکانیکی در آن یکسان است . بعلاوه آلودگی های ترکیبات ناخواسته آلیاژی به حداقل می رسد . اما از نکات منفی آن هزینه بالای سرمایه گذاری اولیه و تولید قطعات متخلخل است که باعث افت خواص مکانیکی می گردد .
عامل اصلی در پدیده تف جوشی نفوذ اتمی بین ذرات پودر است . در واقع نگهداری یک نمونه فشرده شده پودری در دمایی زیر نقطه ذوب فلز یا آلیاژ سبب می شود که اتم های فلز در یکدیگر نفوذ کنند و پیوند مکانیکی حاصل از فشار پرس را به پیوند فلزی تبدیل کنند . این موضوع سبب می شود که اولا استحکام قطعه افزایش یابد و ثانیا آلیاژسازی حاصل شود . یکی از روش های متالورژی پودر مرسوم که در تهیه آلیاژهای حافظه دار کاربرد دارد روش آلیاژسازی مکانیکی است .
3 ــ سنتز احتراقی :
ساخت گستره وسیعی از مواد پیشرفته شامل پودرها و محصولات نزدیک شکل نهایی از سرامیک ها ، بین فلزی ها ، کامپوزیت ها و مواد با گرادیان ترکیبی به وسیله این روش انجام پذیر است . نیروی محرکه واکنش در این روش ، آنتالوپی منفی اختلاط عناصر و ترکیبات واکنش دهنده است که منجر به آزاد شدن انرژی به صورت گرما می شود به طوری که واکنش به صورت خود به خود در مواد واکنش دهنده ، پیشروی می کند . برای سنتز احتراقی دو روش وجود دارد :
سنتز احتراقی پیشرونده (SHS) و سنتز احتراقی حجمی (VCS)
در هر دو روش ابتدا مواد واکنش دهنده مخلوط می شوند و به صورت یک پلت نوعاّ استوانه ای شکل پرس می شوند و سپس پلت توسط یک منبع خارجی گرما داده می شود .
در روش SHS ، پس از اشتعال موضعی ، موج احتراق در مخلوط هتروژن واکنش دهندها به طور خود به خود منتشر می شود. دمای جبهه احتراق می تواند به مقادیر 2000-4000 درجه سانتی گراد برسد. در روش VCS کل نمونه به طور همزمان تا رسیدن به دمای اشتعال گرما داده می شود تا واکنش به طور ناگهانی در سرتاسر حجم نمونه ایجاد شود . این واکنش را انفجار حرارتی نیز می نامند . روش VCS برای واکنش دهنده هایی که گرمازایی ضعیف دارند استفاده می شود ، ولی در روش SHS مواد برای انجام واکنش به دمای پیش گرم بالا احتیاج دارند . بنابراین به نظر می رسد که روش VCS روش مناسب تری برای تولید مواد باشد ، اما تا به حال از این روش فقط در آزمایشگاهها برای تولید مواد استفاده شده است .

 

تغذیه گذاری به روش تقلیل یا کنترل فشار
( )
روش تغذیه گذاری تقلیل فشار که در گذشته در بعضی از صنایع چدن ریزی متداول بوده است امروزه بیشترین مورد مصرف را در ریخته گری قطعات چدنی دارد . در واقع باید متذکر شد بسیاری از کسانی که از این روش استفاده می کنند, اصول علمی آن را نشناخته اند .
ریخته گری قطعات ضخیم چدنی (که حداکثر مدول آنها حدود 2 سانتی متر باشد) با روش تغذیه گذاری فشاری در قالب های غیرمتعادل (نظیر قالب های ماسه ای تر, پوسته ای ...) موجب تغییر شکل قالب شده و در نتیجه وجود مک های سوزنی در قطعات ریختگی را اجتناب ناپذی می سازد .
یک راه حل عملی برای حل مشکل فوق استفاده از قالب هائی با استحکام بالا می باشد . متاسفانه در اکثر موارد استفاده از قالب های ماسه ای تر (که ضمناً دارای استحکام کافی نیستند) , بخصوص در روش قالب گیری ماشینی با سرعت تولید بالا, به دلیل اقتصادی بودن تولید آن ضرورت داشته و لذا امکان تغییر شکل قالب در مرحله آزاد شدن کربن و انبساط قطعه وجود دارد .
تغییرات حجمی درمرحله سردشدن و انجماد چدن های گرافیتی امکان استفاده از روش دیگری بجز روش تغذیه گذاری فشاری را میسر می سازد . در این روش, در آغاز مرحله انبساط چدن, اجازه داده می شود تا قطعه ریختگی مقداری از مذاب خود را بطرف تغذیه براند . بهرحال قبل از اینکه مرحله انبساط چدن خاتمه یابد چنین جریان معکوسی باید متوقف شده وفشار باقی مانده در قطعه صرف جبران انقباض ثانویه شود . مشخصه روش تغذیه گذاری تقلیل فشار باقی وجود تغذیه های تقریباً یا کاملاً سالم (بدون حفره انقباضی) پس از انجماد کامل قطعه است . از نظر تئوری, دریک تغذیه باید بین 3 تا 6 درصد حجمی حفره انقباضی رویت شود . بدیهی است در هنگامی که تغذیه به قطعه ریختگی متصل باشد این مقدار افزایش خواهد یافت . همان طوری که قبلاً گفته شد در این روش بیشتر تغذیه ها پس از ریخته گری سالم بوده و احتمالاً می توانند محتوی 2 درصد انقباض حجمی (بصورت حفره) باشند . طبیعتاً در اینجا این سئوال مطرح می شود که آیا بکار بردن این تغذیه ها بی فایده بوده است؟ پاسخ این سئوال منفی است, زیرا در صورت عدم استفاده از این گونه تغذیه ها قطعات ریختگی متخلخل خواهند بود . مجدداً این سئوال می تواند در ذهن شکل بگیرد که در جریان انجماد مذاب درون این تغذیه, چه اتفاقی به وقوع می پیوندد؟
به مجرد آن که قطعه و تغذیه از فلز پر شدند مذاب شروع به سردشدن و انقباض می کند . این انقباض بسهولت با مذاب موجود در تغذیه جبران می شود, از سوی دیگر مذاب موجود در تغذیه انقباض خود را نیز جبران می کند . انقباض حجمی مذاب در قطعه و تغذیه باعث پیدایش حفره انقباضی در تغذیه می شود به مجرد آن که مرحله انقباض مذاب بپایان رسید و مرحله انبساط آن آغاز شد, مذاب از طرف قطعه به طرف تغذیه جریان می یابد .(منوط بر آن که ارتباط قطعه و تغذیه از نظر جریان مذاب برقرار باشد) . در صورتی که این جریان برگشتی مذاب متوقف نشود فشار داخلی مذاب در قطعه ریختگی از بین رفته (به استثناء روش تغذیه گذاری متداول) و در نتیجه بروز معایب انقباض ثانویه در قطعه ریختگی اجتناب ناپذیر خواهد بود .
برای درک بهتر مکانیزم فوق شکل (4-1) درنظرگرفته می شود .

شکل (4-1) نمودار فشار- تغییر شکل برای یک قالب ماسه ای تر
درصورتی که فشار داخلی مذاب از بیشتر باشد تغییر شکل و باد کردن قالب اتفاق افتاده و در صورتی که فشار زیر باشد معایب انقباض ثانویه در قطعه ریختگی بصورت مک های ریز میکروسکوپی یا حفره های درشت تر (در مناطق تمرکز حرارتی در قطعه ریختگی) بوجود می آیند . از آنچه که در فوق گفته شد می توان چنین دریافت که این امکان وجود دارد تا بتوان نوعی از سیستم تغذیه گذاری را طراحی کرد که اولاً با اجازه جریان مذاب از طرف قطعه بطرف تغذیه فشار داخلی مذاب را به زیر تقلیل داده (تا تغییر شکل زیادی در قالب بوجود نیاید) و ثانیاً با قطع جریان مذاب از طرف قطعه بطرف تغذیه فشار کافی در داخل مذاب (بالای ) برای جبران انقباض ثانویه باقی بماند . بهرحال این نکته را باید بیاد داشت که چنین روشی در گذشته تنها از طریق تکرار و تجربه امکان پذیر بوده در حالی که امروزه مفاهیم علمی آن بیشتر شناخته شده است .
در شکل (5-1) سه مرحله اساسی انقباضی و انبساطی مذاب و قطعه در جریان سردشدن در یک قالب نشان داده شده است .
از آن جائی که تغذیه از نوع بسته است, لذا از انبساط مذاب تنها برای پر کردن تغذیه و جبران حفره انقباضی آن کفایت کرده و مابقی فشار حاصل از انبساط چدن, صرف جبران حفره های انقباضی ثانویه شده است .
برای تفهیم مکانیزم سیستم کنترل فشار, شکل (5-1) بر شکل (6-1) منطبق شده است .


شکل (5-1) اصول تغذیه گذاری کنترل فشار ) حالتی است که راهگاههای فرعی جامد شده اند . ) حداکثر انقباض به انجام رسیده در قطعه که حاصل انبساط ) تغذیه مجدداً توسط مذاب موجود آن است پر شده است .



شکل (6-1) تاثیر الگوی تغییرات حجمی در مکانیزم کنترل فشار
) مذاب موجود در تغذیه از درجه حرارت تا انتهای مرحله انقباض مذاب به طرف قطعه ریختگی جریان دارد .
) در انتهای این مرحله جریان معکوس مذاب (از قطعه به تغذیه) آغاز می شود . این انتقال مذاب تا هنگامی که تغذیه کاملآً از مذاب پر شود ادامه می یابد . چون تغذیه از نوع بسته است لذا ادامه جریان مذاب از قطعه بطرف تغذیه (با پرشدن تغذیه) متوقف می شود .
) انبساط بیشتر مذاب باعث افزایش فشار قطعه تغذیه شده اما به بالاتر از حدی که موجب تغییر شکل قالب شود, نمی رسد . انقباض ثانویه موجب تقلیل این فشار اضافی (بیشتر از فشار آمتسفر) می شود . چنانچه طراحی تغذیه بدرستی انجام گرفته باشد بیشتر فشار موجود در سیستم, حتی پس از انقباض ثانویه, همواره بالاتر از فشار آتمسفری بوده و لذا سبب می شود تا ریخته گر به قطعاتی عاری از معایب انقباضی دست یابد . قبل از پرداختن به جزئیات دقیق روش فوق لازم است به تاثیر درجه حرارت ریختن و زمان ریختن (در حقیقت متغیرهای اضافی دیگر) در تغییرات حجمی حفره انقباضی در تغذیه اشاره کنیم . این نکته را باید به خاطر داشت که حضور انبساط اضافی به مقدار ضریب اطمینان کافی برای سلامت قطعات ریختگی نخواهد بود (شکل 6-1). چنانچه فشار داخلی (انبساط) , قابل پذیرش باشد آنگاه هدف, دستیابی به تغییرات قابل قبول خواهد بود .
بهرحال این یک واقعیت است که در شرایط عمل تغذیه گذاری در این سیستم نیازی به پرکردن کامل تغذیه (از طریق جریان معکوس مذاب) نبوده بلکه دسیابی به قطعات سالم به گونه ای که تغذیه نیز کلاً از مذاب پر نشود مورد نظر است .
در این جا این سئوال منطقی را می توان مجدداً مطرح کرد که فشار حاصله در چنین سیستمی که تنها قسمتی از حفره انقباضی تغذیه از مذاب پر شده و قطعه نیز عاری از حفره های انقباضی باشد بایستی چه مقداری بوده باشد . اگر چه شکل (6-1) برمبنای فرض پرشدن کامل حفره انقباضی موجود در تغذیه رسم شده اما همان طوری که قبلاً ذکر شد در عمل نیازی به پرکردن کامل حفره انقباضی موجود در تغذیه نبوده و طرح این سیستم برمبنای اندازه حفره انقباضی در تغذیه قرار ندارد . چنانچه محل تماس تغذیه به قطعه ریختگی قبل از جریان معکوس مذاب از قطعه بطرف تغذیه جامد گردد یا قسمتی از آن جامد شود, این قسمت از سیستم راهگاهی نقش تعیین کننده ای در کنترل فشار داخلی مذاب بازی خواهد کرد .
پس از محل اتصال تغذیه به قطعه ریختگی را باید به گونه ای انتخاب کرد که اولاً فشار حاصل از انبساط مذاب باعث تغییر شکل قالب نشده و از طرف دیگر این فشار موجب جریان حفره های انقباضی اولیه و ثانویه در قطعه ریختگی شود (یعنی قبل از آن که انبساط مذاب بمقدار زیادی تقلیل یابد باید محل اتصال تغذیه به قطعه ریختگی جامد گردد) .
علاوه بر درجه حرارت ریختن مذاب, طرح صحیح سیستم تغذیه گذاری تقلیل فشار به مقدار بسیار زیادی به کیفیت متالوژیکی مذاب بستگی دارد . برای بررسی بیشتر چنین مسئله ای لازم است تغییرات حجمی و درجه حرارت ریختن مذاب بطور مستقل و در ارتباط با زمان بصورت نموداری نشان داده شود . شکل (7-1)
زمان صفر نشان دهنده خاتمه ریختن مذاب به داخل قالب است . نمودار برای حالت تعادلی رسم شده است, از آنجائی که این شرائط در ریخته گری قطعات (بعلت بالا بودن سرعت نسبی سرد شدن مذاب در قالب) وجود ندارد لذا نمودارهای و بر شرائط عملی منطبق هستند . حالت برای مذابی با کیفیت متالوژیکی خوب و حالت برای مذابی با کیفیت متالوژیکی ضعیف می باشد . برای حالت فشار انبساطی مجاز بعد از حاصل شده در حالی که برای حالت این زمان خواهد بود . در حالی که از آن نظر ایده آل است که فلز کاملاً بصورت مذاب بوده اما درزمان تقریباً 35 درصد مذاب بصورت جامد درآمده است . حد مجاز سیلان مذاب برای جبران حفره های انقباضی بر مبنای 75% جامد یا بیشتر نیز بصورت فرضی در نمودار شکل (7-1) نشان داده شده است .
به بیان ساده مبنای طراحی سیستم تغذیه گذاری تقلیل فشار براساس زمان لازم برای رسیدن به ردیف مجاز فشار انبساطی قرار دارد, زمانی که طی آن مذاب بتواند در سیستم تغذیه (تغذیه و گردن تغذیه) جریان یابد . یعنی

که در آن
زمان محدود برای سیلان مذاب از تغذیه , دقیقه
زمان رسیدن به فشار انبساطی مذاب (بدون تغییر شکل قالب)
در جزء ضخیم ( ) قطعه ریختگی, دقیقه .
است . برای سهولت بیشتر

شکل (7-1) دیاگرام اصلاح شده سرد شدن .
با استفاده از رابطه (چورنیف) :

یا

همان طوری که خواننده توجه دارد درجه حرارت ریختن مذاب جایگزین درجه حرارت لیکدوس مذاب شده , لذا برای بررسی و تحلیل دقیق تر باید افت حرارتی در جریان ریختن مذاب بداخل قالب نیز در محاسبات منظور شد . البته بکاربردن درجه حرارت ریختن مذاب, که اندازه گیری آن در کارگاه های ریخته گری بسهولت انجام می گیرد, بجای درجه حرارت لیکدوس مذاب خطای جزئی در محاسبات پیش می آورد .
مدول سیستم تغذیه که با حد سیلان مذاب متقارن است (در حضور 75%) , سانتی متر
مدول جزء ضخیم قطعه ریختگی, سانتی متر
فاز جامد مشترک ( ) هنگامی
که فشار مذاب (بدون تغییر شکل قالب ) در جزء ضخیم قطعه ریختگی می رسد , 100%
چنانچه

از آنجائی که دردرجات حرارتی ریختن بین 1300 تا 1500 درجه سانتی گراد مستقل از درجه حرارت ریختن چدن مذاب است (در بین این درجات حرارتی اختلاف مقدار تنها کمی بیشتر از 1% خواهد بود) لذا با انتخاب ثابت رابطه فوق را می توان ساده تر کرد :

یا
این رابطه ساده نشان می دهد که مقدار آن تنها به کیفیت متالوژیکی مذاب چدن بستگی دارد .
مقادیر مجاز بین صفر (کل انتخاب بصورت مذاب انجام می گیرد و 75/0 (حد سیلان مذاب داخل قطعه ریختگی) قرار دارد .


شکل (8-1) مدول لازم برای انتقال مذاب ( ) در سیستم تغذیه گذاری .
به و کیفیت متالوژیکی مذاب بستگی دارد .
بدنه تغذیه
از بحث های فوق چنین نتیجه میشود که مدول تغذیه باید برابر (یعنی مدول لازم برای انتقال کافی مذاب) بوده که در مورد مقدار مناسب آن در بحث های آتی بررسی بیشتری انجام خواهد شد .
طرح گردن تغذیه
ضمن آن که مدول گردن تغذیه باید برابر باشد اما همیشه ابعاد مدول تغذیه را باید کوچک تر از حدی که برای اشکال هندسی مشابه که بطور جداگانه ریخته می شود در نظر گرفت . این کار بدان دلیل است که گردن تغذیه از یک طرف به قطعه ریختگی و از طرف دیگر به تغذیه متصل بوده و در حقیقت چنین سطوحی بعنوان سطوح سردکننده مذاب تلقی نمی شود. تأثیر دوم کاهش سرعت سردشدن و انجماد مذاب در گردن تغذیه, گرم شدن ماسه اطراف آن به دلیل عبور مذاب از آن برای پر کردن قطعه یا تغذیه می باشد .
یعنی ماسه اطراف گردن تغذیه از ماسه ای که قطعه ریختگی و تغذیه را احاطه کرده است گرم تر می شود .
در صورتی که گردن تغذیه با سطح مقطع چهارگوش وطول باشد , مدول موثر آن برابرخواهد بود با :

بسهولت می توان دریافت که رابطه فوق, مشابه رابطه مربوط به مدول میله ای با مقطع چهارگوش و طول نامحدود است . رابطه مشابه ای را می توان برای تعیین مدول گردن تغذیه ای که دارای طول (یعنی بصورت مکعبی) باشد هم بکار برد . مدول چنین مکعبی با اندازه مشابه اما جداگانه ریخته شده برابر است با :

محاسبه مشابه لیکن مفصل تر ثابت میکند که مدول موثر گردن تغذیه 5/1 تا 2 برابر مدول قطعه ای مشابه شکل و اندازه فوق است که از همه طرف سرد شود .
همان طوری که قبلاً گفته شد عامل موثر ثانویه دیگری وجود دارد که باعث افزایش مقدار مدول موثر ( ) می شود از آنجائی که محاسبه این عامل بطور کمی آسان نیست لذا از ذکر آن در اینجا پرهیز می شود و فقط اشاره می کنیم که مقدار آن بین تا در نظر گرفته می شود.
بطور خلاصه مدول گردن تغذیه بصورت زیر انتخاب می شود .
(سرعت سرد شدن گردن تغذیه قدری آهسته تر در نظر گرفته شده است ) یا

گردن تغذیه تا حدی که فضای درجه های قالب گیری اجازه می دهند باید کوچک در نظر گرفته شود . از آنجائی که و بنابراین به کیفیت متالوژیکی مذاب بستگی دارد لذا مقدار در بیشتر موارد عملی حدود 35 تا 55 درصد (مدول قسمت ضخیم قطعه ) بوده حتی با اصلاح کیفیت متالوژیکی مذاب چدن مقدار را از این مقدار نیز می توان کوچک تر درنظر گرفت .

مدول راهگاه فرعی
سطح مقطع تنگه باید به گونه ای انتخاب شود که پرشدن قالب در محدوده زمانی مناسب و معینی انجام گیرد, بهرحال این مهم از طریق انتخاب مدول مناسب راهگاه فرعی انجام می شود .
همان طوری که قبلاً گفته شد کنترل میزان جریان معکوس مذاب از قطعه به تغذیه با انتخاب مدول مناسب برای تغذیه و گردن آن انجام می گیرد . حفره انقباضی حاصل از انقباض اولیه مذاب در تغذیه حفره کوچکی خواهد بود . بهرحال تحت سه حالت زیر این حفره انقباضی می تواند بزرگتر شود :
) درجه حرارت ریختن مذاب بالا باشد ,
) ریختن مذاب در قالب (با حداقل افت حرارتی) به سرعت انجام می گیرد,
) مدول راهگاه فرعی کوچک باشد ,
چنانچه مذاب موجود در راهگاه فرعی برای مدت زمانی زیادی در حالت مایع باقی بماند انقباض آن توسط راهگاهها جبران می شود . چنانچه مدول راهگها فرعی کوچک باشد سریع تر جامد شده و حفره انقباضی در تغذیه بزرگ تر می شود . مبانی علمی و تجربی این موضوع را به اثبات رسانیده اند .
بهرحال طراحان از نظر طرح مناسب به افزایش مدول تغذیه و گردن تغذیه تمایل دارند .
کنترل فشار داخلی مذاب در قالب به اندازه حفره انقباضی پیش تشکیل یافته در تغذیه بستگی دارد . چنانچه این حفره زیاد بزرگ باشد بخش زیادی از فشار انبساطی مذاب از دست رفته (اگر تمام آن از دست نرود) و لذا بروز حفره های انقباضی ثانویه در قطعه محتمل می شود . خوشبختانه احتمال چنین حالتی در شرایط عملی نزدیک به صفر است, لذا در بحث علمی این قسمت تأثیر اندازه حفره انقباضی پیش تشکیل یافته در تغذیه در انتخاب مدول راهگاه فرعی در نظر گرفته نمی شود .
در هنگام آغاز محاسبات مربوط به مدول گردن تغذیه, مقادیر عددی معینی را باید درنظر گرفت . در یک محاسبه ساده شده نوع تغییرات حجمی شکل (6-1) نادیده در نظر گرفته شده و مقادیر زیر مورد استفاده قرار گرفته اند .
درصد حجمی برای هردرجه سانتی گراد ثابت میزان انقباض مذاب
درجه سانتی گراد درجه حرارت انجماد
یا مجموع انبساط
یا انقباض ثانویه انبساط
انبساط مجاز در طراحی تغذیه ها وسط منطقه در شکل (6-1) برابر یا و حد مجاز طراحی مربوط به ردیف درجات حرارتی مجاز ریختن مذاب تقریباً با درجه سانتی گراد می باشد .
استفاده از اعشار بجای درصد برای سهولت انجام محاسبات است . توجه شود که افت در درجه حرارت ها نادیده گرفته شده است .
به بیان ساده ریختن مذاب در درجه حرارت 1320 درجه سانتی گراد باعث پیدایش فشار انبساطی متوسطی در مذاب می شود . برای جبران انقباض مذاب با سیستم راهگاهی لازم است درجه حرارت ریختن مذاب را بالاتر از 1325 درجه سانتی گراد انتخاب کرد . بهرحال در شرائط عملی موضوع پیچیده تر خواهد بود . همیشه قسمتی از انقباض مذاب موجود در راهگاهها (چه دلخواه ما باشد یا نباشد) صرف جبران انقباض مذاب در قطعه وتغذیه می شود . از آنجائی که تحلیل فوق باید بتواند هم برای قطعات با شکل ساده و هم پیچیده بکار رود, لذا نمودار مدول برحسب حجم مشترک بطور دلخواه بعنوان راهنما در شکل (9-1) نشان داده شده است . (توجه شود که تغذیه قسمتی از مجموعه قطعه / تغذیه است براساس رابطه چورنیف :

 

موضوع تحقیق : رفتار مغناطیسی مواد
رفتار مغناطیسی مواد عمدتاً به ساختار الکترونی آنها بستگی خواهد داشت, که می توانند دو قطبیهای مغناطیسی را ارائه دهند. تأثیرات متقابل بین این دو قطبیها نوع رفتار مغناطیسی را مشخص می کند.
دو قطبیها- و گشتاورهای مغناطیسی
رفتار مغناطیسی موارد ناشی از حرکت الکترونهاست .هر الکترون در اتم دو گشتاور مغناطیسی دارد. یک گشتاور مغناطیسی از چرخش (اسپین) الکترون حول محور خود و دیگری ازحرکت اوربیتالی الکترون حول هسته اتم ایجاد می شود. درشکل زیر هر چرخش الکترون حول محور خودش به عنوان یک دو قطبی مغناطیسی عمل کرده و دارای گشتاور دو قطبی است که مغناطیس بر نامیده می شود.


آرایش الکترونی هر سطح انرژی معین می تواند حداکثر شامل دو الکترون (یک جفت الکترون ) با چرخش (اسپین) مخالف باشد. بنابراین ازآنجا که گشتاورهای مغناطیسی هر جفت الکترون درهر سطح انرژی برابر و خلاف جهت یکدیگر بوده ودر اغلب موارد آرایش الکترونها در اتمها به صورت جفت هستند. لذا دراین عناصر رفتار مغناطیسی مشاهده نمی شود.
تذکر:
براساس این استدلال, انتظار می رود که هر اتم از عنصر با عدد اتمی فرد یک گشتاور مغناطیسی ناشی از الکترون منفرد داشته باشد, اما این حالت همیشه برقرار نیست, در اغلب این گونه عناصر تک الکترون مدار خارجی یک الکترون ظرفیت بوده و به دلیل تأثیر متقابل الکترونهای ظرفیت هر اتم به طور متوسط گشتاورهای مغناطیسی یکدیگر را خنثی کرده و ماده در کل , رفتار مغناطیسی نخواهد داشت. اما عناصر معینی, مانند فلزات واسط, دارای سطح انرژی داخلی هستند کهبه طور کامل با جفت الکترون پر نشده است. ساختار الکترونی عناصر اسکاندیم (Sc) تا مس(Cu) که در جدول پایین نشان داده شده است. از این نوع است.
به استثنای کرم و مس, که در آنها الکترونهای ظرفیت در سطح 4s با جفت الکترون پر شده است. تک الکترونها در کرم و مس درنتیجه تأثیرات متقابل بادیگر اتمها, اثر خود را از دست می دهند بنابراین اوربیتالهای 3d درمس به طور کامل پر است و مس رفتار مغناطیسی از خود نشان نمی دهد. وجود تک الکترونها در لایه های الکترونی داخلی می تواند گشتاورهای دو قطبی مثبت کوچکی داشته باشد. مانند الکترونهای اوربیتالهای 3d در Fe , Co و Ni .





رفتار دیا مغناطیسی در مواد
عناصر دیا مغناطیسی ضریب حساسیت مغناطیسی km´10-6 عناصر پارا مغناطیسی ضریب حساسیت مغناطیسی km´10-6
کاردمیم 18/0- آلومینیم 65/0+
مس 86 0/0- کلسیم 10/1+
نقره 20/0- اکسیژن 2/106+
قلع 25/0- پلاتین 10/1+
روی 157/0- تیتانیم 25/1+
با تاثیر میدان مغناطیسی خارجی در اتمهای ماده ای که در این میدان قرار می گیرد. تعادل الکترونهای آنها کمی برهم می خورد و دو قطبیهای مغناطیسی کوچکی در داخل اتمها ایجاد می شود. این دو قطبیها با میدان مغناطیسی خارجی مخالفت می کنند. این کنش یک اثر مغناطیسی منفی ایجاد می کند که


رفتار دیا مغناطیسی نامیده می شود. نتیجه رفتار دیا مغناطیسی یک ضریب حساسیت مغناطیسی منفی بسیار کوچک است. رفتار دیا مغناطیسی در بسیاری از مواد مانند کادمیم, مس, نقره, قلع و روی دردمای معمولی محیط ایجاد می شود.

رفتار پارامغناطیسی درمواد
بعضی از عناصر واسط و عناصر قلیایی خاکی , شامل لایه های داخلی با الکترونهای منفرد هستند.
موقعی که این الکترونها با دیگر الکترونهای ظرفیت ماده به حالت تعادل در نیایند, یک گشتارو مغناطیسی در نتیجه چرخش این الکترونها باهر اتم همراه می شود. وقتی این گونه مواد در این میدان مغناطیسی قرار گیرند. با هم ردیف شدن گشتاورهای دو قطبیهای مغناطیسی اتمها یا مولکولها یک ضریب حساسیت مغناطیسی مثبت کوچکی به دست می آید این اثر رفتار پارا مغناطیسی نامیده می شود.
رفتار فرو مغناطیسی در فلزات
رفتار دیا مغناطیسی و پارا مغناطیسی با به کارگیری میدان مغناطیسی خارجی ایجاد می شود و فقط در مدت زمانی که میدان مغناطیسی حفظ می شود خاصیت مغناطیسی باقی می ماند. اما رفتار فرو مغناطیسی بدون اعمال میدان مغناطیسی خارجی در بعضی از مواد ظاهر می شود و اهمیت صنعتی زیادی دارد .
رفتار فرو مغناطیسی ناشی از وجود الکترونهای منفرد درسطوح انرژی 3d فلزات واسط آهن, کبالت و نیکل است چنین رفتاری در فلزات قلیایی خاکی کمیاب بااوربیتهای الکترونی منفرد (نیمه پر) 4f و 5d مانند عناصر sm,Eu و Gd که برای مواد مغناطیسی دائمی وجود دارد. در نمونه هایی از Fe, Co یا Ni باتاثیر متقابل اوربیتالهای الکترونی اتمهای مجاور اسپین الکترونهای خارجی پر نشده 3d درامتدادی موازی با یکدیگر جهت گیری می کنند.
این جهت گیری اسپینهای اوربیتالهای با الکترون منفرد باآرایش خاص فقط در دماهای پایی پایدار است در دماهای بالای به دلیل ارتعاشات حرارتی و به هم خوردگی پایین پایدار است در دماهای بالا به دلیل ارتعاشات حرارتی و به هم خوردگی شبکه جهت گیری اسپینها خاصیت مغناطیسی محو می شود. درجه حرارتی که در آن رفتار فرو مغناطیسی کاملا ناپدید می شود دمای کوری (Tc) نامیده می شود برای مثال دمای کوری آهن 7690c , نیکل 3850c و کبالت 11310c است

در پایینتر از دمای کوری جهت گیری دو قطبیهای مغناطیسی اتمی مواد مغناطیسی در محدوده های کوچکی که حوزه های مغناطیسی نامیده می شود. در ردیفهای خاص و منظمی خواهد بود. اگر حوزه های مغناطیسی به صورت اتفاقی و بی نظم جهت گیری یافته باشند. دراین صورت رفتار مغناطیسی در کل نمونه وجود نخواهد داشت. دردماهای بالاتر ازدمای کوری ماده پارا مغناطیسی است و دیگر به عنوان ماده فرو مغناطیسی هیچ گونه اهمیتی ندارد. البته چنانچه این ماده فرو مغناطیسی به آرامی از درجه حرارت بالای دمای کوری سردشود. حوزه های مغناطیسی شکل می گیرد و بدین ترتیب رفتار فرو مغناطیسی مجددا پدیدار می شود.
مواد فرو مغناطیسی عمدتا شامل فلزات واسط, آهن, کبالت و نیکل هستند. اما مخلوطی از اکسید آهن با دیگر اکسیدها به نام مواد مغناطیسی سرامیکی نیز وجود دارند. مواد فرو مغناطیسی سرامیکی از پختن (زینتر کردن) تحت فشار, در دمای بالا , تولید می شوند. البته خاصیت مغناطیسی این گونه مواد مانند مواد فرو مغناطیسی فلزی نیست. عنصر MnO درشکل نمایش داده شده است. این مواد رفتار ضد مغناطیسی یا غیر مغناطیسی دارند.
رفتار فری مغناطیسی در سرامیکها
در مواد سرامیکی , یونهای مختلف, گشتاورهای مغناطیسی متفاوتی دارند دو قطبیهای یون B در خلاف جهت میدان صف می کشند، اما به دلیل اینکه قدرت تحمل دو قطبیها برابر نیستند، نتیجه، ظاهر شدن رفتار مغناطیسی و مغناطیس شدن ماده است.مواد فری مغناطیسی می توانند کاربرد میدان اعمالی را بهبود بخشند. فریتها دارای هدایت الکتریکی کمی بوده و بدین دلیل برای بسیاری از کاربردهای الکترونیکی سودمندند.
چگونگی تشکیل مغناطیسی نرم و سخت
اثر حذف میدان: تمام مواد فرو مغناطیسی درمیدان مغناطیسی خارجی، مغناطیس می شوند، اما نوع رفتار مغناطیسی بعد از حذف میدان در آنها بسیار متفاوت است. بسیاری از مواد به آسانی مغناطیس می شوند و بعد از حذف میدان، خاصیت مغناطیسی خود را نیز به آسانی از دست می دهند. این گونه مواد، مواد مغناطیسی نرم نامیده میشوند. در مقابل این مواد، موادی که به سختی مغناطیس می شوند و پس از حذف میدان مغناطیسی خارجی رفتار مغناطیسی خود را هنوز درحد بسیار بالایی حفظ می کنند، مواد مغناطیسی سخت نامیده می شوند. مواد مغناطیسی سخت برای ساخت مغناطیسهای دائمی به کار می روند.

مواد مغناطیسی
فلزات مغناطیسی : آهن خالص، نیکل و کبالت معمولاً برای کاربردهای الکتریکی به کار نمیروند، زیرا که آنها الکتریکی و حلقه هیسترزیس نسبتاً بزرگی دارند که به اتلاف بیش ازحد توان منجر میشود. علاوه بر آن، آنها مغناطیسهای دائمی ضعیفی هستند و حوزهها در آنها به راحتی جهت گیری مجدد مییابند و مغناطیس باقیمانده و حاصلضرب BH درمقایسه با آلیاژهای پیچیده کمتر است، در نتیجه وجود بعضی عیوب درشبکه کریستالی، تغییراتی در خواص مغناطیسی رخ میدهد. نابجاییها، مرزدانهها، مرزهای بین فازهای چند گانه و عیوب نقطهای به قفل شن مرزهای حوزهها کمک میکنند. دراین صورت موقعی که میدان مغناطیسی حذف شود، جهتگیری حوزهها حفظ میشود.

انواع مواد مغناطیسی
1-آلیاژهای آهن – نیکل
بعضی از آلیاژهای آهن- نیکل، مانند پرم آلوی (%55Fe-% 45Ni)، نفوذ پذیری بالایی دارند، که این خاصیت آنها را به عنوان مغناطیسهای نرم مفید ساخته است. به عنوان مثال میتوان از هد نام برد، که اطلاعات را بر دیسکت کامپیوتر ذخیره میکند یا میخواند، هنگامی که دیسکت میچرخد، در زیرهد ، جریان، یک میدان مغناطیسی درهد ایجاد میکند . میدان مغناطیسی در هد، به نوبه خود، بخشی از دیسکت را مغناطیسی میکند جهت این میدان در هد جهت ذرات مغناطیسی موجود در دیسکت را تعیین کرده و نیتجتا اطلاعات را ذخیره می کند. اطلاعات میتواند با چرخیدن مجدد دیسکت در زیر هد مجددا کسب شود. محدوده مغناطیس شده در دیسکت جریانی در هد ایجاد میکند. جهت این جریان به جهت میدان مغناطیسی در دیسکت بستگی دارد.

2-آهن – سیلیسیم
با افزودن 3 تا %5Si به آهن آلیاژی به دست میآید که بع از فرآیند خاصی (نورد و آنیل کردن) در کاربردهای الکتریکی ، مانند موتورها و ژنراتورها مفید است . از رفتار مغناطیسی ناهمسانگرد ورق آهن سیلیسیم دار، که در آن دانهها جهتدار شدهاند، استفاده کرد.
3-مغناطیسهای کامپوزیتی
کامپوزیت لایهای از ورقهای نازک آهن- سیلیسیمدار با ورقهایی از ماده عایق (دی الکتریکی) تولید میشود. لایهها مقاومت ویژه مغناطیسهای کامپوزیتی را افزایش میدهند و آن را در فرکانسهای پایین و متوسط مناسب میسازند.

4-شیشههای فلزی
شیشههای فلزی بیشکل (غیر کریستالی ) اغلب آلیاژهای پیچیده Fe-B با به کارگیری سرعت سرد کردن فوق العاده بالا در حین انجماد ( فرآیند انجماد سریع) تولید میشوند. شیشههای فلزی به صورت نوارهای نازک تولید شده و با انباشتن بر روی هم به مواد بزرگتر تبدیل می شوند. رفتار این مواد همانند مغناطیسهای نرم با نفوذ پذیری مغناطیسی بالا خواهد بود. عدم وجود مرزدانهها حرکت آسان حوزهها را ممکن میسازد.

دو روش برای تولید مواد مغناطیسی وجود دارد:
1 - تبدیل فاز
2 - متالورژی پودر
1 - آلنیکو ، یکی از متداولترین آلیاژهای فلزی پیچیده ، ساختار تک فازی bcc در دماهای بالا دارد. اما موقعی که آلنیکو به آرامی تا زیر دمای 8000c سرد شود، فاز دومی با ساختار bcc با رسوبهای زیادی از آهن ونیکل به دست میآید. فاز دوم به اندازهای ریزاست که هر ذره رسوب یک تک حوزه است. بدین ترتیب مادهای مغناطیسی با رفتار مغناطیسی مناسب تولید می شود. غالبا ردیف کردن حوزهها دراین آلیاژها باید با به کارگیری یک میدان مغناطیسی درحین سرد کردن و تبدیل انجام گیرد. آلیاژهای آهن- کرم کبالت ( باحدود %11Co, %28Cr, %61Fe-) از لحاظ ساختار شبیه به آلیاژهای آلنیکو بوده واز جمله آلیاژهای دائمی هستند. این نوع مغناطیسی بیشتر در گوشیهای تلفن استفاده می شوند.
-متالورژی پودر
برای گروهی از آلیاژهای فلزات قلیایی خاکی نادر، شامل زاماریم- کبالت به کار میرود. یک ترکیب آن Co5SM ترکیب بین فلزی است ، که PH بالایی نسبت به چرخش مغناطیسی الکترونهای منفرد در الکترونهای 4f زاماریم دارد. این ترکیب بین فلزی ترد برای تولید پودر ریزی، که در آن هر ذره یک حوزه باشد، خرد میشود. سپس این پودر، درحالی که برای جهت گیری و ردیف شدن حوزهها در یک میدان مغناطیسی قرار میگیرد. متراکم میشود. فرآیند پخت (زینترینگ) باید با دقت تمام انجام شود. تا از رشد ذرات جلوگیری شود.
مواد سرامیکی فری مغناطیسی
سرامیکهای مغناطیسی متداول فریتها هستند، که ساختار کریستالی اشپینل دارند. هر یون فلزی در ساختار کریستالی به عنوان یک دو قطبی عمل می کند. اگر چه گشتاورهای دو قطبی هر نوع یون میتواند با دیگری مخالف کند، ولی قدرت تحمل دو قطبیها متفاوتند.
مغناطیسهای الکتریکی نرم موقعی به دست میآید که یون Fe2+ توسط مخلوطهای گوناگونی از Mn ، Zn، Ni و Cu جایگزین شود. یونهای نیکل و منگنز گشتاورهای مغناطیسی دارند.
کارکرد این گونه مواد را در فرکانسهای بالا ممکن می سازد. فریتهایی که در کامپیوترها به کار میروند، گروه دیگر مغناطیسهای سرامیکی نرم بر پایه سنگ لعل Y3Fe5O12 هستند. این اکسیدهای پیچیده که میتوانند با آلومینیم یا کرم به جای آهن و یا لانتانیم به جای یتریم جایگزین شده وبهبهود یابند، رفتاری بسیاری شبیه فریتها دارند. سنگ دیگر بر پایه گادولینیم و گالیم است که می تواند به صورت لایههای نازک تولید شود. حوزههای مغناطیسی بسیار کوچک میتواند در این لایهها ایجاد شود. این حوزهها حافظه خود را در نتیجه قطع ناگهانی از دست نمیدهند.
مغناطیسهای سرامیکی سخت، که به عنوان مغناطیسهای دائمی انتخاب میشوند شامل اکسیدهای فلزی پیچیده دیگری هستند ( فریتهای هگزاگونال ) این فریتهای هگزاگونال شامل pbFe12O19, BaFe12o19,SrFe12O19 هستند.

کاربردهای الکتریکی
مواد فرو مغناطیسی نرم برای بالا بردن میدان مغناطیسی موقعی که جریان الکتریکی از ماده عبور می کند, به کار می روند کاربرد این مواد بیشتر به عنوان هسته الکترومعناطیسها، موتورهای الکتریکی، ترانسفورموتورها، ژنراتورها و دیگر تجیهزات الکتریکی است. ازآنجا که در این دستگاهها میدان مغناطیسی متناوبی به کار می رود، ماده هسته به طور متناوب و پیوسته داخل حلقه هیسترزیس عمل می کند.

مواد مغناطیسی برای حافظههای کامپیوتر
مواد مغناطیسی برای ذخیره سازی اطلاعات کامپیوتر به کار می روند. حافظه با مغناطیس کردن ماده در جهت معینی پر میشود. برای مثال، اگر قطب شمال بالا باشد واحد اطلاعاتی ذخیره شده 1 است و اگر قطب شمال پایین باشد یک صفر ذخیره شده است .
فریتهای مغناطیسی شامل منگنز، منیزیم یا کبالت می تواند این خواسته را برآورده سازد.
مواد مغناطیسی برای مغناطیسهای دائمی
آلیاژهای آهن – نیکل
بعضی از آلیاژهای آهن – نیکل ، مانند پرم آلوی (%55Fe-%45Ni) نفوذ پذیری بالایی دارند، که این خاصیت آنها را به عنوان مغناطیسهای نرم مفید ساخته است. به عنوان مثال، میتوان از هد نام برد که اطلاعات را بر روی دیسکت کامپیوتر ذخیره می کند.

 

موضوع تحقیق :روی و آلیاژهای روی

روی دارای نقطه ذوب پایین (420 ) و ساختمان بلوری شش گوش فشرده بوده که دارای فشار بخار زیاد می باشد. که در آلیاژ سازی مورد توجه است.
عملیات کار سردی (کار سختی) بر روی,روی خالص انجام نمی شود علت بر اینکه درجه حرارت تبلور مجدد آن در نزدیکی دمای محیط میباشد. آلیاژهای روی را می توان با نورد- کشش- اکسترود و ریخته گری شکل داد که در این میان ریخته گری بخصوص ریخته گری تحت فشار از اهمیت ویژه ای برخوردار است .

روی و آلیاژهای آن به صورت پوششهای فلزی برای ورقه آجر و سطح، زنجیرها، آهن آلات، لوله ، پیچ ها و مخازن سیستم و پوشش سیم موارد استعمال وسیعی پیدا کردهاند ریختهگری فشاری روش شامل قطعات اتومبیل، لوازم خانگی، وسائل دفتر کار. آهن آلات ،قفل ها اسباببازیها و اجناس جدید هستند.


پوششهای گالوانیزه شده یا به وسیله غوطهوری ، آبکاری الکتریکی ، آبکاری مکانیکی یا به وسیله پخش شعله مورد استفاده قرار میگیرند.
آلیاژهای روی تحت نام زاماک به سه دسته اصلی :زاماک2 زاماک3 و زاماک5 تقسیم می شوند و عناصر موجود در آنها عبارتند از: آلومینیوم – مس – منیزیم و به مقدار کمی از عناصر آهن سرب و قلع استفاده می شود.


معمولا تفاوت انواع زاماک در میزان مس موجود در آن بوده به طوری که سایر عناصر آلیاژی ترکیبات نسبتا ثابتی دارند. مثلا مس موجود در زاماک2, 0.1 % و در زاماک 3 75/0 % و در زاماک 5 ,25/1% مس وجود دارد و در زاماک4 منیزیم وجود نداشته و درصد مس ,در این نوع زاماک به 3% و درصد آلومینیوم به 4% می رسد

آلیاژهای ریختگی فشاری روی قیمت کمتر و استحکام خوبی دارند. آنها را میتوان تا حدود محدودی ریختهگری کرد، به تراشکاری کمتری نیاز دارند و مقاومت خوبی نسبت به خوردگی سطحی از خود نشان میدهند.

آلیاژهای ریختهگری روی که معمولا مصرف میشوند در جدول زیر آمده است، هر گاه حدود ناخالصی از حد مجاز تجاوز کند. این آلیاژهای ریختگی روی مستعد خوردگی بین دانهای تاب خوردگی و ترکبرداری میشوند.