ریخته گری فسفر برنز - آریا مذاب

ریخته‌گری فسفر برنز از فرآیندهای مهم و کاربردی در صنعت ساخت قطعات بادوام محسوب می‌شود. این آلیاژ که از ترکیب مس، قلع و فسفر تشکیل شده است، دارای ویژگی‌های فیزیکی برجسته‌ای از جمله مقاومت بالا در برابر سایش و خوردگی، خاصیت فنری مطلوب و رسانایی مناسب الکتریکی است. عملیات ریخته‌گری این آلیاژ به روش‌های مختلفی مانند ریخته‌گری سرد، ریخته‌گری در قالب ماسه‌ای و ریخته‌گری با قالب دائمی انجام می‌گیرد که امکان تولید قطعات ظریف و پیچیده را فراهم می‌سازد. اهمیت این آلیاژ و فرآیند ریخته‌گری آن در صنایع گوناگون از جمله ساخت قطعات الکترونیکی، تجهیزات صنعتی و محصولات تزئینی کاملاً محسوس است.

معرفی آلیاژ فسفر برنز و اهمیت ریخته گری آن

ترکیب فسفر برنز یا قلع برنز به دسته‌ای از آلیاژهای حاوی مس، قلع و فسفر گفته می‌شوند. آلیاژ فسفر برنز حاوی ۰.۵ تا ۱۱ درصد قلع و ۰.۰۱ تا ۰.۳۵ درصد فسفر است. افزودن قلع به این ترکیب مقاومت آلیاژ در برابر خوردگی را بیشتر می‌کند. فسفر نیز موجب مقاومت بیشتر آلیاژ در برابر سایش و سخت‌تر شدن آن می‌شود. آلیاژ فسفر برنز دارای ویژگی‌های فنری عالی، مقاومت بسیار بالا در برابر خستگی، شکل‌پذیری خیلی خوب، لحیم‌کاری مناسب و همچنین مقاومت بالا در برابر خوردگی است.
محصولات تولید شده از این آلیاژ بیشتر برای تولید محصولات الکترونیکی و نصب در محیط‌های بسیار خورنده کاربرد دارند. آلیاژهای فسفر برنز با کد UNS C50100 تا C54200 شناسایی می‌شوند. با افزودن سرب به این نوع آلیاژ نیز میزان مقاومت و استحکام آن در برابر خستگی افزایش پیدا می‌کند و ماشین‌کاری آن نیز آسان‌تر خواهد شد. علاوه بر این آلیاژ جدید در برابر سایش و خوردگی نیز مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهد. این ترکیب بهبود یافته برای ساخت یاتاقان‌ها، واشرها و بادامک‌ها استفاده می‌شود و با کد UNS C53400 تا C54400 قابل شناسایی است.
تمامی این موارد، اهمیت این آلیاژ در صنعت را نشان می‌دهد. یکی از مهمترین روش‌های ساخت قطعات مذکور، ریخته گری است. ریخته گری روشی بسیار مهم در ساخت قطعات به شمار می‌رود که به واسطه آن، بسیاری از قطعات صنعتی تولید می‌شوند. طی این فرایند، مذابی از آلیاژ مورد نظر که در این مقاله، فسفر برنز مد نظر است، تهیه شده، در قالبی به شکل قطعه ریخته می‌شود و در نهایت پس از سرد شدن و انجماد مذاب، قطعه ساخته خواهد شد.
این تعریف، ساده‌ترین تعریفی است که می‌توان از ریخته گری ارائه داد.

ویژگی‌ها و مشخصات فیزیکی آلیاژ فسفر برنز

آلیاژ فسفر برنز به دلیل داشتن مقاومت بسیار بالا به عنوان یک ماده و آلیاژ صنعتی برتر شناخته می‌شود. برخی از مهمترین ویژگی‌های فیزیکی آن عبارتند از:

مقاومت بسیار بالا در برابر خستگی و شکست که این ویژگی آن را برای تولید قطعات صنعتی کاملا ایده‌آل می‌کند.
مقاومت در برابر رطوبت و زنگ‌زدگی
رسانایی الکتریکی بسیار بالا
خاصیت ارتجاعی عالی آلیاژ و ساختار دانه ریز قطعات تولیدی
ضریب اصطکاک بسیار پایین
یکی دیگر از ویژگی‌های برتر آلیاژ فسفر برنز سیالیت بالای آن در حالت مذاب است. همین موضوع باعث می‌شود تا ریخته‌گری آن بسیار آسان باشد و بتوان قطعات پیچیده و بسیار ظریف را با پایین تولید کرد.
ترکیبات شیمیایی هر یک از آلیاژهای فسفر برنز، در تنها در کاربردها بلکه در شیوه ریخته گری آن‌ها نیز اثر می‌گذارد. در ادامه، درصد وزنی عناصر آلیاژی هر کدام از آلیاژها در جداول آورده شده است.

فرایند ریخته گری فسفر برنز

ریخته گری فسفر برنز یک فرایند مهم در تولید قطعات صنعتی با دوام است. این فرآیند شامل چندین مرحله مختلف است که هر کدام نقش مهمی در تولید قطعات با کیفیت بالا دارند. در ادامه به توضیح مراحل مختلف این آلیاژ می‌پردازیم:

تهیه آلیاژ:
آلیاژ فسفر برنز از ترکیب مس، قلع و فسفر به دست می‌آید. نسبت این عناصر بسته به نیاز فنی و نوع قطعه متغیر است. معمولاً ترکیب آلیاژ شامل ۰.۵ تا ۱۱ درصد قلع و ۰.۰۱ تا ۰.۳۵ درصد فسفر است. این ترکیب باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی، سایش و ایجاد خواص فنری عالی می‌شود.

ذوب آلیاژ:
آلیاژ مورد نظر در کوره‌های ویژه ذوب می‌شود تا به حالت مذاب درآید. این مرحله نیازمند کنترل دقیق دما و شرایط محیطی است تا آلیاژ با کیفیت بالا تهیه شود.

قالب‌گیری:
آلیاژ مذاب در قالب‌های مخصوص ریخته می‌شود. قالب‌ها بسته به نوع قطعه و روش ریخته گری می‌توانند از شن، فلزات دائمی یا مواد دیگر ساخته شوند.

خنک کردن:
پس از ریختن آلیاژ مذاب در قالب، باید به قطعه اجازه داده شود تا به تدریج خنک شود و جامد گردد. سرعت و شرایط خنک کردن بسیار مهم است، زیرا تاثیر مستقیم بر ساختار میکروسکوپی و خواص مکانیکی قطعه دارد.

برداشتن قالب:
برداشتن قالب‌های شنی: در روش ریخته گری با قالب شنی، پس از خنک شدن کامل، قالب شنی شکسته می‌شود تا قطعه ریخته گری شده خارج شود.

برداشتن قالب‌های دائمی: در روش‌های ریخته گری با قالب دائمی، قالب فلزی باز شده و قطعه با دقت از آن خارج می‌شود.

پرداخت سطحی:
تمیزکاری: قطعه تولید شده از قالب برداشته شده و هر گونه شن، رسوبات یا مواد زائد دیگر از سطح آن تمیز می‌شود.

ماشین‌کاری: در صورت نیاز، قطعه ممکن است تحت عملیات ماشین‌کاری قرار گیرد تا به ابعاد و مشخصات دقیق مورد نیاز برسد.

پولیش و پرداخت نهایی: بسته به نوع قطعه و کاربرد آن، ممکن است نیاز به پولیش و پرداخت نهایی باشد تا سطح قطعه صاف و بدون نواقص شود.

روش های ریخته گری فسفر برنز

ریخته گری فسفر برنز با توجه به نوع قطعه مورد نظر و نیاز صنعتی شما به روش‌های مختلف انجام می‌شود. به طور کلی این آلیاژ پرکاربرد خاصیت سیالیت بسیار عالی دارد، به همین دلیل می‌توان آن را به راحتی قالب‌گیری و ریخته گری کرد. در ادامه با روش‌های رایج آن آشنا می‌شویم.

ریخته گری با قالب شنی

ریخته گری فسفر برنز با استفاده از قالب شنی یک روش بسیار ارزان و مقرون به صرفه است که به صورت گسترده در صنعت استفاده می‌شود. به طور کلی حدود ۶۰ درصد محصولات تولید شده، به روش ریخته گری با استفاده از قالب‌های شنی به تولید می‌رسند. برای تهیه این نوع قالب‌ها از ترکیب شن و خاک رس استفاده می‌شود تا مقاومت و خاصیت پلاستیکی لازم بدست آید. این نوع قالب معمولا درون جعبه‌هایی به نام فلاسک ساخته می‌شود و دارای حفره‌ها و دروازه‌های ویژه برای فشردن شن و ماسه در اطراف الگو است. الگوی اولیه معمولا با استفاده از تکنیک پرینت سه بعدی ساخته می‌شود و تمام جزئیات محصول نهایی را بر روی خود دارد.
پس از ساختن قالب شنی می‌توان برای ریخته گری فسفر برنز و ساخت قطعه اقدام کرد. برای این منظور آلیاژ مذاب از درون حفره مخصوص به درون قالب ریخته می‌شود. در ادامه بخارها و گازهای حاصل از آلیاژ از طریق منافذ ویژه خارج می‌شوند تا فرایند قالب‌گیری را دچار مشکل نکنند. در ادامه باید به قطعه اجازه داده شود تا به تدریج خنک شود تا پرداخت سطحی نهایی بهتر حاصل گردد. در پایان با استفاده از میله یا تجهیزات مخصوص قالب شنی شکسته می‌شود و قطعه ریخته گری از آن خارج خواهد شد.

ریخته گری با قالب دائمی

در این شیوه از ریخته گری آلیاژ مذاب فسفر برنز درون قالب‌های دائمی و چندین بار مصرف ریخته می‌شود. معمولا برای پر کردن این نوع قالب‌ها از تکنیک گرانشی استفاده می‌کنند اما شیوه تحت فشار یا تحت خلاء نیز از دیگر روش‌های رایج برای این منظور هستند. از این تکنیک برای تولید قطعات صنعتی مختلف استفاده می‌شود. این قالب‌ها از دو نیمه و با استفاده از چدن خاکستری ساخته می‌شوند. چنین قالب‌هایی، مقاومت بسیار بالا در برابر حرارت، خوردگی و خستگی از خود نشان می‌دهند.
تکنیک ریخته گری فسفر برنز با قالب دائمی، امکان ساخت قطعات با کیفیت با پرداخت سطحی عالی و ابعاد دقیق را به شما می‌دهد. علاوه بر این تیراژ تولید با استفاده از این روش بسیار بالا است و می‌توان قطعات بسیار کوچک با جزئیات بالا را به این شکل تولید کرد.

ریخته گری سرد

از تکنیک ریخته گری سرد برای تسریع فرایند سرد شدن آلیاژ مذاب استفاده می‌شود. این روش جزو زیرشاخه‌های ریخته‌گری با قالب است و در زمانی از آن استفاده می‌شود که نرخ سرد شدن آلیاژ فسفر برنز به دلیل ضخامت بالای قطعه در تمام بخش‌ها یکسان نیست. این شرایط به دلیل هندسه خاص قطعه و یا قالب ایجاد می‌شود. در چنین شرایطی از این تکنیک برای تسریع عملیات خنک شدن و انجماد آلیاژ فسفر برنز استفاده می‌کنند. قطعه خنک‌کننده می‌تواند در داخل قالب قرار گیرد و در فرایند خنک کردن آلیاژ ذوب و به بخشی از قطعه تبدیل شود. این قطعه در خارج از قالب نیز جای می‌گیرد و در این حالت پس از ذوب به دیواره قطعه نهایی می‌چسبد.

کاربردهای ریخته گری فسفر برنز

آلیاژ فسفر برنز را می‌توان برای مصارف صنعتی گوناگون و همچنین تولید محصولات مصرفی و تزیینی استفاده کرد. در بخش صنعت از این ترکیب آلیاژی، برای تولید محصولات الکتریکی استفاده می‌کنند. یکی دیگر از کاربردهای بسیار مهم آلیاژ فسفر به ساخت اولین کامپیوتر عمومی و الکترونیکی – دیجیتال تاریخ یعنی UNIVAC I باز می‌گردد. قطعه ذخیره‌کننده حافظه این کامپیوتر با ضخامت ۱۲.۷ میلی‌متر از آلیاژ فسفر برنز با روکش نیکل ساخته شده بود. ظرفیت ذخیره اطلاعات بر روی این صفحه فلزی ۱۲۸ کاراکتر در هر اینچ بود و هشت خط ذخیره‌سازی بر روی آن قرار داشت. نرخ انتقال داده با این حافظه ۷,۲۰۰ کاراکتر در ثانیه بود که امکان استفاده از کامپیوتر UNIVAC I را ممکن می‌ساخت.

از جمله کاربردهای ریخته گری این فلز می‌توان به موارد زیر اشاره داشت:

اتصال رله و اتصال قطع‌کننده مدار
کاربرد در تولید گیره‌های فیوز و اتصال PCB به دلیل استحکام بسیار بالای آلیاژ فسفر برنز
تولید فنر و سیم برای تحمل فشارهای کم تا متوسط
تولید گیتارهای آکوستیک (در سیم‌های گیتار)
تولید ساکسیفون
تولید سیلندرهای ویژه برای دپو و دفن پسماندهای اتمی با استفاده از آلیاژ CuOFP که مقاومت بالایی به اکسیداسیون دارد.
به لطف مقاومت بالای این آلیاژ در برابر خستگی قطعات تولید شده با آن طول عمر بسیار بالایی دارند و برای سال‌ها کارایی خود را حفظ خواهند کرد. کیفیت بسیار بالای محصولات تولید شده با این نوع آلیاژ در کنار زیبایی نهایی قطعات موجب محبوبیت بسیار بالای آن شده است.

تفاوت آلیاژ برنز با آلیاژ فسفر برنز

لیاژ برنز با ترکیب فلز مس و قلع به دست می‌آید و ویژگی‌های فیزیکی خاص خود را دارد. اما ترکیب آن با فسفر، موجب بهبود کلی خواص فیزیکی و مقاومت بیشتر آن می‌شود. به طور کلی مس رسانای عالی جریان الکتریکی و حرارتی است و خاصیت چکش‌خوری بسیار خوبی دارد و آلیاژهای آن نیز این ویژگی را تا حدودی دارند.
آلیاژ برنز از ۹۲ درصد مس و ۸ درصد قلع تشکیل می‌شود. اما با اضافه کردن مقادیر اندکی فسفر می‌توانید مقاومت آن در برابر خوردگی را تا حد زیادی بهتر کنید. بنابراین مهمترین تفاوت میان این دو آلیاژ در مقادیر فسفر موجود در آن‌ها است.
یکی دیگر از تفاوت‌های مهم آلیاژ برنز و فسفر برنز در شکل ظاهری آن‌ها است. معمولا برنز دارای رگه‌هایی از رنگ طلایی است اما آلیاژ فسفر برنز به رنگ قرمز مایل به قهوه‌ای نزدیک‌تر است. علاوه بر این آلیاژ فسفر برنز به دلیل داشتن مقاومت و دوام بالاتر به صورت گسترده‌تر برای ساخت قطعات صنعتی به کار می‌رود.

ریخته گری لوله استیل نسوز

ریخته گری گریز از مرکز

ریخته گری استیل ca6nm

ریخته گری استیل ۳۰۴

ریخته گری استیل ۳۱۶