مواد الصب 101

دليل بسيط لصب المعادن

  • عملية صب المعادن لها أكثر من 7000 عام من التاريخ والتي تستخدم في التصنيع. يتم تعريفها على أنها العملية التي يتم فيها سكب المعدن المنصهر في قالب يحتوي على تجويف مجوف بالشكل المطلوب.
  • يمكن تقسيم صب المعادن إلى مجموعتين حسب الطبيعة الأساسية لتصميم القالب. أي قوالب مستهلكة ومسبوكات قوالب دائمة. يمكن تقسيمها إلى مجموعات حسب نمط المواد الخاصة بهم.
  • توجد المسبوكات عالية الهندسة في 90 في المائة من السلع المعمرة ، بما في ذلك السيارات والشاحنات والفضاء والقطارات ومعدات التعدين والبناء وآبار النفط والأجهزة والأنابيب والصنابير وتوربينات الرياح والمحطات النووية والأجهزة الطبية والمنتجات الدفاعية ولعب الأطفال و أكثر.

يعد الحديد الرمادي أحد أكثر مواد الصب استخدامًا في التصنيع الصناعي. يمثل جزءًا كبيرًا من أسواق توريد الصب ، وهو مادة قوية ومتعددة الاستخدامات. يمكن تشكيل الحديد الرمادي بسهولة ، واختباره من حيث الجودة دون استخدام طرق مدمرة ، ومصنوع لتلبية متطلبات التطبيق المحددة ، وهو فعال من حيث التكلفة بكميات كبيرة.

الفولاذ المصبوب هو مادة صب قوية مناسبة تمامًا للأجزاء التي ستتعرض للتآكل أو الصدمات أو الأحمال الثقيلة بشكل استثنائي. إنه مفيد لمقاومته للتآكل في البيئات المائية وللتطبيقات التي تنطوي على درجات حرارة مرتفعة. غالبًا ما يتم خلط الفولاذ بالكروم والحديد والنيكل لتحسين مقاومة التآكل أو الحرارة.

تتمثل إحدى أهم فوائد صب الألمنيوم في أنه ينتج أجزاء أخف - مع خيارات تشطيب أسطح أكثر من سبائك الصب الأخرى. علاوة على ذلك ، فإن الألمنيوم المصبوب متعدد الاستخدامات ومقاوم للتآكل ، ويحافظ على ثبات أبعاده العالي مع جدران رقيقة ويمكن استخدامه في أي صناعة تقريبًا.

تتميز سبائك النحاس المصبوبة بقوة شد وانضغاط عالية ، ولها خصائص تآكل جيدة عند تعرضها لتلامس معدن مع معدن ، ويمكن تشكيلها بسهولة ، ولديها موصلية حرارية وكهربائية جيدة ، ومقاومة عالية للتآكل لتحقيق أقصى قدر من أداء المنتج. هو الأكثر استخداما في مجال الفنون الجميلة.

الأشياء التي يجب مراعاتها عند اختيار مواد الصب


يمكن أن يكون اختيار مواد الصب والعفن المناسبة لمشروع معين مصدر قلق مهم. تتضمن بعض العوامل التي يجب مراعاتها عند اتخاذ قرار الاختيار ما يلي:

تحدد هذه العوامل المجموعة المحتملة من السبائك المعدنية التي يمكن استخدامها في صب المكون. قد يكون تحديد السبيكة الأكثر ملاءمة يستبعد بعض عمليات الصب المتاحة ، حتى في هذه المرحلة المبكرة. إذا تقرر ، على سبيل المثال ، أن أحد الفولاذ المقاوم للصدأ المصبوب أو الحديد المصبوب هو السبائك الأكثر ملاءمة ، فإن هذا من شأنه أن يحول دون استخدام Die Casting.

بالإضافة إلى ذلك ، سيتعين على المصمم العمل ضمن معلمات أخرى فيما يتعلق بالمواد المناسبة للاختيار. يمكن أن تشمل تكلفة المواد ، وتكلفة التصنيع ، ووزن المنتج النهائي ، وحجم المنتج ، ونطاق درجة الحرارة التي يمكن أن تحتوي عليها المادة المحددة.

حديد

الحديد الزهر هو مجموعة من سبائك الحديد والكربون بنسبة كربون تتراوح ما بين 2٪ - 4٪ مع كميات متفاوتة من السيليكون والمنجنيز وآثار شوائب مثل الكبريت والفوسفور .. فائدته تنبع من درجة حرارة انصهاره المنخفضة نسبيًا. تؤثر مكونات السبيكة على لونها عند التكسير: يحتوي الحديد الزهر الأبيض على شوائب كربيد تسمح بمرور الشقوق مباشرة من خلالها ، ويحتوي الحديد الزهر الرمادي على رقائق الجرافيت التي تحرف صدعًا عابرة وتبدأ في حدوث شروخ جديدة لا حصر لها عندما تنكسر المادة ، وحديد الزهر المطيل له كروي "عقيدات" الجرافيت التي تمنع الكراك من التقدم أكثر.

اطلب اقتباس

الحديد الزهر

على الرغم من احتواء كل من الفولاذ والحديد الزهر على آثار من الكربون وتبدو متشابهة ، إلا أن هناك اختلافات كبيرة بين المعدنين. يحتوي الفولاذ على أقل من 2٪ كربون ، مما يمكّن المنتج النهائي من التصلب في بنية واحدة من الجريزوفولفين. يعني المحتوى الكربوني الأعلى للحديد الزهر أنه يتصلب باعتباره سبيكة غير متجانسة ، وبالتالي يحتوي على أكثر من هيكل جريزوفولفين موجود في المادة.

الحديد الرمادي عندما يتكسر المعدن ، يحدث الكسر على طول رقائق الجرافيت ، مما يمنحه اللون الرمادي على سطح المعدن المكسور. يأتي اسم الحديد الرمادي من هذه الخاصية.
الحديد الرمادي ليس مطيلًا مثل الأشكال الأخرى من الحديد الزهر وقوة شده أقل أيضًا. ومع ذلك ، فهو موصل حراري أفضل ولديه مستوى أعلى من التخميد الاهتزازي. تتميز بقدرة تخميد أعلى بـ 20-25 مرة من الفولاذ وتتفوق على جميع أنواع الحديد المصبوب الأخرى. يعتبر الحديد الرمادي أيضًا أسهل في الماكينة من مكاوي الزهر الأخرى ، كما أن خصائص مقاومة التآكل تجعله أحد منتجات الحديد الزهر ذات الحجم الأكبر.
حديد ابيض عندما يتم قص الحديد الأبيض ، يظهر الوجه المكسور أبيض اللون بسبب عدم وجود الجرافيت. هيكل السمنتيت الجريزوفولفين صلب وهش مع قوة ضغط عالية ومقاومة تآكل جيدة. في بعض التطبيقات المتخصصة ، من المستحسن وجود مكواة بيضاء على سطح المنتج. يمكن تحقيق ذلك باستخدام موصل جيد للحرارة لصنع جزء من القالب. سيؤدي ذلك إلى سحب الحرارة من المعدن المنصهر بسرعة من تلك المنطقة المحددة ، بينما يبرد باقي المسبوكات بمعدل أبطأ.
يعد Ni-Hard Iron أحد أكثر درجات الحديد الأبيض شيوعًا. إضافة الكروم وسبائك النيكل تعطي هذا المنتج خصائص ممتازة لتطبيقات الكشط الانزلاقية منخفضة التأثير.
حديد قابل للطرق يمكن معالجة الحديد الأبيض بشكل إضافي إلى حديد قابل للطرق من خلال عملية المعالجة الحرارية. يؤدي برنامج التسخين والتبريد الممتد إلى انهيار جزيئات كربيد الحديد وإطلاق جزيئات الجرافيت الحرة في الحديد. معدلات التبريد المختلفة ، وإضافة السبائك ، ينتج عنه حديد قابل للطرق بهيكل دقيق التبلور.
حديد الدكتايل (حديد عقدي) يكتسب حديد الدكتايل ، أو الحديد العقدي ، خصائصه الخاصة من خلال إضافة المغنيسيوم إلى السبيكة. يتسبب وجود المغنيسيوم في تكوين الجرافيت في شكل كروي بدلاً من رقائق الحديد الرمادي. التحكم في التركيب مهم جدا في عملية التصنيع. تتفاعل كميات صغيرة من الشوائب مثل الكبريت والأكسجين مع المغنيسيوم ، مما يؤثر على شكل جزيئات الجرافيت. يتم تشكيل درجات مختلفة من حديد الدكتايل عن طريق التلاعب بالبنية الجريزوفولفين حول كروي الجرافيت. يتم تحقيق ذلك من خلال عملية الصب ، أو من خلال المعالجة الحرارية ، كخطوة معالجة نهائية.

فولاذ

للتركيب الكيميائي للفولاذ المصبوب تأثير كبير على خصائص الأداء وغالبًا ما يستخدم لتصنيف الفولاذ أو تعيين التعيينات القياسية. يمكن تقسيم الفولاذ المصبوب إلى فئتين رئيسيتين - الفولاذ المصبوب بالكربون والفولاذ المصبوب.

  • يمكن تصنيف الفولاذ المصبوب الكربوني وفقًا لمحتوى الكربون الخاص به. الفولاذ المصبوب منخفض الكربون (0.2٪ كربون) ناعم نسبيًا ولا يمكن معالجته بالحرارة بسهولة. الصلب المصبوب بالكربون المتوسط ​​(0.2-0.5٪ كربون) أصعب نوعًا ما وقابل للتقوية عن طريق المعالجة الحرارية. يتم استخدام الفولاذ المصبوب عالي الكربون (0.5٪ كربون) عند الرغبة في الحصول على أقصى صلابة ومقاومة للتآكل.
  • Alloy steel is categorized as either low or high-alloy. Low-alloy cast steel (≤ 8% alloy content) behaves similarly to normal carbon steel, but with higher hardenability. High-alloy cast steel (> 8% alloy content) is designed to produce a specific property, such as corrosion resistance, heat resistance, or wear resistance.
اطلب اقتباس

سبائك الصلب (تشمل الفولاذ المقاوم للصدأ)

تتمتع السبائك غير الحديدية بآلية ممتازة ، ومعظمها أخف من عائلة الحديد ، لكنها لا تتمتع بالقوة والمتانة المطلوبة للعديد من التطبيقات القاسية.

Common high-alloy steels include stainless steel (> 10.5% chromium) and Hadfield’s manganese steel (11–15% manganese). The addition of chromium, which forms a passivation layer of chromium oxide when exposed to oxygen, gives stainless steel excellent corrosion resistance. The manganese content in Hadfield’s steel provides high strength and resistance to abrasion upon hard working.

304 يمكن استخدام الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ مع محتوى نيكل أكثر من 8٪ ، سبائك من الدرجة الغذائية ، لصب مكونات الفولاذ المقاوم للصدأ لكل من التطبيقات المنزلية والتجارية. إنها مادة صب الفولاذ المقاوم للصدأ الأكثر استخدامًا. يمكن استخدام مصبوبات الفولاذ المقاوم للصدأ 304 في البيئات التي يكون فيها الهواء أقل تآكلًا.
316 أيضا الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي مع محتوى نيكل أكثر من 10٪. لمحتواها العالي من النيكل ، تتمتع مصبوبات الفولاذ المقاوم للصدأ 316 ذات مقاومة تآكل أفضل من مصبوبات الفولاذ المقاوم للصدأ 304. تتناسب مصبوبات الفولاذ المقاوم للصدأ هذه بشكل أفضل مع البيئة البحرية مع ظروف الهواء القاسية نسبيًا أو يلزم الاتصال بالمواد الكيميائية.
304L / 316L الخواص الميكانيكية قريبة من تلك الخاصة بـ 304 و 316 مادة. يمثل L محتوى منخفضًا من الكربون ، مما يجعل المادة أكثر مرونة ، وتتمتع بأداء لحام جيد ، ومقاومة تآكل أكثر موثوقية. السعر أعلى من سعر المواد من نفس الدرجة.
410 & 416 تنتمي السلسلة 400 إلى الفولاذ المقاوم للصدأ martensitic ، والذي يتميز بالقوة العالية وأداء المعالجة الجيد وصلابة المعالجة الحرارية العالية ، ولا يحتوي على Ni ، وبالتالي فإن مقاومة التآكل ضعيفة.
17-4 درجة الحموضة 17-4 ينتمي إلى الفولاذ المقاوم للصدأ martensitic مع محتوى Ni من 3٪ -5٪ ومقاومة جيدة للتآكل. لديها أعلى قوة في سلسلة الفولاذ المقاوم للصدأ وعادة ما تستخدم للمنتجات والمكونات غير المعرضة للتشوه.
2205 الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 عبارة عن فولاذ مقاوم للصدأ مركب يتكون من 22٪ كروم ، 2.5٪ موليبدينوم و 4.5٪ نيكل-نيتروجين.لديه قوة عالية ، صلابة تأثير جيدة ومقاومة عامة ومحلية جيدة للتآكل الناتج عن الإجهاد.

الألومنيوم

تتمثل إحدى أهم فوائد صب الألمنيوم في أنه ينتج أجزاء أخف - مع خيارات تشطيب أسطح أكثر من سبائك الصب الأخرى. بالطبع ، يختاره العديد من المهندسين لأن المواد سهلة التصنيع والقطع. علاوة على ذلك ، فإن الألمنيوم المصبوب متعدد الاستخدامات ومقاوم للتآكل ؛ يحافظ على ثبات الأبعاد العالي مع الجدران الرقيقة ويمكن استخدامه في أي صناعة تقريبًا.

اطلب اقتباس

سبائك الألومنيوم

هناك ثمانية سبائك ألومنيوم مختلفة ، مرقمة من واحد إلى ثمانية. تشير الأرقام الثلاثة الأولى إلى السبيكة التي تم دمج الألومنيوم بها. بالنسبة لسبائك الصب ، يتم وضع علامة عشرية بين الرقمين الثالث والرابع مع الرقم الرابع الذي يشير إلى شكل المنتج. كمؤشر إضافي ، يتم إعطاء كل سبيكة رقم صدع ، وتآكل ، وإنهاء ، وربط من واحد إلى خمسة على أن يكون واحد هو الأفضل وخمسة هو الأسوأ. تتمتع سبائك سلسلة 1000 بتصنيف واحد في جميع الفئات بينما تحتوي السلسلة 8000 على خمسة تصنيفات في جميع الفئات.

سلسلة 1000 سلسلة 1000 هي أنقى السبائك التي تحتوي على 99٪ من الألمنيوم. إنه ناعم ومرن مع قابلية تشغيل ممتازة. يمكن لسلسلة 1000 أن تتحمل التشكيل الشديد لأنها تصلب ببطء. إنه سهل اللحام ويعمل بشكل جيد أثناء المعالجة.
سلسلة 2000 سلسلة 2000 مخلوطة بنحاس يحتوي على 2٪ إلى 10٪ نحاس وإضافات صغيرة من عناصر أخرى. يعزز النحاس قوة وصلابة الألمنيوم ولكنه يقلل من ليونة ومقاومة التآكل. من الصعب لحام السلسلة 2000 ولكن يمكن معالجتها بالحرارة.
سلسلة 3000 عنصر السبائك الأساسي للسلسلة 3000 هو المنجنيز. يتميز مزيج المنجنيز والألمنيوم بمقاومة جيدة للتآكل ولكنه قوي إلى حد ما. إنها سبيكة ألمنيوم غير مقواة تمت معالجتها بالحرارة. الفوائد الرئيسية للسلسلة 3000 هي كثافتها المنخفضة ، اللدونة الجيدة وقابلية اللحام ، مقاومة التآكل ، ليونة ، وسطح نهائي أملس بشكل استثنائي.
4000 سلسلة سلسلة 4000 ممزوجة بالسيليكون ، مما يعطي السبيكة نقطة انصهار منخفضة ويحسن السيولة. وهي من أكثر سبائك الصب شهرة بسبب سهولة تشكيلها في حالتها المنصهرة. يتم استخدام سلسلة 4000 كمواد مالئة للحام والنحاس.
سلسلة 5000 سلسلة 5000 ممزوجة بالمغنيسيوم ، مما يمنحها قوة شد استثنائية وقابلية للتشكيل. يتم تصنيفها على أنها صفائح ذات قوة عالية وسبائك لوحة مع قابلية لحام عالية. يرجع تفضيل سلسلة 5000 لتطبيقات الصفائح المعدنية إلى مقاومتها للأحماض والتآكل القلوي. هذه الخصائص تجعل سلسلة 5000 قابلة للتكيف مع البيئات القاسية المعادية.
سلسلة 6000 سلسلة 6000 ممزوجة بالمغنيسيوم والسيليكون ، مما يمنح السبيكة قوة وخصائص ميكانيكية ومقاومة للتآكل. تم دمج بعض إصدارات سلسلة 6000 مع السلسلتين 4000 و 5000 لتعزيز خصائص سلسلة 6000. تتطلب معالجة سلسلة 6000 معدات متخصصة متقدمة تقنيًا ، وهي معقدة ومكلفة. يضاف إلى مقاومته الممتازة للتآكل والأكسدة سهولة الطلاء والمعالجة بالإضافة إلى قابليته للتشغيل.
سلسلة 7000 سلسلة 7000 من سبائك الألومنيوم هي أقوى السبائك وأكثرها مرونة مع عامل قوة يمثل ثلثي الفولاذ الصناعي من الدرجة A3. نظرًا لصلابتها العالية ، تتمتع سلسلة 7000 بمقاومة تآكل استثنائية وخصائص ميكانيكية جيدة وتفاعل الأنود. إنها مثالية لصب الأجزاء المطلوبة لتحمل قدر كبير من الضغط مثل مكونات الطائرات. الزنك هو سبيكة من الألمنيوم 7000 ، مما يساعد على زيادة صلابته على الرغم من أن الزنك له نفس صلابة الألومنيوم على مقياس موس.
سلسلة 8000 السبائك الأساسية لسلسلة 8000 عبارة عن قصدير بكميات صغيرة من النحاس والنيكل. على الرغم من أن هذه السبيكة لديها قوة منخفضة ، إلا أنها تتمتع بآلية ممتازة ومقاومة للتآكل. يتغير تكوين السبائك لسلسلة 8000 وفقًا لكيفية استخدام المنتج الذي سيتم إنتاجه. يحدد تكوينه أداء درجة حرارة المعدن وكثافته وصلابته.

نحاس

تتميز سبائك النحاس المصبوبة بقوة شد وانضغاط عالية ، ولها خصائص تآكل جيدة عند تعرضها لتلامس معدن مع معدن ، ويمكن تشكيلها بسهولة ، ولديها موصلية حرارية وكهربائية جيدة ، ومقاومة عالية للتآكل لتحقيق أقصى قدر من أداء المنتج. هو الأكثر استخداما في مجال الفنون الجميلة.

نظرًا لسهولة الصب ، وله تاريخ طويل من الاستخدام الناجح ، ومتاح بسهولة من العديد من المصادر ، ويمكنه تحقيق مجموعة من الخصائص الفيزيائية والميكانيكية ويمكن تشكيله بسهولة ، أو لحامه بالنحاس ، أو لحامه ، أو تلميعه أو طلاءه.

اطلب اقتباس

صب سبائك النحاس

من الصعب للغاية صب النحاس النقي بالإضافة إلى كونه عرضة للتشقق السطحي ومشاكل المسامية وتشكيل التجاويف الداخلية. يمكن تحسين خصائص صب النحاس بإضافة كميات صغيرة من العناصر بما في ذلك البريليوم والسيليكون والنيكل والقصدير والزنك والكروم والفضة.

تُستخدم سبائك النحاس المصبوب في تطبيقات مثل المحامل والبطانات والتروس والتجهيزات وأجسام الصمامات والمكونات المتنوعة لصناعة المعالجة الكيميائية. يتم سكب هذه السبائك في العديد من أنواع المسبوكات مثل الرمل ، والصدفة ، والاستثمار ، والقالب الدائم ، والرمل الكيميائي ، والطرد المركزي ، والصب بالقالب.

نحاس النحاس الأصفر عبارة عن سبائك نحاسية يكون فيها الزنك هو الإضافة الرئيسية في صناعة السبائك.
قد تحتوي النحاس الأصفر أيضًا على كميات محددة من الرصاص والقصدير والمنغنيز والسيليكون.
كلما انخفض محتوى الزنك في سبائك النحاس والقصدير والزنك ، زادت شبهة النحاس أو "الأحمر".
البرونز يشير مصطلح "البرونز" في الأصل إلى السبائك التي كان فيها القصدير عنصرًا رئيسيًا في صناعة السبائك.
توفر البرونز القصدير مقاومة ممتازة للتآكل ، وقوة عالية بشكل معقول ومقاومة جيدة للتآكل. تستخدم في محامل الأكمام ، فهي تلبس جيدًا بشكل خاص ضد الفولاذ.
مونيل / كوبرونيكل تتميز البرونز المصنوعة من النيكل والقصدير بقوة معتدلة ومقاومة جيدة للتآكل ، خاصة في الوسط المائي. أحد أفراد هذه العائلة ، C94700 ، يمكن تقويته مع تقدم العمر إلى قوة شد نموذجية تصل إلى 75 ksi (517 MPa). مقاومة التآكل جيدة بشكل خاص. مثل البرونزيات المصنوعة من القصدير ، تُستخدم البرونز المصنوعة من النيكل والقصدير في المحامل ، ولكن هذه السبائك متعددة الاستخدامات غالبًا ما تستخدم كمكونات الصمام والمضخة والتروس وشوكات ناقل الحركة وأجزاء قاطع الدائرة.