یکی از قدیمی‌ترین فرایندهای شکل دهی به فلزات ریخته‌گری است که طی آن مواد مذاب را درون یک قالب با شکل دلخواه ریخته و منجمد می نمایند. اولین کوره‌های ریخته گری فولاد از جنس خاک رس بوده و با لایه‌هایی از مس و چوب ساخته می‌شد. فلزات، سیمان، پلاستیک یا اپوکسی متداول ترین نوع مواد برای ریخته گری هستند، از روش ریخته‌گری معمولا در ساخت قطعاتی که ساخت آن‌ها هزینه‌بَر و مشکل است استفاده می‌شود. قدمت این فرایند ۷۰۰۰ ساله می‌باشد و اولین محصول آن یک قورباغه مسی بوده که ۳۲۰۰ سال قبل از میلاد مسیح ساخته شده است.
ریخته گری فولاد نوع ویژه ای از ریخته گری است که در آن از گریدهای مختلف فولاد استفاده می شود. از ریخته گری فولاد در مواردی استفاده می شود که آهن ریخته گری قادر به ارائه استحکام یا مقاومت در برابر شوک کافی نباشد. از تجهیزاتی که با روش ریخته گری فولاد تولید می شوند می توان روتور توربین های هیدروالکتریک، پرس های آهنگری، چرخ دنده ها، سازه ریل راه آهن، بدنه های ولوهای صنعتی، بدنه و پره های پمپ، ماشین آلات استخراج معدن، تجهیزات دریایی، توربین های توربوشارژر و بلوک های سیلندر موتور را نام برد.
قابلیت ریخته گری فولاد
ریخته گری فولاد نسبت به ریخته گری آهن به مراتب سخت تر است. فولاد نسبت به آهن از نقطه ذوب بالاتر و نرخ انقباض بیشتری برخوردار است، از این رو طراحی قالب مناسب جهت ریخته گری فولاد مستلزم توجه و دقت بیشتری می باشد. در طراحی این قالب ها باید حجم تغذیه (Riser) بزرگتر در نظر گرفته شود تا بتواند با خنک شدن و کوچک شدن فولاد مواد لازم جهت این کاهش حجم را تامین کند. همچنین جهت طراحی این قالب ها باید به ضخامت حفره های قالب توجه شود زیرا مناطق نازک تر سریعتر از مناطق ضخیم تر سرد می شوند و این می تواند نقاط تنش داخلی ایجاد کند که منجر به شکستگی سازه شوند.
همچنین فولاد مذاب نسبت به آهن مذاب نیز از سیالیت کمتری برخوردار است و این خاصیت می تواند ریختن و پر کردن شکاف ها و حفره های پیچیده در یک قالب را دشوارتر کند. از طرفی فولاد مذاب نیز در مقایسه با آهن با سطوح داخلی قالب واکنش بیشتری نشان می دهد که می تواند به نتیجه غیرقابل پیش بینی منجر شود.
انواع روش‌های ریخته‌گری فولاد
روش ریخته‌گری فولاد به دو صورت ریخته‌گری شمش ریزی و ریخته‌گری شکل ریزی در صنعت در حال انجام است:
ریخته‌گری شمش ریزی
ریخته‌گری با روش شمش ریزی در دو حالت تکبار و مداوم صورت می گیرد، در ادامه بیشتر با آن‌ها آشنا خواهید شد.
- ریخته‌گری تکبار
در این روش، شکل‌دهی با استفاده از ریختن مواد مذاب درون یک قالب شمشی صورت می‌گیرد. اغلب کاربردهای روش تکبار مربوط به فلزات غیر آهنی است. - ریخته‌گری مداوم
قطعات خروجی این روش که شامل شمشال، شمشه و تختال‌ها می‌شود را محصولات نیمه ساخته می‌نامند، نیمه ساخته‌ها یک ماده اولیه برای سایر صنایع به شمار می‌آیند. در ریخته‌گری مداوم تمام فرایندهای تولید به صورت پیوسته و بدون توقف دستگاه جهت خروج قطعه و انتقال به مرحله بعد صورت می‌گیرد. خروجی محصولات ریخته‌گری مداوم از کیفیت مطلوب‌تری نسبت به سایر روش‌ها برخوردار هستند، به همین خاطر بهترین روش برای تولید فلزات در تناژ بالا به حساب می‌آیند.
ریخته‌گری شکل ریزی
ریخته‌گری با روش شکل ریزی نیز به چند دسته قالب دائمی، قالب موقت و مدل مصرف شونده تقسیم می‌شود:
قالب های‌دائمی
قالب‌های دائمی برای تولیدات انبوه همراه با دقت و کیفیت بالا، بسیار مناسب و کاربردی می‌باشند.
- ریخته‌گری ثقلی
در روش ریخته‌گری ثقلی از قالب‌های فلزی استفاده می‌کنند و نیروی جاذبه سبب پخش مواد مذاب در قالب می‌گردد. - ریخته‌گری با فشار کم
تحت فشار بودن قالب توسط یک گاز خنثی و یا مکش را ریخته‌گری با فشار کم می‌نامند. لازم به ذکر است بدانید این روش پرهزینه و تخصصی می‌باشد اما کیفیت قطعات ریخته‌گری با فشار کم نسبت به روش ثقلی بالاتر است. - ریخته‌گری تحت فشار
در ریخته‌گری تحت فشار یا همان ریخته‌گری دایکاست، قطعات با سرعت بالا و در مقاطع نازک تولید می‌گردند و تکرار پذیری این روش امکان ساخت محصولات را در تعداد بالا مهیا می‌نماید. - ریخته‌گری کوبشی
کوبشی را می‌توان یک روش پیشرفته و نوین دانست که تلفیقی از روش ریخته‌گری و آهنگری است. در تولید قطعات با این روش مواد مذاب تحت فشار مداوم درون محفظه ریخته شده و سپس منجمد می‌گردند. خروجی این روش مشابه ترین حالت به شکل هدف بوده و دارای خواص مکانیکی بالایی است، این موضوع سبب افزایش راندمان و سرعت تولید خواهد شد. - ریخته‌گری گریز از مرکز
روش گریز از مرکز در دو نوع افقی و عمودی و در اثر نیروی گریز از مرکز ناشی از چرخش صورت می‌گیرد. - ریخته‌گری نیمه جامد
ترکیبی از دو فرآیند ریخته گری و شکل دهی را نیمه جامد می‌نامند که طی آن یک مخلوط یکنواخت از مواد جامد و مایع ایجاد شده و سپس با استفاده از روش‌های شکل دهی محصول نهایی را تولید می‌نمایند. - ریخته‌گری پوسته ریزی
پوسته ریزی روشی است که جهت تولید قطعات توخالی، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
قالب موقت
قالب موقت‌ها نیز در چند روش انجام می پذیرند:
- ریخته‌گری ماسه ای
قدیمی‌ترین نوع ریخته‌گری روش ماسه‌ای است که در آن قطعه نهایی از جنس پلاستیک یا چوب خواهد بود. مقرون به صرفه بودن و تولید قطعات در ابعاد بزرگ از مزیت‌های این روش محسوب می‌گردد. - ریخته‌گری پوسته ای
این روش را جهت تولید مدل‌های فلزی و قطعات کوچک همراه با پیچدگی به کار می‌گیرند. - ریخته‌گری گچی
قالب در این روش با استفاده از گچ ساخته شده و معمولا برای تولیدات غیر فلزی که در آن دقت و کیفیت قطعات اهمیت چندانی ندارد، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مدل‌های مصرف شونده
- مدل توپر
در این روش جنس قالب و مدل یکسان است و این امکان وجود دارد که قطعاتی نامتقارن با ابعاد بزرگ و دقت بالا تولید گردد. مدل روش توپر از جنس پلی استایرن است که با کمک سیستم راهگاهی تهیه می شود. بعد از تهیه مدل، به کمک ماسه آن را احاطه می کنند تا آماده بار ریزی شود. با ورود مواد مذاب مدل ساخته شده ذوب می‌شود، در مرحله آخر پس از انجماد سیستم راهگاهی قطعه نهایی از قالب جدا می‌گردد. - مدل دقیق
در روش ریخته‌گری دقیق با استفاده از یک لایه سرامیکی مدل را می پوشانند، مدل می تواند از جنس موم یا پلاست باشد. در مرحله بعد مدل‌ها با یکی از دو روش سوزاندن و یا ذوب کردن از محفظه قالب خارج می شود. - مدل سربالا
روش‌های سربالا جهت جلوگیری از اکسید شدن سطحی مواد مذاب ابداع گردیدند، مواد مذاب در ریخته‌گری سربالا، خلاف جهت جاذبه زمین درون محفظه ریخته می‌شوند.
