Τ.Ε.Ι. :

ΤΜΗΜΑ :

ΣΧΟΛΗ :

ΜΑΘΗΜΑΤΑ : ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ

ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ ;

ΚΑΒΑΛΑΣ

ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ

ΕΡΓΑΑΕΙΟΜΗΧΑΝΕΣ - ΜΗΧΑΝΟΥΡΓΙΚΗ

Ν. ΚΟΤΣΑΛΑΣ

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Κατασκευαστικά χαρακτηριστικά μηχανουργικών υλικών και μεθόδων χύτευσης.

ΕΙΣΗΓΗΤΗΣ Νικόλαος Κοτσαλάς

ΣΠΟΥΔΑΣΤΗΣ : Κων/νος Αθανασιάδης

Καβάλα, Δεκέμβριος 2006.

Η ΕΠΙΣΤΗΜΗ, Η ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ Η ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ

Οι σημερινές γρήγορες πρόοδοι της τεχνολογίας σε όλες τις φάσεις της κατασκευής είναι το αποτέλεσμα των χωριστών αλλά και των συνδυασμένων προσπαθειών στην επιστήμη, την εφαρμοσμένη μηχανική, και την τεχνολογία. Ο Webster λέει ότι η επιστήμη είναι "ένας κλάδος της μελέτης που ενδιαφέρεται για την παρατήρηση και την ταξινόμηση των γεγονότων, ειδικά με την καθιέρωση... των επαληθεύσιμων νόμων." Η εφαρμοσμένη μηχανική είναι η τέχνη και η επιστήμη από τις οποίες η ιδιοκτησία του θέματος και οι πηγές ισχύος στη φύση γίνονται χρήσιμες στον κεντρικό αγωγό στις δομές, τις μήχανές, και τα κατασκευασμένα προϊόντα." Η τεχνολογία είναι μια "εφαρμοσμένη επιστήμη αντιπαραβαλλόμενη με την καθαρή επιστήμη." Καμία πρόταση καθορισμού για τους όρους, τόσο ευρεία όσο αυτοί θα είναι ικανοποιητικοί. Εντούτοις, ξέρουμε ότι η σύγχρονη εφαρμοσμένη μηχανική απαιτεί μια ολοκλήρωσή και έναν κύριο των γεγονότων (επιστήμη), της χειρονακτικής εμπειρίας (τεχνολογία), και μιας συστηματικής μεθόδου (πειραματισμός και ανάλυση). Δεν μπορεί να υπάρξει καμία αιχμηρή γραμμή διαίρεσης μεταξύ του ενός πεδίου και του άλλου. Κάθε ένα είναι ένα ουσιαστικό στοιχείο μιας ομάδας που απαιτείται στην ανάπτυξη μιας ισχυρής οικονομίας. Στην πρόωρη ανάπτυξη της εφαρμοσμένης μηχανικής, μερικά πράγματα ολοκληρώθηκαν από την εμπειρική προσπέλασή - δοκιμάζοντας πολλούς τρόπους, κάνοντας κάτι έως ότου βρίσκεται ένας που εργάζεται καλύτερα. Αυτό, εντούτοις, δεν είναι ούτε επιστήμη ούτε εφαρμοσμένη μηχανική. Σήμερα και η επιστήμη και η εφαρμοσμένη μηχανική εμφανίζουν μια ισχυρή τάση μακριά από εμπειρία και περιγραφή, αλλά ανάλυση και ποσότητα. Μια οικονομία που βασίζεται στην τεχνολογία δοκιμής και σφάλματος πρέπει απαραιτήτως να προχωρήσει αργά. Η βιομηχανία έχει φθάσει στο σημείο να μειώσει τις επιστροφές όσο η εφαρμοσμένη μηχανική δοκιμής και σφάλματος είναι ενδιαφερόμενη. Οι προκλήσεις παραγωγής των επόμενων 25 ετών-η ανάπτυξη των πραγματικών καινοτομιών που μπορούν να προκαλέσουν τη βιομηχανία για να τρέξει, παρά να συρθεί, προς μια αληθινά σημαντική αύξηση στην παραγωγικότητα και την αποδοτικότητα-πρέπει να είναι μονάδα μέτρησης της θερμότητας που εκλύεται από έναν άνθρωπο μέσω της εφαρμογής της επιστήμης και της υγιούς εφαρμοσμένης μηχανικής, επιτυγχάνοντας κατά συνέπεια την κατασκευή σε μια ευρεία κλίμακα. Πολλοί μηχανικοί ειλικρινά θεωρούν ότι σχεδόν οποιοδήποτε πρόβλημα κατασκευής μπορεί να λυθεί από αυτό που αναφέρεται ως "κοινή αίσθηση." Και όμως, πέρα από ένα ορισμένο σημείο, η κοινή αίσθήσή-που περιλαμβάνει συνήθως τη λήψη μιας πρακτικής, εμπειρικής ματιάς στο πρόβλημα-έχει αυστηρούς περιορισμούς. Παραδείγματος χάριν, το γεγονός ότι όλο το θέμα είναι αποτελούμενο τελικά των ενδοατομικών μορίων προκαλεί την κοινή αίσθηση, ακόμα οι μελέτες εκείνων των μορίων είναι θεμελιώδεις σε μια πραγματική κατανόηση των υλικών εφαρμοσμένης μηχανικής.

ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΙ ΣΤΗΝ ΠΡΟΟΔΟ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ

Υπάρχουν διάφοροι περιορισμοί στήν πρόοδο κατασκευής μέσω της επιστήμης. Ένα από αυτά είναι ο σχετικά μικρός αριθμός μηχανικών που

έχουν εφαρμόσει τη γνώση και την ικανότητά τους στο πεδίο κατασκευής. Στο παρελθόν, οι νέοι με τα αναλυτικά ή επιστημονικά μυαλά δεν έχουν προσελκυστεί στους ικανοποιητικούς αριθμούς στον τομέα κατασκευής. Ίσως αυτό είναι επειδή ή κατασκευή έχει κοιταχτεί παραδοσιακά σαν "πρακτική” παρά επιστημονική. Ευτυχώς, οι προκλήσεις της σημερινής κατασκευής έχουν προκαλέσει μια αλλαγή σε αυτήν την τοποθέτηση. Ούτε η βιομηχανία η ίδια ούτε τα εκπαιδευτικά ιδρύματα δεν έχουν εμφανίσει μεγάλο ποσό ενδιαφέροντος για την εφαρμοσμένη μηχανική κατασκευής. Αυτός ο τύπος σκέψης δεν έχει περιοριστεί στην επεξεργασία των υλικών. Ένα άριστο παράδειγμα μπορεί να βρεθεί στο πεδίο ηλεκτρονικής. Εκτός από μερική εργασία στην ηλεκτρονική ιδιοκτησία των κενών λαμπτήρων τύπου σωλήνα στα τμήματα φυσικής, η ηλεκτρονική αγνοήθηκε κατά ένα μεγάλο μέρος από τα περισσότερα πανεπιστήμια πριν από τον 2° παγκόσμιο πόλεμο. Πριν από αυτήν την περίοδο, τα βελτιωμένα ηλεκτρονικά κυκλώματα αναπτύχθηκαν, συχνά από τους ρόδιο ερασιτέχνες, ως αποτέλεσμα των πειραμάτων, αλλά λίγες επίσημες προσπάθειες έγιναν να αναπτύξουν τις επιστημονικές θεωρίες στον τομέα της ηλεκτρονικής. Η πρόοδος ήταν αργή. Όταν οι καθηγητές στα κολέγια εφαρμοσμένης μηχανικής άρχισαν να εφαρμόζουν τις μαθηματικές αρχές στη λειτουργία των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, θα μπορούσαν να εξηγήσουν, από την ανάλυση, μερικές από τις "παράξενες" απαντήσεις που παρατηρήθηκαν στο πεδίο. Η ανάλυση παρείχε την κατανόηση, και η κατανόηση έκανε πιθανή την ανάπτυξη αποδοτικότερων κυκλωμάτων, κυκλώματα που θα μπορούσαν να κάνουν εξ ολοκλήρου νέα πράγματα. Οι συχνότητες σε χρήση αυξήθηκαν από μερικά εκατομμύρια κύκλους σε 10.000 μεγακύκλους, κατά τη διάρκεια του 2°“ παγκόσμιου πολέμου, συνεπεία των νέων θεωριών που ανατπύχθηκαν στα σχολεία εφαρμοσμένης μηχανικής. Κατά τη διάρκεια του 2°“ παγκόσμιου πολέμου, οι συχνότητες σε χρήση αυξάνονται σε 200.000 μεγακύκλους, και αύριο το χάσμα θα κλείσει μεταξύ των σημερινών συχνοτήτων και του ορατού φάσματος. Η επιτυχία σε αυτό το πεδίο έγινε πιθανή επειδή οι εκπαιδευμένοι στο πανεπιστήμιο μελετητές είδαν στα προβλήματα μια πραγματική πρόκληση και μια πιθανότητα να κάνουν μια σημαντική συμβολή στην επιστήμη εφαρμοσμένης μηχανικής. Ένα παρόμοιο ιστορικό σκίτσο θα μπορούσε να δοθεί για τη μεταλλεία και τις επιστήμες πετρελαίου. Σε κάθε περίπτωση, μόλις πείστηκε ο μελετητής ότι τα προβλήματα ήταν μέσα στην επαρχία, η σημαντική και επιταχυνόμενη πρόοδος έγινε. Κάτι παρόμοιο μπορεί να αναμένεται να συμβεί στο πεδίο κατασκευής. Ήταν όταν μετά από τον 2° παγκόσμιο πόλεμο, πανεπιστημιακοί μελετητές γύρισαν την προσοχή τους στην έρευνα κοπής μετάλλου. Η αυξανόμενη ιττποδύναμη και τα βελτιωμένα υλικά τεμνόντων εργαλείων προσέλκυσαν την προσοχή τους. Τα προβλήματα που έγιναν προφανή δεν θα μπορούσαν όλα να λυθούν από την εμπειρική προσπέλαση. Τα περισσότερα επιστημονικά όργανα παρουσιάστηκαν για να στραφούν στις δυνάμεις κοπής μετάλλου και το σχηματισμό τσιπ. Η λείανση, η ένωση, και η διαμόρφωση των διαδικασιών ερευνήθηκαν επίσης από μια επιστημονική άποψη. Τα ευρωπαϊκά πανεπιστήμια ήταν μπροστά από τα αμερικανικά πανεπιστήμια τυπικά να αναγνωρίσουν την ανάγκη για τις σειρές μαθημάτων που αφορούν την τεχνολογία κατασκευής. Όλα τα γερμανικά τεχνικά πανεπιστήμια έχουν τις καρέκλες και τα ιδρύματα για την εφαρμοσμένη μηχανική εργαλειομηχανών και για την εςκιρμοσμένη μηχανική παραγωγής. Μερικά από τα αγγλικά πανεπιστήμια έχουν τις παρόμοιες καρέκλες, αλλά

είναι ακόμα σπάνια στα αμερικανικά πανεττιστήμια. Τα ευρωπαϊκά πανεπιστήμια είναι δεσμευμένα στη διδασκαλία και την έρευνα στον τομέα του σχεδίου και της λειτουργίας εργαλειομηχανών. Οι σειρές μαθημάτων διδάσκονται στη θεωρία της κοπής μετάλλων. Αυτές περιλαμβάνουν τη μελέτη της κατασκευασιμότητας των υλικών, της ένδυσης εργαλείων, της λίπανσης, της ψύξης, και των σερβομηχανισμών, Η επιρροή της τριβής και της θερμοκρασίας μελετάται. Ορισμένες πτυχές της στερεάς κατάστασης, καθώς επίσης και η μεταλλογραφία και η κρυσταλλογραφία, των υλικών κομματιών προς κατεργασία, ερευνώνται. Μερικοί εκπαιδευτικοί ισχυρίζονται ότι η εξαιρετικά ευρεία κατάρτιση εφαρμοσμένης μηχανικής, ίσως στη μηχανική εφαρμοσμένη μηχανική, ειδικεύει καλύτερα ένα άτομο για να εισαγάγει το πεδίο κατασκευής. Βεβαίως η ποικιλία των προβλημάτων κατασκευής είναι ευρεία, και μια ευρεία εξοικείωση με τους διάφορους κανόνες εφαρμοσμένης μηχανικής είναι χρήσιμη. Συγχρόνως, πρέπει να αναγνωριστεί ότι η κατασκευαστική μηχανική είναι ένα ιδιαίτερα εξειδικευμένο πεδίο που έχει την ίδια σχέση με μηχανικές επιστήμες, όπως, για παράδειγμα, η ιατρική με τις βιολογικές επιστήμες. Κοιτάζοντας ένα βήμα περαιτέρω, ένας ανεφοδιασμός από πλήρη καταρτισμένα εργαλεία και κατασκευαστικές μηχανικούς, είναι τόσο σημαντικό στη μελλοντική οικονομική υγεία της Αμερικής, όσο ότι ένας ανεφοδιασμός από εκπαιδευμένους παθολόγους είναι στη φυσική υγεία των κατοίκων της.

Η ΑΝΑΓΚΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΡΕΥΝΑ

Τελικά, ο βαθμός καινοτομίας-ή πρόοδος κατασκευής-εξαρτάται από τη βασική επιστημονική έρευνα στον τομέα της κατασκευής. Παραδοσιακά, η σχέση των κατασκευαστικών βιομηχανιών στην επιστήμη είναι κάπως παρασιτική. Αν και η βιομηχανία έχει εφαρμόσει τα συμπεράσματα της επιστήμης, σε οποιοδήποτε μεγάλο βαθμό, δεν έχει υποστηρίξει τη βασική επιστημονική έρευνα που είναι εφαρμόσιμη στην κατασκευή. Ο επιστήμονας έχει συμβάλει σε προχωρήμένο επίπεδο που προωθείται στις στερεάς κατάστασης συσκευές που, στη συνέχεια, επιτρέπουν στο μηχανικό να σχεδιάσει τις συμπαγέστερες μονάδες. Η τεχνολογία υπολογιστών, εντούτοις, είναι μια απόφυση αυτής της εργασίας και χρησιμοποιείται και από τον επιστήμονα και από το μήχανικό. Σήμερα τα νέα πεδία της εφαρμοσμένης μηχανικής και της επιστήμης συμπίπτουν. Ένας από αυτούς τους τομείς, όπως περιγράφεται στο τμήμα συγκόλλησης αυτού του βιβλίου, είναι το πεδίο των πλασμάτων. Αλλος, που περιγράφεται επίσης, είναι αυτός των λέιζερ. Παρά το γεγονός ότι η επιστήμη και η τεχνολογία έχουν επιφέρει τόσες πολλές αλλαγές και τόση πολλή ανάπτυξη της γνώσης, υπάρχει ακόμα η προσδοκία πως οι μεγάλες και σημαντικές ανακαλύψεις θα συνεχίσουν να έρχονται. Μεγάλη επιταχυνόμενη ανάπτυξη έχει παρουσιαστεί από τα διαστημικά προγράμματα. Ολόκληρες νέες βιομηχανίες μπορούν να αποδοθούν στα προϊόντα και την κερδισμένη γνώση "υποπροϊόντος". Αυτό, μαζί με διάφορους άλλους παράγοντες, θα παρέχει την πίεση για τις ακόμα μεγαλύτερες επιστημονικές προόδους στη βιομηχανία.

οι ΠΙΕΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΠΡΟΟΔΟ ΣΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ

Διάφοροι παράγοντες είναι στην προεργασία για την ενθαρρυντική αύξηση της σύγχρονης τεχνολογικής και επιστημονικής επανάστασης. Το πρώτο από αυτά είναι η άνοδος του πληθυσμού (σχέδιο 1.1). Αυτό συνδεδεμένο με την ζήτηση για υψηλότερα πρότυπα διαβίωσης, έχει δημιουργήσει τις τεράστιες αγορές στις οποίες το λειτουργικό κεφάλαιο θα μπορούσε να επενδυθεί. Υπολογίζεται ότι 70 δισεκατομμύρια δολάρια για νέα εργαλεία θα απαιτηθούν ετησίως στα επόμενα 10 έτη. Το ποσοστό αύξησης, και ιδιαίτερα η βελτίωση της παραγωγής, σε συμβιβασμό της εργασίας και της ευκολίας που τα δολάρια επενδύονται, εξαρτώνται από τον τύπο και την κατάρτιση του προσωπικού στις κατασκευαστικές βιομηχανίες. Εάν είναι ενήμεροι για τις τεχνολογικές προόδους που είναι διαθέσιμες και εάν συμβάλλουν σε αυτήν την ανάπτυξη, το ποσοστό αύξησης θα είναι εκρηκτικό. Ένας παράγοντας που έχει εμποδίσει τη βιομηχανική αύξηση στο παρελθόν και μπορεί να εμποδίσει τη μελλοντική πρόοδο κατασκευής είναι η χρονική καθυστέρηση μεταξύ της ανάπτυξης μιας νέας διαδικασίας κατασκευής, της νέας μηχανής, ή του νέου τύπου κατασκευής του εξοπλισμού ή του ελέγχου και της γενικής υιοθέτησής του από τη βιομηχανία. Είναι αμφισβητήσιμο εάν η καθυστέρηση αυτή θα είναι αποδεκτή στη γρήγορα ανατπυσσόμενη οικονομία του μέλλοντος. Με λίγες εξαιρέσεις, οι πρόσφατες σημαντικές ανακαλύψεις στην τεχνολογία κατασκευής, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τις περισσότερες βιομηχανίες, έχουν γίνει ως αποτέλεσμα της έρευνας που υποστηρίζεται από τις στρατιωτικές υπηρεσίες. Με αριθμητικό έλεγχο (σχέδιο 1.2), ενδεχομένως η προπορευόμενη σημαντική ανακάλυψη των τελευταίων ετών, από την έναρξή της. αναπτύχθηκε και εφαρμόστηκε με κεφάλαια της αεροπορίας. Η εκρηκτική διαμόρφωση και η υπερβολικά υψηλή ταχύτητα που επεξεργάζονται τη μηχανή, δύο άλλες πρόσφατες σημαντικές ανακαλύψεις, είναι πρωταρχικά το αποτέλεσμα της χρηματοδοτούμενης από την αεροπορία έρευνας και ανάπτυξης. Πολύ μεγάλο ποσοστό της έρευνας και της ανάπτυξης συνδέονται με τη λείανση και τη διαμόρφωση των έξοχων κραμάτων και, για αυτό, η ίδια η ανάπτυξη των έξοχων κραμάτων, έχει χρηματοδοτηθεί από την κυβέρνηση. Η στρατιωτική ανάγκη πίσω από αυτήν την εργασία, είναι που ωθεί αυτές τις νέες γρήγορες αναπτύξεις, αλλά είναι εξ ολοκλήρου πιθανό ότι θα είχαν συλληφθεί και θα είχαν τεθεί σε λειτουργία νωρίτερα εάν οι μηχανικοί στις ιδιωτικές βιομηχανίες είχαν γυρίσει την προσοχή τους στη βασική έρευνα και στις εγκαταστάσεις τους και μέσω των σε βιομηχανικό επίπεδο προγραμμάτων. Η στρατιωτικά υποστηριγμένη έρευνα κατασκευής είχε μια επίδραση που πηγαίνει πέρα από την άμεση συμβολή της στην τεχνολογία. Έχει εμφανίσει τι μπορεί να ολοκληρωθεί όταν τίθενται τα ικανοποιητικά κεφάλαια και το επιστημονικό ταλέντο εφαρμοσμένης μηχανικής, για να εργαστούν στα συγκεκριμένα προβλήματα. Είναι αμφισβητήσιμο, εντούτοις, εάν η βιομηχανία μπορεί να προωθήσει κατά μήκος ενός ευρέως μετώπου βάσει των στρατιωτικών παραγόντων έρευνας μόνο. Οι μικρές επιχειρήσεις είναι σε θέση να ωφεληθούν από την έρευνα που εκτελείται από μεγαλύτερες επιχειρήσεις. Μια νέα διαδικασία κατεργασίας που ανατπύσσεται από έναν οικοδόμο εργαλειομηχανών, παραδείγματος χάριν, ή ένας νέος έλεγχος που αναπτύσσεται από έναν κατασκευαστή ελέγχου.

μπορεί να εφαρμοστεί από οποιαδήποτε επιχείρηση, μεγάλη ή μικρή. Με σεβασμό στη βασική έρευνα, η μικρότερη επιχείρηση μπορεί να βρίσκεται σε μειονέκτημα. Ακόμα, εκπλήσσει πόσες καινοτομίες στην κατασκευή μπορούν να διενεργηθούν μερικές φορές με ένα ελάχιστο ποσό επένδυσης και εργατικού δυναμικού. Ο βασικός εξοπλισμός για μια εκρηκτικού τύπου έρευνα είναι, τελικά, μόνο μια συγκεκριμένη-ευθυγραμμισμένη δεξαμενή του ύδατος και μια ράβδος δυναμίτη. Το ακατέργαστο υλικό της έρευνας είναι ιδέες. Οι μεγάλες επιχειρήσεις ή οι στρατιωτικοί δεν έχουν κανένα μονοπώλιο στις ιδέες. Η βασική έρευνα, εάν συμφωνεί με το πεδίο κατασκευής ή οποιουσδήποτε άλλους, είναι μια επένδυση στο κατάλληλο προσωπικό.

ΟΙ ΣΗΜΕΡΙΝΕΣ ΠΡΟΚΛΗΣΕΙΣ

Σήμερα, με τη διέλευση του μεγάλου αυτού διαστήματος, η βιομηχανία βρίσκεται αντιμέτωπη με την πρόκληση της ανάτττυξης των νέων υλικών εφαρμοσμένης μηχανικής. Προκειμένου να γίνει αυτό, οι επιστήμονες προσπαθούν έντονα να καταλάβουν τη φύση των υλικών. Μέχρι τώρα, λίγα είναι γνωστά ως προς το πως μπορεί ένας μηχανισμός μέσα σε ένα κομμάτι υλικού να παρέχει την ιδιοκτησία της δύναμης. Διάφορες θεωρίες έχουν παρουσιαστεί, και η δοκιμή τους έχει αρχίσει (σχέδιο 1.3). Δεν είναι μόνο η προοτπική της δημιουργίας των νέων υλικών που συναρπάζει τους μηχανικούς, αλλά εξίσου και η πρόκληση της επεξεργασίας αυτών των νέων υλικών. Είναι επιτακτικό για την οικονομία μιας χώρας, να προάγει τα καλύτερα υλικά και τις αποδοτικότερες μεθόδους παραγωγής. Θα είναι απαραίτητο να παραχθούν πιο αξιόπιστα μέρη και η γραμμή συναρμολόγησης σε πιο στενές ανοχές και με χαμηλότερο χρόνο εργασίας ανά τη μονάδα. Αυτό θα είναι απαραίτητο όχι μόνο για να συναντήσει τον εσωτερικό ανταγωνισμό αλλά και να έρθει αντιμέτωπος με τον ανταγωνισμό από άλλες χώρες.

ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΕΡΓΑΤΙΚΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ

Οι ιδιαίτερα αυτοματοποιημένες και μηχανοποιημένες εγκαταστάσεις του μέλλοντος θα απαιτήσουν λιγότερους εργαζομένους παραγωγής ανά μονάδα εξόδου απ ’ ότι οι σημερινές εγκαταστάσεις. Θα υπάρξει μια υψηλότερη αναλογία του προσωπικού οργάνωσης και συντήρησης που θα έχει έναν μεγαλύτερο βαθμό ικανότητας και κατάρτισης από ότι είναι φυσιολογικά η περίπτωση σήμερα. Επίσης, μια ευρύτερη σειρά εξειδικευμένων ικανοτήτων- ηλεκτρονική, υδραυλική, ηλεκτρική-θα απαιτηθεί. Με μια σημαντική επένδυση στον αυτοματοποιημένο εξοπλισμό, ο χρόνος διακοπής, θα είναι δαπανηρός, και η έξαρση θα εμφανιστεί στο γεγονός ότι οι μηχανές θα δουλεύουν χωρίς φορτίο και γρήγορα. Θ βιομηχανικός μηχανικός, το άτομο που προγραμματίζει τη γραμμή παραγωγής, θα βρει τις στοιχειώδεις εργασίες του αυξανόμενες στο πεδίο. Η εργασία του θα απαιτήσει έναν υψηλότερο βαθμό γνώσης και ικανότητας. Τα βασικά αντικείμενα της εφαρμοσμένης μηχανικής εργαλείων, του σχεδιασμού εργαλείων, του σχεδιασμού προσαρτημάτων, και τόσα άλλα, θα είναι ακόμα εκεί, αλλά, λαμβάνοντας υπόψη την εκτενή χρήση των αυτοματοποιημένων μηχανών και του αυτοματισμού, μια κάπως ευρύτερη γνώση θα απαιτηθεί. Ένα στερεό ακαδημαϊκό υπόβαθρο, με έμφαση στα μαθηματικά και την επιστήμη κατασκευής, θα είναι υποχρεωτικό. Η συνεχής

μελέτη, που συνδέεται με την εμπειρία στο πεδίο, θα είναι επιτακτική να συμβαδίσει με την τεχνολογία. Πολλοί από το τεχνικό προσωπικό που απαιτούνται για να πληρώσουν τις θέσεις κατασκευής, δεν θα είναι διαβαθμισμένοι μηχανικοί, αλλά θα προέλθουν μεταξύ των τπυχιούχων των διετών τεχνολογικών σειρών μαθημάτων. Θα είναι άνθρωποι που έχουν αποκτήσει ένα τεχνικό υπόβαθρο που τους είναι κατάλληλο για την αναβάθμιση. Με το γρήγορο ποσοστό αύξησης της επιστήμης και της τεχνολογίας, η αναβάθμιση του εκπαιδευμένου προσωπικού θα βοηθήσει να γεμίσει την επακόλουθη ζήτηση για τους περισσότερους μηχανικούς και τους τεχνικούς εφαρμοσμένης μηχανικής. Αναμένεται ότι όλο και περισσότεροι κατασκευαστικοί μηχανικοί, που καταβάλλονται από μερικές από τις χρονοβόρες στοιχειώδεις εργασίες από την ενίσχυση των υπολογιστών και των τεχνικών, θα εισαγάγουν την κορυφαία διαχείριση. Αυτοί οι μηχανικοί θα τείνουν να ενθαρρύνουν την τεχνική καινοτομία, μια τοποθέτηση που θα είναι η ισχυρότερη ώθηση στην πραγματική πρόοδο στην εφαρμοσμένη μηχανική. Το οργανωτικό διάγραμμα (σχέδιο 1.4) δείχνει πώς η βιομηχανική πορεία και η μηχανική διαδικασία, συμφωνούν στη γενική λειτουργία των εγκαταστάσεων. Σε αυτόν τον τύπο οργάνωσης, όλη η εφαρμοσμένη μηχανική είναι ενδιαφερόμενη για το τελικό προϊόν, αλλά η διαδικασία ή ο κατασκευαστικός μηχανικός συνδέεται π ιο στενά με την ιδέα της υλοποίησης. Αυτό το διάγραμμα εμφανίζει λίστα μερικών από τα καθήκοντα που ανατίθενται συνήθως στο μηχανικό διαδικασίας. Τα καθήκοντα ποικίλλουν από επιχείρηση σε επιχείρηση, ανάλογα με το μέγεθος και το πεδίο της λειτουργίας. Ο κατασκευαστικός μηχανικός πρέπει να καθορίσει το εφικτό όχι μόνο των σχεδίων των προϊόντων που η επιχείρηση παράγει, αλλά ακόμη και εκείνα που αγοράζονται από την επιχείρηση. Πρέπει να είναι σε θέση να καθορίσει εάν τα μέρη πρέπει να αγοραστούν ή να κατασκευαστούν. Πολλάκις, οι κατασκευαστές ειδικότητας μπορούν να παράγουν τα μέρη σε μια ποσότητα, μειώνοντας κατά συνέπεια το κόστος. Στην κρίση της δυνατότητας πραγματοποίησης της κατασκευής, πολλά πράγματα λαμβάνονται υπ’όψην. Η διαδικασία της κατασκευής, παραδείγματος χάριν, θα μπορούσε να περιλάβει μια επιλογή για ένα δεδομένο μέρος μεταξύ του σφυρηλατημένου κομματιού, της χύτευσης, της κρύας διαμόρφωσης, ή μιας συνήθης εξώθησης και συγκόλλησης. Ο κατασκευαστικός μηχανικός πρέπει να είναι σε θέση να δώσει τις λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με την επιλογή αγοράς των προϊόντων καθώς επίσης και των μηχανών και του εξοπλισμού. Ο κατασκευαστικός μηχανικός πρέπει να είναι σε θέση να εργαστεί μαζί και να συμβουλέψει τους σχεδιαστές προϊόντων. Αυτό απαιτεί στενή συνεργασία, αλλά μπορεί να οδηγήσει σε λιγότερες αλλαγές σχεδίου και γρηγορότερή παραγωγή. Ένας άλλος τομέας ευθύνης είναι αυτός της συνέχισης της χρήσης του προσδιορισμένου εξοπλισμού και της σχεδίασης για μια εργασία, για να καθορίσει εάν χρησιμοποιείται σύμφωνα με το αρχικό σχέδιο. Εάν αυτό δεν γίνεται, είναι πιθανό ότι ούτε η ποσότητα ούτε η ποιότητα των μερών δεν θα είναι όπως προσδοκάται. Πολλά αντικείμενα απαιτούν την ειδική συσκευή σχεδίασης στον τρόπο κατασκευής προτύπων, των προσαρτημάτων, των σχεδίων μήτρας, των προτύπων, των διαμετρημάτων, κλπ... Το εργαλείο και ο κατασκευαστικός μηχανικός πρέπει να είναι σε θέση όχι μόνο να τους σχεδιάσουν, αλλά και να προετοιμάσουν τις εκτιμήσεις κόστους. Αυτή η συνοπτική εισαγωγή στο ρόλο του κατασκευαστικού μηχανικού και των προκλήσεων που ακολουθούν δεν είναι

προοριζόμενες να είναι περιεκτικές, μάλλον, είναι προοριζόμενο να δοθεί μια ιδέα της περιοχής της εργασίας που καλύτπεται. Δεδομένου ότι μελετάτε αυτό το βιβλίο, θα δείτε ότι πολλές νέες διαδικασίες κατασκευής εισάγονται συνεχώς. Ο κατασκευαστικός μηχανικός θα είναι σε επιφυλακή για τις μεθόδους που μπορούν να προσαρμοστούν για να βοηθήσουν να συναντήσουν το γενικό στόχο ενός καλύτερου προϊόντος σε ένα χαμηλότερο κόστος.

ΟΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ

Οι ιδιότητες των μετάλλων έχουν μελετηθεί από τότε που ο άνθρωπος ανακάλυψε ότι θα μπορούσε να αλλάξει τη σκληρότητα του χάλυβα από τη θέρμανση του σε ένα φωτεινό κόκκινο, και έπειτα την απόσβεση του στο ύδωρ ή άλλα κατάλληλα μέσα. Αυτό που συνέβη στη δομή μετάλλων ήταν πρώτα η διαμόρφωση της θεωρίας, έπειτα, ως όργανα για τη μελέτη που βελτιώθηκε, τα γεγονότα αντικατέστησαν τη θεωρία. Στις σύγχρονες ημέρες ένας φυσικός εμπιστεύσιμος, είναι ακόμα βαθιά μπλεγμένος στις πολυπλοκότητες του προβλήματος. Μερική εκτίμηση του προβλήματος μπορεί να υπάρξει όταν συνειδητοποιήσουμε ένα αληθές γεγονός που είναι ότι το μέγεθος ενός κεφαλιού καρφίτσας περιέχει κατά προσέγγιση 100 δισεκατομμύρια άτομα. Ευτυχώς, η φύση βοηθάει την επίλυση αυτού του προβλήματος από την παραγωγή της ατομικής δομής ενός δεδομένου στερεού σε ένα καθορισμένο πρότυπο. Έτσι, όταν συγκεντρώνονται τα άτομα, τείνουν να τακτοποιηθούν σε απειροελάχιστους κύβους, πρίσματα, και άλλες συμμετρικές μορφές. Αυτές οι γεωμετρικές μονάδες, που ενώνονται η μια στην άλλη όπως τις τέλεια εγκατεστημένες ομάδες δεδομένων, είναι έμβρυα της μεγαλύτερης δομής που είναι γνωστή ως κρύσταλλα ή κόκκοι. Σε αυτό το κεφάλαιο θα εξετάσουμε αρχικά τη βασική δομή του κρυστάλλου του μετάλλου, κατόπιν, τρόπους κατά τους οποίους η αλλαγή δομής μπορεί να αναπτύξει ορισμένες επιθυμητές ιδιότητες, και τελικά πώς αυτές οι ιδιότητες μπορούν να εξεταστούν.

Η ΔΟΜΗ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΥ ΤΟΥ ΜΕΤΑΛΛΟΥ

Η δομή μετάλλων καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από το περιεχόμενό της, αλλά οι δομικές της λεπτομέρειες ελέγχονται από την ιστορία του. Η ιστορία της δομής του κρυστάλλου ξεκινά όταν το μέταλλο αρχίζει να ψύχεται από την υγρή μορφή. Καθώς το λειωμένο μέταλλο ψύχεται, σταθεροποιείται και η κρυστάλλωση πραγματοποιείται σε δύο στάδια, πρώτα στον σχηματισμό φύτρων και έπειτα στην ανάπτυξη. Η ανάπτυξη του πυρήνα πραγματοποιείται από την προσθήκη των ατόμων, ένα σε έναν χρόνο. Καθώς τα κρύσταλλα αναπτύσσονται ενώνονται με άλλα κρύσταλλα και διαμορφώνουν μια περίπλοκη δομή που μοιάζει με μια ρύθμιση πεύκο-δέντρων. Το διάστημα του πεύκο-δέντρου διακλάδωσης, ή δενδριτικοί βραχίονες (σχέδιο 2.1), εξαρτάται από το πόσο γρήγορα τα κρύσταλλα αναπτύσσονται, το οποίο είναι στη συνέχεια εξαρτώμενο από το πόσο γρήγορα η θερμότητα μεταφέρεται από το μέταλλο. Η ανάπτυξη, συνεχίζεται σε όλες τις κατευθύνσεις μέχρι το κρύσταλλο, ή όπως αναφέρεται συνήθως στα μέταλλα, ο κόκκος, εκτείνεται σε παρέμβαση από άλλους κόκκους. Εάν δύο κόκκοι διαμορφώνονται παραπλεύρως ο καθένας και έχουν την ίδια ατομική ρύθμιση, θα ενωθούν

μαζί για να διαμορφώσουν ένα μεγαλύτερο κόκκο. Εντούτοις, εάν η διαμόρφωση εμφανίζεται σε διαφορετικούς άξονες, τα τελευταία άτομα που θα σταθεροποιηθούν, πρέπει να αναλάβουν τις θέσεις συμβιβασμού. Αυτά τα τοποθετημένα σε λάθος μέρος άτομα κάνουν τα όρια του κόκκου. Οι διαταραγμένες περιοχές αυξάνουν την αντίσταση παραμόρφωσης του μετάλλου. Επομένως τα λετπόκοκκα μέταλλα είναι γενικά ισχυρότερα και σκληρότερα από τα χονδρόκοκκα μέταλλα της ίδιας σύνθεσης. Κάθε κόκκος αποτελείται από εκατομμύρια μικροσκοπικών μονάδων κυττάρων φτιαγμένων από άτομα που τακτοποιούνται σε ένα καθορισμένο γεωμετρικό πρότυπο. Κάθε μονάδα κυττάρου μπορεί να λάβει τη μορφή ενός φανταστικού κύβου, με ένα άτομο σε κάθε γωνία και ένα στο κέντρο. Αυτό καλείται μια σώμα-κεντρική κυβική κρυσταλλική δομή κρυστάλλου και είναι η δομή του σιδήρου στις κανονικές θερμοκρασίες (σχ. 2.2α). Εάν, εντούτοις, το κέντρο του κύβου είναι κενό, και ένα ενιαίο άτομο συμπεριλαμβάνεται στο κέντρο κάθε προσώπου, καλείται μια πρόσωπο-κεντροθετημένη κυβική δομή (σχ. 2.2b). Αυτή είναι η δομή του χαλκού, του αργιλίου, και του νικελίου. Είναι επίσης η δομή του σιδήρου στις ανυψωμένες θερμοκρασίες. Όταν το στοιχείο μονάδων παίρνει τη μορφή ενός φανταστικού εξαγωνικού πρίσματος, έχοντας ένα άτομο σε κάθε γωνία, ένα άλλο σε κάθε ένα εκ’ των κορυφών και κατώτατων σημείων εξάγωνα, και τρία άτομα ισοδιάστατα στο κέντρο του πρίσματος (σχ. 2.2c), αυτό είναι γνωστό ως στενά-συσκευασμένη εξαγωνική δομή. Αυτό είναι η δομή του μαγνησίου, του ψευδάργυρου, και του τιτανίου.Η απόσταση μεταξύ των ατόμων είναι εξαιρετικά μικρή, μερικές φορές μόνο 3 δέκα-χιλιοστόμετρα ενός χιλιοστόμετρου και σπάνια περισσότερα από 5 δέκα- χιλιοστόμετρα, όπως καθορίζεται από την των ακτινών X διάθλαση. Αυτά τα πολύ χωρισμένα κατά διαστήματα άτομα έχουν μια τεράστια έλξη το ένα για το άλλο. Αυτή η έλξη αποτελεί την δύναμη που αντιστέκεται σε οποιαδήποτε προσπάθεια να σχιστεί το μέταλλο χώρια.

ΟΙ ΑΛΛΑΓΕΣ ΔΟΜΩΝ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΥ ΠΟΥ ΟΦΕΙΛΟΥΜΕ ΝΑ ΤΟΝΙΣΟΥΜΕ

Τα μέταλλα στην καθημερινή χρήση υποβάλλονται σε τεράστιες πιέσεις και τάσεις. Όταν το μέταλλο παραμορφώνεται ή αποκότπεται, ορισμένες σειρές των κρυστάλλων γλιστρούν ή ρέουν στις σταθερές κατευθύνσεις και σε ένα ή περισσότερα παράλληλα πλάνα. Γι’ αυτό, το καθαρό αργίλιο, ο χαλκός, και το νικέλιο, μπορούν εύκολα να ρέουν κάτω από πίεση. Η δυνατότητα των κρυστάλλων που γλιστρούν να διατηρούν τη συνοχή τους καθιστούν αυτά τα μέταλλα εξαιρετικά όλκιμα. Στενά-συσκευασμένες εξαγωνικές δομές (σχ. 2.2c) έχει μόνο το ένα σύνολο πυκνά συσκευασμένων σχεδίων ολίσθησης, αλλά έχουν τρεις κατευθύνσεις της έτοιμης ολίσθησης σε κάθε σχέδιο. Γενικά, οι στενά-συσκευασμένες εξαγωνικές δομές δεν είναι τόσο όλκιμες όσο οι άλλες δύο δομές.

ΑΤΕΛΕΙΕΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΥ

Ένα από τα μυστήρια που περιβάλλουν την τεράστια απόκλιση μεταξύ της θεωρητικής και παρατηρηθείσας δύναμής διάτμησης των δομών κρυστάλλου

διευκρινίστηκε με την ενίσχυση του μικροσκοπίου ηλεκτρονίων. Εμφανίστηκε ότι οι ατέλειες στη δομή κρυστάλλου, ιδιαίτερα εκείνες που καλούνται εξαρθρώσεις, παρέχουν έναν μηχανισμό από τον οποίο η διάτμηση ολοκληρώνεται στις κρίσιμες τιμές πίεσης που αντιστοιχούν στις παρατηρηθέντες. Αυτές οι ατέλειες είναι πηγές αδυναμίας και ολίσθησης διάτμησης. Η ολίσθηση ως ένας τρόπος παραμόρφωσης είναι βασισμένος στο γεγονός ότι μια συμμετρική μετατόπισή ή μετακίνησή της απόστασης κρυσταλλικής δομής μιας μονάδας είναι περιοδική και επομένως συντηρεί τη δομή κρυστάλλου στα σχέδια που περιέχουν το ελάττωμα και σε έναν βαθμό ανάλογο στην ατέλεια. Οι ατέλειες ποικίλλουν με βάση τις διαστάσεις και καλούνται του τύπου σημείου, του τύπου γραμμών, και του τύπου σχεδίου. Ατέλειες σημείου. Οι ατέλειες σημείου σε μια δομή κρυστάλλου μπορούν να εμφανίζονται, ως ελλείποντα άτομα ή κενότητα, ως πρόσθετα άτομα ή διάμεσοι, ή ως μετατοπισμένα ιόντα ή ατέλειες Frenkel. Στην περίπτωση ενός ελλείποντος ατόμου, ένα κενό υπάρχει στη δομή κρυσταλλικής δομής, όπως φαίνεται στο σχέδιο 2.α. Το κενό μπορεί να είναι το αποτέλεσμα της εμφάνισης της ατελούς συσκευασίας κατά τη διάρκεια της χρονικής κρυστάλλωσης, ή μπορεί να είναι οφειλόμενο στις αυξανόμενες θερμικές δονήσεις των ατόμων που παρουσιάζονται από τις ανυψωμένες θερμοκρασίες. Το μεμονωμένο άτομο μπορεί να πηδήσει από τη θέση χαμηλότερης ενέργειας του. Ένα πρόσθετο ή διάμεσο άτομο μπορεί να γίνει κατοικημένο στη δομή κρυστάλλου (σχέδιο 2.3b) χωρίς τή διαστρέβλωση ή την αλλαγή της μορφής του. Η ατομική διαστρέβλωση μπορεί να οδηγήσει, εντούτοις, εάν το διάμεσο άτομο είναι μεγαλύτερο από το υπόλοιπο των ατόμων στη δομή. Ένα ιόν που μετατοπίζεται από την κρυσταλλική δομή του σε μια διάμεση περιοχή αναφέρεται ως ατέλεια Frenkel (σχέδιο 2.3c). Ένα παράδειγμα της διάμεσης στερεάς λύσης είναι ένα μίγμα σιδήρου και άνθρακα. Το άτομο άνθρακα είναι μικρότερο από το σίδηρο, έτσι δεν εφαρμόζει τέλεια στο μικρό διάστημα του κρυστάλλου του σιδήρου. Κατά συνέπεια, οπουδήποτε ένα άτομο του άνθρακα βρίσκεται, αντιπροσωπεύει έναν βεβιασμένο όρο που στη συνέχεια περιορίζει σοβαρά τη διαλυτότητα του άνθρακα στο σίδηρο. Στις ανυψωμένες θερμοκρασίες, ο σίδηρος έχει μια επίπεδη-κεντροθετημένη κυβική μορφή που, αν και έχει τα περισσότερα άτομα ανά χρονική μονάδα, έχει επίσης τα μεγαλύτερα διάμεσα διαστήματα για τη μέγιστη διαλυτότητα του άνθρακα. Επομένως, πάνω από την ανώτερη κρίσιμη θερμοκρασία, ο χάλυβας αναφέρεται ως στερεά λύση του σιδήρου και του άνθρακα.Ατέλειες γραμμών. Οι ατέλειες γραμμών είναι καλύτερα γνωστές ως εξαρθρώσεις. Υπάρχουν στη δομή κρυστάλλου ως εξαρθρώσεις ακρών, εξαρθρώσεις βιδών, και μικτές εξαρθρώσεις. Η έννοια των εξαρθρώσεων εισήχθη το 1934 από τους Taylor, Orowan, και Polanyi, ο κάθε ένας εργάζεται ανεξάρτητα.Εξαρθρώσεις ακρών. Οι εξαρθρώσεις ακρών αποτελούνται από μια πρόσθετη σειρά ή μια ακμή των ατόμων στη δομή κρυστάλλου (σχέδιο 2.4). Η ατέλεια μπορεί να επεκταθεί σε μια ευθεία γραμμή σε όλο τον δρόμο μέσω του κρυστάΜου ή μπορεί να ακολουθήσει ένα ανώμαλο μονοπάτι. Μπορεί επίσης να είναι κοντό, επεκτείνοντας μόνο μια μικρή απόσταση στον κρύσταλλο. Η μετάβαση μιας ενιαίας εξάρθρωσης κατά μήκος μιας ακμής ολίσθησης μέσω ενός κρυστάλλου προκαλεί την ολίσθηση της μιας ατομικής απόστασης κατά μήκος της ακμής ολίσθησης (σχ. 2.5b). Η ολίσθηση της μιας

ενεργού ακμής είναι συνήθως της τάξης των 1000 ατομικών αποστάσεων και, απαιτείται για να παραγάγει σημαντική ολίσθηση σε πολλά τέτοια σχέδια. Ελικοειδείς εξαρθρώσεις. Οι ελικοειδείς εξαρθρώσεις μπορούν να παραχθούν από ένα σχίσιμο του κρυστάλλου (σχ. 2.5α) παράλληλο στην κατεύθυνση ολίσθησης. Εάν μια ελικοειδείς εξάρθρωση ακολουθείται σε όλη της τη διαδρομή από ένα πλήρες κύκλωμα θα εμφάνιζε ένα πρότυπο ολίσθησης παρόμοιο με αυτό ενός ελικοειδούς νήματος. Το πρότυπο μπορεί να είναι είτε αριστερού είτε δεξιού δείκτη. Αυτό απαιτεί ότι μερικοί από τους ατομικούς δεσμούς ανασχηματίζονται συνεχώς έτσι ώστε το κρυστάλλωμα έχει σχεδόν την ίδια μορφή, μετά από την αναπαραγωγή, που είχε πριν. Κατά τη διάρκεια της διαστρέβλωσης του κρυστάλλου, υπάρχει σταθερή θερμική αναταραχή μεταξύ των ατόμων. Αυτή η θερμική ενέργεια επιτρέπει στον παρακείμενο δεσμό να σπαστεί ευκολότερα. Ως εκ τούτου η συνέχιση του προτύπου γραμμμών.Μικτές εξαρθρώσεις. Ο προσανατολισμός των εξαρθρώσεων μπορεί να ποικίλει από την καθαρή άκρη στην καθαρή γραμμή. Σε κάποιο ενδιάμεσο σημείο μπορούν να κατέχουν και οι εξαρθρώσεις χαρακτηριστικών ακρών και γραμμών. Η σημασία των εξαρθρώσεων είναι βασισμένη στην ευκολία με την οποία μπορούν να κινηθούν μέσω των κρυστάλλων. Όπως δηλώνεται στην αρχή αυτής της ενότητας, σχετικά με τις ολισθήσεις κρυσταλλικής δομής του κρυστάλλου, το ποσό δύναμης που απαιτείται για να προκαλέσει την πίεση διάτμησης σε ένα κρύσταλλο είναι πολύ λιγότερο από αυτό που πρέπει να είναι θεωρητικά. Αυτό μπορεί να λογαριαστεί από το γεγονός ότι στις ελικοειδείς εξαρθρώσεις ακρών υπάρχει μια αντιστάθμιση των διατομικών δυνάμεων από κάθε πλευρά του πρόσθετου μισής-ακμής που κάνει για την ισορροπία. Μόνο μια μικρή δύναμη είναι απαιτούμενη για να μετατοπίσει τα άτομα από τη διαμόρφωση ισορροπίας. Ακόμα κι αν η δύναμη είναι μικρή, η μετακίνήσή μιας εξάρθρωσης ακρών είναι εξαρτώμενη από την άφιξη ή τη διασπορά των κενών ή των διάμεσων. Αν και αυτός ο όρος ενισχύεται από την εφαρμογή των πιέσεων, είναι στην ουσία από τη θερμοκρασία ελεγχόμενη. Οι ελικοειδείς εξαρθρώσεις, αντίθετα από τις εξαρθρώσεις ακρών, δεν είναι εξαρτώμενες από ένα πρόσθετο μισής-ακμής που παρεμβάλλεται στην κρυσταλλική δομή. Το αποτέλεσμα είναι ότι η ελικοειδής εξάρθρωση μπορεί να γλιστρήσει σε οποιαδήποτε κατεύθυνση. Πολλές εξαρθρώσεις είναι απαραίτητες προκειμένου να αναπτυχθούν οι μακροσκοπικές πιέσεις. Πειραματικά παρατηρηθέντες είναι της τάξεως των 10® ή 10® τ. εκ. για τα ανοπτημένα μέταλλα της μέσης αγνότητας. Αυξάνονται αρκετά σε περίπου 10 ®̂ ή 10^̂ τ. εκ. όταν τεντώνονται.Ζευγάρωμα. Ένα παραμορφωμένο υλικό μπορεί να πάρει έναν νέο προσανατολισμό αλλά να είναι ακόμα μια εικόνα καθρεφτών των μη- παραμορφωμένων υλικών στον αρχικό του προσανατολισμό (σχ. 2.6). Ως εκ τούτου η ονομασία "δίδυμος”. Το σχέδιο στο ΑΑ' είναι η δίδυμη επιφάνεια επαφής. Η διαδικασία της ξανα-συγκόλλησης απαιτείται και για την δεύτερη ολίσθηση και ζευγάρωμα μόνο εκείνων των υλικών που εκθέτουν την καλή κινήτικότήτα δεσμών, δηλαδή διαμορφωμένοι νέοι δεσμοί εύκολα, είναι ευαίσθήτοι στα μεγάλα ποσά πλαστικής παραμόρφωσής πριν από το σπάσιμο.

ΕΛΕΓΧΟΣ ΔΟΜΩΝ ΚΡΥΣΤΑΛΛΟΥ

Η δομή του κρυστάλλου μπορεί να ελεγχθεί σε έναν περιορισμένο βαθμό από το ποσοστό στο οποίο ψύχεται. Μπορεί επίσης να τροποποιηθεί από τις επεξεργασίες θερμότητας, την πλαστική παραμόρφωση, και την ακτινοβολία. Στην πλαστική παραμόρφωση, μερικές αλλαγές με μορφή των κρυστάλλων γίνονται από τον επαναπροσανατολισμό και τις εξαρθρώσεις. Όπως φαίνονται στο σχέδιο 2.7, οι σκοτεινές "οδοντωτές” γραμμές εμφανίζουν τη μη ευθυγράμμιση των ατόμων ή της εξάρθρωσης που προκαλούνται από την κρύα επεξεργασία του μετάλλου. Καθώς το μέταλλο επεξεργάζεται, αυτές οι εξαρθρώσεις κινούνται μέσω του υλικού, που συγκεντρώνεται σε ορισμένες περιοχές. Οι ευρείες σκοτεινές γραμμές εμφανίζουν τις περιοχές της υψηλής συγκέντρωσης των εξαρθρώσεων. Ο πολυκρυσταλλικός ελατός σίδηρος σε θερμοκρασία δωματίου εμφανίζεται στο σχέδιο 2.8. Η δομή έχει ενταθεί(καταπονηθεί) σε τρία επίπεδα: 5, 9, και 30 τοις εκατό. Η πίεση 5 τοις εκατό (α) δεν εμφανίζει κανένα προφανές πρότυπο στις εξαρθρώσεις. Στη μείωση 9 τοις εκατό (β), ένα πρότυπο υψηλής και χαμηλής πυκνότητας εμφανίζεται ποιο λογαριάζει επίσης για τα μικρά (3 μικρά) εμβρυϊκά στοιχεία που αρχίζουν να διαμορφώνονται. Αυτά τα στοιχεία είναι πολύ μικρότερα από τους ακατέργαστους κόκκους. Στο 30 τοις εκατό (γ), πολύ λίγες εξαρθρώσεις υπάρχουν στη μήτρα, αλλά η μέση πυκνότητα εξάρθρωσης έχει αυξηθεί λόγω της ακραίας συγκέντρωσης τους στα τοιχώματα των στοιχείων. Η διάμετρος των στοιχείων είναι τώρα κάτω από περίπου ένα μικρό. Η μέση πυκνότητα εξάρθρωσης (στο σίδηρο που εξετάζεται στη θερμοκρασία δωματίων) αυξάνεται με την αύξηση της πίεσης. Εντούτοις, αυτή η μέση πυκνότητα είναι ανεξάρτητη από τη θερμοκρασία παραμόρφωσης όπως φαίνεται στο σχέδιο 2.9. Τόσο οι -95 βαθμοί Fahrenheit όσο και οι 480 βαθμοί Fahrenheit πέφτουν στην καμπύλη.

ΑΛΛΑΓΕΣ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΙ ΣΤΗ ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΧΑΛΥΒΑ

Το σημαντικότερο ενιαίο στοιχείο στο χάλυβα είναι ο άνθρακας. Καθώς ο άνθρακας προστίθεται στο σίδηρο, ο σίδηρος γίνεται χάλυβας, και καθώς ακόμα περισσότερος άνθρακας προστίθεται, γίνεται χυτοσίδηρος. Η επίδραση του άνθρακα, στα ποικίλα ποσοστά, γίνεται κατανοητή καλύτερα με τη μελέτη ενός διαγράμματος ισορροπίας σιδήρου-άνθρακα.Το διάγραμμα ισορροπ ίας σιδήρου-άνθρακα. Ένα διάγραμμα ισορροπίας σιδήρου-άνθρακα (σχέδιο 2.10) εμφανίζει και τα ποσοστά άνθρακα και την επίδραση της θερμοκρασίας. Αυτό το διάγραμμα έχει επιλυθεί πολύ προσεκτικά και έχει διαμορφώσει μια βασική μορφή οδηγών για την κατανόηση των κρίσιμων θερμοκρασιών. Παραδείγματος χάριν, η πρώτη μικρή σκιασμένη περιοχή από τη συντεταγμένη αντιπροσωπεύει τον καθαρό σίδηρο. Το διάγραμμα δείχνει έναν σταθερό άλφα σίδηρο (κρυσταλλική δομή BCC) μέχρι τους 1670°F. Κατόπιν αλλάζει απότομα στο σίδηρο γάμμα (κρυσταλλική δομή της FCC) μέχρι τους 2550°F και τελικά στην δέλτα δομή πάνω από τους 2550°F στην τήξη. Αυτές οι ίδιες αλλαγές στη δομή εμφανίζονται κατά την ψύξη κοντά στις ίδιες θερμοκρασίες. Όσο ο χάλυβας ψύχεται από μια αυξανόμενη θερμοκρασία, διάφοροι τύποι κρυστάλλων αρχίζουν να διαμορφώνονται. Μπορούν να είναι φερίτης, σεμεντίτης, περλίτης, ή άλλοι, ανάλογα με το περιεχόμενο άνθρακα του χάλυβα και του

ποσοστού ψύξης. Ο φερίτης είναι σχεδόν καθαρός σίδηρος, ο σεμεντίτης είναι το καρβίδιο σιδήρου FeaC (6,68 τοις εκατό άνθρακα και 93,32 τοις εκατό σιδήρου). Ο περλίτης αποτελείται από τα εναλλασσόμενα στρώματα του καρβιδίου σιδήρου και φερίτη (σχέδιο 2.11). Κανονικά, καθώς το μέταλλο ψύχεται αργά από μια θερμοκρασία πάνω από το ανώτερο του κρίσιμου, υπάρχει ένας αυτόματος χωρισμός φερίτη και του μίγματος φερίτη-καρβιδίου. Καθώς το περιεχόμενο άνθρακα αυξάνεται, ενώνεται με τα μεγαλύτερα ποσά φερίτη, προκαλώντας κατά συνέπεια μια αύξηση περλίτη και μια μείωση φερίτη. Στο σημείο της αύξησης όπου όλος ο φερίτης συμφωνεί με το συνδυασμό με τον άνθρακα, η δομή θα είναι εξ ολοκλήρου περλίτης. Θεωρητικά, αυτό είναι σε περίπου 0,80 τοις εκατό άνθρακα πραγματικά, είναι από 0,75 έως 0,85 τοις εκατό στους σαφείς χάλυβες άνθρακα. Αυτό καλείται ευτηκτικό σημείο. Ευτηκτικός, παρμένος από τα ελληνικά, σημαίνει "τα πιο τηκτότα." Ο υπερβολικός άνθρακας επ ^ ω από 0,80 τοις εκατό, ως στους υπερευτηκτοειδείς χάλυβες, απορρίπτεται από τα κρύσταλλα και τις μορφές ωστενίτη στα όρια της ακμής. Λιγότερο από 0,80 τοις εκατό άνθρακα είναι ένας χάλυβας υποευτυκτοειδής, του οποίου η δομή, εάν ψύχεται αργά, θα ήταν περλίτης με υπερβολικό φερίτη. Ο περλιτικός χάλυβας καθορίζεται γενικά από την άποψη του ευτηκτικού ποσού άνθρακα και του αργού ποσοστού ψύξης. Εντούτοις, εξ αιτίας της ανάμιξης των στοιχείων και της ψύξης των ποσοστών, οι ευρείες παραλλαγές των δομών περλίτη υπάρχουν. Εάν ένα δείγμα του υποευτυκτοειδή χάλυβα, θερμαίνεται ομοιόμορφα, θα βρεθεί ότι σε περίπου 1333°F η θερμοκρασία του χάλυβα θα σταματήσει να αυξάνεται ακόμα κι αν η θερμότητα εφαρμόζεται ακόμα. Μετά από ένα σύντομο διάστημα, η θερμοκρασία θα συνεχίσει να αυξάνεται πάλι. Συνήθως, τα μέταλλα επεκτείνονται καθώς θερμαίνονται, αλλά βρίσκεται ότι στους 1333°F μια μικρή συστολή πραγματοποιείται και έπειτα, μετά από τη μικρή διακοπή, ή επέκταση πραγματοποιείται πάλι. Αυτό δείχνει τη χαμηλότερη κρίσιμη θερμοκρασία του χάλυβα, που εμφανίζεται στο διάγραμμα σιδήρου- άνθρακα ως Αι. Σε αυτό το σημείο, η δομή αλλάζει από BCC σε μια κρυσταλλική δομή FCC, ή από τον άλφα στο σίδηρο γάμμα. Δεδομένου ότι η θέρμανση συνεχίζεται, μια άλλη μικρή διακοπή θα σημειωθεί στο Αζ, στον οποίο χρόνο υπάρχει ένας μετασχηματισμός φερίτη σε ωστενίτη. Αυτό ποικίλλει με το περιεχόμενο άνθρακα όπως φαίνεται στο διάγραμμα, και είναι γνωστό ως ανώτερη κρίσιμη θερμοκρασία. Σε αυτό το σημείο ο άνθρακας πηγαίνει εντελώς στη λύση με το σίδηρο, έτσι ώστε τώρα ομοιόμορφα διανέμεται. Καθώς η θέρμανση συνεχίζεται, δεν υπάρχει καμία περαιτέρω σημαντική αλλαγή εκτός από το ότι οι κόκκοι αυξάνονται μεγαλύτεροι έως ότου επιτυγχάνεται το σημείο τήξης (σχέδιο 2.12). Το τελικό μέγεθος κόκκου ωστενίτη θα εξαρτηθεί από τη θερμοκρασία, πάνω από τον κρίσιμο, στον οποίο ο χάλυβας θερμάνθηκε. Το μέγεθος κόκκου του ωστενίτη έχει μια χαρακτηρισμένη επιρροή και στη συμπεριφορά μετασχηματισμού κατά τη διάρκεια της ψύξης και πάνω στο μέγεθος κόκκου του τελικού προϊόντος χάλυβα. Καθώς το μέγεθος κόκκου είναι τόσο σημαντικό στη συμπεριφορά και την ποιότητα του χάλυβα, είναι απαραίτητο η θερμοκρασία να ελέγχεται προσεκτικά σε σχέση με την As ή την ανώτερη κρίσιμη θερμοκρασία. Αττοκατάσταση μεγέθους κόκκου και δομής κρυστάλλου. Οι κόκκοι των μετάλλων επανακρυσταλλώνουν σε διάφορες θερμοκρασίες ανάλογα με το σε ποσό κρύα επεξεργασία αυτοί έχουν υποβληθεί. Εμφανίζεται στο σχέδιο 2.13 ένα δείγμα που εντάθηκε 16 τοις εκατό στη θερμοκρασία δωματίου και

θερμάνθηκε έπειτα σε 1025°F σε διάφορες περιόδους χρόνου. Στην πρώτη εικόνα (α) η παραμόρφωση της δομής των κόκκων είναι αρκετά προφανής. Μετά από θέρμανση για 15 λεπτά σε 1025 βαθμούς F (β). η πυκνότητα εξάρθρωσης γίνεται λιγότερη, και, μετά από 16 ώρες (γ), η αποκατάσταση είναι ουσιαστικά πλήρης με καλά καθορισμένη κοκκώδη επιφάνεια. Αυτή η ίδια διαδικασία εμφανίζεται επίσης σχηματικά στο σχέδιο 2.14. Στο αριστερό, ο κανονικοποιημένος ή ανοπτημένος χάλυβας παρουσιάζεται μέχρι την θερμική ζώνη διύλισης κόκκου και ψύχεται για να λάβει το λετπό μέγεθος κόκκου. Επίσης εμφανίζεται η αύξηση του κόκκου που πραγματοποιείται όταν ξεπερνιέται η θερμοκρασία διύλισης κόκκου και η επίδραση του χρόνου σε μια ανυψωμένη θερμοκρασία για την αύξηση του κόκκου. Το διάγραμμα στα δεξιά αντιπροσωπεύει τον σκληρηθέντα χάλυβα με μια χαμηλότερη θερμοκρασία αποκρυστάλλωσης. Τα πρόσφατα στοιχεία εμφανίζουν ότι η αποκρυστάλλωση πραγματοποιείται μέσω μιας διαδικασίας συγχώνευσης, ή της συγχώνευσης κόκκων για να διαμορφώσει τους μεγαλύτερους κόκκους. Αυτές είναι οι εξαρθρώσεις που κάνουν τα όρια κόκκων να κινηθούν προς τα τεμνόμενα ή όρια σύνδεσης (σχ. 2.15). Οι περισσότεροι χάλυβες όταν υποβάλλονται σε επεξεργασία, συμπεριλαμβάνονται σε ελασματοποίηση ή σφυρηλάτηση στις υψηλές θερμοκρασίες, το οποίο παραμορφώνει τη δομή του ωστενίτη εντούτοις, η αποκρυστάλλωση εμφανίζεται γρήγορα και ενδεχομένως ίχνη των επιμηκυμένων κόκκων αφήνονται σε θερμοκρασία δωματίου. Ο λετπότερος κόκκος λαμβάνεται από προσεκτικό έλεγχο της αρχικής θερμοκρασίας αποκρυστάλλωσης και μετά από θέρμανση και παραμόρφωση σε χαμηλότερες θερμοκρασίες στις οποίες ο ωστενίτης είναι σταθερός.Ισόθερμα διαγράμματα μετασχηματισμού. Ένα άλλο διάγραμμα που είναι ουσιαστικό στην κατανόηση της επίδρασης της θερμοκρασίας στη δομή του χάλυβα είναι το ισόθερμο (σταθερή θερμοκρασία) διάγραμμα μετασχηματισμού (σχ. 2.16). Αυτό το διάγραμμα αναφέρεται επίσης ως διάγραμμα ΤΤΤ επειδή ο χρόνος (time), η θερμοκρασία (temperature), και ο μετασχηματισμός (transformation) παριστάνονται γραφικά. Μπορεί επίσης να αναφερθεί ως S - ή C - καμπύλες, λόγω των γραμμών περιφέρειας. Όπως μπορεί να φανεί στο διάγραμμα, ο μετασχηματισμός του ωστενίτη περιλαμβάνει μια περίοδο χρόνου ή μια περίοδο επώασης, στις οποίες κανένας μετασχηματισμός δεν πραγματοποιείται. Έτσι έχουμε έναν σχετικά αργό μετασχηματισμό στην αρχή, και πάλι όταν πλησιάζει στην ολοκλήρωση με ένα πολύ γρηγορότερο ποσοστό μεταξύ 25 ως 75 τοις εκατό των μετατροπών ωστενίτη. Η συμπεριφορά που εμφανίζει σε αυτό το διάγραμμα είναι χαρακτηριστική για τους καθαρούς χάλυβες άνθρακα. Η κοντύτερή περίοδος επώασης εμφανίζεται σε περίπου 1000“F με έναν πολύ μακρύτερο χρόνο που απαιτείται καθώς η θερμοκρασία μετασχηματισμού πλησιάζει το Αι, ή τη χαμηλότερη κρίσιμη θερμοκρασία στην ισορροπία. Όπως αποδεικνύει το διάγραμμα, η ισόθερμη συμπεριφορά μετασχηματισμού πραγματοποιείται κάτω από τον χαμηλότερο κρίσιμο και επάνω από τη Μβ γραμμή, ή όπου αρχίζει ο μετασχηματισμός στο μαρτενσίτη. Όι δύο βασικές δομές που εμφανίζονται κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου μετασχηματισμού, είναι ο περλίτης, που διαμορφώνεται μεταξύ του Α ι και επάνω από 950°F, και ο μπενίτης, που διαμορφώνεται στις θερμοκρασίες μεταξύ 950°F και Μβ. Καθώς η θερμοκρασία μετασχηματισμού μειώνεται στον περλιτικό μετασχηματισμό, λεπτά στρώματα φερίτη και καρβίδιου γίνονται όλο και περισσότερο μικρά.

γνωοπά ως τέλειος περλίτης. Επίσης θα παρατηρήσετε ότι όσο λεπτότερο στρώμα περλίτη τόσο σκληρότερη η δομή που παρουσιάζει από το μικρό διάστημα του σκληρού συστατικού (σεμεντίτης) μέσα στη μαλακή μήτρα του φερίτη. Κάτω από 950°F εμφανίζεται η δομή του μπενίτη, η οποία αποτελείται από βελόνες φερίτη με πετάλια καρβιδίου, προσανατολισμένα παράλληλα με τη μακριά διάσταση των βελόνων. Όπως με τον περλίτη, στη χαμηλότερη θερμοκρασία, οι βελόνες και τα πετάλια γίνονται λεπτότερα ή μικρότερα, και η σκληρότητα ποικίλλει αναλόγως.

ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

Η επεξεργασία θερμότητας είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται για να δείξει μια διαδικασία των μετάλλων προκειμένου να ληφθεί η επιθυμητή ιδιότητα. Παραδείγματος χάριν, στους χάλυβες που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν για τα εργαλεία τομής, πρέπει να δοθεί ο σωστός συνδυασμός σκληρότητας και ανθεκτικότητας προκειμένου να είναι σε επιτυχή θέση να επεξεργαστούν άλλα μέταλλα στη μηχανή.Η επ ίδραση της θέρμανσης και της ψύξης του χάλυβα. Ο άνθρακας είναι το σημαντικότερο στοιχείο στον καθορισμό της τελευταίας κατάστασης του χάλυβα μετά από την επεξεργασία θερμότητας. Όταν θερμαίνεται, ο άνθρακας συνδυάζεται χημικά με το σίδηρο, διαμορφώνοντας ένα καρβίδιο σιδήρου που καλείται σεμεντίτης. Ό άνθρακας σε κάθε κομμάτι του χάλυβα είναι υπό μορφή σεμεντίτη, που αναμιγνύεται σε μια μήτρα σιδήρου, που αντιπροσωπεύει μια δομή δύο φάσεων.Ανόπτηση. Ο χάλυβας που έχει διαμορφωθεί, έχει σφυρηλατηθεί, ή έχει επεξεργαστεί στη μηχανή συσσωρεύει αξιόλογη τάση. Η υποβολή σε ανόπτηση της τάσης αποτελείται από τη θέρμανση του μετάλλου σε περίπου 500°F, αφήνοντας μια περίοδο ενυδάτωσης έως ότου να επιτύχουμε μια ομοιόμορφη θερμοκρασία, ακολουθούμενη με ψύξη αέρα. Μια άλλη μέθοδος ανόπτησης είναι γνωστή ως σφαιροειδής ανόπτηση, και χρησιμοποιείται αντί της λειτουργίας που περιγράφεται ανωτέρω. Η σφαιροειδής ανόπτηση χρησιμοποιείται πρώτιστα για να βελτιώσει τις λειτουργίες ψυχρής εργασίας και τη μηχανική ιδιότητα των υψηλού-άνθρακα κραμάτων χάλυβα. Η διαδικασία αποτελείται από τη θέρμανση του μετάλλου σε αρκετά υψηλά (ελαφρώς ανωτέρω ή ελαφρώς κάτω από τη χαμηλότερη κρίσιμη θερμοκρασία) για να επιτρέψει στα στρώματα καρβιδίου σιδήρου να κατσαρώσουν πάνω στις σφαιρικές μορφές. Αυτό επιτρέπει την καλύτερη ολίσθηση των κρυστάλλων σιδήρου με λιγότερη δύναμη που απαιτείται για να διαμορφώσει ή να επεξεργαστεί το μέταλλο στη μηχανή. Μια πλήρης ανόπτηση αποτελείται από το να θερμανθεί το μέταλλο ελαφρώς επάνω από τη γραμμή As (σχέδιο 2.10), το οποίο επιτρέπει στους κόκκους να επανακρυσταλλώνονται. Είναι απορροφημένο σε αυτή τη θέρμανση έως ότου υπάρχει μια ομοιόμορφη θερμοκρασία σε όλο το μέταλλο, και έπειτα ψύχεται σε κλίβανο. Αυτό επιτρέπει στο μέταλλο να χωριστεί σε φεριτική και περλιτική δομή. Η πλήρης διαδικασία ανόπτησης δένει τον κλίβανο για έναν συγκριτικά μακρύ χρόνο. Επομένως, η κυκλική ανόπτηση χρησιμοποιείται συχνά. Η φάση ψύξης γίνεται σε ένα λουτρό από χλωριούχο νάτριο ή έναν ελεγχόμενο κλίβανο σε μια σταθερή θερμοκρασία μέσα στη φεριτική ή περλιτική σειρά έως ότου πραγματοποιηθεί ο πλήρης μετασχηματισμός. Οι χάλυβες που

κατεργάζονται από αυτήν την διαδικασία, περιλαμβάνουν τα κράματα του χρώμιο-μολυβδαίνιου μέσα σε μια σειρά άνθρακα 0,12 έως 0,25 τοις εκατό. Ομαλοποίηση. Η ομαλοποίηση είναι μια τροποποιημένη ανότπικη διαδικασία με βασική διαφορά να είναι ότι τα μέρη επιτρέπεται να ψύχονται σε στάσιμο αέρα σε θερμοκρασία δωματίου. Το μέταλλο θερμαίνεται 50 έως 100°F επάνω από τη A3 θερμοκρασία, αλλά σε καμία περίπτωση υψηλότερα ή χαμηλότερα για να μην επιτραπεί στους κόκκους να αυξηθούν σε οποιοδήποτε ιδιαίτερο μέγεθος. Τα σφυρηλατημένα κομμάτια που πρόκειται να επεξεργαστούν στη μηχανή, είναι συχνά ομαλοποιημένα για να αποκαταστήσουν τις ομοιόμορφες καταστάσεις κοπής στα προηγούμενα παραμορφωμένα κρύσταλλα. Επιτρέπει επίσης στο μέταλλο να επανακρυσταλλωθεί και να διαμορφώσει μικρότερους κόκκους. Η ομαλοποίηση παράγει ένα σκληρότερο, αλλά λιγότερο ομοιόμορφο τμήμα από μια πλήρη ανότπηση. Τα βαριά τμήματα ψύχονται πιο αργά από τα λετπά τμήματα, και επομένως είναι μαλακότερα και έχουν τη λιγότερη δύναμη. Η ομαλοποίηση γίνεται συχνά μετά από επεξεργασία ή έντονη κατεργασία για να δώσει την ομοιόμορφη δομή κόκκου στη μηχανή. Εάν τα μέρη πρόκειται να σκληρηνθούν, θα υπάρξει λιγότερη πίεση και λιγότερη πιθανότητα ραγίσματος.

ΣΚΛΗΡΥΝΣΗ ΚΑΙ ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑ

Οι δύο όροι της σκλήρυνσης και της σκληρότητας είναι συχνά συγκεχυμένοι. Σκληρότητα αναφέρεται στο βάθος στο οποίο ένα ορισμένο επίπεδο σκληρότητας υπάρχει. Η σκληρότητα είναι σταθερή για ένα δεδομένο υλικό αλλά η σκλήρυνση μπορεί να ποικίλει, γιατί είναι εξαρτώμενη από το ποσοστό ψύξης. Το ποσοστό ψύξης στη συνέχεια καθορίζεται από (α) το ποσό θερμότητας στο μέρος που ψύχεται, (β) την επιφάνεια και τον όγκο του μέρους, (γ) την αποδοτικότητα της μετάδοσης θερμότητας από το αρχικό μέρος μέχρι και το τελευταίο , και (δ) την ψυκτική ικανότητα των μέσων απόσβεσης.Σκλήρυνση. Οι βέλτιστοι συνδυασμοί δύναμης και ανθεκτικότητας μπορούν να αποκτηθούν πρώτα με σκλήρυνση του χάλυβα και έπειτα εμβαπτίζοντας τον.Μαρτενσίτης. Μια πολύ σκληρή συμπλεγμένη βελονοειδής δομή (σχ. 2.17) μπορεί να διαμορφωθεί με την ψύξη του χάλυβα από την ωστενική-μπενιτική θερμοκρασία σε ένα ποσοστό αρκετά γρήγορο ώστε να χάσει το περλιτικό γόνατο και την μπενιτική δομή της συνεχούς ψυχομετρικής καμπύλης για το χάλυβα που περιέχεται (σχ. 2.18). Αυτό σημαίνει συνήθως ότι θα αποσβεσθεί στο νερό ή το πετρέλαιο. Εντούτοις, μερικοί χάλυβες εργαλείων σήμαίνουν ότι θα αποσ^σθεί στο ύδωρ ή το ττετρέλαιο. Εντούτοις, μερικοί χάλυβες εργαλείων γίνονται μαρτενσιτικοί από την απόσβεση τους στον αέρα ενώ άλλοι χάλυβες απαιτούν τέτοια γρήγορη απόσβεση έτσι ώστε να είναι σχεδόν αδύνατο να αποτραπεί κάποιος μετασχηματισμός φερίτη, σε πυκνό περλίτη, ή μπενίτη, ακόμα και στα λετπά τμήματα επειδή το περιεχόμενο κραμάτων είναι ανεπαρκές να διαμορφώσει τα καρβίδια. Η χρονική θερμοκρασία, διάγραμμα μετασχηματισμού (ΤΤΤ) (σχ. 2.19) δείχνει ότι, ακόμη και με εξαιρετικά γρήγορη απόσβεση, μόνο ένα μικρό ποσό μαρτενσίτη θα μπορούσε να διαμορφωθεί.Δοκιμές σκληρότητας. Οι δοκιμές σκληρότητας γίνονται σε δείγματα διαμέτρου μιας ίντσας και 4 ίντσες μακριά του εν λόγω υλικού. Η πιο κοινή

μέθοδος είναι αυτή ττου ανακαλύφθηκε από τους Jominy και Boegehold, Το δείγμα πρώτα ομαλοποιείται και έπειτα εξισώνεται επεξεργασμένο σε μηχανή στο ένα τέλος. Μετά που έχει θερμανθεί πάνω από την ανώτερη κρίσιμη θερμοκρασία, η ράβδος υποστηρίζεται σε μια κάθετη θέση Viin. επάνω από ένα ακροφύσιο διαμέτρου Viin. (σχ. 2.20) για το τέλος απόσβεσης για 10 λ., μετά το οποίο αποσβήνεται σε θερμοκρασία δωματίου. Δύο παράλληλα διαμήκη επίπεδα προσαρτώνται στις αντίθετες πλευρές της ράβδου στην οποία οι Rockwell C δοκιμές σκληρότητας γίνονται σε διαστήματα 1/16 ίντσας για μία απόσταση Ά της ίντσας από το αποσβημένο τέλος, διαστήματα 1/8 ίντσας μέχρι 20/16 ίντσας, και έπειτα σε διαστήματα % ίντσας έως ότου πέφτει η σκληρότητα σε λιγότερο από Rc 20 ή ωσότου η απόσταση του 32/16 ίντσας μπορεί να πλησιασθεί. Οι συσχετισμοί μεταξύ της κεντρικής σκληρότητας των 1, 2, 3 και 4 ιντσών επιβάλλονται πέρα από την ισοδύναμη τους τέλος- απόσβεσης θέση καμπύλών (σχέδιο 2.21). Οι κατασκευαστές χάλυβα εμφανίζουν λίστα από βιομηχανικούς χάλυβες ή χάλυβες δεδομένων ορίων σκληρότητας από τα οποία μπορεί να είναι υπολογισμένες καθορισμένες απαντήσεις στην επεξεργασία θερμότητας. Κατά συνέπεια ο χρήστης μπορεί να καθορίσει ποιο μέσο απόσβεσης θα πρέπει να χρησιμοποιήσει για να λάβει μια δεδομένη σκληρότητα. Ο συσχετισμός μεταξύ της σκληρότητας του χάλυβ(3 όταν αυτός ψύχεται σε λουτρό βαφής από ευτυκτικό χάλυβα και το διάγραμμα ΤΤΤ εμφανίζεται στο σχ. 2,22. Στην κορυφή του διαγράμματος η μετρημένη καμπύλη σκληρότητας υπερτίθεται σε ένα σκίτσο του τέλους- απόσβεσης της ράβδου. Τέσσερις διαφορετικές θέσεις στη ράβδο, που αντιπροσωπεύονται από το Α, το Β, το C, και το D, εμφανίζουν την επίδραση των διάφορων ποσοστών ψύξης. Το Α, παραδείγματος χάριν, έχει μια υψηλή σκληρότητα, δεδομένου ότι το ποσοστό ψύξης ήταν αρκετά γρήγορο για να χάσει εξ ολοκλήρου την περλιτική θερμική ζώνη ή το "γόνατο" της καμπύλης μετασχηματισμού. Τα σημεία θα είναι μαλακότερα επειδή η καμπύλη ψύξης κόβει την περλιτική θερμική ζώνη. Ο ωστενίτης μετασχηματίζεται εν μέρει σε λετπό περλίτη με μερικό μπενίτη και το υπόλοιπο, δεδομένου ότι συνεχίζει να ψύχεται, θα γίνει μαρτενσίτης. Τα σημεία C και D ψύχονται αρκετά αργά, για να επιτρέψει τον πλήρη μετασχηματισμό σε περλίτη. Ο περλίτης στο D θα είναι πιο χονδροειδές και μαλακότερος από ότι στο C. Το διάγραμμα όπως εμφανίζεται δεν είναι προοριζόμενο για να είναι ιδιαίτερα ακριβές αλλά μάλλον αντιπροσωπεύει μια προσέγγιση της χαρακτηριστικής επεξεργασίας θερμότητας που περιλαμβάνει το μετασχηματισμό όπως εμφανίζεται κατά τη διάρκεια της συνεχούς ψύξης.Σκλήρυνση. Η σκλήρυνση ολοκληρώνεται είτε σε έναν κλίβανο, από λειωμένο μόλυβδο πετρελαίου, είτε λειωμένα άλατα. Η συνηθισμένη θερμοκρασία κυμαίνεται από 300 ως 1200°F, ανάλογα με τον τύπο του χάλυβα και τη σκληρότητα που απαιτείται. Για τους περισσότερους χάλυβες η ταχύτητα της ψύξης μετά από σκλήρυνση να είναι μικρής επίδρασης. Στην πράξη, η ψύξη μετά από σκλήρυνση γίνεται στον αέρα. Μερικοί χάλυβες υψηλού-κράματος είναι διπλής σκλήρυνσης για να εξασφαλίσουν σταθερές δομές. Κατά τη διάρκεια της πρώτης σκλήρυνσης, ο νέος μαρτενσίτης διαμορφώνεται από μερικό από το διατηρημένο ωστενίτη. Η λειτουργία δεύτερης σκλήρυνσης, μετριάζουν τον πρόσφατα διαμορφωμένο μαρτενσίτη. Παραμόρφωση της σκληρότητας. Γ ια να ελαχιστοποιήσει την πίεση και τη διαστρέβλωση στην απόσβεση, μια μικρή διακοπή στην ψύξη μπορεί να γίνει εξωτερικά και εσωτερικά στο μέρος που εξισώνει στη θερμοκρασία (σχέδιο

2.23). Ένα λουτρό άλατος χρησιμοποιείται συνήθως ως ενδιάμεσο μέσο απόσβεσης για την εξίσωση θερμοκρασίας. Εάν ο χρόνος εξίσωσης είναι μακροχρόνιος, μπορεί να είναι πιθανό να αποφύγει τον σχηματισμό του μπενίτη.Περιπτώσεις σκλήρυνσης. Προκειμένου να σκληρυνθούν οι χαμηλοί σε άνθρακα ή ήπιοι χάλυβες, είναι απαραίτητο να προστεθεί ο άνθρακας στην εξωτερική επιφάνεια και να σκληρήνει ένα λεπτό εξωτερικό περίβλημα. Η διαδικασία περιλαμβάνει δύο χωριστές διαδικασίες. Η πρώτη είναι μια διαδικασία ανθρακοποίησης, όπου ο άνθρακας προστίθεται στην εξωτερική επιδερμίδα, και η δεύτερη είναι στην θέρμανση των ανθρακιασμένων μερών, έτσι ώστε η εξωτερική επιφάνεια να γίνει πιο σκληρή. Το εσωτερικό του μέρους, ή ο πυρήνας, δεν αλλάζει υλικά στη δομή. Ο όρος "σκλήρυνση περιβλήματος" περιλαμβάνει ολόκληρη την διαδικασία ανθρακοποίησης και σκλήρυνσης.Ανθρακοποίηση. Η διαδικασία ανθρακοποίησης αποτελείται από τη θέρμανση του χαμηλού σε ποσοστά άνθρακα, χάλυβα, σε επαφή με μια ανθρακούχο ένωση σε μια θερμοκρασία που μπορεί να ποικίλει από 1650 έως 1700°F. Αυτή η θερμοκρασία χρησιμοποιείται επειδή, σε αυτήν την θερμότητα, ο χάλυβας είναι ωστενιτικός και απορροφά τον άνθρακα εύκολα. Το μήκος του χρόνου που το υλικό κρατιέται σε επαφή με τα ανθρακούχα υλικά εξαρτάται από το βαθμό της ανθρακοποίησης που είναι επιθυμητός. Ο άνθρακας από το υλικό ανθρακοποίησης απορροφάται από το χάλυβα, και η χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα επιφάνεια μετατρέπεται σε έναν υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, χάλυβα. Το αποτέλεσμα είναι ένα κομμάτι του χάλυβα με έναν χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα πυρήνα και μια υψηλή σε άνθρακα επιφάνεια. Αφότου αποσβήνεται το υλικό, η εξωτερική επιφάνεια θα είναι σκληρή,ενώ ο εσωτερικός πυρήνας παραμένει μαλακός. Αυτό δίνει μια ιδανική δομή για πολλές εφαρμογές. Πολλοί διαφορετικοί ανθρακοποιητές μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Αυτοί περιλαμβάνουν τον ξυλάνθρακα, το ζωικό ξυλάνθρακα, το κάρβουνο, τα φασόλια, τα καρύδια, το κόκαλο, το δέρμα, ή τους συνδυασμούς αυτών των υλικών. Το πάχος των περιβλημάτων μπορεί να είναι από 0,002 έως 0,050 ίντσες, ανάλογα με το μήκος του χρόνου κατά τον οποίο ο χάλυβας θερμάνθηκε, ενώ ήταν σε επαφή με άνθρακα. Σκλήρυνση με κυανιούχα άλατα. Το υδροκυάνιο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για σκλήρυνση περιβλήματος του χάλυβα. Χρησιμοποιείται για να δώσει ένα πολύ λεπτό αλλά σκληρό εξωτερικό περίβλημα. Το κυανίδιο του νατρίου ή το κυανίδιο του καλίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως σκληρυντικά μέσα. Το κυανίδιο θερμαίνεται έως ότου γίνεται υγρό. Όταν ο χάλυβας τοποθετείται στο λουτρό κυανιδίου, και άνθρακας και άζωτο προστίθενται στην εξωτερική επιφάνεια, με συνέπεια να εμφανίζεται μια επιφάνεια σκληρότερη από αυτή που παράγεται από τη διαδικασία ανθρακοποίησης.Εναζώτωση. Η εναζώτωση είναι μια διαδικασία σκλήρυνσης περιβλήματος στην οποία το άζωτο, αντί του άνθρακα, προστίθεται στο τοίχωμα του χάλυβα. Αυτό χρησιμοποιείται συνήθως μόνο σε ορισμένα κράματα που είναι ευαίσθητα στο σχηματισμό των χημικών νιτριδίων. Αυτό διαμορφώνει ένα πολύ σκληρό περίβλημα, το οποίο έχει ένα μικρό ποσό παραμόρφωσης, όπως η ολόκληρη διαδικασία πραγματοποιείται σε μια σχετικά χαμηλή θερμοκρασία (950 βαθμοί F). Κανένα ξελέπισμα δεν εμφανίζεται, δεδομένου ότι ο χάλυβας δεν εκτίθεται στον αέρα στις ανυψωμένες θερμοκρασίες, και

έτσι τα κομμάτια μπορούν να τελειώσουν στο μέγεθος πριν από την επεξεργασία θερμότητας. Το αέριο αμμωνίας χρησιμοποιείται ως αζωτούχο υλικό. Το περίβλημα που παράγεται είναι πολύ λετπά, από (0,001 έως 0,005 ίντσες παχύ).Σκλήρυνση επιφάνειας των μέσων και υψηλών σε περιεκτικότητα άνθρακα χαλύβων. Η σκλήρυνση με φλόγα και με επαγωγή εκτελούνται σε χάλυβες άνθρακα που περιέχουν 0,35 τοις εκατό άνθρακα ή περισσότερο. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται επίσης στους χυτούς και ελατούς σιδήρους που έχουν την κατάλληλη σύνθεση.Σκλήρυνση με φλόγα. Η σκλήρυνση με φλόγα αποτελείται από την κίνηση μιας οξυακετυλινικής φλόγας πάνω στο τεμάχιο, ακολουθούμενη από έναν αποσβήνοντα ψεκασμό. Το ποσοστό στο οποίο η φλόγα ή ο καυστήρας κινείται κατά την εργασία θα καθορίσει το βάθος της σκληρότητας για ένα δεδομένο υλικό. Οι καυστήρες μπορούν να ληφθούν για διαφορετικά περιγράμματα, όπως φαίνεται στο σχέδιο 2.24. Η απόσβεση, μπορεί να δομηθεί στην κεφαλή του καυστήρα ή να γίνει ως ξεχωριστή λειτουργία μετά από θέρμανση με φλόγες. Οι διάφοροι τύποι καυστήρων ποικίλλουν από την πρότυπη άκρη συγκόλλησης, στους επίπεδους, τους περιμετρικούς και τους καυστήρες δακτυλίου. Στη σκλήρυνση με φλόγα δεν υπάρχει καμία αιχμηρή γραμμή οροθεσίας μεταξύ της ζώνης σκληρυνόμενης επιφάνειας και του πυρήνα, έτσι υπάρχει μικρή πιθανότητα ότι θα πελεκήσει ή θα σπάσει κατά τη διάρκεια της εργασίας. Η φλόγα κρατιέται σε μια λογική απόσταση από τις αιχμηρές γωνίες για να αποτρέψει την υπερθέρμανση, και τα διάτρητα μέρη ή οι οπές εκροής, προστατεύονται κανονικά με την πλήρωση τους με υγρό αμίαντο ή ανθρακούχο υλικό.Μερικά πλεονεκτήματα της σκλήρυνσης με φλόγα είναι: 1) Τα μεγάλα επεξεργασμένα στη μηχανή μέρη μπορούν να σκληρυνθούν στην επιφάνεια πιο οικονομικά. 2) Οι επιφάνειες μπορούν, επιλεκτικά να σκληρυνθούν με την ελάχιστη παραμόρφωση και με ελευθέρια από ράγισμα απόσβεσης. 3) Η φολίδωση είναι επιφανειακή, λόγω του σχετικά κοντού κύκλου θέρμανσης. 4) Ο ηλεκτρονικά ελεγχόμενος εξοπλισμός παρέχει τον ακριβή έλεγχο της κάθε περίτπωσης.Τα μειονεκτήματα περιλαμβάνουν; 1) Για να αποκτήσει τα βέλτιστα αποτελέσματα, μια τεχνική πρέπει να καθιερωθεί για κάθε σχέδιο. 2) Η υπερθέρμανση μπορεί να προκαλέσει ράγισμα ή όπου λεπτά τμήματα περιλαμβάνονται, υπερβολική διαστρέβλωση.Σκλήρυνση με επαγωγή. Η μέθοδος της σκλήρυνσης με επαγωγή, γίνεται με την τοποθέτηση του κομματιού σε ένα υψηλής συχνότητας εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο. Η θερμότητα παράγεται από τις γρήγορες αντιστροφές της πολικότητας. Το αρχικό ρεύμα φέρεται από τον υδρόψυκτο σωλήνα χαλκού και προκαλείται στα στρώματα επιφάνειας του κομματιού εργασίας. Οι συνηθέστερα χρησιμοποιημένες πηγές ρεύματος υψηλής συχνότητας είναι: 1) Γεννήτριες κινητήρα με συχνότητες από 1.000 έως 10.000 κύκλων ανά sec και απόδοση 10.000 kw. 2) Ταλαντωτές διάκενου σπινθήρα με συχνότητες από 100.000 έως 400.000 κύκλων ανά sec και δυναμικό μονάδας σε 25 kw. 3) Ταλαντωτές λυχνίας κενού, που λειτουργούν σε 500.000 κύκλους ανά sec με δυναμικό μονάδας εξόδου από 20 ως 50 kw. Το βάθος της διείσδυσης της ηλεκτρικής ενέργειας μειώνεται καθώς αυξάνεται η συχνότητα' παραδείγματος χάριν, η κατά προσέγγιση ελάχιστη σκληρότητα για 3.000 κύκλους ανά sec είναι 0,060 in. και για 500.000 κύκλους ανά sec είναι 0,020 in. Για αυτόν τον

λόγο, τα με λετπούς τοίχους τμήματα στταιτούν υψηλές συχνότητες, και τα παχύτερα τμήματα πρέπει να έχουν χαμηλές συχνότητες για επαρκή διείσδυση.Μερικά πλεονεκτήματα της μεθόδου σκλήρυνσης με επαγωγή είναι: 1) Η λειτουργία είναι γρήγορη, τα συγκριτικά μεγάλα μέρη μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία σε έναν ελάχιστο χρόνο στις αυτόματες μηχανές. Οι μεγάλοι στροφαλοφόροι άξονες φορτηγών μπορούν να έρθουν στην κατάλληλη θερμότητα και να γίνει ψεκασμός, ώστε να αποσβεστούν σε 5 sec. 2) Μπορεί εύκολα να εφαρμοστεί και στις εξωτερικές και στις εσωτερικές επιφάνειες. 3) Ένα ελάχιστο της διαστρέβλωσης ή της οξείδωσης αντιμετωπίζεται λόγω του μικρού χρόνου κύκλων.

ΕΞΕΤΑΖΟΝΤΑΣ ΤΙΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ

Η γνώση για τη δομή του κρυστάλλου είναι για μας λιγότερου ενδιαφέροντος στην τεχνολογία εκτός αν μας βοηθά να καθορίσουμε και να ελέγξουμε τις κρυστάλλινες ιδιότητες και να επιτύχουμε τα βέλτιστα αποτελέσματα. Πολλάκις οδηγούμαστε στις συγκρουόμενες περιοχές, εξαιτίας του ότι θέλουμε και τη δύναμη και την ολκιμότητα. Αλλά οτιδήποτε γίνεται για να αυξήσουμε τη δύναμη, μειώνει την ολκιμότητα και αντίστροφα.

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΕΦΕΛΚΥΣΜΟΥ

Τι είναι δύναμη εφελκυσμού; Απλά, είναι ένα μέτρο της μέγιστης δύναμης που ένα υλικό θα αντέξει χωρίς αυτό να χωριστεί. Πιο πρακτικά για τους σκοπούς σχεδίασης, είναι η μέγιστη δύναμη που ένα υλικό θα στηρίξει χωρίς να υποχωρήσει ή χωρίς να υποβληθεί στην πλαστική παραμόρφωση, σε περισσότερο από συμβολικά δεκτά πρότυπα. Αυτή η δύναμη εφελκυσμού μετριέται συνήθως με τη βοήθεια μιας εκτατής μηχανής δοκιμής στην οποία ένα δείγμα (σχέδιο 2.25) τοποθετείται και ένα φορτίο εφαρμόζεται σε ένα σταθερό βαθμό. Το ποσό επιμήκυνσης του δείγματος μετριέται ακριβώς με μηκηνσιόμετρο. Η πίεση εφαρμοσμένης μηχανικής (1 bAin.̂ ) λαμβάνεται με τη διαίρεση του συνολικού φορτίου από το αρχικό διαγώνιο τμήμα του δείγματος δοκιμής. Η πίεση είναι η συνολική επιμήκυνση που καταγράφεται από το μηκηνσιόμετρο διαιρούμενη με το μήκος διαμετρημάτων (ίη./ίη.). Αυτές οι σχέσεις μπορούν να εκφραστούν όπως:

πίεση = S = — και τάση = η = ^Λ) * 0̂

όπου L = φορτίο ή δύναμη σε λίβρες Αο = αρχική περιοχή διατομής σε ίη.̂ ' If = τελικό μήκος και ίο = αρχικό μήκος. Παραδείγματος χάριν, ένα δείγμα δοκιμής χάλυβα με μια διάμετρο 0,505 in. τεντώνεται έτσι ώστε τα σημάδια διαμετρήματος-μήκους δύο-ιντσών είναι 2.125 in. χώρια. Το φορτίο που καταγράφεται είναι 20.000 λίβρες, υπολογίζει την πίεση και την τάση.

20,000S = Μ I f -Ιο= \00 ,000psi= n = — = ̂ — ^

(λ·/4)(0.505)' / /„2.125- 2.00 ,.

Καμπύλες πίεσης-τάσης. Τα στοιχεία από της εφελκυστικής δοκιμής χρησιμοποιούνται για να σχεδιαστεί η καμπύλη πίεσης-τάσης (σχέδιο 2.26) στην οποία οι τιμές των τεταγμένων είναι πίεση και οι τιμές των τετμημένων είναι η τάση. Η καμπύλη έχει δύο βασικές περιοχές. Η ΑΒ είναι η ελαστική περιοχή και η BC η πλαστική. Το Β αντιπροσωπεύει τήν παραμόρφωση και το D την μέγιστη δύναμη που το δείγμα θα αντισταθεί. Από το D και μετά, η δύναμη μειώνεται επειδή το κομμάτι δοκιμής έχει αρχίσει να λεπταίνει τοπικά, μια διαδικασία που οδηγεί γρήγορα στο σπάσιμο στο C. Από το Β στο D, το υλικό έχει αρχίζει να σκληραίνει εξαιτίας της διατομής των εξαρθρώσεων και το σχηματισμό των συγκεντρώσεων στα όρια του κόκκου.Αναλογική τάση. Το ανάλογο όριο είναι το υψηλότερο σημείο στην καμπύλη τάσης-πίεσης στην οποία η πίεση είναι ακριβώς ανάλογη προς την τάση. Είναι επίσης το υψηλότερο σημείο στη "καμπύλη" για την οποία καμία εςκπττομένη "μετατόπιση" δεν μπορεί να μετρηθεί (σχ. 2.26). Θεωρητικά μπορεί να δηλωθεί ως η υψηλότερη πίεση στην οποία η "καμπύλη" στο διάγραμμα πίεσης-τάσης είναι μια ευθεία γραμμή. Η ανάλογη τάση και το ελαστικό όριο πολλών μετάλλων θεωρούνται να είναι περίπου ίσα.Σημείο παραμόρφωσης και αντοχή παραμόρφωσης. Το σημείο παραμόρφωσης του μετάλλου των υλικών είναι ίσο με την πίεση στην οποία ένα υλικό υποβάλλεται σε μια χαρακτηριστική αύξήση στην πίεση χωρίς μια αντίστοιχη αύξηση στην τάση. Σε μια καμπύλη πίεσης-τάσης, το σημείο παραμόρφωσης μπορεί να χαρακτηριστεί από ένα τμήμα αιχμηρού "γόνατου" όπως εμφανίζεται από τη διαστιγμένη καμπύλη γραμμών στο σχέδιο 2.27. Μερικά υλικά δεν εκθέτουν το φαινόμενο σημείου παραμόρφωσης. Για αυτά τα υλικά η αντοχή παραμόρφωσης είναι η πιο στενή συγκρίσιμη ιδιότητα. Στην καμπύλη πίεσης-τάσης, η αντοχή παραμόρφωσης καθορίζεται συνήθως από μία δύο κοινές μεθόδους; "μετατόπισης" ή "πίεσης υπό φορτίο". Η μέθοδος της μετατόπισης είναι βασισμένη σε μια γραμμή που σύρεται παράλληλα στο τμήμα ευθείας γραμμής της καμπύλης, η οποία κόβει τον άξονα πίεσης σε μια καμπύλη πίεσης ίση με τη μετατόπιση (σχέδιο 2.26). Όπου η συμπεριφορά πίεσης-τάσης των υλικών είναι γνωστή, η δύναμη παραμόρφωσης μπορεί να δοθεί ως πίεση που αντιστοιχεί σε μια προσδιορισμένη πίεση όπως λαμβάνεται από την άμεση μέτρηση. Η προσδιορισμένη παραμόρφωση μπορεί να έχει επέκταση 0,5 τοις εκατό κάτω από φορτίο, το οποίο αντιστοιχεί σε μία μετατόπιση περίπου 0,35 τοις εκατό. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται πρώτιστα στον καθορισμό της εφελκυστικής δύναμης παραμόρφωσης του χαλκού και των κραμάτων χαλκού. Η αντοχή παραμόρφωσης ενός υλικού μπορεί να καθοριστεί σύμφωνα με τον τύπο φόρτωσης: συμπιεστικής, κάμψης, ψαλιδίσματος, τάσης ή στρέψης. Εντούτοις, υποτίθεται γενικά, εκτός αν προσδιορίζεται διαφορετικά, να αναφερθεί στην εφελκυστική δύναμη παραμόρφωσης. Έχοντας παραμορφώσει το υλικό από έλαση, παραδείγματος χάριν, προτού να εξεταστεί, η δομή θα ήταν παρόμοια με τήν καμπύλη FPDC. Το σημείο παραμόρφωσης θα ήταν υψηλότερο, Ρ αντί του Β. Η εφελκυστική δύναμη θα ήταν επίσης υψηλότερη επειδή η ίδια μέγιστη δύναμη θα στηριζόταν έπειτα από ένα παραμορφωμένο δείγμα που έχει μια μικρότερη περιοχή. Η επιμήκυνση του παραμορφωμένου υλικού θα ήταν πολύ μικρότερη (FE αντί του ΑΕ). Η δύναμη παραμόρφωσης μπορεί να καθοριστεί διαιρώντας το φορτίο στην παραμόρφωση προς την αρχική περιοχή. Παραδείγματος χάριν, το φορτίο παραμόρφωσης για ένα δείγμα

εφελκυσμού διαμέτρου O.SOSin. ήταν 15,0001b. Η αντοχή παραμόρφωσης μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:

Υ = -15.000

- = 75,000ρί;(λ·/4)(0.505)'

Πραγματική π ίεση και πραγματική τάση. Η σχέση που μόλις περιγράφηκε είναι βασισμένη στην αρχική περιοχή διατομής δειγμάτων. Εάν κάθε φορά που καταγράφεται αμέσως το φορτίο και οι υπολογισμοί ήταν επίσης στιγμιαίοι, βασισμένοι στη διάμετρο ή την περιοχή διατομής του δείγματος, η πίεση που υπολογίζεται θα ήταν έπειτα η πραγματική πίεση. Η πραγματική πίεση μπορεί επίσης να καθοριστεί ως στιγμιαία αλλαγή ανά μήκος μονάδων που συγκρίνεται με το αρχικό μήκος. Οι αληθινές ή φυσικές σχέσεις πίεσης- τάσης υποδεικνύονται ως εξής:

^ 5,000/(π/4)(0.5)^πίεση L L +M , /„ + Δ/,+Δ/,

Δ/

και από την ολοκλήρωση y = ΐη ̂

όπου L = φορτίο, Λ = στιγμιαία περιοχή, ίο = αρχικό μήκος ίρ = τελικό μήκος και ίη = λογάριθμος.Η διαφορά μεταξύ της καμπύλης μηχανικής πίεσης-τάσης και της πραγματικής ή φυσικής καμπύλης πίεσης-τάσης εμφανίζεται στο σχέδιο 2.27. Όπως μπορεί να φανεί η επηρεασμένη περιοχή είναι στην περιοχή πλαστικής-ροής. Η πραγματική πίεση συνεχίζει να αυξάνεται σε όλη τη δοκιμή. Η μέγιστη πίεση εμφανίζεται στη θραύση. Η καμπύλη πίεσης-τάσης μηχανικού είναι ευκολότερη να προετοιμαστεί και, στις περισσότερες περιπτώσεις πιο χρήσιμη για σκοπούς σχεδιασμού. Ο μηχανικός είναι ο πιο ενδιαφερόμενος για τη μέγιστη πίεση που ένα μέλος μπορεί να υποστηρίξει χωρίς παραμόρφωση. Εάν χρησιμοποιείται το ίδιο παράδειγμα που δίνεται προηγουμένως για την σχέση καμπύλης μηχανικής πίεσης-τάσης, βρίσκουμε ότι όταν, αντί της χρησιμοποίησης της αρχικής διαμέτρου 0,505, χρησιμοποιείται η στιγμιαία διάμετρος 0,405, η πραγματική ή φυσική πίεση και τάση θα ήταν:

20,000

(λ·/4)(0.405)'

f = ln^:i?^ = 0.06 2.00

= 152,500/75/

Τοις εκατό επιμήκυνση. Η συνολική επέκταση στο σπάσιμο, όπως καταγράφεται από το μηκηνσιόμετρο από το αρχικό μήκος, είναι η επιμήκυνση του δείγματος.

Επιμήκυνση τοις εκατό = ·^χ100

όπου Δ ί = αλλαγή μήκους στο σπάσιμο και ίο = αρχικό μήκος.Μείωση της περιοχής. Ο λόγος της αλλαγής στη διατομική περιοχή ενός σπασίματος προς την αρχική διατομική περιοχή, είναι η μείωση της περιοχής.

%RA= Λ- Λ 100

όπου Αο = αρχική διατομική περιοχή και Αρ = τελική διατομική περιοχή. Συντελεστής ελαστικότητας. Ο συντελεστής ελαστικότητας, ή ο συντελεστής Young είναι ο λόγος της πίεσης προς την αντίστοιχη τάση κάτω από το ανάλογο όριο. Είναι επίσης συνήθως γνωστός ως Νόμος του Hooke και εκφράζεται ως εξής:Ε= πίεση / τάση = S/n ή δοσμένο στις μονάδες του psi = (lbs/in.*)/in./in.Ο κατά προσέγγιση συντελεστής της ελαστικότητας μπορεί να ληφθεί από τους πρότυπους πίνακες μηχανικών ιδιοτήτων, όπως ο πίνακας 3.6. Με αυτές τις πληροφορίες φορτίου, και μήκους και της διατομικής περιοχής, και η πίεση και η επιμήκυνση μπορούν να καθοριστούν. Παραδείγματος χάριν, ο ελασματοποιημένος εν ψυχρώ χάλυβας έχει έναν συντελεστή ελαστικότητας περίπου 30*10®. Εάν μια ράβδος Ο,δΟΟίη. σε διάμετρο και 5 πόδια σε μάκρος φορτώνεται σε τάση με ένα βάρος 5.000 λιβρών, πόσο θα ήταν η πίεση και η επιμήκυνση;

30.000.000πίεση

Πίεση = 0.00084/ίη./ίη.Επιμήκυνση = (0.00084) (60) = Ο.ΟδΟίη.

Ολκιμότητα. Η ολκιμότητα μπορεί να καθοριστεί ως η δυνατότητα ενός υλικού να αντισταθεί στην πλαστική παραμόρφωση χωρίς τη ρήξη. Καθορίζεται γενικά σε μια δοκιμή εφελκυσμού χρησιμοποιώντας ένα πρότυπο-ταξινομημένο δείγμα δοκιμής με 2" μέτρο μήκους. Το δείγμα της δοκιμής φορτώνεται σε τάση για να σπάσει. Συναρμολογείται έπειτα και μετριέται για το μήκος και τη διάμετρο στο σπάσιμο. Η αύξηση στο μήκος εκφράζεται ως επιμήκυνση τοις εκατό, και η διάμετρος ως μείωση τοις εκατό της περιοχής, που δίνεται προηγουμένως. Αυτοί οι όροι εκφράζουν το μέτρο της ολκιμότητας, δεδομένου ότι είναι συγκριτικοί. Η ολκιμότητα μπορεί επίσης να θεωρηθεί από την άποψη του λυγισμού και της διάσπασης. Οι δοκιμές έλξης και στρέψης θεωρούνται ότι είναι δείκτες της ολκιμότητας. Η έλλειψη ολκιμότητας καλείται συχνά ευθραυστότητα. Συνήθως, εάν δύο υλικά έχουν την ίδια αντοχή και σκληρότητα, αυτό που έχει την υψηλότερη ολκιμότητα είναι το πιο επιθυμητό.

ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑ

Στην επιλογή ενός μετάλλου για να αντισταθεί στην φθορά ή τη διάβρωση, υπάρχουν τρεις ιδιότητες που πρέπει να λάβουμε υπ 'όψη, η ολκιμότητά του (που καθορίστηκε ήδη), η ανθεκτικότητα, και η σκληρότητα. Ο σημαντικότερος από αυτούς είναι συνήθως η σκληρότητα. Η σκληρότητα είναι εκείνη η ιδιότητα ενός υλικού που του επιτρέττει να αντισταθεί στην πλαστική παραμόρφωση, τη διείσδυση, την εγκοπή ή το γρατσούνισμα. Η σκληρότητα είναι σημαντική από μια σκοπιά εφαρμοσμένης μηχανικής. Η αντίσταση στην διάβρωση είτε από την τριβή είτε τη διάβρωση από τον ατμό, το λάδι και το νερό αυξάνεται γενικά με τη σκληρότητα.Δοκιμή σκληρότητας. Διάφορες μέθοδοι έχουν αναπτυχθεί για τη δοκιμή σκληρότητας. Εκείνες που χρησιμοποιούνται συχνότερα είναι οι Brineil, rockweil, Vickers και σκληροσκόπιου. Οι πρώτες τρεις είναι βασισμένες στις

δοκιμές εγκοπών και η τέταρτη στο ύψος αναπήδησης ενός διαμαντιού τοποθετημένου στην αιχμή ενός μεταλλικού σφυριού.BRINELL. Στις δοκιμές σκληρότητας Brinell, ένα καρβίδιο βολφραμίου ή μια σκληρυμένη σφαίρα χάλυβα, συνήθως 10 χιλ. στη διάμετρο είναι τοποθετημένο ως εσοχή (σχέδιο 2.28), Συνήθως χρησιμοποιούνται φορτία 3.000, 1.500 ή 500 κιλών. Το φορτίο εφαρμόζεται για τουλάχιστον 15 sec στα σιδηρούχα μέταλλα και για τουλάχιστον 30 sec σε πολλά μη σιδηρούχα μέταλλα και για τουλάχιστον 2 λ. στο μαγνήσιο. Ένας καθορισμένος, όχι ελάχιστος, χρόνος της εφαρμογής φορτίων πρέπει να προσδιοριστεί για τα μαλακά μέταλλα. Όταν το φορτίο αποδεσμεύεται, η διάμετρος του σφαιρικού αποτυπώματος μετριέται με τη βοήθεια ενός μικροσκοπίου Brinell. Ο αριθμός σκληρότητας Brinell εξάγεται από την περιοχή τής εγκοπής. Εντούτοις, τα διαγράμματα μετατροπής που βασίζονται στα χιλιοστόμετρα της διαμέτρου εγκοπής χρησιμοποιούνται για να δώσουν τους αριθμούς σκληρότητας άμεσα. Η δοκιμή Brinell είναι περισσότερο χρήσιμη για μεγαλύτερα κομμάτια προς κατεργασία όπως τα χυτευτά και τα σφυρηλατημένα κομμάτια που έχουν πάχος ’Λ in. ή περισσότερο. Η σχετικά μεγάλη εγκοπή είναι καλή ειδικά για τα υλικά που είναι χονδρόκοκκα, ανομοιογενή, ή ανομοιόμορφα στη δομή. Οι εγκοπές που παράγονται δίνουν μια καλύτερη μέση ανάγνωση πέρα από μια ευρεία παραλλαγή στη σκληρότητα. Η σειρά εξεταστικών μηχανών Brinell κυμαίνονται σε μέγεθος από μικρά φορητά και πάγκου μοντέλα, και σε αυτά που ζυγίζουν πάνω από έναν τόνο.ROCKW ELL. Ο Rockwell ελεγκτής σκληρότητας χρησιμοποιεί την αρχή της μέτρησης της διαφοράς στη διείσδυση μεταξύ ενός μικρότερου και μεγαλύτερου φορτίου όπως εφαρμόζεται στο διεισδύοντα. Το μικρότερο φορτίο είναι 10 κιλά και το μεγαλύτερο φορτίο ποικίλλει ανάλογα με το υλικό που εξετάζεται. Εάν το υλικό είναι γνωστό να είναι σχετικά μαλακό, μια σφαίρα διαμέτρου 1/16ίη. χρησιμοποιείται με 100 κιλά ως μεγάλο φορτίο. Αυτό είναι γνωστό ως "κλίμακα Β". Εάν το υλικό είναι σχετικά σκληρό, ένας σφαιροκωνικός διεισδύων διαμαντιών Brale χρησιμοποιείται με ένα φορτίο 150 κιλά (σχέδιο 2.29). Τα αποτελέσματα διαβάζονται στην κλίμακα C (Rc). Άλλες κλίμακες είναι διαθέσιμες και είναι χρήσιμες για τις εξαιρετικά σκληρές επιφάνειες. Επίσης, τα πολύ λεπτά τμήματα μπορούν να εξεταστούν με τη χρησιμοποίηση πολύ μικρών φορτίων σε ένα Rockwell ελεγκτή επιφανειακής σκληρότητας. Απαιτούνται προσεκτικά στιλβωμένες σε όλα τα μέρη επιφάνειες για να εξεταστούν.VICKERS. Ο ελεγκτής σκληρότητας Vickers είναι μέθοδος παρόμοια με τον ελεγκτή σκληρότητας Brinell. Οι βασικές διαφορές είναι στο μέγεθος και τη μορφή του διεισδύοντος κομματιού και το μέγεθος των εφαρμοσμένων φορτίων. Το διεισδύων κομμάτι που χρησιμοποιείται είναι μια τετραγωνισμένη βάση πυραμίδας διαμαντιών κάνοντας μια γωνία σημείου 136 βαθμών. Ο αριθμός σκληρότητας καθορίζεται με τη μέτρηση της διαγώνιου του αποτυπώματος της τετραγωνικής επιφάνειας που γίνεται από το διεισδύοντα. Οι αριθμοί σκλήρότητας είναι ταυτόσημοι με εκείνους της κλίμακας Brinell διαβαθμισμένοι μέχρι το 300 επάνω από αυτό το σημείο, οι αριθμοί Brinell είναι σταδιακά χαμηλότεροι. Ο ελεγκτής σκληρότήτας Vickers χρησιμοποιείται για τα σκληρά και τα μαλακά υλικά και για τη δοκιμή ακρίβειας των λετπών φύλλων.Μ ικροσκόπ ιο σκληρότητας. Το μικροσκόπιο σκληρότητας παρουσιάζει ένα από τα γρηγορότερα και πιο φορητά μέσα στον έλεγχο της σκληρότητα. Ο

αριθμός σκληρότητας είναι βασισμένος στο ύψος της αναπήδησης ενός διαμαντιού τοποθετημένου στην αιχμή του μεταλλικού σφυριού. Το σφυρί πέφτει ελεύθερα από ένα δεδομένο ύψος. Το ποσό της αναπήδησης μετριέται σε μια κλίμακα στο υπόβαθρο. Όσο σκληρότερο το υλικό, τόσο υψηλότερη η αναπήδηση, και αντίστροφα. Τα λεπτά υλικά μπορούν να ελεγχθούν εάν ένας ικανοποιητικός αριθμός στρωμάτων συσκευάζεται μαζί, για να αποτρέψει την σφύρα από το να διεισδύσει στο μέταλλο σε έναν βαθμό όπου η αναπήδηση επηρεάζεται από το αμόνι χάλυβα. Αυτό είναι γνωστό ως επίδραση αμονιού. Διαγράμματα μετατροπής σκληρότητας. Προκειμένου να συγχέεται η μια μέθοδος σκληρότητας με άλλη, έχουν επιλυθεί τα διαγράμματα μετατροπής σκληρότητας (πίνακας 2.1). Εντούτοις, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι αυτά τα διαγράμματα είναι μόνο προσεγγίσεις. Δεδομένου ότι οι περισσότερες δοκιμές σκληρότητας είναι βασισμένες στην εγκοπή ή την αυστηρή κατεργασία σκλήρυνσης σε μια εντοπισμένη περιοχή, πολλά εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά εργασίας σκλήρυνσης του μετάλλου. Οι εφελκυστικές δυνάμεις είναι συχνά απαριθμημένες στα διαγράμματα μετατροπής σκληρότητας. Αν και οι σχέσεις υπάρχουν μεταξύ της σκληρότητας, της εφελκυστικής δύναμης, και της δύναμης παραμόρφωσης, υπάρχουν πιθανότητες για σφάλμα. Είναι πάντα καλύτερο, εάν είναι πιθανό, να χρησιμοποιηθεί μια μηχανή εφελκυστικής δοκιμής και να ληφθούν οι αξίες άμεσα.

ΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ

Δεν είναι αρκετό να ξέρουμε μόνο πόσο ισχυρό είναι ένα μέταλλο στην εφελκυστική δύναμη ή πόσο όλκιμο είναι πληροφορίες ως προς το πώς αντιδρά κάτω από ξαφνική πρόσκρουση επίσης έχει πρωταρχική σήμασία. Αυτή η ποιότητα είναι γνωστή ως ανθεκτικότητα. Μετριέται από τη δοκιμή Charpy ή τη δοκιμή Izod. Και οι δύο δοκιμές χρησιμοποιούν ένα χαραγμένο δείγμα. Η θέση και η μορφή της εγκοπής είναι πρότυπες. Τα σημεία της υποστήριξης του δείγματος, καθώς επίσης και ο αντίκτυπος του σφυριού, πρέπει να αντέξουν μια σταθερή σχέση στη θέση της εγκοπής. Οι δοκιμές διεξάγονται μοντάροντας τα δείγματα όπως φαίνεται στο σχέδιο 2.30 και έπειτα επιτρέποντας σε ένα εκκρεμές ενός δεδομένου βάρους, να πέσει από ένα δεδομένο ύψος. Η μέγιστη ενέργεια που αναπτύσσεται από το σφυρί στη δοκιμή izod είναι 120 ft-lb και στη δοκιμή Charpy 240 ft-lb. Βαθμολογώντας κατάλληλα τη μηχανή, η ενέργεια που απορροφάται από το δείγμα μπορεί να μετρήθεί από την ανοδική ταλάντευσή του εκκρεμούς. Όσο μεγαλύτερο το ποσό ενέργειας που απορροφάται από το δείγμα, τόσο λιγότερες θα είναι οι ανοδικές ταλαντεύσεις του εκκρεμούς.

ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΔΥΝΑΜΗ

Η δύναμη διάτμησης εκφράζεται σαν τον αριθμό λιβρών ανά την τετραγωνική ίντσα που απαιτείται για να παραγάγει ένα σπάσιμο όταν εκτίθεται κάθετα επάνω στο διαγώνιο τμήμα ενός υλικού. Όι μέθοδοι, απλής και διπλής δύναμης διάτμησης εμφανίζονται στο σχέδιο 2.31. Η δύναμη διάτμησης μπορεί να υπολογιστεί ως το ποσό δύναμης που απαιτείται για να κάνει την διάτμηση σε μια δεδομένη διατομική περιοχή. Παραδείγματος χάριν, στην απλή διάτμησή, υποθέτοντας το απαιτούμενο φορτίο των 12.300 λιβρών για

μια ράβδο 1 / 4 * 1 in. (περιοχή = 0,25 τετραγωνικές ίντσες), η δύναμη διάτμησης θα ήταν;δύναμη διάτμησης = εφαρμοσμένο φορτίο / περιοχή σε διάτμηση ή 12.300/0,25 = 49,200psi.Στη διπλή διάτμηση, η περιοχή διπλασιάζεται, με συνέπεια να διπλασιάζεται και η δύναμη διάτμησης δύο φορές σε λίβρες. Η δύναμη διάτμησης των ήπιων χαλύβων που συγκρίνεται με την τελική δύναμη εφελκυσμού κυμαίνεται από περίπου 60 έως 80 τοις εκατό. Οι χαμηλότερες αξίες είναι για τα σκληρότερα υλικά. Οι δοκιμές που έγιναν σε ανοτπημένες ράβδους Monel διαμέτρου 3/8in., ο χάλυβας, ο ναυτικός ορείχαλκος, και ο χαλκός που περιέχει κασσίτερο 1,15 τοις εκατό εμφανίζονται στον πίνακα 2.2.

ΟΛΙΣΘΗΣΗ (ΕΡΠΥΣΜΟΣ)

Η ολίσθηση εκφράζεται ως η πλαστική συμπεριφορά του μετάλλου ή των πλαστικών κάτω από σταθερό φορτίο και σε σταθερή θερμοκρασία. Υπάρχουν τρία στάδια ολίσθησης (ερπυσμού). Στο πρώτο, το υλικό επιμηκύνει γρήγορα αλλά σε μειωμένο βαθμό. Στο δεύτερο στάδιο, συνήθως της μακριάς "διάρκειας", ο βαθμός επιμήκυνσης είναι σταθερός.Στο τρίτο στάδιο ο βαθμός επιμήκυνσης αυξάνει γρήγορα έως ότου εξασθενήσει το υλικό. Ο μηχανικός σχεδίου είναι ο πιο ενδιαφερόμενος για τον δευτέρου επιπέδου ερπυσμό, όπου η επιμήκυνση πραγματοποιείται σε ένα σταθερό συγκεκριμένο βαθμό. Το τοις εκατό της επιμήκυνσης και του χρόνου που απαιτούνται υπαγορεύονται από τις απαιτήσεις της ιδιαίτερης εφαρμογής. Ένα παράδειγμα θα ήταν 0,1 τοις εκατό επιμήκυνσης σε 10.000 ώρες. Στα γρήγορα περιστρεφόμενα δομικά μέλη όπως οι δρομείς και τα ελάσματα των στροβίλων ατμού και αερίου, οι εκκαθαρίσεις είναι εξαιρετικά μικρές και κρίσιμες. Ο σχεδιαστής θα ικανοποιηθεί με τίποτα περισσότερο από πειραματικά καθορισμένη πίεση 1 μονάδας ποσοστού ερπυσμού (CRU) ή 1 τοις εκατό σε 100.000 ώρες.

ΜΕΤΑΛΛΑ ΤΟΥ ΜΕΛΛΟΝΤΟΣ

Μονοκρυσταλλικά νημάτια ή μουστάκια. Τα ισχυρότερα στερεά που είναι ακόμα γνωστά είναι τα μονοκρυσταλλικά νημάτια που αυξάνονται από την επιφάνεια του μετάλλου κάτω από ορισμένους όρους (σχέδιο 2.32). Ακόμα κι αν μερικά είναι πολύ μικρά για να φανούν με γυμνό μάτι, έχουν δυνάμεις εφελκυσμού μέχρι μερικά εκατομμύρια psi και το συντηρούν μέχρι το 90 τοις εκατό του σημείου τήξης τους. Μια ελπιδοφόρος προσέγγιση είναι η διαπότιση των μετάλλων με τα υψηλής αντοχής μουστάκια όπου θα ενεργήσουν ίδια σχεδόν με το σκυρόδεμα ράβδων χάλυβα ή τις ίνες γυαλιού στα πλαστικά. Τα νημάτια είναι συνήθως ενιαία κρύσταλλα με μια εξαιρετικά υψήλή αναλογία μήκους-διαμέτρου με εξαιρετικά υψηλή αντοχή που πλησιάζει αυτή της καθαρής ατομικής ή ιοντικής σύνδεσης. Κανένας δεν είναι πραγματικά σίγουρος τι κάνει τα κρύσταλλα να αυξηθούν, είναι αποδεδειγμένο ότι τα μουστάκια προκαλούνται από τη δυσκολία του μετάλλου να δημιουργήσει πυρήνα κάτω από ορισμένους όρους. Τα μουστάκια σιδήρου και χαλκού παράγονται από την μείωση υδρογόνων του αντίστοιχου αλογονιδίου, σχεδόν πάντα ένα χλωριούχο του μετάλλου. Ο προσανατολισμός των ινών στο σύνθετο έχει μια μεγάλη επίδραση στη δύναμή του. Τα περισσότερα

πειραματικά σύνθετα είχαν τυχαίο προσανατολισμό, ο οποίος δίνει στο μέταλλο μια μέση δύναμη σε σύγκριση με το να έχουμε όλες τις ίνες σε μια κατεύθυνση και να εφαρμόζουμε ένα φορτίο παράλληλα στον προσανατολισμό. Είναι δύσκολο να υπολογιστεί ο χρόνος που θα απαιτηθεί για να παραγάγει την ποσότητα και την ποιότητα των μουστακιών που απαιτούνται και για να υπερνικήσει τη μέθοδο της ταξινόμησης και προσανατολισμού στο σύνθετο. Εντούτοις η εργασία έχει υποκινήσει την έρευνα στα υψηλής αντοχής υλικά. Η ανάγκη για τα δομικά υλικά που χρησιμοποιούνται σε 40000°F στρέφει το ενδιαφέρον στα κεραμικά και το γραφίτη. Εντούτοις, οι δοκιμές σε αυτές τις θερμοκρασίες είναι δύσκολο να γίνουν, και τα στοιχεία είναι δύσκολο να ερμηνευθούν. Μια άλλη ενδιαφέρουσα ανάπτυξη είναι μια που διανθίζει τα εξαιρετικά λετπά, σκληρά μόρια ανάμεσα στους κόκκους των μετάλλων. Το αποτέλεσμα είναι ένα προϊόν που είναι διαφορετικό από το αρχικό μέταλλο. Το πρώτο εμπορικό προϊόν αυτού του είδους είναι το νικέλιο με τα μόρια οξειδίων θορίου στη δομή του κόκκου του, το οποίο είναι σε θέση να διατηρήσει τη δύναμή του για μακρές περιόδους στους 24000° F. Η αυξανόμενη επένδυση των ανόμοιων μετάλλων μπορεί επίσης να οδηγήσει σε μια σειρά των υλικών εφαρμοσμένης μηχανικής που δεν έχουν ακόμα εφικτές τις ιδιότητες. Τα περισσότερα μέταλλα ή κράματα μπορούν να ενωθούν από αυτήν την διαδικασία.

ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ

Στο προηγούμενο κεφάλαιο μια εξήγηση δόθηκε ως προς τις διάφορες ιδιότητες των μετάλλων, όπως η σκληρότητα, η ολκιμότητα κλπ..., που αναπτύσσονται. Αυτό το κεφάλαιο εξετάζει τα χαρακτηριστικά που πρέπει να παρατηρηθούν κατά την κατασκευή μερικών από τα σημαντικότερα μέταλλα. Με την κατασκευή, τα χαρακτηριστικά δείχνουν πώς το μέταλλο αντιδρά στην κατεργασία, τη διαμόρφωση, την ένωση, και τη χύτευση. Πριν εξετάσουμε την επεξεργασία ενός μετάλλου, είναι σημαντικό να γίνει γνωστό πώς είναι ταξινομημένο, έτσι ώστε οι αναφορές να μπορούν να γίνουν σε έναν συγκεκριμένο τύπο μετάλλου. Επομένως, η μέθοδος ταξινόμησης θα δοθεί για κάθε ένα από τα μέταλλα προτού περιγραφούν τα χαρακτηριστικά κατασκευής. Τα περισσότερα κοινά μέταλλα θα συζήτηθούν σε αυτό το κεφάλαιο. Δεν είναι όλα τα μέταλλα εξίσου εφαρμόσιμα στην επεξεργασία από κάθε μέθοδο. Επομένως μόνο εκείνες οι μέθοδοι που είναι οι πιο εφαρμόσιμες θα συζητηθούν.

ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ

Κατασκευασιμότητα. Η κατασκευασιμότητα είναι ένας όρος με πολλές διακλαδώσεις. Εντούτοις, απλά εννοούμενος, είναι η ευκολία με την οποία το μέταλλο μπορεί να αποσπαστεί, μετακινηθεί σε τέτοιες διαδικασίες όπως τόρνευμα, τρύπημα με τρυπάνι, διάτρηση, σπειροτόμηση, πριόνισμα, κλπ... Η ευκολία της μετατόπισης των μετάλλων συνεπάγεται, μεταξύ άλλων, ότι οι δυνάμεις που ενεργούν ενάντια στο τέμνον εργαλείο θα είναι σχετικά χαμηλές, ότι τα γρέζια θα χωριστούν εύκολα, ότι θα οδηγήσει σε ένα καλό τελείωμα, και ότι το εργαλείο θα διαρκέσει μια λογική περίοδο χρόνου προτού να πρέπει να αντικατασταθεί ή να ξαναοξυνθεί. Ένας άλλος τρόπος είναι να δοθεί σε κάθε υλικό μια εκτίμηση κατασκευασιμότητας. Αυτό έχει γίνει για τα περισσότερα

σιδηρούχα μέταλλα, χρησιμοποιώντας το αμερικανικό ίδρυμα σιδήρου και χάλυβα (AISI) Β1112 ως βάση της 100 τοις εκατό κατασκευασιμότητας. Κατά συνέπεια ένα άλλο μέταλλο μπορεί να αφεθεί για να έχει εκτίμηση κατασκευασιμότητας 60 τοις εκατό, όπως στην περίπτωση ενός τύπου ανοξείδωτου χάλυβα, ή 240 τοις εκατό για ένα κράμα αργιλίου.Ικανότητα μορφοποίησης. Η δυνατότητα ενός μετάλλου να διαμορφώνεται είναι βασισμένη στην ολκιμότητα του μετάλλου, το οποίο, στη συνέχεια, είναι βασισμένο στη δομή του κρυστάλλου του. Όπως αναφέρθηκε πριν, το μέταλλο που έχει ένα επιφανειακό - κεντροθετημένο κυβικό κρύσταλλο έχει τη μεγαλύτερη ευκαιρία για ολίσθηση - τέσσερα ευδιάκριτα μη παράλληλα επίπεδα και τρεις κατευθύνσεις της ολίσθησης σε κάθε επίπεδο. Άλλοι παράγοντες που ρυθμίζουν σε μεγάλο βαθμό την ικανότητα ροής ή την ολκιμότητα ενός υλικού είναι ο βαθμός τάσης ή ο σχηματισμός εξαρθρώσεων, όπως συζητήθηκε προηγουμένως, και με την θερμή και την ψυχρή κατεργασία, στοιχεία ανάμιξης, και επεξεργασίες θερμότητας όπως η ανόπτηση και η κανονικοποίηση. Το μέγεθος του κόκκου είναι επίσης ένας σημαντικός παράγοντας στην ικανότητα διαμόρφωσης. Το λετπό μέγεθος του κόκκου αυξάνει τη δύναμη και παράγει ένα καλύτερο τελείωμα. Τα μεγάλου μεγέθους κόκκου υλικά είναι π ιο όλκιμα και χρησιμοποιούνται για τις σκληρές εργασίες όπως η βαθιά έλξη της βαριάς λουρίδας. Οι ενδείξεις για την ικανότητα διαμόρφωσης έχουν αναπτυχθεί για τα διάφορα υλικά που υποβάλλονται στους διαφορετικούς τύπους τάσης όπως η ανάπτυξη σφήνας, η διαμόρφωση φρένου και η διαμόρφωση τεντωμάτων και μπορούν να βρεθούν στο Metals Engineering Quarterly, έκδοση 5' ,̂νούμερο 1.Ιδιότητα συγκόλλησης. Μπορεί να ειπωθεί ότι όλα τα μέταλλα είναι ικανά να συγκολληθούν υπό κάποια διαδικασία. Εντούτοις, το πραγματικό κριτήριο στην απόφαση σχετικά με την ιδιότητα συγκόλλησης ενός μετάλλου είναι η ποιότητα συγκόλλησης και η ευκολία με τις οποίες μπορεί να γίνει. Στην απόφαση σχετικά με την ιδιότητα συγκόλλησης ενός μετάλλου, τα χαρακτηριστικά που θεωρούνται συνήθως είναι, τα αποτελέσματα θέρμανσης και ψύξης στο μέταλλο, η οξείδωση, και η εξάτμιση και διαλυτότητα του αερίου. Τα αποτελέσματα της θέρμανσης και της ψύξης συνιστούν τη σκληρότητα του υπολείμματος συγκόλλησης. Τα μέταλλα που οξειδώνονται γρήγορα, όπως το αργίλιο, συγκρούονται - παρεμποδίζονται με τή διαδικασία συγκόλλησης. Τα αέρια που διαμορφώνονται στη συγκόλληση μερικών μετάλλων προκαλούν το πορώδες και την αποδυνάμωση του υπολείμματος συγκόλλησης.Ικανότητα χύτευσης. Η ικανότητα χύτευσης ενός μετάλλου κρίνεται σε μεγάλο βαθμό από τους ακόλουθους παράγοντες: ποσοστό στερεοποίησης, διακένωση, διαχωρισμός, πορώδες αερίου, και αντοχή θέρμης. Μερικά μέταλλα, όπως ο γκρίζος σίδηρος, είναι πολύ ρευστά και έχουν ένα πιο αργό ποσοστό στερεοποίησης, το οποίο το καθιστά πιθανό να εκχύσει πολύ λετπά τμήματα και σύνθετες χυτεύσεις. Η διακένωση αναφέρεται στο ποσό συστολής όταν το μέταλλο πηγαίνει από μια λειωμένη σε μια στερεή κατάσταση. Η διακένωση για τον γκρίζο σίδηρο είναι περίπου η μισή από αυτή του χάλυβα. Καθώς το μέταλλο σταθεροποιείται, διαμορφώνοντας ένα δενδριτικό ή δενδρώδες πρότυπο, κατά μήκος των ακρών διαμόρφωσης, μερικά στοιχεία ανάμιξης είναι αποκλεισμένα. Αυτό καλείται διαχωρισμός. Κατά συνέπεια η επιφάνεια της χύτευσης μπορεί να μην έχει την ίδια ποιότητα με αυτήν στο κέντρο. Μερικά λειωμένα μέταλλα έχουν μια υψηλή συγγένεια με

TO οξυγόνο και το άζωτο. Καθώς αυτά τα αέρια είναι παγιδευμένα, προκαλούν κενά ή οπές "καρφίτσας” που είναι γνωστά ως πορώδες αερίου. Τα θερμά μέταλλα είναι συγκριτικά χαμηλά σε δύναμη, ειδικά οι μη σιδηρούχοι τύποι. Η προσοχή πρέπει να ληφθεί στο πρότυπο και το σχέδιο φορμών για να αποφευχθούν οι συγκεντρώσεις πίεσης που θα τείνουν να σχίσουν το μέταλλο καθώς σταθεροποιείται. Τα μέταλλα που είναι ιδιαίτερα αδύνατα όταν είναι θερμά, όπως το αργίλιο, θεωρούνται απότομα θερμά.

ΧΑΛΥΒΑΣ

Οι χάλυβες είναι μια ευρεία ομάδα κραμάτων βάσης σιδήρου που περιέχουν μικρά ποσά άνθρακα ως κύριο στοιχείο ανάμιξής τους. Κυμαίνονται από πρακτικά κανέναν άνθρακα μέχρι τους χυτούς σιδήρους που έχουν ουσιαστικά περισσότερα από 2 τοις εκατό άνθρακα. Οι ττερισσότεροι εμπορικοί χάλυβες κυμαίνονται σε βαθμό από 0,03 έως 1-2 τοις εκατό άνθρακα. Το μαγγάνιο και το πυρίτιο επίσης προστίθενται σχεδόν σε όλους τους χάλυβες για να βελτιώσουν τις ιδιότητες τους. Οι χάλυβες μπορούν να διαιρεθούν σε δύο ευρείες κατηγορίες: χάλυβες άνθρακα και χάλυβες κραμάτων. Οι χάλυβες άνθρακα κάνουν περίπου πάνω από 90 τοις εκατό της παρούσας χρήσης. Οι χάλυβες κραμάτων χρησιμοποιούνται γενικά για να αποκτήσουν τις ανώτερες μηχανικές ιδιότητες μέσω της επεξεργασίας θερμότητας. Παραδείγματος χάριν, μια νέα οικογένεια της "πρόσθετης υψηλής αντοχής" αποσβημένων και ανοτπημένων χαλύβων κραμάτων έχουν περιέλθει στα άκρα, εττειδή έχουν δυνάμεις παραμόρφωσης άνω των 100.000 psi συγκριτικά με 30.000 psi για έναν τυπικό χάλυβα άνθρακα. Εμφανίζουν επίσης καλές ιδιότητες ανθεκτικότητας και συγκόλλησης. Ακόμα μια άλλη ομάδα χαλύβων που είναι γνωστή ως υπερβολικά υψηλής αντοχής χάλυβες, έρχονται στα άκρα, και οφείλεται στις υψηλές δυνάμεις παραμόρφωσης τους που υπερβαίνουν τα 180.000 psi, και μπορούν να γίνουν τόσο υψηλές όπως600.000 psi. Περιλαμβάνονται σε αυτήν την ομάδα μερικοί ανοξείδωτοι χάλυβες, μερικοί πρότυποι χάλυβες κραμάτων AIS1 και οι παραμορφωμένοι χάλυβες.AISI και SAE ταξινομήσεις χάλυβα. Το πρώτο σύστημα αριθμοποιημένου κώδικα για το χάλυβα έγινε από την εταιρία των αυτοκίνητων μηχανικών (SysteiO Automotive Engineers) (SAE). Αυτό αποτελείται από ένα σύστημα τεσσάρων ή πέντε ψηφίων' τα πρώτα δύο ψηφία αναφέρονται στην περιεκτικότητα των κραμάτων και τα τελευταία δύο (ή τρία) στην περιεκτικότητα άνθρακα στον άνθρακα σημείων, όπου το ένα σημείο είναι ίσο με 0,01 τοις εκατό. Μια πιο πρόσφατη ταξινόμηση είναι ο κώδικας AISI που κάνει χρήση του ίδιου του συστήματος SAE αλλά προσθέτει προθέματα και καταλήξεις για περαιτέρω αναγνώριση, όπως εμφανίζεται στο κατώτατο σημείο του πίνακα 3.1. Ο χάλυβας μπορεί να ταξινομηθεί περαιτέρω ως προς το περιεχόμενο άνθρακα όπως φαίνεται στον πίνακα 3.2.

ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΧΑΛΥΒΑ

Κατασκευασιμότητα. Η κατασκευασιμότητα των χαμηλών σε περιεκτικότητα άνθρακα χαλύβων είναι περίπου 55 έως 60 τοις εκατό αυτού του Β1112. Αυτοί οι χάλυβες είναι μαλακοί και σύρονται παράγοντας αξιοσημείωτη θερμότητα. Έχουν μια τάση να γεμίζουν στην τέμνουσα άκρη, η οποία επίσης

κάνει για ανεπαρκή κοπή. Οι χάλυβες μέσης περιεκτικότητας άνθρακα κόβουν καλύτερα, παρόλο που οι τέμνουσες πιέσεις είναι υψηλότερες. Και οι θερμά και οι ψυχρά ελασματοποιημένοι χάλυβες κατεργάζονται καλύτερα μηχανικά από τους ανοπτημένους. Η κατασκευασιμότητα κυμαίνεται μεταξύ 65 και 70 τοις εκατό. Οι υψηλοί σε ποσοστά άνθρακα χάλυβες είναι λιγότερο ικανοί για μηχανική επεξεργασία από τους χάλυβες μέσου άνθρακα, που είναι στο άλλο άκρο - πολύ σκληροί. Εντούτοις, όπου το φιλτράρισμα τελειώνει και η διαστατική ακρίβεια είναι απαιτουμένη, χρησιμοποιούνται οι υψηλοί σε ποσοστά άνθρακα χάλυβες. Οι ποιότητες μηχανικής κατεργασίας για απλούς χάλυβες χαμηλής περιεκτικότητας άνθρακα μπορούν να βελτιωθούν από την προσθήκη μικρών ποσών από στοιχεία, όπως το θείο και ο φώσφορος. Αυτοί οι θειούχοι και φωσφορούχοι χάλυβες διευκολύνουν την μηχανική κατεργασία με το να επιτρέπουν τις γρηγορότερες τέμνουσες ταχύτητες, την μακρύτερη ζωή εργαλείων και την καλύτερη τελική επιφάνεια. Το περιεχόμενο μαγγανίου του 1,00 έως 1,90 τοις εκατό, παράγει επίσης έναν ελεύθερο-τέμνοντα χάλυβα στους βαθμούς χαμηλού-άνθρακα. Από τον 2- παγκόσμιο πόλεμο, ένας αριθμός κατηγοριών χαλύβων περιεχόντων μόλυβδο, έχουν πάρει τη θέση τους μεταξύ των χαλύβων ελεύθερης μηχανικής κατεργασίας. Αυτοί οι μολυβδούχοι χάλυβες είναι στην πραγματικότητα θειούχοι, φωσφορούχοι ή μαγγανούχοι ελεύθερης κοπής χάλυβες που έχουν 0,15 έως 0,35 τοις εκατό μολύβδου που προστίθεται για να βελτιώσει την κατασκευασιμότητα. Η προσθήκη του μολύβδου δεν έχει επιπτώσεις στις βασικές μηχανικές ιδιότητες του χάλυβα.Σχηματιστικότητα. Οι χαμηλοί σε περιεκτικότητα άνθρακα χάλυβες έχουν καλές ποιότητες σχηματισμού, δεδομένου ότι υπάρχει λιγότερος άνθρακας για να παρέμβει με τα επίπεδα της ολίσθησης. Στους χάλυβες αυτής της τάξης μπορεί να δοθεί μια 2°“ επιπέδου κάμψη, η οποία είναι μια κάμψη 90-βαθμών με μια ελάχιστη ακτίνα του t ή το πάχος του μετάλλου. Οι κλάσεις των κάμψεων έχουν καθοριστεί από την αμερικανική εταιρία για τη δοκιμή των μετάλλων (ASTM). Οι ψυχρά ελασματοποιημένοι χάλυβες μέσης περιεκτικότητας άνθρακα είναι πολύ χαμηλοί σε ποσοστό ολκιμότητας για οποιοδήποτε πρακτικό βαθμό ψυχρής διαμόρφωσης. Οι θερμά ελασματοποιημένοι χάλυβες μέσης περιεκτικότητας άνθρακα είναι π ιο όλκιμοι και μπορούν να καμφθούν, με μια ακτίνα 1-t μέχρι 0.0090 in. παχύ.Ικανότητα συγκόλλησης. Ο καθαρός χάλυβας άνθρακα είναι ο πιο συγκολλήσιμος από όλα τα μέταλλα. Μόνο που καθώς τα ποσοστά άνθρακα αυξάνονται υπάρχει μια τάση του μετάλλου να σκληραίνει και να ραγίσει. Ευτυχώς, 90 τοις εκατό της συγκόλλησης γίνεται στους χαμηλούς σε περιεκτικότητα (0,15 τοις εκατό) χάλυβες. Αυτό το ποσό άνθρακα δεν φαίνεται να παρουσιάζει καμία ιδιαίτερη δυσκολία στη συγκόλληση. Κοντά στο ανώτερο τέλος της χαμηλής σε περιεκτικότητα σειράς (0,27 έως 0,30 τοις εκατό), μπορεί να υπάρξει μερικός σχηματισμός του μαρτενσίτη όταν χρησιμοποιείται η εξαιρετικά γρήγορη ψύξη. Οι μέσοι και οι υψηλοί σε περιεκτικότητα άνθρακα χάλυβες θα σκληρύνουν όταν συγκολλούνται αν αφεθούν να κρυώσουν σε ταχύτητες παραπάνω από τα κρίσιμα ποσοστά ψύξης. Η προθέρμανση στους 500 ή 600°F και η μεταθέρμανση μεταξύ των 1100 και 1200°F θα αφαιρέσει οποιαδήποτε από τις εύθραυστες μικροδομές. Οι ιδιαίτερα υψηλοί σε περιεκτικότητα άνθρακα χάλυβες, ή οι χάλυβες εργαλείων, που έχουν μια τάξη του άνθρακα 1,00 έως 1,70 τοις εκατό, δεν συστήνονται για τις υψηλής θερμοκρασίας εφαρμογές συγκόλλησης. Αυτά τα

μέταλλα ενώνονται συνήθως με συγκόλληση με χαμηλής θερμοκρασίας ασημένιο κράμα. Λόγω της χαμηλής θερμοκρασίας αυτής της μεθόδου, είναι πιθανό να επισκευαστούν ή να κατασκευαστούν μέρη εργαλείων χάλυβα χωρίς να επηρεαστεί η κατάσταση θερμικής επεξεργασίας τους.

ΧΑΛΥΒΕΣ ΕΡΓΑΛΕΙΩΝ

Οι χάλυβες εργαλείων ονομάζονται έτσι επειδή έχουν τις απαραίτητες ιδιότητες για την κατασκευή εργαλείων για εξαρτήματα για την κοπή, τη σχηματοποίηση, τη διαμόρφωση και την απαλοιφή των υλικών, είτε θερμών είτε ψυχρών και για ακριβή διαμετρήματα. Οι κατασκευαστές εργαλείων- χάλυβα έχουν τα δικά τους ονόματα εμπορικών σημάτων για τα προϊόντα τους. Δεδομένου ότι αυτά ποικίλλουν με κάθε κατασκευαστή, για να αποφευχθεί η σύγχυση για τον καταναλωτή, η κοινή διάσκεψη βιομηχανίας (JiC) έχει ιδρύσει μερικά απλά αλλά αποτελεσματικά μέσα για την αναγνώριση εργαλείων χάλυβα από τις κλάσεις. Το σύστημα έχει λάβει ευρείας αποδοχής. Τα σύμβολα J1C είναι βασισμένα εν μέρει στη χημεία, εν μέρει στο σύστημα ψύξης που απαιτείται για τη σκλήρυνση, και εν μέρει στα φυσικά χαρακτηριστικά. Μερικά από τα σύμβολα που υιοθετούνται εμφανίζονται στον πίνακα 3.3. Αυτά τα εύκολα κατανοητά σύμβολα παράγονται από μακρά υφιστάμενες εμπορικές εκφράσεις και προσδιορισμούς. Οι αριθμοί που ακολουθούν τα γράμματα χρησιμοποιούνται επίσης για να υποδείξουν τις παραλλαγές κάθε τύπου. Παραδείγματος χάριν, οι W 8 και W12 είναι υδροσκληρυνόμενοι χάλυβες με 0,80 και 1,20 τοις εκατό άνθρακα, αντίστοιχα. Οι κώδικες AlSi και SAE είναι σχεδόν παρόμοιοι με τον κώδικα JiC.

ΧΥΤΕΥΣΕΙΣ ΧΑΛΥΒΑ

Ταξινόμηση. Η αμερικανική εταιρία για τη δοκιμή των μετάλλων (ASTM) έχει διατυπώσει τον κώδικα για τον άνθρακα και τις χυτεύσεις χαμηλών κραμάτων όπως φαίνεται στον πίνακα 3.4. Επιπρόσθετα με τους εμφανισμένους στη λίστα αριθμούς κώδικα, οι αριθμοί κλάσης δίνονται. Οι αριθμοί κλάσης χρησιμοποιούνται για να δείξουν τις πιέσεις εφελκυστικής δύναμης και του σημείου παραμόρφωσης. Ένας χυτός χάλυβας κλάσης 80-50, παραδείγματος χάριν, θα ήταν ένας με μια δύναμη εφελκυσμού των 80.000 psi και ενός σημείου παραμόρφωσης των 50.000 psi.Κατασκευαστικά χαρακτηριστικά. Οι μηχανικές ιδιότητες είναι σχεδόν παρόμοιες στους χυτούς χάλυβες και τους κατεργασμένους χάλυβες που έχουν την ίδια επεξεργασία σύνθεσης και θερμότητας. Εντούτοις, υπάρχουν μερικές διαφορές. Μια διαφορά είναι ότι τα κατεργασμένα προϊόντα είναι πιο όλκιμα στην κατεύθυνση της εργασίας και λιγότερο στην εγκάρσια κατεύθυνση, ενώ τα χυτευτά έχουν ομοιόμορφες ιδιότητες σε όλες τις κατευθύνσεις. Η άλλη διαφορά είναι ότι είναι πιθανόν να υπάρχει περισσότερη παραλλαγή στη χύτευση από ότι στα κατεργασμένα προϊόντα, εφόσον ο εξοπλισμός, τα σχέδια, ακόμη και η ανάλυση του χάλυβα ποικίλλει από χυτήριο σε χυτήριο. Οι χυτεύσεις χάλυβα μένουν κάτω από τη σειρά χυτοσιδήρων στο περιεχόμενο άνθρακα. Περίπου 60 τοις εκατό των χυτεύσεων όλου του χάλυβα είναι στη σειρά μέσου-άνθρακα. Χρησιμοποιούνται εκτενώς στους σιδηροδρόμους, τα εργαλεία μηχανών, τις

εγκαταστάσεις ελάσεως, τον εξοπλισμό κατασκευής, και άλλες εφαρμογές όπως φαίνεται στο σχέδιο 3.1.

ΧΥΤΟΣ ΣΙΔΗΡΟΣ

Βασικοί τύποι. Προκειμένου να καταλάβουμε τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του σιδήρου, είναι απαραίτητο να εξοικειωθούμε σε κάθε ένα βασικό τύπο και στο πώς αυτοί λαμβάνονται. Ο χυτοσίδηρος είναι ένα μάλλον σύνθετο μίγμα που περιέχει 91 έως 94 τοις εκατό σιδήρου μετάλλων και που ποικίλλει με τις αναλογίες των άλλων στοιχείων, τα σημαντικότερα των οποίων είναι ο άνθρακας, το πυρίτιο, το μαγγάνιο, το θείο, και ο φώσφορος. Μέσω της ποικιλίας του ποσού αυτών των στοιχείων και της επεξεργασίας θερμότητας, το άτομο του χυτηρίου είναι σε θέση να παραγάγει ένα πλήθος διαφορετικών σιδήρων, κάθε ένα με τις ιδιότητες που προσαρμόζονται στις διαφορετικές χρήσεις.Γκρίζος σ ίδηρος. Ο γκρίζος σίδηρος και ο χυτοσίδηρος θεωρούνται συχνά να είναι συνώνυμοι όροι. Το όνομα παράγεται από την γκριζωπή εμφάνιση του σπασίματός του, το χρώμα προκαλείται από το μεγάλο ποσό ορατού γραφίτη ή άνθρακα. Η σύνθεση είναι κατά ένα μεγάλο μέρος νιφάδων περλίτη και γραφίτη (σχέδιο 3.2). Ο χονδροειδής ττερλίτης και ο χονδροειδής γραφίτης συνδέονται συνήθως με την αργή ψύξη ενός σιδήρου που δεν αναμιγνύεται ιδιαίτερα. Οι λεπτοί γραφίτες και περλίτες είναι συνήθως το αποτέλεσμα της γρηγορότερης ψύξης, χαμηλής περιεκτικότητας πυριτίου και τέτοιων στοιχείων ανάμιξης όπως το χρώμιο και το βανάδιο.Ελατός σίδηρος. Ο ελατός σίδηρος γίνεται από τον άσπρο χυτοσίδηρο, ο οποίος είναι ένας χυτοσίδηρος με ουσιαστικά όλο τον άνθρακα υπό μορφή σεμεντίτη (καρβίδιο σιδήρου, Fe3C), Καλείται άσπρος σίδηρος λόγω της εμφάνισης του σπασίματος, το οποίο είναι λαμπρό λευκό, που προκαλείται από την αντανάκλαση των ριγών του καρβιδίου σιδήρου. Ο άσπρος χυτοσίδηρος γίνεται με τον ίδιο τρόπο όπως ο γκρίζος σίδηρος, εκτός από το ότι τα γραφιτικά στοιχεία τροποποιούνται και το ποσοστό ψύξης αυξάνεται αρκετά. Είναι το γρήγορο ποσοστό ψύξης, που αναφέρεται συχνά ως σκλήρυνση μέσω ψύξης, το οποίο παράγει τη δομή του καρβιδίου σιδήρου. Ο λευκός χυτοσίδηρος έχει μια σκληρότητα μεταξύ 400 και 550 Brinell και είναι μη κατεργάσιμος μηχανικά. Χρησιμοποιείται στις εφαρμογές ένδυσης και λείανσης όπως τα περιβλήματα βράχου και συνθλιπτές μεταλλεύματος, τους κυλίνδρους εγκαταστάσεων ελάσεως, τα σημεία αρότρων, και ποικίλα οδικά μηχανήματα. Όταν ο λευκός χυτοσίδηρος ανοπτείται κατάλληλα, γίνεται ελατός. Η ανότπηση γίνεται συνήθως σε δύο θερμοκρασίες. Το πρώτο στάδιο είναι στους 1700°F. Σε αυτή τη θερμοκρασία τα χονδροειδή αρχικά καρβίδια γίνονται γραφιτικά για να απολεπίσουν τους κονδύλους (σχέδιο 3.3). Κατόπιν, καθώς η θερμοκρασία χαμηλώνει σε περίπου 1325°F, οι ελασματοποιήσεις καρβιδίου σιδήρου του περλίτη, που έχει ξεχωρίσει, γραφιτικάρονται, αφήνοντας την τελική δομή φερίτη και γραφίτη. Οι αλλαγές στον άνθρακα εμφανίζονται στο σχέδιο 3.3. Ο συνηθισμένος χρόνος που απαιτείται για τη δύο σταδίων διαδικασία ανόπτησης είναι οπουδήποτε από 30 ώρες στους σύγχρονους κλίβανους ως 150 ώρες στους παλαιότερους τύπου σκυροδέματος κλίβανους.Όλκιμος σίδηρος. Για τις γενιές, οι χυτευτές και οι μεταλλουργοί έχουν ψάξει για κάποιο τρόπο να μετασχηματιστεί ο εύθραυστος χυτός σίδηρος σε ένα

σκληρό, ισχυρό υλικό. Τελικά, ανακαλύφθηκε ότι το μαγνήσιο θα μττορούσε να αλλάξει πολύ τις ιδιότητες του χυτού σιδήρου. Ένα μικρό ποσό μαγνησίου, περίπου 1 λίβρα/τόνο του σιδήρου, προκαλεί τις νιφάδες του γραφίτη να πάρουν μια σφαιροειδή μορφή (σχέδιο 3.4). Ο γραφίτης σε μια σφαιροειδή μορφή, παρουσιάζει την ελάχιστη επιφάνεια για ένα δεδομένο όγκο. Επομένως, υπάρχουν λιγότερες ασυνέχειες στο περιβάλλον μέταλλο, που του δίνει μακρά περισσότερη δύναμη και ολκιμότητα. Κατά συνέπεια τα πλεονεκτήματα τής επεξεργασίας του χάλυβα, συμπεριλαμβανομένης τής υψηλής αντοχής, της ανθεκτικότητας, της ολκιμότητας, και της αντίστασης ένδυσης, μπορούν να ληφθούν σε αυτό το εύκολα χυτό υλικό. Ο όλκιμος σίδηρος μπορεί να επεξεργαστεί θερμικά με έναν τρόπο παρόμοιο με το χάλυβα. Οι γκρίζοι σίδηροι μπορούν επίσης, αλλά ο κίνδυνος σπασίματος είναι πολύ μεγαλύτερος. Έχει γίνει μια γρήγορη αύξηση του αριθμού χυτηρίων που έχουν άδεια να παραγάγουν αυτό το σχετικά νέο υλικό που παίρνει επίσης άλλα ονόματα, όπως κονδυλώδης σίδηρος και σφαιροειδής σίδηρος. Εμβολιασμένοι σίδηροι. Οι σίδηροι μπορούν να εμβολιαστούν, ενώ είναι στη ρευστή κατάσταση με ορισμένα υλικά που αλλάζουν τη δομή τους χωρίς υλικά να αλλάξουν τη σύνθεσή τους. Ένα από τα πρόωρα εμβόλια ήταν το σιδηροπιρίτιο που χρησιμοποιήθηκε σε έναν σίδηρο χαμηλό σε πυρίτιο. Η προσθήκη του εκλιπόντος πυριτίου στην κουτάλα βελτίωσε τη δομή και μείωσε τήν τάσή του σιδήρου να καταψυχθεί και να γίνει σκληρή γύρω από τις άκρες. Άλλα εμβόλια που χρησιμοποιούνται με το πυρίτιο είναι το ασβέστιο, το σιδηρομαγγάνιο, και το ζιρκόνιο. Ένας γνωστός εμβολιασμένος σίδηρος είναι ο Meehanite, ο οποίος παράγεται από χορηγημένα με άδεια χυτήρια. Είναι μια ειδικά φτιαγμένη σύνθεση άσπρου - χυτού - σιδήρου που γραφίζεται στην κουτάλα με την ττυριτίαση του ασβεστίου. Παράγεται σε έναν αριθμό βαθμών, συμπεριλαμβανομένης μιας ομάδας υπηρεσίας για την υψηλή θερμοκρασία,

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΧΥΤΟΥ ΣΙΔΗΡΟΥ

Γκρ ίζος σίδηρος. Η πιο συχνά χρησιμοποιημένη ταξινόμηση για τον γκρίζο χυτοσίδηρο είναι αυτή της αμερικανικής εταιρίας για τη δοκιμή των υλικών που υιοθετήθηκε το 1936, Αυτές οι προδιαγραφές καλύπτουν επτά κλάσεις που είναι αριθμημένες σε διαστήματα αυξανόμενα κατά 5, από το 20 έως το 60. Ο αριθμός κλάσης αναφέρεται στην αντοχή εφελκυσμού του' παραδείγματος χάριν, μια κλάση 40 χυτού σίδηρου αναφέρεται σε ένα έχων μια ελάχιστη αντοχή εφελκυσμού των 40.000 psi. Το περιεχόμενο σε άνθρακα γίνεται λιγότερο καθώς η απαίτηση δύναμης ανεβαίνει. Τα κράματα σε αυξανόμενες ποσότητες χρησιμοποιούνται για να επιτύχουν δυνάμεις υψηλότερες από45.000 psi. Παρόλο που οι υψηλής αντοχής χυτοί σίδηροι έχουν αναπτυχθεί, δεν χρησιμοποιούνται ευρέως επειδή είναι ακόμα αρκετά εύθραυστοι.Ελατός σίδηρος. Περίπου 90 τοις εκατό του ελατού σιδήρου που γίνεται είναι ταξινομημένο ως 32510, το οποίο σημαίνει ότι έχει ένα σημείο παραμόρφωσης των 32.500 psi και μια επιμήκυνση του 10 τοις εκατό. Ο βαθμός 35018 έχει κάπως χαμηλότερο περιεχόμενο άνθρακα, αλλά έχει κάπως υψηλότερη αντοχή και καλύτερη ολκιμότητα. Οι βαθμοί 32510 και 35018 είναι γνωστοί ως πρότυποι τύποι ελατού σιδήρου. Υπάρχει μια αυξημένή ζήτηση για έναν νεώτερο τύπο που καλείται περλικτικός ελατός. Αντί της κατοχής μιας φεριτικής μήτρας, είναι μια περλιτική, η οποία είναι

ισχυρότερη και σκληρότερη από την φεριτική. Αυτοί οι σίδηροι λαμβάνονται με τη διακοπή του δευτέρου επιπέδου διαδικασίας ανότπησης ή με την εισαγωγή των μεγαλύτερων ποσοτήτων μαγγανίου, το οποίο αποτρέπει να γραφίζεται ο περλίτης ή με την ψύξη με αέρα που ακολουθείται από τη μετρίαση. Οι ελατοί περλίτες έχουν αντοχές μέχρι 90.000 psi, αλλά η ολκιμότητα είναι χαμηλή. Χρησιμοποιούνται όπου χρειάζονται υψηλότερες δυνάμεις και αντίσταση φθοράς, μαζί με λιγότερη αντίσταση στον κλονισμό.Όλκιμος σίδηρος. Οι γενικοί αριθμοί ταξινόμησης για τους όλκιμους σιδήρους είναι παρόμοιοι με εκείνους για τον γκρίζο χυτοσίδηρο, αλλά ένας τρίτος αριθμός προστίθεται που αντιπροσωπεύει το ελάχιστο τοις εκατό της επιμήκυνσης που μπορεί να αναμένεται. Παραδείγματος χάριν, ένας 80-60-03 έχει ελάχιστη εφελκυστική δύναμη 80.000psi, ελάχιστη δύναμη παραμόρφωσης 60,000psi, με 3 τοις εκατό ελάχιστης επιμήκυνσης. Υπάρχουν τέσσερις κανονικοί τύποι όλκιμων σιδήρων; ο 60-45-10, ο 80-60- 03, ο 100-70-03, και ο 120-90-02. Επιπρόσθετα, υπάρχουν δύο ειδικοί τύποι, ένας από τους οποίους είναι για την αντίσταση θερμότητας ο άλλος, ο Νί- Resist (καταχωρημένο εμπορικό σήμα της International Nickel Company, Α.Ε.), έχει και τη διάβρωση και την αντίσταση θερμότητας.

ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΧΥΤΟΥ ΣΙΔΗΡΟΥ

Κατασκευασιμότητα. Γκρ ίζος σίδηρος. Η συνηθισμένη σειρά του άνθρακα είναι μεταξύ 2,50 και 3,75 τοις εκατό. Οι νιφάδες γραφίτη ενεργούν για να προκαλέσουν ασυνέχειες στο φερίτη. Αυτό βοηθά τα γρέζια να χωρίσουν εύκολα. Ο γραφίτης εφοδιάζει επίσης ιδιότητες λίπανσης στην τέμνουσα ενέργεια του εργαλείου. Αν και ο γκρίζος χυτός σίδηρος θεωρείται αρκετά κατεργάσιμος μηχανικά, ποικίλλει αρκετά λόγω της μικροδομής. Οι εκτιμήσεις μπορούν να κυμανθούν από 50 σε 125 τοις εκατό αυτών του B i l l 2. Ένας από τους ευκολότερους ελέγχους που χρησιμοποιούνται για να καθορίσουν την κατασκευασιμότητα ενός δεδομένου κομματιού του υλικού είναι η δοκιμή Brinell. Η κανονική σειρά σκληρότητας από 130 έως 230 Brinell δεν θα παρουσιάσει καμία δυσκολία μηχανικής κατεργασίας. Πέρα από αυτήν την σειρά, εντούτοις, ακόμα και μερικά σημεία θα έχουν μια μεγάλη επίδραση στην τέμνουσα ταχύτητα που θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί. Η σκληρότητα επάνω από 230 Brinell δείχνει ότι η δομή περιέχει ελεύθερα καρβίδια, τα οποία μειώνουν πολύ τη ζωή των εργαλείων. Τα εργαλεία καρβιδίου βολφραμίου χρησιμοποιούνται συνήθως στην μηχανική κατεργασία των χυτών σιδήρων λόγω των λειαντικών ιδιοτήτων του υλικού. Η κατασκευασιμότητα των γκρίζων χυτών σιδήρων μπορεί να βελτιωθεί μέσω της ανότΓτησης. Όταν γίνεται αυτό, η κατασκευασιμότητα υπερέχει αυτής οποιουδήποτε άλλου σιδηρούχου υλικού.Ελατός σίδηρος. Ο ελατός σίδηρος έχει μια εκτίμηση κατασκευασιμότητας 120% και θεωρείται ένα από τα πιο εύκολα στην μηχανική επεξεργασία σιδηρούχα μέταλλα. Ο λόγος για αυτήν την καλή κατασκευασιμότητα είναι η ομοιόμορφη δομή του και η κονδυλώδης μορφή του μετριασμένου άνθρακα. Τα ελατά περλιτικά τα οποία έχουν μια διαφορετική ανότπηση που αφήνει κάποια από την περιεκτικότητα σε άνθρακα, υπό μορφή συνδυασμένων καρβιδίων, έχουν εκτιμήσεις κατασκευασιμότητας από 80% - 100%. (Ο όρος περλιτικός είναι ακριβώς ο κατάλληλος όρος και δεν σημαίνει ότι η μικροδομή του είναι απαραιτήτως σε περλιτική μορφή.)

Όλκιμος σίδηρος. Η κατασκευασιμότητα του όλκιμου σιδήρου είναι παρόμοια με αυτήν του γκρίζου χυτοσιδήρου για ισοδύναμη σκληρότητα και καλύτερη από αυτή του χάλυβα για ισοδύναμες δυνάμεις. Ο τύπος 60-45-10 έχει και τη μέγιστη κατασκευασιμότητα και ανθεκτικότητα. Αν και η τέμνουσα δράση είναι καλή, ο παράγοντας δύναμης είναι υψηλότερος οφειλόμενη στην ανθεκτικότητα του υλικού.Σύγκριση κατασκευασιμότητας. Μέσω της γρήγορης αναθεώρησης, για τις τροχιές προσεγγίσεις οι εκτιμήσεις κατασκευασιμότητας δίνονται στον πίνακα 3.5.Ικανότητα συγκόλλησης. Γκρ ίζος σίδηρος. Ο γκρίζος χυτοσίδηρος μπορεί να ενωθεί με οξυακετυλινικό φανό ή με ηλεκτρικό τόξο. Εντούτοις, εξ αιτίας της χαμηλής ολκιμότητάς του, ειδικές προφυλάξεις πρέπει να ληφθούν για να αποφευχθούν ατυχήματα κατά την συγκόλληση. Η προθέρμανση γίνεται, στην περίπτωση της οξυασετιλινικής συγκόλλησης για να καταστήσει την διαστολή και τη συστολή πιο ομοιόμορφα. Η αντίθετη επίδραση χρησιμοποιείται στη συγκόλληση τόξων, όπου σύντομες συγκολλήσεις γίνονται προκειμένου να κρατηθεί η θερμότητα στο ελάχιστο. Η αργή ψύξη είναι ουσιαστική να επιτρέψει στον άνθρακα να χωριστεί υπό μορφή νιφάδων γραφίτη. Η αποτυχία να γίνει αυτό θα οδηγήσει σε διαστισμένες ή κατεψυγμένες περιοχές. Γενικά, η συγκόλληση του γκρίζου χυτοσιδήρου περιορίζεται στην εργασία επισκευής, παρά στην κατασκευή. Εντούτοις, η χαλκοσυγκόλληση με ορείχαλκο ή με χαλκό νικελίου χρησιμοποιείται συχνά στην κατασκευή.Ελατοί σίδηροι. Οι ελατοί σίδηροι δεν θεωρούνται ικανοί για κόλληση κατά την ίδια έννοια που ο γκρίζος χυτοσίδηρος είναι ικανός για συγκόλληση. Ο λόγος γΓαυτό είναι ότι η απαραίτητη θερμότητα για να λειώσει τις άκρες του σπασίματος θα καταστρέψει εντελώς τις ελατές ιδιότητες. Οφειλόμενη στην μακροπρόθεσμη ανότπηση που απαιτείται για να παραγάγει αυτές τις ιδιότητες αρχικά, μια απλή διαδικασία ανόπτησης, δεν θα τις αποκαθιστούσε. Υπάρχουν περιπτώσεις εντούτοις, όπου οι πιέσεις είναι χαμηλές ή είναι μόνο σε συμπίεση' σε αυτήν την περίτπωση, η επιτυχής συγκόλληση τόξων μπορεί να ολοκληρωθεί. Μια εμπορικά καθαρή ράβδος νικελίου ή μια ορειχάλκινη ράβδος αλουμινίου 10 τοις εκατό χρησιμοποιείται. Εφόσον η χαλκοσυγκόλληση μπορεί να γίνει σε μια θερμοκρασία 1700°F ή λιγότερο, είναι μια συνιστώμενη μέθοδος επισκευής. Η χαλκοσυγκόλληση με ασήμι χρησιμοποιείται επίσης, δεδομένου ότι αυτή η διαδικασία ολοκληρώνεται με ακόμα μικρότερη θερμότητα.Όλκιμοι σίδηροι. Στον όλκιμο σίδηρο, που είναι ένα υλικό υψηλό σε περιεκτικότητα άνθρακα, θα πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή, ακριβώς όπως στην ένωση του γκρίζου χυτοσιδήρου. Μπορεί να συγκολληθεί με την διαδικασία τόξων-άνθρακα και με τις περισσότερες άλλες διαδικασίες τήξης, είτε με το ίδιο, είτε με άλλα μέταλλα όπως ο ανθρακούχος χάλυβας, ο ανοξείδωτος χάλυβας και το νικέλιο. Οι ευκολότερα συγκολλήσιμοι τύποι είναι οι 60-45-10 και οι ποικιλίες κραμάτων υψηλής περιεκτικότητας. Οι υψηλής ποιότητας συγκολλήσεις γίνονται με ηλεκτρόδια από τον πυρήνα που έχουν νικέλιο 60 τοις εκατό και 40 τοις εκατό σίδηρο. Οι μη κρίσιμες εφαρμογές μπορούν συγκολληθούν με ηλεκτρόδια συνηθισμένου χάλυβα. Αυτό το υλικό μπορεί επίσης να συγκολληθεί με κράματα χαλκοσυγκόλλησης ασημιού ή χαλκού. Οι ελεύθερες από ράγισμα επικαλύψεις μπορούν να γίνουν με σκληρής επικάλυψης ράβδους του εμπορίου. Αυτό θα παρέχει την ειδική αντίσταση εκτριβής (γδαρσίματος) και διάβρωσης.

Ικανότητα χύτευσης. Γκρ ίζος σ ίδηρος. Από το διάγραμμα σιδήρου-άνθρακα (σχέδιο 2.10), μπορεί να φανεί ότι ο άνθρακας ελαττώνει εμψανώς το σημείο τήξης του σιδήρου. Πολλά οφέλη προκύπτουν από αυτό το γεγονός. Η θερμοκρασία έκχυσης, παραδείγματος χάριν, μπορεί να είναι αρκετοί βαθμοί υψηλότερη από το σημείο τήξης, που κάνει για την άριστη ρευστότητα. Αυτό το καθιστά πιθανό να παραγάγει χυτεύσεις λεπτών-τμημάτων πέρα από μια μεγάλη περιοχή. Η διακένωση είναι αξιοσημείωτα λιγότερη από αυτή του χάλυβα επειδή η απόρριψη του γραφίτη προκαλεί διαστολή κατά τη διάρκεια της στερεοποίησης. Το ποσό διακένωσης στερεοποίησης διαφέρει με τις ποικιλίες κραμάτων χυτεύσεως. Οι σίδηροι κατηγορίας 20 και 25 περιέχουν ικανοποιητικό ποσοστό γραφίτη έτσι ώστε να μην υπάρχει ουσιαστικά καμία διακένωση. Οι υψηλότερες κατηγορίες έχουν από 1/2 εώς 2/3 διακένωση στερεοποίησης οποιωνδήποτε σιδηρούχων κραμάτων.Ελατοί σίδηροι. Οι λειωμένοι άσπροι σίδηροι από τους οποίους προέρχονται οι ελατοί σίδηροι, έχουν υψηλή ρευστότητα, επιτρέποντας στις περίπλοκες μορφές να χυτευτούν. Καλή τελική επιφάνεια και κοντινές διαστατικές ανοχές είναι πιθανές. Δεδομένου ότι οι ελατοί σίδηροι απαιτούν μια παρατεταμένη θερμική επεξεργασία, εσωτερικές πιέσεις, οι οποίες μπορεί να είχαν εμφανιστεί καθώς η χύτευση σταθεροποιείται και ψύχεται, αφαιρούνται. Όλκιμοι σίδηροι. Ο όλκιμος σίδηρος είναι παρόμοιος με τον γκρίζο χυτοσίδηρο όταν έρχεται σε ιδιότητες χύτευσης. Έχει χαμηλό σημείο τήξης και καλή ρευστότητα στη λειωμένη του κατάσταση. Επομένως, μπορεί να χυθεί σε περίπλοκες μορφές και λεπτά τμηματικά μέρη. Το μέταλλο θα ρεύσει μερικές ίντσες σε τμήματα τόσο μικρά όπως 1/16 in. στις φόρμες πράσινης άμμου σε κανονικές θερμοκρασίες έκχυσης χυτηρίων. Πολλά μέρη τώρα χυτεύονται από τον όλκιμο σίδηρο, που δεν θα μπορούσαν στο παρελθόν να χυτευτούν, επειδή ο γκρίζος σίδηρος δεν κατείχε τις επαρκείς ιδιότητες και ο χάλυβας δεν θα μπορούσε να χυτευτεί σε τέτοιες περίπλοκες μορφές. Μερικά από τα πλεονεκτήματα των χυτεύσεων όλκιμου χάλυβα παρουσιάζονται στο πριν και μετά σχέδιο ενός τροχού χάλυβα (σχέδιο 3.5).Σύγκριση ικανότητας χύτευσης. Μερικές από τις ιδιότητες των χυτευτών υλικών που συζητήθηκαν, παρουσιάζονται γραφικά στο σχέδιο 3.6. Θα παρατηρήσετε ότι, γενικά, η δύναμη παραμόρφωσης, η δύναμη εφελκυσμού, η επιμήκυνση, και ο συντελεστής σταδιακά ανεβαίνουν από τον γκρίζο χυτοσίδηρο στον ελατό σίδηρο, έπειτα στο χυτοχάλυβα στον όλκιμο σίδηρο, όντας εξαίρεση υψηλότερη επιμήκυνση και υψηλότερος συντελεστής για τους χυτοχάλυβες. Μια ττερίληψη των χυτών σιδηρούχων μετάλλων δίνεται στον πίνακα 3.6. Σημαντικές μηχανικές ιδιότητες και ποιότητες κατασκευής μπορούν εύκολα να συγκριθούν.

ΑΝΟΞΕΙΔΩΤΟΙ ΧΑΛΥΒΕΣ

Ταξινόμηση. Οι τρεις κύριοι τύποι ανοξείδωτων χαλύβων είναι οι ωστενιτικοί, οι φερριτικοί και οι μαρτενσιτικοί. Όλες αυτές οι ομάδες έχουν χάλυβες που περιέχουν τουλάχιστον 10,5 τοις εκατό χρώμιο. Είναι αυτό το στοιχείο από το οποίο η άριστη αντίσταση διάβρωσης αποκτάται. Η τρέχουσα θεωρία υποστηρίζει ότι μια λεπτή, διαφανής και πολύ σκληρή μεμβράνη διαμορφώνεται στην επιφάνεια του χρωμίου. Είναι αδρανές και παθητικό και δεν αντιδρά με πολλά άλλα διαβρωτικά υλικά. Οι ανοξείδωτοι χάλυβες συχνά ομαδοποιούνται σύμφωνα με τον αριθμό. Ένα τέτοιο σύστημα είναι αυτό του

35

Αμερικανικού ινστιτούτου σιδήρου και χάλυβα που έχει τις σειρές 200, 300 και 400. Ένα άλλο σύστημα εξειδικεύει το χάλυβα από την περιεκτικότητα του σε χρώμιο ή νικέλιο, όπως 18-8, σημαίνοντος 18 τοις εκατό χρώμιο και 8 τοις εκατό νικέλιο. Το σύστημα αρίθμησης SAE, στις περισσότερες περιπτώσεις μόνο προσθέτει δύο ψηφία στην αρχή των αριθμών AISI. Παραδείγματος χάριν ο αριθμός AISI του ανοξείδωτου χάλυβα 302 είναι ταξινομημένος ως 30302. Ακολουθεί μια συνοπτική περιγραφή για κάθε ένα από τους τρεις κύριους τύπους ανοξείδωτων χαλύβων.Ωστενιτικός. Οι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες είναι γνωστοί ως η σειρά 300. Το βασικό κράμα σε αυτήν την σειρά είναι ο τύπος 302. Ο ανοξείδωτος χάλυβας 18-8 είναι αυτός που καλείται ωστενιτικός επειδή το μέταλλο έχει μια ωστενιτική δομή σε θερμοκρασία δωματίου. Έχει την υψηλότερη αντίσταση διάβρωσης όλων των ανοξείδωτων κραμάτων. Απαιτεί επίσης τη μέγιστη αντίσταση δύναμης και κλίμακας σε ανυψωμένες θερμοκρασίες. Διατηρεί επίσης την ολκιμότητα στις θερμοκρασίες που πλησιάζουν το απόλυτο μηδέν. Η 300 σειρά επιλέγεται γενικά για εφαρμογές όπου η ολκιμότητα δύναμης, και η καλή αντίσταση διάβρωσης είναι ουσιαστικές.Φερριτικός. Όπως το όνομα υπονοεί, ο φερριτικός ανοξείδωτος χάλυβας έχει χαμηλή αναλογία άνθρακα σε χρώμιο. Αυτό εξαλείφει τα αποτελέσματα του θερμικού μετασχηματισμού και αποτρέπει τη σκλήρυνση από τη θερμική επεξεργασία. Αυτοί οι χάλυβες είναι μαγνητικοί και έχουν καλή ολκιμότητα. Δεν σκληραίνουν σε κανέναν αξιόλογο βαθμό. Ο τύπος 430 είναι ο γενικής χρήσης φερριτικός. Χρησιμοποιείται συχνά ως εναλλαγή για τον 302. Μπορεί εύκολα να γυαλιστεί σε ένα τελείωμα καθρέφτη και, για αυτόν τον λόγο, χρησιμοποιείται εκτενώς για σχηματοποίηση στολίσματος και άλλες διακοσμητικές εφαρμογές.Μαρτενσιτικός. Λόγω της υψηλότερης αναλογίας άνθρακα σε χρώμιο, οι μαρτενσιτικοί χάλυβες είναι οι μόνοι σκληρηνόμενοι τύποι από τη θερμική επεξεργασία. Η σκληρότητα, η ολκιμότητα, και η δυνατότητα να κρατηθεί μια ακμή είναι χαρακτηριστικά αυτών των κραμάτων. Αυτοί οι χάλυβες είναι μαγνητικοί σε όλες τις καταστάσεις και κατέχουν την καλύτερη θερμική αγωγιμότητα των ανοξείδωτων τύπων. Ο τύπος 410 είναι ο ευρύτατα χρησιμοποιημένος χάλυβας σε αυτήν την ομάδα. Είναι σκληρός και έχει καλή αντίσταση στην πρόσκρουση, και επιτυγχάνει μια δύναμη εφελκυσμού των310.000 psi όταν σκληραίνεται.

ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΑΝΟΞΕΙΔΩΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ

Κατασκευασιμότητα. Οι φερριτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες είναι οι ευκολότεροι στη μηχανική κατεργασία. Τα ανοπτημένα μαρτενσιτικά είναι κάπως δυσκολότερα και τα ωστενιτικά, λόγω του κολλώδες τους και των ιδιοτήτων της εργασίας σκλύρηνσής τους, είναι τα δυσκολότερα. Γενικά οι ανοξείδωτοι χάλυβες απαιτούν μειωμένες τέμνουσες ταχύτητες (περίπου τις μισές που χρησιμοποιούνται για τους χάλυβες άνθρακα), καθαρότερες τροφοδοσίες, και ελαφρύτερες περικοπές. Οι άκαμτπες διατάξεις με αιχμηρό εξοπλισμό καρβιδίου συστήνονται. Οποιαδήποτε δύναμη τριβής θα λειτουργήσει σκληρυντικά και θα βερνικώσει την επιφάνεια. Κάθε κατηγορία ανοξείδωτου έχει έναν τύπο ελεύθερης μηχανικής κατεργασίας προσδιορισμένο από την

προσθήκη του θείου ή του σελήνιου όπως παραδείγματος χάριν, ο ωστενπικός βαθμός 303 Se.Σχηματιστικότητα. Η χαμηλή δύναμη παραμόρφωσης και η υψηλή ολκιμότητα που είναι χαρακτηριστικές των ανοξείδωτων χαλύβων επιτρέπουν την επιτυχή διαμόρφωση των σύνθετων μορφών. Εντούτοις, οι ανοξείδωτοι χάλυβες κατέχουν σχετικά υψηλή δύναμη εφελκυσμού, και υπόκεινται σε μεγαλύτερη πίεση σκλήρυνσης από ότι τα όλκιμα υλικά. Επομένως, οι πιέσεις μορφοποίησης πρέττει να είναι μεγαλύτερες. Στην επιλογή ενός ανοξείδωτου κράματος για διαμόρφωση, η ελάχιστη δύναμη εφελκυσμού ή η μέγιστη ολκιμότητα (επιμήκυνση) δεν θα πρέπει να είναι η κύρια εκτίμηση. Το κράμα, μάλλον, θα πρέπει να επιλέγεται από το ποσοστό στο οποίο εργάζεται για να σκληραίνει. Παραδείγματος χάριν, τα μέρη που κυλινδρίζονται, όπως οι γωνίες και τα κανάλια, πρέπει να έχουν ένα υψηλό ποσοστό εργασίας σκλήρυνσης, όπως αναμένεται να έχουν δύναμη και ακαμψία όταν ολοκληρώνονται. Αφ' ετέρου, τα αντικείμενα που πρόκειται να τραβηχτούν βαθιά πρέπει να έχουν ένα χαμηλό ποσοστό εργασίας σκλήρυνσης. Οι φερριτικοί χάλυβες δεν λειτουργούν αρκετά να σκληρυντικά, και κατέχουν καλή ολκιμότητα, που τους καθιστά τους καταλληλότερους για σχηματοποίηση. Οι ανοξείδωτοι χάλυβες μπορούν να ληφθούν σε διάφορα ψυχρά-κυλινδρικά βαφεία χάλυβα, οριζόμενοι ως 1/4, 1/2, 3/4, και πλήρως σκληροί.Ικανότητα συγκόλλησης. Όταν ο ανοξείδωτος χάλυβας συγκολλείται, είναι χρήσιμο να συγκριθεί με τον καθαρό χάλυβα άνθρακα για σημαντικές φυσικές ιδιότητες, όπως στον πίνακα 3.7. Η διαστολή και η συστολή των μετάλλων πρέπει να μελετώνται σε όλες τις κατασκευαστικές διαδικασίες, αλλά ιδιαίτερα στη συγκόλληση. Οι συντελεστές της διαστολής δίνονται ως μέσο σύγκρισης ενός μετάλλου με άλλο. Ο συντελεστής 8,4*10"® σημαίνει ότι ένα κομμάτι του χάλυβα θα διασταλεί 0.0000084 ίη. σε μήκος όταν η θερμοκρασία του αυξάνεται κατά 1°F. Ένας αριθμός ορίζεται επίσης στο συντελεστή της θερμικής αγωγιμότητας. Ο αριθμός 27 για τον καθαρό χάλυβα άνθρακα σημαίνει ότι απορροφά θερμότητα σε 27Btu/hr/sq ft/°F/ft. Ο συντελεστής της θερμικής αγωγιμότητας χρησιμοποιείται στη συγκόλληση για να υπολογίσει το ποσό θερμότητας που θα απαιτηθεί, βασισμένος στον τύπο μετάλλου και το πάχος, και για να καθορίσει ποια περιοχή θα επηρεασθεί από τη θερμότητα. Τα μέταλλα με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, όπως ο ανοξείδωτος χάλυβας που απαριθμείται, τείνουν να εντοπίσουν την πίεση. Το μέταλλο που είναι καυτό θέλει να επεκταθεί αλλά στριφώνεται από το κρύο παρακείμενο μέταλλο που το περικλείει. Όταν το μέταλλο κρυώνει και συστέλλεται, το πιο κρύο μέταλλο δεν κινείται, με αποτέλεσμα να σχηματίζονται ρωγμές κατά τη διάρκεια της στερεοποίησης. Οι μέθοδοι που σχετίζονται με αυτά τα προβλήματα περιγράφονται στα κεφάλαια σχετικά με τη συγκόλληση. Αν και οι ανοξείδωτοι χάλυβες θεωρούνται συγκολλήσιμοι με συμβατικές διαδικασίες, τα καλύτερα αποτελέσματα επιτυγχάνονται όταν το λειωμένο μέταλλο προστατεύεται καλά από την ατμόσφαιρα κατά τη διάρκεια της συγκόλλησης.

ΑΡΓΙΛΙΟ

Ταξινόμηση. Το αργίλιο χρησιμοποιείται εκτενώς και στις επεξεργασμένες και στις χυτές μορφές. Η επεξεργασμένη ταξινόμηση χρησιμοποιεί ένα τετραψήφιο σύστημα και το χυτό τρία ψηφία, εκτός από το κράμα 43.

Ταξινόμηση επεξεργασμένων. Το τετραψήφιο σύστημα που τέθηκε σε ισχύ τον Οκτώβριο του 1954 από την Ένωση Αργιλίου είναι το ακόλουθο; Στον πίνακα 3.8, το πρώτο ψηφίο υποδεικνύει τον τύπο κραμάτων. Το δεύτερο ψηφίο δείχνει την τροποποίηση κραμάτων. Τα τελευταία δύο ψηφία δείχνουν την αγνότητα αργιλίου. Για τα κράματα σε χρήση προτού να επινοηθεί αυτή η ταξινόμηση, οι τελευταίοι δύο αριθμοί είναι οι ίδιοι με τους παλαιούς αριθμούς, παραδείγματος χάριν, το 24S γίνεται 2024.Προσδιορισμοί μίγματος. Μερικά κράματα αργιλίου ενισχύονται με την κρύα εργασία, άλλα από τη θερμική επεξεργασία. Ένας προσδιορισμός μίγματος γραμμάτων και αριθμών που ακολουθεί τα τέσσερα ψηφία και χωρίζεται από μια παύλα χρησιμοποιείται για να δείξει την κατάσταση ή το μίγμα του αργιλίου.

ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΑΡΓΙΛΙΟΥ

Κατασκευασιμότητα. Οι καθαροί βαθμοί αργιλίου είναι πολύ μαλακοί για καλή κατασκευασιμότητα. Η σκλήρυνση εργασίας ή τάσης βοηθά να υπερνικηθούν μερικά από τα κολλώδη. Το ευκολότερα επεξεργασμένο στη μηχανή κράμα είναι το 2011-Τ3. Αυτό το μέταλλο αναφέρεται συχνά ως ελεύθερο-τέμνον κράμα αργιλίου. Χρησιμοποιείται εκτενώς για μια ευρεία σειρά των προϊόντων των μηχανημάτων βίδας. Τα μικρά ποσά μολύβδου και βισμούθιου βοηθούν να παραχθεί ένα καλύτερο τελείωμα και εύκολα στο χειρισμό γρέζια. Τα μαλακότερα κράματα ενισχύουν μερικές φορές στην τέμνουσα ακμή του εργαλείου. Εντούτοις, τα κατάλληλα λάδια κοπής και μια ιδιαίτερα γυαλισμένη επιφάνεια εργαλείων θα τείνουν να το ελαχιστοποιήσουν αυτό. Δύο σημαντικές φυσικές ιδιότητες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την κατεργασία του αργιλίου είναι ο συντελεστής της ελαστικότητας και η θερμική διαστολή. Ο πίνακας 3.9 δίνει μια σύγκριση μεταξύ του αργιλίου και του ήπιου χάλυβα. Εξ αιτίας του πολύ χαμηλότερου συντελεστή της ελαστικότητας (περίπου ένα τρίτο αυτή του χάλυβα), θα υπάρξει πολύ μεγαλύτερη εκτροπή κάτω από φορτίο. Η προσοχή πρέπει να ληφθεί, στην εφαρμογή των βαριών περικοπών και στη σύσφιξη της εργασίας, για να αποφευχθεί η διαστρέβλωση. Όταν η διαστατική ακρίβεια είναι απαραίτητη, η θερμική επέκταση του μετάλλου είναι μια σημαντική εκτίμηση. Δεδομένου ότι η θερμική επέκταση του αργιλίου είναι σχεδόν δύο φορές αυτή του χάλυβα, πρέπει να επιδειχθεί προσοχή ώστε να κρατηθεί η θερμότητα χαμηλά. Η υπερθέρμανση μπορεί να μειωθεί στο ελάχιστο με τη χρησιμοποίηση των αιχμηρών, καλά σχεδιασμένων εργαλείων, των ψυκτικών μέσων, και των τροφοδοσιών που δεν είναι υπερβολικές. Μπορεί να είναι απαραίτητο, στα μεγαλύτερα μέρη, να γίνει μια θερμική χορήγηση στη μέτρηση. Σχηματιστικότητα. Τα περισσότερα κράματα αργιλίου μπορούν πρόθυμα να διαμορφωθούν κρύα. Εντούτοις, το ευρύ φάσμα των κραμάτων και μιγμάτων κάνει πιθανή την αξιοσημείωτη διακύμανση στο ποσό διαμόρφωσης. Γενικά, ανάλογα με το κράμα και το μίγμα που χρησιμοποιείται, το αργίλιο απαιτεί λιγότερη ενέργεια και ιττποδύναμη από ότι η διαμόρφωση των βαρύτερων μετάλλων. Συνεπώς, η ζωή των μηχανών αυξάνεται, οι δαπάνες δύναμης είναι χαμηλότερες και η συντήρηση ελαχιστοποιείται.Ικανότητα συγκόλλησης. Φυσικές ιδιότητες. Οι φυσικές ιδιότητες που πρέπει να εξεταστούν στη συγκόλληση αργίλιου δίνονται στον πίνακα 3.10. Με τη σύγκριση μερικών από τις φυσικές ιδιότητες του αργιλίου και του

χάλυβα μπορεί να φανεί ότι το σημείο τήξης του αργιλίου είναι πολύ χαμηλότερο και η θερμική αγωγιμότητα είναι πολύ υψηλότερη. Επομένως, περισσότερη θερμότητα θα απαιτηθεί για να ενωθεί ένα αντίστοιχο πάχος αργιλίου. Η θερμική επέκταση του αργιλίου είναι σχεδόν δύο φορές αυτής του χάλυβα. Αυτό συνδεδεμένο με το γεγονός ότι το μέταλλο συγκόλλησης αργιλίου μαζεύει περίπου 6 τοις εκατό σε όγκο κατά τη στερεοποίηση, μπορεί να βάλει τη συγκόλληση σε ένταση. Κάποιος ττεριορισμός είναι συχνά απαραίτητος για να αποτρέψει τη διαστρέβλωση κατά τη διάρκεια της λειτουργίας συγκόλλησης. Εντούτοις, ο υπερβολικός περιορισμός στα συστατικά τμήματα κατά τη διάρκεια της ψύξης της συγκόλλησης μπορεί να οδηγήσει σε ράγισμα συγκόλλησης. Η ταχύτητα με την οποία η συγκόλληση γίνεται θα είναι ένας από τους καθοριστικούς παράγοντες στην παρεμπόδιση της διαστρέβλωσης. Ένα αργό ποσοστό θα προκαλέσει θέρμανση μεγαλύτερης περιοχής με περισσότερη διαστολή και ακολούθως συστολή. Για αυτόν τον λόγο, οι μέθοδοι τόξου και αντίστασης-συγκόλλησης που χρησιμοποιούν την ιδιαίτερα συγκεντρωμένη θερμότητα είναι αυτοί που χρησιμοποιούνται ευρύτερα.Προθέρμανση. Η προθέρμανση είναι απαραίτητη κατά τη συγκόλληση βαριών τμημάτων. Διαφορετικά η μάζα του πρότυπου μετάλλου θα οδηγήσει τη θερμότητα μακριά τόσο γρήγορα ώστε το τόξο συγκόλλησης δεν θα είναι σε θέση να παρέχει θερμότητα αρκετά γρήγορα για επαρκή τήξη. Η προθέρμανση βοηθά να παρέχεται ικανοποιητική τήξη, μειώνει τη διαστρέβλωση ή το ράγισμα στη συγκόλληση, και αυξάνει την ταχύτητα συγκόλλησης. Όποτε τα κράματα αργιλίου θερμαίνονται επάνω από 900°F, χάνουν τα υποβαλλόμενα σε θερμοεπεξεργασία χαρακτηριστικά τους ή αναμιγνύονται και επανέρχονται στην ανοπτημένη κατάσταση. Κάποια ανόπτηση του μητρικού μετάλλου πραγματοποιείται όταν γίνεται μια συγκόΜηση. Με τα επεξεργάσιμα με θερμότητα κράματα υπάρχει επίσης κάποια απώλεια της ολκιμότητας στην ένωση. Η επιθυμητή ανάμιξη μπορεί να αποκατασταθεί στα κατασκευασμένα μέρη με θερμική επεξεργασία μετά από τη συγκόλληση.Μεμβράνη οξειδίων. Το αργίλιο και τα κράματά του αναπτύσσουν γρήγορα μια μεμβράνη οξειδίων όταν εκτίθενται στον αέρα. Αυτό το οξείδιο έχει ένα σημείο τήξης που είναι παραπάνω από 3600°F, ή περίπου 2400°F επάνω από το σημείο τήξης του καθαρού αργιλίου. Επομένως, το αργίλιο λειώνει προτού το επίστρωμα οξειδίων. Όταν αυτό συμβαίνει δεν μπορεί να υπάρξει καμία τήξη μεταξύ του παρεμβασμένου μετάλλου και του βασικού μετάλλου. Είναι έπειτα απαραίτητο να αφαιρεθεί η μεμβράνη οξειδίων με κατάλληλο χημικό καθαρισμό, ρευστοποίηση, μηχανικό γδάρσιμο, ή τη δράση του τόξου συγκόλλησης. Τα μόρια του οξειδίου που παγιδεύονται στη συγκόλληση θα εξασθενίσουν την ολκιμότητά του. Το λεπτομερές βούρτσισμα με μια ανοξείδωτου μετάλλου βούρτσα αμέσως πριν την συγκόλληση είναι μια συνιστώμενη διαδικασία. Οποιεσδήποτε μεμβράνες λιπών ή λαδιού που παραμένουν στην περιοχή συγκόλλησης θα προκαλέσουν ασθενικές συγκολλήσεις.Απορρόφηση αερίου. Το λειωμένο αργίλιο απορροφά εύκολα το διαθέσιμο υδρογόνο από τον αέρα. Όταν η δεξαμενή συγκόλλησης παγώνει, το μεγαλύτερο μέρος του υδρογόνου απελευθερώνεται επειδή είναι σχεδόν αδιάλυτο στο στερεό αργίλιο. Το αττελευθερωμένο υδρογόνο μπορεί να προκαλέσει το πορώδες στη συγκόλληση το οποίο, στη συνέχεια, μπορεί να

εξασθενίσει τη δύναμη και την ολκιμότητά του. Το πορώδες και η ψαθυροποίηση του υδρογόνου μπορούν να μειωθούν έχοντας καθαρές επιφάνειες και άνευ υγρασίας παρεμβασμένες ράβδους και με την κάλυψη της περιοχής συγκόλλησης με ένα αδρανές αέριο όπως το αργό. Και η TIG και η MIG συγκόλληση είναι κοινές επιλογές στη συγκόλληση αργίλιου. Αυτές οι μέθοδοι παρέχουν μια προστατευτική ασπίδα από την ατμόσφαιρα, και δεν υπάρχει κανένα πρόβλημα καθαρισμού όταν τελειώνουν.Ικανότητα χύτευσης. Οι φυσικές ιδιότητες του αργιλίου που το κάνουν ένα από τα πιο ευπροσάρμοστα όλων των μετάλλων χυτηρίων είναι χαμηλού σημείου τήξης, χαμηλής συγκεκριμένης βαρύτητας, και χαμηλής πυκνότητας. Χαμηλό σημείο τήξης. Το χαμηλό σημείο τήξης κάνει για το ελάχιστο του καψίματος της άμμου. Δηλαδή η άμμος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ξανά και ξανά επανειλημμένως, αρκετά μόνο προστιθέμενη για να φροντίσει τις μηχανικές απώλειες. Όπου το μέταλλο ή οι μόνιμες φόρμες χρησιμοποιούνται, η χαμηλή θερμοκρασία τήξης του αργιλίου προωθεί τη μακριά ζωή.Χαμηλή συγκεκριμένη βαρύτητα. Το ελαφρύ βάρος του αργιλίου σημαίνει ότι ακόμη και οι μέτρια-ταξινομημένες χυτεύσεις μπορούν να αντιμετωπιστούν αποτελεσματικά με το χέρι. Μόνο οι μεγαλύτερες χυτεύσεις απαιτούν τις μηχανικά μεταφερμένες κουτάλες ή χοάνες.Χαμηλή πυκνότητα. Η χαμηλή πυκνότητα και το χαμηλό σημείο τήξης συνδυάζονται για να εξαλείψουν ουσιαστικά τα περισσότερα προβλήματα των πλυσιμάτων άμμου που εμφανίζονται όταν χύνονται τα βαρύτερα μέταλλα. Επίσης, οι χαμηλότερες πιέσεις επιτρέπουν τις ελαφρύτερα συμπιεσμένες φόρμες με ελαφρύτερο εξοπλισμό φορμαρίσματος. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στη συρρίκνωση της χύτευσης, το ζεστό κόντεμα, και την απορρόφηση αερίου όταν γίνονται οι χυτεύσεις αργιλίου.

ΚΡΑΜΑΤΑ ΧΑΛΚΟΥ ΚΑΙ ΒΑΣΕΩΣ ΧΑΛΚΟΥ

Ταξινόμηση-τύποι χαλκού. Αντίθετα από άλλα κοινά μέταλλα, οι διάφοροι τύποι χαλκών είναι καλύτερα γνωστοί από το όνομα παρ'ότι από τον κωδικό αριθμό. Ο εμπορικά καθαρός χαλκός είναι διαθέσιμος σε διάφορους βαθμούς, οι οποίοι έχουν ουσιαστικά τις ίδιες μηχανικές ιδιότητες: Ο ηλεκτρολυτικός χαλκός σκληρής-πίσσας είναι ευαίσθητος στην ψαθυροποίηση όταν θερμαίνεται σε μια μειωνομένη ατμόσφαιρα, αλλά έχει υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Ο αποξειδωμένος χαλκός έχει χαμηλότερη ηλεκτρική αγωγιμότητα αλλά βελτιωμένα σε κρύα-εργασία χαρακτηριστικά, και δεν υπόκειται ψαθυροποίηση. Έχει τα καλύτερα χαρακτηριστικά ένωσης και συγκόλλησης από άλλους βαθμούς χαλκού. Ο απελευθερωμένος-οξυγόνου χαλκός έχει την ίδια ηλεκτρική αγωγιμότητα με το χαλκό σκληρής-ττίσσας και δεν είναι επιρρεπής σε ψαθυροποίηση όταν θερμαίνεται σε μια μειωνομένη ατμόσφαιρα. Οι τροποποιημένοι χαλκοί περιλαμβάνουν το χαλκό τελλουρίου, ο οποίος περιέχει 0,5 τοις εκατό τελλουρίου για τα ελεύθερα-τέμνοντα χαρακτηριστικά (το σελήνιο ή ο μόλυβδος χρησιμοποιούνται επίσης για αυτόν το λόγο) και το χαλκό τελλουρίου-νικελίου, ένα με ηλικία-σκληραινόμενο κράμα που παρέχει υψηλή δύναμη, υψηλή αγωγιμότητα, και άριστη κατασκευασιμότητα.Ταξινόμηση κραμάτων— χαλκού-βάσεων. Μπρούντζοι. Οι μπρούντζοι είναι κυρίως κράματα του χαλκού και του ψευδάργυρου. Αναφέρονται συχνά από το ποσοστό κάθε ενός, παραδείγματος χάριν 70-30, σημαίνοντος 70 τοις

εκατό χαλκού και 30 τοις εκατό ψευδάργυρου. Τα μικρά ποσά άλλων στοιχείων όπως ο μόλυβδος, ο κασσίτερος, ή το αργίλιο προστίθενται για να λάβουν το επιθυμητό χρώμα, τη δύναμη, την ολκιμότητα την κατασκευασιμότητα, την αντίσταση διάβρωσης, ή έναν συνδυασμό αυτών των ιδιοτήτων. Οι κύριες ταξινομήσεις των μπρούντζων δίνονται στον πίνακα 3.11. Κατασκευασιμότητα. Γενικές ταχύτητες και τροφοδοσίες. Για τα περισσότερα κράματα χαλκού, είναι γενικά ορθή πρακτική να χρησιμοποιηθεί η υψηλότερη πρακτική τέμνουσα ταχύτητα με μια σχετικά ελαψριά τροφοδοσία και μέτριο βάθος κοπής. Μια εξαίρεση είναι η κατεργασία χύτευσης άμμου με μεγάλων-ταχυτήτων εργαλεία, οπότε σ' αυτή την περίπτωση οι χαμηλές ταχύτητες και οι σχετικά χονδροειδείς τροφοδοσίες χρησιμοποιούνται για να αυξήσουν τη ζωή των εργαλείων. Αφότου έχει αφαιρεθεί η κλίμακα, οι υψηλότερες ταχύτητες και οι ελαφρύτερες τροφοδοσίες μπορούν να επανέλθουν. Η ζωή εργαλείων μπορεί να αυξηθεί αρκετά εάν οι χυτεύσεις γίνονται με άμμο που ανατινάζεται, με καθάρισμα στο οξύ, ή με κατρακύλισμα για να αφαιρεθεί η εξαιρετικά σκληρή λειαντική κλίμακα της επιφάνειας. Εκτιμήσεις κατασκευασιμότητας. Ο χάλυβας και τα κράματα χάλυβα έχουν εκτιμήσεις κατασκευασιμότητας που βασίζονται στο B i l l 2, 100 τοις εκατό. Τα κράματα χαλκού και χαλκού-βάσεων χρησιμοποιούν είτε τον ελεύθερο- τέμνοντα ορείχαλκο (που αποτελείται από 61,50 τοις εκατό χαλκού, 35,25 τοις εκατό ψευδάργυρου, και 3,25 τοις εκατό μολύβδου) ως βασικό υλικό είτε το Β1112. Η βάση πρέπει να υποδειχθεί,Σχηματιστικότητα. Τα πιο πολύ-χρησιμοποιημένα κράματα για τη διαμόρφωση είναι οι ορείχαλκοι με στοιχεία 70-30. Εντούτοις, όλοι οι ορείχαλκοι από 95-5 έως 63-37 χρησιμοποιούνται για τις λειτουργίες εργασίας σε πιεστήριο. Το πρόβλημα συναντάται όταν χρησιμοποιείται λιγότερο από 63 τοις εκατό χαλκού, επειδή η βήτα φάση είναι εύθραυστη και μπορεί να παραγάγει σπασίματα ή κυματοειδής-ατελής επιφάνεια.Ικανότητα συγκόλλησης. Και οι τέσσερις από τις συνήθως χρησιμοποιούμενες μεθόδους-το αέριο, το μεταλλικό τόξο, το τόξο άνθρακα, και το προστατευόμενο με αέριο τόξο-είναι σε γενική χρήση για τη συγκόλληση χαλκού. Ενώνεται επίσης με τη χαλκοκόλληση και με μια νεώτερη μέθοδο, που συζητείται αργότερα, την υπερηχητική συγκόλληση. Η μέθοδος αερίου, λόγω της ποικιλίας των ατμοσφαιρών που μπορούν να αποκτηθούν, βρίσκει ευρεία χρήση. Τα μειονεκτήματά της κοστίζουν και, σε μερικές περιπτώσεις, παραμορφώνει με τις συνοδευτικές απώλειες υψηλής-μεταβίβασης στο παρακείμενο στη συγκόλληση μέταλλο.

ΜΑΓΝΗΣΙΟ

Ταξινόμηση. Το μαγνήσιο είναι ένα ισχυρό, ελαφρύ μέταλλο που δεν χρησιμοποιείται στην καθαρή μορφή του για τονισμένες εφαρμογές αλλά αναμιγνύεται με άλλα μέταλλα όπως το αργίλιο, ο ψευδάργυρος, το ζιρκόνιο, το μαγγάνιο, το θόριο, και σπάνια στη γη μέταλλα για να λάβει τη δύναμη που απαιτείται για τις δομικές χρήσεις. Το ελαφρύ του βάρος είναι ένα από τα πιό γνωστά χαρακτηριστικά του. Το αργίλιο ζυγίζει 1 1/2 φορές περισσότερο από το μαγγάνιο, ο σίδηρος και ο χάλυβας ζυγίζουν 4 φορές περισσότερο, και τα κράματα χαλκού και νικελίου ζυγίζουν 5 φορές περισσότερο. Η ταξινόμηση ASTM υποδεικνύει τα κύρια στοιχεία ανάμιξης όπως στον πίνακα 3.12. Οι αριθμοί μετά από τους τύπους κραμάτων αντιπροσωπεύουν τις κατά

προσέγγιση τοις εκατό ηλικίες κάθε κράματος, αντίστοιχα. Παραδείγματος χάριν, ο προσδιορισμός κράματος ΑΖ61Α είναι ένα κράμα αργίλιου- ψευδάργυρου με από 5,8 έως 7,2 τοις εκατό αργιλίου και 0,4 έως 1,5 τοις εκατό ψευδάργυρου. Τα γράμματα Α, Β, ή C μπορούν να ακολουθούν τον αριθμό, δείχνοντας τις παραλλαγές στη σύνθεση ή την επεξεργασία. Οι προσδιορισμοί μιγμάτων είναι παρόμοιοι με εκείνους που χρησιμοποιούνται στο φύλλο και το έλασμα (λαμαρίνα) αργιλίου. Τα κυλημένα κράματα μαγνησίου παρέχονται είτε με ένα χημικά-επεξεργασμένο (καθαριστικό χρωμίου) τελείωμα, ένα τελείωμα λαδιού, ή ένα οξικό καθοριστικό νιτρικών αλάτων. Τα ελάσματα πάνω από 1/2 in. παχιά εφοδιάζονται με ένα φρεζαρισμένο τελείωμα και λαδώνονται, με την επιφύλαξη τυχόν διαφορετικής ρύθμισης. Το επίστρωμα λαδιού είναι ανώτερο από αυτό που δίνεται από το έλασμα χρωμίου για κανονική αποστολή και αποθήκευση.

ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΜΑΓΝΗΣΙΟΥΚατασκευασιμότητα. Το μαγνήσιο και τα κράματά του επιτρέπουν να επεξεργαστούν μηχανικά με εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες-συνήθως στο μέγιστο αποκτήσιμο στις σύγχρονες εργαλειομηχανές. Χρησιμοποιώντας τον ελεύθερα-τέμνοντα ορείχαλκο ως βάση, έχει μια εκτίμηση κατασκευασιμότητας της τάξεως του 500. Βαρύτερα βάθη κοπής και υψηλότερα ποσοστά τροφοδοσίας είναι επίσης δυνατά. Το άριστο τελείωμα επιφάνειας λαμβάνεται συνήθως επειδή δεν υπάρχει καμία τάση για το μέταλλο να σχισθεί ή να συρθεί. Οι απαιτήσεις δύναμης για τα κράματα μαγνησίου είναι περίπου το ένα έκτο εκείνων του ήπιου χάλυβα. Είτε τα εργαλεία μεγάλης ταχύτητας είτε τα εργαλεία καρβιδίου χρησιμοποιούνται, αλλά τα καρβίδια οδηγούν συνήθως σε καλύτερη λειτουργούσα οικονομία, ειδικά στις υψηλές ταχύτητες. Το ακόνισμα και η περιτύλιξη των επιφανειών των εργαλείων εξασφαλίζουν ελεύθερη τέμνουσα δράση και μειώνουν την τάση οποιωνδήποτε μορίων να εμμείνουν στην άκρη των εργαλείων. Πολλά έχουν ειπωθεί για τους κινδύνους πυρκαγιάς στην κατεργασία του μαγνησίου αλλά αυτό γίνεται πρόβλημα μόνο κατά την εφαρμογή πολύ λεπτών κοπών ή κατά τη χρησιμοποίηση αμβλέων εργαλείων. Η διαστρέβλωση του επεξεργασμένου στη μηχανή μέρους μπορεί να προκληθεί από (1) αμβλέα εργαλεία, (2) ανάρμοστο σχεδίασμά εργαλείων,(3) παίρνοντας κοπές που είναι πάρα πολύ λετπές.Σχηματιστικότητα. Οι μέθοδοι και ο εξοπλισμός που χρησιμοποιούνται για τη διαμόρφωση του μαγνησίου είναι οι ίδιοι τύποι που χρησιμοποιούνται συνήθως σε άλλα μέταλλα, με κύρια διαφορά να είναι ότι το μαγνήσιο διαμορφώνεται καλύτερα στις ανυψωμένες θερμοκρασίες, εκτός από την περίπτωση των ήπιων παραμορφώσεων γύρω από γενναιόδωρη ακτινοβολία. Η εργασία γίνεται συνήθως σε θερμοκρασίες μεταξύ των 300° και 700°F. Η ανόπτηση (βραδεία ψύξη-διαπυράκτωση) μπορεί να αποφευχθεί με προσεκτικό έλεγχο και του χρόνου και της θερμοκρασίας εάν μια εντατικά σκληρυμένη κατάσταση επιδιώκεται στο ολοκληρωμένο προϊόν. Το μαγνήσιο έχει μια εξαγωνική κρυστάλλινη δομή που προσφέρει λιγότερα επίπεδα ολίσθησής από την κυβική δομή που βρίσκεται σε πολλά άλλα κοινά μέταλλα. Ικανότητα συγκόλλησης. Το μαγνήσιο μπορεί να ενωθεί με τις περισσότερες από τις διαδικασίες τήξης-συγκόλησης. Από τότε που αναπτύχθηκαν οι TIG και MIG συγκολλήσεις, έχουν γίνει οι δημοφιλέστερες μέθοδοι ένωσης. Η συγκόλληση ηλεκτρικής-αντίστασης (σημείο, ραφή, και λάμψη)

χρησιμοποιείται επίσης. Η μέθοδος προστατευόμενου τόξου της συγκόλλησης μαγνησίου είναι η πιό κοινή. Το κάλυμμα του αερίου ήλιου ή αργού προστατεύει το λειωμένο μέταλλο από την οξείδωση. Η ρευστοποίηση ή ο χημικός καθαρισμός δεν είναι απαραίτητες.Ικανότητα χύτευσης. Το μαγνήσιο μπορεί να είναι χυτευτό σε άμμο, χυτευτό σε μήτρα, ή χυτευτό σε μόνιμες φόρμες. Τα τρία κράματα που χρησιμοποιούνται για τη χύτευση σε άμμο είναι μαγνήσιο-αργίλιο- ψευδάργυρος, μαγνήσιο-αραιωμένο χώμα, και μαγνήσιο-θόριο. Τα κράματα μαγνήσιου-αργίλιου-ψευδάργυρου συνδυάζουν καλή δύναμη και καλά χαρακτηριστικά χύτευσης με σταθερές ιδιότητες μέχρι τους 200°F.

ΤΙΤΑΝΙΟ

Στην πρόωρη ανάπτυξή του, το τιτάνιο ανακοινώθηκε ως μέταλλο διαστημικής-ηλικίας. Κατείχε μια υψηλή αναλογία δύναμης-βάρους και καλή αντίσταση διάβρωσης ακόμη και στο αλμυρό νερό. Οι ιδιότητές του βρίσκονται μεταξύ του αργιλίου και του χάλυβα στη δύναμη, την πυκνότητα, την ελαστικότητα, και τη χρησιμότητα στις ανυψωμένες θερμοκρασίες. Είναι 60 τοις εκατό βαρύτερο από το αργίλιο αλλά μόνο 56 τοις εκατό τόσο βαρύ όσο ο ανοξείδωτος χάλυβας. Το τιτάνιο έχει επίσης άριστη ολκιμότητα. Παρά όλες αυτές τις επιθυμητές ιδιότητες, μερικοί από τον πρόωρο ενθουσιασμό για το μέταΜο υποχώρησαν όταν συναντήθηκαν οι δυσκολίες της παραγωγής και της επεξεργασίας. Στη λειωμένη κατάσταση, το τιτάνιο έχει μια ακραία τάση για οξυγόνο και άζωτο, τα οποία ενεργούν για να σκληραίνουν και να ψαθυροποιήσουν το μέταλλο. Η τήξη πρέπει να γίνει σε κενή ή αδρανή ατμόσφαιρα. Καμία μέθοδος δεν έχει βρεθεί για να αφαιρεί οποιαδήποτε μόλυνση που μπορεί να αποκτηθεί κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας. Ο ειδικός εξοπλισμός που απαιτείται και το σχετικά αργό ποσοστό παραγωγής έχουν κρατήσει την τιμή του τιτανίου πολύ υψηλή, όντας περίπου 30 έως 40 φορές αυτής του ανοξείδωτου χάλυβα. Εντούτοις, η εκτενής έρευνα και η ανάπτυξη συνεχίζονται, με στόχο κράματα τιτανίου που είναι καλύτερα και λιγότερο δαπανηρά από εκείνα που είναι σε χρήση αυτή την περίοδο. Ταξινόμηση. Το εμπορικά καθαρό τιτάνιο έχει μια στενά-συσκευασμένη εξαγωνική (άλφα) δομή. Τα κράματα τιτανίου μπορούν να έχουν είτε τις στενά- συσκευασμένες εξαγωνικές δομές, τις σώμα-κεντροθετημένες κυβικές (βήτα) δομές, είτε έναν συνδυασμό άλφα-βήτα δομών. Τέσσερις ομάδες γίνονται από τα προηγούμενα, ως εξής:Εμπορικά καθαρό τιτάνιο. Αυτή η ομάδα αποτελείται από το καθαρό τιτάνιο 99 τοις εκατό και διάφορα ποσοστά από άνθρακα, οξυγόνο, αζώτο, και σίδηρο. Προσδιορισμοί, όπως ο Α-55, ο Tj-100A, ο R70, και άλλοι χρησιμοποιούνται. Ο αριθμός προσεγγίζει την εφελκυστική δύναμη του υλικού σε χιλιάδες λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα. Η τυποποίηση των προσδιορισμών δεν έχει προχωρήσει αρκετά μέχρι τώρα, εντούτοις, έχει προταθεί να χρησιμοποιηθούν τα γράμματα A για τον άλφα, Β για βήτα, και C για τους συνδυασμούς.Όλως-άλφα συγκοΑΑήσιμα κράματα. Αυτή την περίοδο υπάρχει μόνο ένα εμπορικό κράμα, Α-110, σε αυτήν την ομάδα. Μπορεί να ληφθεί σε φύλλο, σε ράβδο, και μορφές καλωδίων και μπορεί να συγκολληθεί με κοντά στο 100 τοις εκατό αποδοτικότητας ένωσης.

Αλφα-βήτα συγκολλήσιμα κράματα. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει την πλειοψηφία των κραμάτων τιτανίου. Μπορούν να επεξεργαστούν με θερμότητα και είναι διαθέσιμα σε τεμάχια, ράβδους, και φύλλα, Ο προσδιορισμός μπορεί να είναι από τη σύνθεση (παραδείγματος χάριν η Tj- 6Αί-4ν έχει 6 τοις εκατό αργιλίου και 4 τοις εκατό βαναδίου) ή μπορεί να είναι απλά C-120, δείχνοντας ένα συνδυασμό-φάσης τιτάνιου με εφελκυστική δύναμη 120.000 έως 130.000 psi.Αλφα-βήτα μη συγκολλήσιμα κράματα. Αυτή η ομάδα περιέχει το μαγγάνιο, το μολυβδαίνιο, το αργίλιο, και το χρώμιο ως κύρια στοιχεία ανάμιξης. Μερικά παραδείγματα του κώδικα προσδιορισμών σε αυτήν την ομάδα είναι Μ5Τ-4Αί- 4Μη, Μ5Τ-3Αί-5θΓ, και C-110,

ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΤΙΤΑΝΙΟΥ

Κατασκευασιμότητα. Μερικά από τα προβλήματα που συνδέονται με την κατεργασία του τιτανίου είναι:(1) Το κατσάρωμα τεμαχίων (γρεζιών) μακριά από το εργαλείο σε μια αιχμηρή γωνία, που παράγει υψηλή συγκέντρωση πίεσης και γρήγορη άνοδο στη θερμοκρασία. Η θερμοκρασία μεταξύ του τεμαχίου και του εργαλείου μπορεί να είναι τόσο υψηλή όσο 2000°F.(2) Στις ανυψωμένες θερμοκρασίες το τιτάνιο έχει την τάση να διαλύει όλα όσα είναι σε επαφή με αυτό.(3) Τα μικρά μόρια του τιτανίου συγκολλούνται μεταξύ τους στην άκρη κοπής αναγκάζοντας το να ενεργήσει αμβλέα, αυξάνοντας κατά συνέπεια τις τέμνουσες δυνάμεις και τη θερμότητα.(4) Τα σφυρηλατημένα κομμάτια μπορούν να έχουν κλίμακα στο εξωτερικό περιέχοντας καρβίδια, νιτρικά άλατα, και οξείδια τιτανίου, τα οποία είναι εξαιρετικά λειαντικά στα τέμνοντα εργαλεία. Η κλίμακα μπορεί να αφαιρεθεί με μια λύση 10 τοις εκατό υδρο φθωριούχου οξέος, 5 τοις εκατό νιτρικού οξέος, και 85 τοις εκατό ύδατος. Ο χρόνος ενυδάτωσης που απαιτείται είναι 20 έως 30 λετπά.(5) Όταν η εξωτερική διάμετρος μιας ράβδου επεξεργάζεται σε έναν τόρνο, διαπιστώνεται ότι τα επίπεδα ολίσθησης του άλφα τιτανίου ποικίλλουν κάθε 90 βαθμούς της εργασίας περιστροφής. Αυτό οδηγεί σε αλλαγές στο πάχος του τεμαχίου και τείνει να αναπτύξει παλμικές πιέσεις που οδηγούν στην ψαθυροποίηση. Οι εκτιμήσεις κατασκευασιμότητας ποικίλλουν με τη δομή. Ο ανόθευτος άλφα τύπος έχει μια εκτίμηση 38 τοις εκατό του B i l l 2, ο αναμιγμένος άλφα τύπος πέφτει σε 29 τοις εκατό, και ο συνδυασμός άλφα- βήτα είναι από 26 έως 20 τοις εκατό,Σχηματιστικότητα. Η κρύα διαμόρφωση των στενά-συσκευασμένων εξαγωνικών δομών που περιλαμβάνονται στο τιτάνιο και το μαγνήσιο είναι ανεπιθύμητη. Το τιτάνιο διαμορφώνεται από 400°F έως 700°F, ενώ τα κράματα απαιτούν από 800°F έως 1000°F. Η σφυρηλάτηση γίνεται σε θερμοκρασίες που κυμαίνονται από 1500°F ως 1850°F, ανάλογα με το πάχος τμημάτων και το κράμα που χρησιμοποιείται. Η απλή κάμψη μπορεί να γίνεται κρύα, αλλά η αναπήδηση είναι περίπου η διπλή αυτής του ανοξείδωτου χάλυβα.Ικανότητα συγκόλλησης. Οι συγκολλήσεις αντίστασης, λόγω της στενής εγγύτητας των επιφανειών που συγκολλούνται, μπορούν να γίνουν χωρίς προσφυγή στην αδρανή ατμόσφαιρα. Στη συγκόλληση τήξης, ο αέρας πρέπει

να αποτραπεί από το να έρθει σε επαφή με το λειωμένο μέταλλο. Η Tig συγκόλληση χρησιμοποιείται είτε με το αργό είτε με το ήλιο. Η βαριά συγκόλληση απαιτεί μια προστασία του αδρανούς αερίου από την κατώτατη πλευρά της συγκόλλησης επίσης.

ΧΥΤΕΥΣΗ ΔΙΑ ΤΗΣ ΑΜΜΟΥ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΧΥΤΕΥΣΗΣ

Μια χύτευση μπορεί να οριστεί απλά ως ένα λειωμένο υλικό που έχει χυθεί σε μια προετοιμασμένη κοιλότητα και του έχει επιτραπεί να σταθεροποιηθεί. Αν και ο κανόνας έχει ορισθεί απλά, μεγάλη ικανότητα και μακροχρόνια εμπειρία απαιτούνται για να αποκτηθεί η γνώση και να κυριαρχηθούν οι τεχνικές για να παραχθούν ποιοτικές χυτεύσεις στις δύσκολες εργασίες. Πολλές διαδικασίες χύτευσης έχουν αναπτυχθεί κατά τη διάρκεια των ετών για να εκπληρώσουν τις συγκεκριμένες ανάγκες της τελικής επεξεργασίας, της ακρίβειας, της ταχύτητας της παραγωγής, κ.λπ.. .Αυτές οι διαδικασίες περιλαμβάνουν τη χύτευση άμμου, τη χύτευση φορμών κελύφους, τη χύτευση φορμών ασβεστοκονιάματος, τη χύτευση επένδυσης, τη χύτευση μόνιμων-φορμών, τη φυγοκεντρική χύτευση, και τη χύτευση σε μήτρα. Η χύτευση άμμου, η πιο κοινή αυτών των διαδικασιών, θα συζητηθεί σε αυτό το κεφάλαιο, μαζί με τις εκτιμήσεις σχεδίου. Η ορολογία και βασικές έννοιες θα μεταφερθούν σε άλλες διαδικασίες χύτευσης που συζητούνται στο επόμενο κεφάλαιο.

ΧΥΤΕΥΣΗ ΑΜΜΟΥ

Η χύτευση άμμου χρησιμοποιείται πρώτιστα για το χάλυβα και το σίδηρο, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον ορείχαλκο, το αργίλιο, το χαλκό, το μπρούντζο, το μαγνήσιο, και μερικά κράματα ψευδάργυρου. Υπάρχουν δύο κύριες μέθοδοι χύτευσης άμμου. Η μια είναι γνωστή ως σχηματοποίηση πράσινης άμμου και η άλλη ως σχηματοποίηση ξηρής-άμμου.Σχηματοποίηση πράσ ινης άμμου. Αυτή είναι η πιο ευρύτατα χρησιμοποιημένη μέθοδος σχηματοποίησης. Χρησιμοποιεί μια φόρμα φτιαγμένη από συμπιεσμένη υγρή άμμο. Ο όρος πράσινος μας λέει ότι υπάρχει υγρασία στη φορμαριζόμενη άμμο και ότι η φόρμα δεν είναι ξηρή ή ψημένη. Αυτή η μέθοδος είναι γενικά η πιο πρόσφορη αλλά συνήθως δεν είναι κατάλληλη για μεγάλες ή πολύ βαριές χυτεύσεις. Είναι εφαρμόσιμη για χυτεύσεις του μάλλον περίπλοκου σχεδίου, δεδομένου ότι η πράσινη άμμος δεν ασκεί τόσο πολλή αντίσταση στην κανονική συστολή της χύτευσης όταν σταθεροποιείται όπως η ξηρά, ψημένη άμμος. Αυτό μειώνει το σχηματισμό των καυτών δακρύων ή των ρωγμών.Χύτευση ξηρής-άμμου. Οι περισσότερες μεγάλες και πολύ βαριές χυτεύσεις γίνονται στις φόρμες ξηρής-άμμου. Στις επιφάνειες φορμών δίνεται ένα πυρίμαχο επίστρωμα και ξηραίνονται προτού η φόρμα κλειστεί για την έκχυση. Αυτό σκληραίνει τη φόρμα και παρέχει την απαραίτητη δύναμη για να αντισταθεί στα μεγάλα ποσά μετάλλου, αλλά αυξάνει το χρόνο κατασκευής. Οι φόρμες που σκληραίνουν με μια διαδικασία διοξειδίου του άνθρακα, που εξηγείται αργότερα, μπορούν επίσης να θεωρούνται στην κατηγορία ξηρής- άμμου.Όροι και δ ιαδικασία χύτευσης. Μια χύτευση άμμου αρχίζει με ένα πρότυπο ξύλου ή μετάλλου της επιθυμητής μορφής. Θα είναι μεγαλύτερο από το τελειωμένο μέρος για να επιτρέψει τη διακένωση του μετάλλου, την

45

διαστρέβλωση, και την μηχανική κατεργασία. Το πρότυπο τοποθετείται σε έναν πίνακα φορμών, ο οποίος είναι ένας πίνακας λίγο μεγαλύτερος από το ανοικτό κιβώτιο, ή φιάλη, που τοποθετείται πέρα από αυτό. Η φορμαριζόμενη άμμος που περιορίζεται από τη φιάλη χώνεται έπειτα γύρω από το πρότυπο. Πολλάκις, η άμμος δίπλα στο σχέδιο κοσκινίζεται ή διαπερνάται για να παρέχει μια ομαλότερη επιφάνεια. Αυτό καλείται επενδυτική άμμος, και το υπόλοιπο της άμμου που απαιτείται για να γεμίσει τη φιάλη καλείται υπόστρωμα περιβλήματος άμμου. Τα πρότυπα απλού σχεδίου, με μια ή περισσότερες επίπεδες επιφάνειες, μπορούν να φορμαριστούν σε ένα κομμάτι. Άλλα πρότυπα μπορούν να χωριστούν σε δύο ή περισσότερα μέρη για να διευκολύνουν την αφαίρεσή τους από την άμμο. Οι διμερείς φιάλες απαιτούνται. Η μερίδα της φόρμας στο χαμηλότερο μισό της φιάλης καλείται ολκός και η ανώτερη μερίδα καλείται θόλος (σχέδιο 4.1). Η πρόσ^ση στην κοιλότητα παρέχεται από οπές ροής, δακτυλίους ολίσθησης, και διόδους, όπως φαίνεται στο διάγραμμα. Μια λεκάνη έκχυσης μπορεί να χαραχτεί στην άμμο στην κορυφή της οπής, ή ένα κιβώτιο έκχυσης, που παρέχει μεγαλύτερο άνοιγμα, μπορεί να απλώνεται γύρω από την οπή για να διευκολύνει την έκχυση. Αφότου χύνεται το μέταλλο, ψύχεται πιο γρήγορα όπου έρχεται σε επαφή με την άμμο. Κατά συνέπεια η εξωτερική επιφάνεια διαμορφώνει ένα κέλυφος που τείνει να κρατήσει τη μορφή του και να τραβήξει το ακόμα λειωμένο μέταλλο από το κέντρο προς αυτό. Το τελευταίο κομμάτι του μετάλλου κοντά στο κέντρο της μάζας μπορεί να μην είναι ικανοποιητικού όγκου για να γεμίσει το κενό που μένει, έτσι ώστε ένα μερικό κενό ή πορώδες σημείο θα αφεθεί στο κέντρο της χύτευσης. Αυτά τα πορώδη σημεία μπορούν να αποφευχθούν από μια δεξαμενή ή έναν ανυψωτή του λειωμένου μετάλλου κοντά στην κοιλότητα. Το μέγεθος των διόδων και των δακτυλίων είναι πολύ σημαντικό. Θα φαινόταν ότι η μόνη λειτουργία τους είναι να αφήσουν το μέταλλο να γεμίσει την κοιλότητα. Εντούτοις, εάν είναι πάρα πολύ μεγάλοι, το λειωμένο μέταλλο μπορεί να ρεύσει πάρα πολύ γρήγορα και να διαβρώσει τους τοίχους του συστήματος των δακτυλίων. Επίσης, η αναταραχή μπορεί να οδηγήσει στην κοιλότητα φορμών. Εάν οι δίοδοι και οι δακτύλιοι δεν είναι αρκετά μεγάλοι, μερικό από το μέταλλο μπορεί να σταθεροποιηθεί προτού να γεμίσει το τμήμα, κάνοντας ένα ελλιπές μέρος. Η κατασκευή κατάλληλων οπών, διόδων, και των ανυψωτών επιτυγχάνεται από την εμπειρία, τη μελέτη, και την έρευνα. Το πρότυπο πρέπει να εκλεπτυνθεί για να επιτρέψει την εύκολη αφαίρεση από την άμμο. Αυτή η κωνικότητα αναφέρεται ως σχέδιο. Το υπόδειγμα για τη σχηματοποίηση άμμου είναι γενικά 11/2 έως 3 βαθμοί. Οι πυρήνες τοποθετούνται στις φόρμες όποτε είναι απαραίτητο να υπάρξει μια τρύπα στη χύτευση. Όπως φαίνεται στο σχέδιο 4.1, ο πυρήνας θα αφεθεί σε ισχύ αφότου αφαιρείται το πρότυπο έτσι ώστε το μέταλλο δεν μπορεί να καταλάβει αυτό το κενό. Μερικές φορές ο πυρήνας μπορεί να φορμαριστεί ολοκληρωτικά με την πράσινη άμμο, και αυτό αναφέρεται ως πυρήνας πράσινης άμμου. Γενικά, ο πυρήνας αποτελείται από την άμμο που συνδέεται με το έλαιο πυρήνων, μερικά οργανικά συνδετικά υλικά, και νερό. Οι πυρήνες τοποθετούνται στη φόρμα και, αφότου αφαιρείται το πρότυπο, εντοπίζονται και τίθενται σε ισχύ από τα αποτυπώματα πυρήνων, όπως παρουσιάζεται. Όταν οι πυρήνες δεν έχουν πολλή υποστήριξη, όπως φαίνεται στο σχέδιο 4.2, η υποστήριξη μπορεί να παρασχεθεί από τους διάφορους τύπους στεφάνων που γίνονται μέρος της χύτευσης. Οι εξωτερικοί πυρήνες χρησιμοποιούνται για να διευκολύνουν τη σχηματοποίηση. Ο μικρός πυρήνας που

παρουσιάζεται στο σχέδιο 4.1 είναι της ποικιλίας φραγής. Τοποθετείται στο πρότυπο προτού να γεμίσει η φιάλη με άμμο έτσι ώστε φράσσει ως αναπόσπαστο τμήμα της φόρμας. Η γραμμή χωρισμού είναι η γραμμή σύμφωνα με την οποία ένα πρότυπο διαιρείται για τη σχηματοποίηση, ή σύμφωνα με την οποία τα τμήματα της φόρμας ξεχωρίζονται. Αυτή η επιφάνεια και το σχέδιο ψεκάζονται με σκόνη χωρισμού έτσι ώστε ολκός και θόλος θα χωρίσουν χωρίς ρήξη της άμμου. Οι φιάλες μπορούν να φτιαχτούν από ξύλο, αλλά δεν αντέχουν κάτω από σκληρή χρήση. Οι φιάλες μετάλλων αποτελούνται συχνά από αργίλιο ή μαγνήσιο για να κρατούν το βάρος κάτω. Γενικά, η φιάλη αφαιρείται προτού να χυθεί το μέταλλο, για να αποτραπεί κάποια ζημιά από το καυτό μέταλλο και για να επιταχυνθεί η επαναχρησιμοποίησή της (σχέδιο 4.3). Στη θέση της τίθεται ένα μεταλλικό κάλυμμα ολίσθησης, το οποίο αποτρέπει το σπάσιμο της φόρμας από την πίεση του λειωμένου μετάλλου. Οι φιάλες γίνονται με διάφορους τρόπους για να διευκολύνεται η αφαίρεσή τους από τη φόρμα. Μερικές έχουν 5 βαθμούς εσωτερικής κωνικότητας, και άλλες έχουν αρθρωτές ή απότομα κλειστές γωνίες.

ΤΥΠΟΙ ΠΡΟΤΥΠΩΝ

Η επιλογή του τύπου του προτύπου, του οποίου υπάρχουν αρκετοί, είναι βασισμένη κατά ένα μεγάλο μέρος στην πολυπλοκότητα του κομματιού και τον αριθμό των μερών που παράγονται. Τα πρότυπα μπορούν να ταξινομηθούν όπως απλά, χαλαρά, στερεά πρότυπα' διασπασμένα πρότυπα πρότυπα προσαρμοσμένης λαμαρίνας πρότυπα ολκού-και-θόλου πρότυπα χαλαρού κομματιού και σύνθετα πρότυπα.Απλά, χαλαρά, στερεά πρότυπα. Αυτός ο τύπος προτύπου είναι ουσιαστικά ένα αντίγραφο του μέρους που χυτεύεται εκτός, φυσικά, ότι είναι μεγαλύτερο, για να επιτρέψει τη διακένωση και την μηχανική κατεργασία. Έχει επίσης σχέδιο για να διευκολύνει την αφαίρεσή του από την άμμο. Αυτό το πρότυπο χρησιμοποιείται μόνο όπου ένας περιορισμένος αριθμός μερών πρόκειται να παραχθεί. Δεν περιέχει καθόλου οπές, διόδους, ή ανυψωτές. Αυτοί πρέπει να κοπούν με το χέρι από το διαμορφωτή, το οποίο καθιστά τη διαδικασία αργή και συγκριτικά ακριβή.Δ ιασπασμένα πρότυπα. Τα διασπασμένα πρότυπα γίνονται έτσι ώστε το ένα μέρος μπορεί να τοποθετηθεί στον ολκό και το άλλο στο θόλο. Αυτό διευκολύνει όχι μόνο την αφαίρεση προτύπων αλλά και την τοποθέτηση της γραμμής χωρισμού. Οι κωνικοποιημένοι πύροι κρατούν τα δύο μισά μαζί κατά τή διάρκεια της σχηματοποίησης έτσι ώστε ο ολκός κατά το ήμισυ θα βρεθεί ακριβώς απέναντι από το μισό του θόλου.Πρότυπα προσαρμοσμένης λαμαρίνας. Τα πρότυπα προσαρμοσμένης λαμαρίνας γίνονται συνήθως σε μια λαμαρίνα αργιλίου με τη μερίδα του θόλου του προτύπου στη μια πλευρά και το μέρος ολκού του προτύπου στην άλλη. Το κόστος για να γίνει αυτό το πιο επιμελημένο πρότυπο το περιορίζει στις περιπτώσεις όπου μέσες ή μεγάλες ποσότητες χυτεύσεων πρόκειται να παραχθούν. Για να δικαιολογήσει τη χρήση του, οπουδήποτε από μερικές εκατοντάδες έως χίλια μέρη θα πρέπει να χυτευθούν ανά μήνα. Σε χρήση, η προσαρμοσμένη λαμαρίνα εγκαθίσταται μεταξύ θόλου και ολκού, που είναι σε ισχύ από τους πύρους ή τους οδηγούς που ζευγαρώνουν με εκείνους στη

φιάλη. Η προσαρμοκτμένη λαμαρίνα τοποθετείται μεταξύ των δύο μισών της φιάλης και, αφότου έχει γεμίσει κάθε μέρος με άμμο, η προσαρμοσμένη λαμαρίνα παίρνεται έξω. Η κοιλότητα φορμών είναι έπειτα σχεδόν πλήρης, δεδομένου ότι δρομείς, δίοδοι, και οι ανυψωτές συμπεριλαμβάνονται στην προσαρμοσμένη λαμαρίνα (σχέδιο 4.4). Δεδομένου ότι οι δρομείς και οι δίοδοι ελέγχουν τη ροή του μετάλλου στην κοιλότητα, η κατοχή των προτύπων για αυτούς που τοποθετούνται στην προσαρμοσμένη λαμαρίνα με το μέρος προτύπου να βεβαιώνει ότι θα είναι οι ίδιοι σε κάθε παραχθείσα φόρμα, δίνοντας κατά συνέπεια πιο ομοιόμορφες χυτεύσεις. Η παροχή για την κατάλληλη θέση της οπής ροής παρέχεται επίσης.Πρότυπα θόλου και ολκού. Για να επιταχύνει τις διαδικασίες έτσι ώστε και ο θόλος και ο ολκός να μπορούν "να φραχθούν" συγχρόνως, η προσαρμοσμένη λαμαρίνα γίνεται σε δύο μέρη. Αυτό μερικές φορές επίσης καλείται πρότυπο διπλής προσαρμοσμένης λαμαρίνας. Σε αυτήν την διαδικασία ένας εργάτης μπορεί να γεμίσει την πλευρά του θόλου με άμμο ενώ ένας άλλος γεμίζει την πλευρά έλξης, ή μπορούν και οι δύο να γεμίσουν από ένα άτομο χρησιμοποιώντας μηχανικό εξοπλισμό, που περιγράφεται αργότερα.Πρότυπα χαλαρού κομματιού. Τα σχέδια χαλαρού κομματιού απαιτούνται όταν το μέρος είναι τέτοιο που το πρότυπο δεν μπορεί να αφαιρεθεί ως ένα κομμάτι, ακόμα κι αν είναι χωρισμένο και η γραμμή χωρισμού γίνεται σε περισσότερα από ένα επίπεδα. Σε αυτήν την περίπτωση το κύριο πρότυπο αφαιρείται συνήθως πρώτα. Κατόπιν τα χωριστά κομμάτια τα οποία θα πρέπει να γυριστούν ή να κινηθούν προτού να μπορέσουν να ληφθούν έξω, αφαιρούνται. Τα περίπλοκα πρότυπα αυτού του τύπου απαιτούν συνήθως περισσότερη συντήρηση και είναι πιο αργά στη μορφοποίηση. Εντούτοις, το κόστος τους είναι μερικές φορές δικαιολογημένο στο τελικό προϊόν.Σύνθετα πρότυπα. Οι μεγάλες και περίπλοκες χυτεύσεις, εάν παράγονται σε μεγάλη ποσότητα, γίνονται συχνά με τα πρότυπα μηχανικού εξοπλισμού. Είναι παρόμοια με το πρότυπο θόλου και ολκού, αλλά τα διαφορετικά μέρη ή ένα σύνθετο των μερών μπορούν να γίνουν συγχρόνως. Κάθε τύπος μέρους τοποθετείται σε ένα μισό ένθετο που είναι ανταλλάξιμο με τα ένθετα του άλλου μισού (σχέδιο 4.5). Αυτή η πρακτική επηρεάζει αποταμιεύσεις στον εξοπλισμό και το κόστος, όμως διατηρεί τη χαμηλή τιμή κομματιού χαρακτηριστικό του εξοπλισμού υψηλού όγκου.

ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ ΔΙΑ ΤΗΣ ΑΜΜΟΥ

Η επιλογή και η μίξη της άμμου μορφοποίησης αποτελούν έναν από τους κύριους παράγοντες στον έλεγχο της ποιότητας των χυτεύσεων. Οι δύο τύποι της άμμου μορφοποίησης είναι η φυσική και η συνθετική.Φυσικές άμμοι μορφοποίησης. Οι καταθέσεις των φυσικών άμμων μορφοποίησης χαρακτηρίζονται από μια -περιεκτικότητα σε άργιλο 5 έως 15 τοις εκατό, που διανέμεται μέσω της άμμου. Οι φυσικές άμμοι ποικίλλουν πολύ και επομένως πρέπει συχνά να επαναρυθμιστούν για να λάβουν ορισμένες επιθυμητές ιδιότητες, ως εξής:(1) Η άμμος πρέπει να παρουσιάσει μια ομαλή επιφάνεια, η οποία ελέγχεται από το μέγεθος κόκκου και τήν περιεκτικότητα σε άργιλο. Το μέγεθος κόκκου μπορεί να καθοριστεί τρέχοντας το μέσα από μια σειρά κόσκινων. Η περιεκτικότητα σε άργιλο καθορίζεται με το πλύσιμο ενός δείγματος δΟ-ςπι

48

μέσω διάφορων κύκλων σε ένα διάλυμα υδροξειδίου νατρίου. Αφότου αφαιρείται ο άργιλος, η άμμος είναι ξηρά και ζυγισμένη για να δούμε πόσο τοις εκατό είναι του αρχικού.(2) Αφότου η άμμος έχει αναμιχθεί ή έχει υγρανθεί με νερό, τα χαρακτηριστικά της θα πρέπει να είναι τέτοια που μπορεί εύκολα να εργαστεί γύρω από το πρότυπο. Αυτό ορίζεται ικανότητα ροής. Η περιεκτικότητα σε υγρασία της άμμου καθορίζεται με το ζύγισμα της άμμου πριν και μετά από την ξήρανση της σε ένα φούρνο. Μπορεί επίσης να βρεθεί από έναν εμπορικό "αφηγητή υγρασίας" ένα όργανο που καταχωρεί την υγρασία από την άποψη της ηλεκτρικής αγωγιμότητας μεταξύ δύο ηλεκτροδίων που τοποθετούνται στο δείγμα.(3) Αφότου η άμμος έχει τεθεί σε ισχύ γύρω από το πρότυπο, δεν θα πρέπει να σπάσει κατά μήκος των ακρών όταν αφαιρείται το πρότυπο. Αυτό είναι γνωστό ως πράσινη αντοχή.(4) Η άμμος θα πρέπει να είναι επαρκώς ανοικτή στη δομή για να επιτρέψει στο αέριο και τον ατμό, που διαμορφώνονται από το λειωμένο μέταλλο, να δραπετεύσουν. Αυτή η ποιότητα είναι γνωστή ως διαπερατότητα, και μπορεί να ελεγχθεί με διάφορα όργανα. Μια μέθοδος είναι να χρησιμοποιηθεί ένα τυποποιημένο χωμένο δείγμα και να φανεί πόσο καιρό παίρνει 2.000cc αέρα να περάσει μέσω του σε μια δεδομένη πίεση αέρα. Ο διαμορφωτής αυξάνει συχνά τη διαπερατότητα της άμμου, αφότου ο θόλος κατά το ήμισυ έχει χωθεί, παρεμβάλλοντας ένα πύρο διεξόδων αρκετές φορές μέσα στο 1/4 in. από το πρότυπο. Ο πύρος διεξόδων είναι ένα αριθμημένο σε 1/16ίη. χαλύβδινο σύρμα.(5) Η άμμος πρέπει να είναι επαρκώς ισχυρή για να αντισταθεί στη ροή του λειωμένου μετάλλου αλλά ακόμα αρκετά αδύνατη για να θρυμματιστεί καθώς η χύτευση αρχίζει να σταθεροποιείται και να στενεύει. Αυτή η ποιότητα καθορίζεται με έναν ελεγκτή σκληρότητας σε ένα τυποποιημένο χωμένο δείγμα. Ο ελεγκτής σκληρότητας, όταν τοποθετείται στο δείγμα, μετρά το βάθος διείσδυσης μιας τυποποιημένης σφαίρας χάλυβα και καταχωρεί την απόσταση σε μια πλάκα ενδείξεων.Συνθετικές άμμοι. Οι συνθετικές άμμοι έχουν ως βάση τους τις καθαρότερες άμμους πυριτίου, όπως βρίσκονται στην άμμο αμμόλοφων. Ο βεντονίτης, ένα παράγωγο αργίλου της ηφαιστειακής τέφρας, προστίθεται για να δώσει τη σωστή συνοχή στην άμμο.Μίξη άμμου. Για να εξασφαλισθεί κατάλληλη μίξη της άμμου, του συνδέοντας αργίλου, και του ύδατος, χρησιμοποιείται ένας μηχανικός αναμίκτης, ή τροχός.

ΠΥΡΗΝΕΣ Η ΚΑΡΔΙΑ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΠΥΡΗΝΩΝ

Όπως δηλώθηκε προηγουμένως, ένας πυρήνας χρησιμοποιείται για να διαμορφώσει τις εσωτερικές μεταβάσεις σε μια χύτευση. Τα χαρακτηριστικά των υλικών πυρήνων είναι παρόμοια με εκείνους για τη σχηματοποίηση της άμμου. Ο πυρήνας πρέπει να αντισταθεί στον κανονικό χειρισμό ενώ ταυτοχρόνως δεν θα πρέπει να αποτρέψει το μέταλλο σε επαφή μαζί του από το να συσταλθεί κανονικό. Ένας καλός πυρήνας θα σπάσει ή θα θρυμματιστεί αφότου έχει εκτελέσει την αρχική λειτουργία του εκτόπισης του μετάλλου. Κατασκευή πυρήνων. Οι πυρήνες φτιάχνονται από λεπτή άμμο που αναμιγνύεται με έλαιο πυρήνων, κάποιο συνδετικό υλικό (συνήθως φυσικές ή συνθετικές ρητίνες), και νερό. Αφότου συνδυάζονται λεπτομερώς αυτά τα

υλικά, το μίγμα τοποθετείται στις φόρμες ή κουτιά πυρήνων. Οι μηχανές κατασκευής πυρήνων φυσούν την άμμο πυρήνων στο κουτί. Οι διέξοδοι επιτρέπουν στον αέρα να δραπετεύσει αλλά παγιδεύουν την άμμο. Με αυτήν την διαδικασία, οι πυρήνες μπορούν να γίνουν σε μερικά δευτερόλετπα. Οι πυρήνες αφαιρούνται από το κουτί πυρήνα και τοποθετούνται σε μεταλλικά κουτιά πυρήνων ή σε δίσκους και ψήνονται σε 350° ως 450°F. Αφότου ψήνονται οι πυρήνες και ψύχονται, εκείνοι που αποτελούνται από δύο ή περισσότερα μέρη κολλιούνται μαζί με έναν συνθετικό σύνδεσμο. Μια νεώτερη μέθοδος σκλήρυνσης πυρήνων είναι με διοξείδιο του άνθρακα. Όταν η άμμος αναμιγνύεται με το σύνδεσμο πυριτικών αλάτων νατρίου, κάθε κόκκος της άμμου είναι ντυμένος με μια λεπτή μεμβράνη αυτού του ιξώδους υγρού. Αφότου έχει συσκευαστεί αυτή η επικαλυμμένη άμμος στο κουτί πυρήνων ή τη φόρμα, οι μικροσκοπικές υγρές γέφυρες του συνδέσμου συνδέουν τους κόκκους της άμμου. Όταν το αέριο διοξειδίου του άνθρακα περνά μέσω της μάζας της άμμου, ο υγρός σύνδεσμος πυκνώνει ή τίθεται έτσι ώστε οι κόκκοι άμμου να είναι συνδεδεμένοι μαζί καθιστώντας την άμμο άκαμπτη. Το διοξείδιο του άνθρακα αντιδρά με το συστατικό οξειδίων νατρίου του συνδέσμου για να παράγει ανθρακικό άλας νατρίου. Το συστατικό πυριτικού οξέος τοποθετεί αδιάλυτο πυρίτιο (Si02), το οποίο τσιμεντάρει τους κόκκους άμμου από κοινού. Οι μικροί πυρήνες αεριοποιούνται εύκολα μέσω ενός μικρού λαστιχένιου κυπέλλου που κρατιέται από τη μια άκρη του κουτιού πυρήνα. Η άλλη άκρη πρέπει να αερίζεται ή να υποστηρίζεται για να επιτρέπει την ελεύθερη μετάβαση του αερίου μέσω του πυρήνα. Η αεριοποίηση των κουτιών πυρήνων από το κατώτατο σημείο επιτρέπει στο διοξείδιο του άνθρακα να εκτοπίσει ευκολότερα τον αέρα στον πυρήνα. Οι μεγάλοι πυρήνες και οι φόρμες μπορούν να αεριοποιηθούν με τη χρησιμοποίηση βαλβίδων ή καλυμμάτων πολλαπλής εισαγωγής στα κουτιά πυρήνων ή τις φιάλες μορφοποίησης. Στην περίτπωση των πολύ μεγάλων πυρήνων ή των φορμών, η άμεση έγχυση του αερίου διοξειδίου του άνθρακα με μια λόγχη είναι κατάλληλη. Η αεριοποίηση κυπέλλου, πολλαπλής εισαγωγής και λόγχης παρουσιάζονται στο σχέδιο 4.6. Ο χρόνος αεριοποίησης θα ποικίλει, ανάλογα με το μέγεθος και τη μορφή του πυρήνα ή της φόρμας και τη μέθοδο αεριοποίησης. Τόσο η υπό- όσο και η υπέραεριοποίηση θα προκαλέσουν αδυναμία της δομής. Εντούτοις, η υποαεριοποίηση είναι προτιμώμενη από την υπεραεριοποίηση, επειδή οι πυρήνες θα σκληραίνουν με αέρα μέχρι ενός ορισμένου βαθμού. Η δοκιμή και το λάθος πρέπει να χρησιμοποιηθούν για να καθορίσουν τους χρόνους αεριοποίησης. Περίπου 75 τοις εκατό της άμμου πυρήνων που σκληραίνουν από το διοξείδιο του άνθρακα μπορούν να βελτιωθούν μετά από τη χρήση με μια μέθοδο πεπιεσμένου αέρα. Η διασπασμένη άμμος πυρήνων αναμιγνύεται με ένα μεγάλης ταχύτητας ρεύμα αέρος και φυσιέται ενάντια σε ένα έλασμα κρούσης, το οποίο την διασπά σε μεμονωμένους κόκκους πάλι. Η βελτιωμένη άμμος θα απαιτήσει λιγότερη συνδετική ύλη από ότι μια νέα άμμο. Οι πυρήνες αυτής της μεθόδου παραγωγής έχουν το πλεονέκτημα να είναι πλήρεις αμέσως μόλις αφαιρούνται οι πυρήνες από το κουτί πυρήνων. Έχει επίσης λιγότερη διαστρέβλωση δεδομένου ότι δεν υπάρχει κανένας χρόνος ενθείωσης. Λιγότερο προσχέδιο απαιτείται, δεδομένου ότι οι πυρήνες αναπτύσσουν υψηλή αντοχή προτού να αφαιρεθούν από το κουτί πυρήνων. Στις υψηλές θερμοκρασίες υπάρχει μια μερική τήξη του δεσμού σε γυαλί πυριτικών αλάτων, που αναγκάζει τη μάζα άμμου να γίνει εύθραυστη και εύκολα

συντριμμένη σε σκόνη. Η διαδικασία διοξειδίου του άνθρακα έχει επεκταθεί έτσι ώστε οι φόρμες μπορούν να γίνουν με την ίδια διαδικασία. Αυτές οι φόρμες παράγονται γρήγορα και έχουν ικανοποιητική αντοχή για να αντισταθούν στην έκχυση χωρίς ένα εξωτερικό περικάλυμμα ολίσθησης.

ΤΥΠΟΙ ΦΟΡΜΩΝ ΚΑΙ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΜΕΓΕΘΟΥΣ

Φόρμες πάγκων. Οι μικρές φόρμες γίνονται βολικά σε έναν πάγκο, ως εκ τούτου το όνομα.Φόρμες πατωμάτων. Οι φόρμες πατωμάτων είναι για τις μεγαλύτερες φιάλες που δεν μπορούν να χειριστούν εύκολα σε έναν πάγκο. Αυτό απαραιτήτως δεν σημαίνει ότι τα μέρη είναι μεγάλα σημαίνει ότι πολλά παρόμοια μικρά μέρη γίνονται συγχρόνως (σχέδιο 4.7).Σχηματοποίηση κοιλωμάτων. Η σχηματοποίηση κοιλωμάτων γίνεται, όπως το όνομα υπονοεί, σε μια περικοπή κοιλωμάτων ή κοιλοτήτων στο πάτωμα για να προσαρμόσει τις πολύ μεγάλες χυτεύσεις. Το κοίλωμα λειτουργεί ως ολκός.

ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ

Η περισσότερη από τη χειρονακτική εργασία έχει αφαιρεθεί από το σύγχρονο χυτήριο. Η άμμος διανέμεται μέσω των σωλήνων ρεύματος αέρος στους σταθμούς μορφοποίησης που στη μηχανική σημασία χρησιμοποιούνται για να την βάλουν στη θέση, και οι μεταφορείς μεταφέρουν την τελειωμένη φιάλη στο πάτωμα εκχύσεως. Οι μηχανικές διαδικασίες που χρησιμοποιούνται στην πλήρωση μιας φόρμας συνίστανται από την εμβόληση πεπιεσμένου αέρα, το ταρακούνημα, τη συμπίεση, και την εκσφενδόνιση άμμου.Εμβολείς πεπιεσμένου αέρα Η απλούστερη ενίσχυση στην παραγωγή μιας φόρμας είναι ένας εμβολέας πεπιεσμένου αέρα. Χρησιμοποιείται στις διαδικασίες μορφοποίησης τόσο του πάγκου όσο και του πατώματος για να αποβάλει τη βύθιση χεριών, (σχ. 4.8)Μηχανές κραδασμών. Ένας άλλος τρόπος τοποθέτησης της άμμου γύρω από το πρότυπο είναι να της δοθεί μια σειρά κραδασμών. Αυτό γίνεται με την τοποθέτηση της φιάλης μαζί με ένα πρότυπο προσαρμοσμένου ελάσματος στη μηχανή κραδασμών. Το πάνω μισό γεμίζεται με άμμο και υποβάλλεται σε μια ενέργεια ταρακουνήματος. Αυτό συνίσταται σηκώνοντας τη φιάλη σε μια κοντή απόσταση και αφήνοντας την να πέσει από τη βαρύτητα. Η ξαφνική ενέργεια προκαλεί την άμμο να συσκευαστεί ομοιόμορφα γύρω από το πρότυπο. Η άμμος κοντά στην κορυφή που είναι λιγότερο πυκνή, παίρνει πολύ λίγη συσκευασία. Μερικές φορές τα βάρη τοποθετούνται στην κορυφή της άμμου για να προσθέσουν στην ενέργεια συμπίεσης αποβάλλοντας έτσι οποιαδήποτε βύθιση χεριών.Μηχανή συμπίεσης-κραδασμού. Πολλές μηχανές κατασκευής φορμών συνδυάσουν μια ενέργεια συμπίεσης με μια ενέργεια ταρακουνήματος. Η συναρμολογημένη φιάλη τοποθετείται στη μηχανή με ένα πρότυπο προσαρμοσμένου ελάσματος μεταξύ θόλου και ολκού. Το μισό του ολκού γεμίζεται με άμμο και οριζοντιώνεται, και η ενέργεια ταρακουνήματος φράσσει (συμπιέζει) την άμμο γύρω από το πρότυπο. Η φιάλη έπειτα αναποδογυρίζεται, και ο θόλος γεμίζεται με άμμο και οριζοντιώνεται. Ένας

51

πίνακας πίεσης τοποθετείται στην κορυφή του θόλου, και η ενέργεια συμπίεσης επέρχεται από την κορυφαία πλάκα στερέωσης της μηχανής. Μετά την ενέργεια συμπίεσης, η πλάκα στερέωσης ταλαντεύεται από τον τρόπο. Το πρότυπο προσαρμοσμένου ελάσματος δονείται καθώς ο θόλος ανασηκώνεται και καθώς σύρεται από τον ολκό. Με το πρότυπο αφαιρούμενο, οι πυρήνες μπορούν να τεθούν σε θέση και ο θόλος επιστρέφεται στη θέση. Μετά την αποσυναρμολόγηση της φιάλης, η φόρμα μετακινείται στο πάτωμα έκχυσης. Μηχανή ανατροπής κραδασμού-συμπίεσης. Αυτή η μηχανή είναι παρόμοια με αυτήν που μόλις περιγράφηκε. Αφότου γεμίζεται το μισό του ολκού της φιάλης και ταρακουνιέται και ένας κατώτατος πίνακας τοποθετείται γύρω από τον ολκό, δύο βραχίονες σηκώνουν τη φιάλη ενώ ο χειριστής την περιστρέφει γύρω του. Ο θόλος γεμίζεται με άμμο και συμπιέζεται στο πρότυπο έλασμα. Καθώς ο θόλος ανασηκώνεται, το πρότυπο έλασμα δονείται για να διευκολύνει την απόσυρσή του από τη φόρμα. Οι πυρήνες τίθενται έπειτα σε θέση, και ο θόλος επιστρέφεται στη θέση. Η φιάλη απογυμνώνεται, και η τελειωμένη φόρμα, έτοιμη για την έκχυση, χαμηλώνεται στο πάτωμα από ένα γερανό με μπίγα (σχ. 4.11). Τα ποσοστά παραγωγής φορμών είναι υψηλά με αυτόν τον τύπο εξοπλισμού. Μόνο 2λ. απαιτούνται για να ολοκληρωθεί ολόκληρη η λειτουργία.Μηχανές διαμόρφωσης διαφραγμάτων. Η αυτόματη μηχανή διαμόρφωσης διαφραγμάτων χρησιμοποιεί πίεση αέρα σε ένα διάφραγμα για να συμπιέσει την άμμο στη φόρμα. Αφότου η φιάλη έχει γεμίσει με ένα μετρημένο ποσό άμμου, η μονάδα διαφραγμάτων μετακινείται στη θέση. Ένα μετρημένο ποσό αέρα αντλείται στον κύλινδρο (αεροθάλαμο) πίσω από την προσθήκη, και ο υδραυλικός κύλινδρος ανυψώνει το πρότυπο για να συμπιέσει τη φόρμα. Οι πιέσεις μέχρι 450psi εφαρμόζονται ομοιόμορφα στη φόρμα, κάνοντας πιθανές τις ομοιόμορφες εκτιμήσεις σκληρότητας ακόμα και στις βαθιές κοιλότητες(σχ. 4.12). Λόγω της ομοιόμορφης πίεσής της, αυτή η μέθοδος έχει χρησιμοποιηθεί για να κάνει ακριβείς χυτεύσεις μηχανής-εμποδίου στην πράσινη άμμο. Μια παραλλαγή λιγότερο από 0,5 τοις εκατό από το βάρος στις χυτεύσεις που σταθμίζουν 236 λίβρες έχει αναφερθεί όταν η φόρμα έγινε μ' αυτό τον τρόπο.Εκτοξευτείς άμμου. Μεγάλες φόρμες πατωμάτων και κοιλωμάτων γεμίζουν με άμμο από υπερυψωμένους εκτοξευτείς άμμου. Ο χειριστής οδηγά έναν διακινούμενο βραχίονα, κατευθύνοντας την άμμο στις κατάλληλες θέσεις. Η άμμος παραδίδεται σε ένα εξωθητήρα με τη βοήθεια των κάδων μεταφοράς. Ο εξωθητήρας ρίχνει την άμμο κάτω σε ένα ποσοστό που κυμαίνεται από 1.000 σε 4,0001b ανά λ . Η πυκνότητα της άμμου μπορεί να ελεγχθεί από την ταχύτητα του εξωθητήρα.

ΛΕΙΩΝΟΝΤΑΣ ΤΟ ΜΕΤΑΛΛΟ

Το μέταλλο λειώνει σε έναν από διάφορους τύπους κλιβάνων, μερικοί από τους οποίους εμφανίζονται στο σχ.4.14 Η επιλογή του κλιβάνου είναι βασισμένη σε διάφορους παράγοντες που εμφανίζονται σε λίστα εν συντομία ως εξής; 1) οικονομία, συμπεριλαμβανομένου του κόστους του καυσίμου ανά λίβρα του λειωμένου μετάλλου και του αρχικού κόστους του εξοπλισμού, συν τις δαπάνες εγκαταστάσεων και συντήρησης. 2) θερμοκρασίες που απαιτούνται. 3) ποσότητα μετάλλου που απαιτείται ανά μετατόπιση και ανά

ώρα. 4) δυνατότητα των μέσων τήξης να απορροφηθούν οι ακαθαρσίες και 5) μέθοδος της έκχυσης.Κλίβανοι χοάνης, ή δοχείου κλίσης. Οι κλίβανοι χοανών, όπως το όνομα δείχνει, αποτελούνται απλά από μια χοάνη για να κρατήσουν το μέταλλο καθώς αυτό λειώνει από μια φλόγα αερίου ή πετρελαίου. Έτσι τακτοποιείται να γείρει εύκολα όταν το μέταλλο είναι έτοιμο για την έκχυση. Το δυναμικό μονάδας είναι γενικά περιορισμένο σε 1,0001b. Επίσης εμφανίζεται ένας δίδυμος κλίβανος χοανών που χρησιμοποιεί την θερμότητα που απελευθερώνει η αίθουσα καύσης και περνούν πέρα από τη χοάνη θέρμανσης για να προθερμαίνουν τη χοάνη.Θόλοι. Οι θόλοι είναι μια απόφυση του κλιβάνου φυσήματος. Σχεδιάζονται πιο συγκεκριμένα για την τήξη χυτοσιδήρων, και χειρίζονται κατά πολύ το μεγαλύτερο ποσοστό αυτού του μετάλλου. Η ευρεία χρήση του θόλου προέρχεται από διάφορα πλεονεκτήματα: 1) Όπως ένας κλίβανος φυσήματος, μπορεί να τρυπηθεί σε κανονικά διαστήματα, όπως απαιτείται, κάτω από συνεχή παραγωγή. 2) Το κόστος λειτουργίας είναι χαμηλότερο από αυτό άλλων κλιβάνων χυτηρίων που παράγουν ισοδύναμες χωρητικότητες. 3) Η χημική σύνθεση του λειωμένου μετάλλου μπορεί να ελεγχθεί ακόμη και κάτω από συνεχή χρήση. Δεδομένου ότι το λειωμένο μέταλλο έρχεται σε επαφή με το ανθρακούχο κοκ, η περιεκτικότητα σε άνθρακα του λειωμένου μετάλλου τείνει να είναι υψηλή. Είναι μερικές φορές απαραίτητο να μεταφερθεί το λειωμένο μέταλλο σε έναν άλλο κλίβανο, όπως ένας κλίβανος αέρα, όπου μερικός από τον άνθρακα μπορεί να καεί. Θα παρατηρήσετε, στο σχέδιο 4.16, ότι η κατασκευή θόλων είναι ουσιαστικά ένας άξονας ή ένας κύλινδρος χάλυβα που ευθυγραμμίζεται με το πυρίμαχο τούβλο. Ένα κιβώτιο ανέμου και σωλήνες εμφυσήσεως υψικαμίνου τοποθετούνται κοντά στο κατώτατο σήμείο για να προμηθεύσει ρεύμα όταν συνδέεται με τον ανεμιστήρα. Το κατώτατο σημείο είναι καλυμμένο με πράσινη άμμο χυτηρίων, χωμένο στη θέση και κωνικοποιημένο προς την οπή εκροής. Το ξύλο προσανάμματος τοποθετείται προσεκτικά στην άμμο και έπειτα ένα στρώμα από κοκ. Αφότου καίει καλά το κοκ περισσότερο κοκ προστίθεται βαθμιαία έως ότου το υπόστρωμα είναι του επιθυμητού ύψους που εξαρτάται κάπως από την περίοδο καψίματος. Όταν το αρχικό υπόστρωμα κοκ "καίγεται", το πρόσθετο κοκ προστίθεται και ο θόλος είναι έτοιμος για γέμισμα. Το γέμισμα γίνεται μέσω της πόρτας γεμίσματος που βρίσκεται περίπου στα μισά της πλευράς του θόλου. Το γέμισμα αποτελείται από τα στρώματα του σιδήρου σε ράβδους ή απόρριμμα εναλλαγμένο με κοκ. Μικρά ποσά ασβεστόλιθου προστίθενται ως ροή για το μέταλλο. Η ροή αυξάνει τη ρευστότητα της σκουριάς (που διαμορφώνεται από την τέφρα κοκ, την οξείδωση μετάλλων, και μερικές από την επένδυση τούβλου) έτσι ώστε μπορεί να εκρεύσει στους σωλήνες σκουριάς. Είναι επίσης πιθανό να προστεθούν υλικά πλούσιων κραμάτων στο γέμισμα ή στην κουτάλα στο χρόνο που ο θόλος τρυπιέται. Όταν ικανοποιητικά φορτία τοποθετηθούν στο θόλο, αρχίζει η τήξη. Συνήθως, μισή ώρα απαιτείται για να προθερμανθεί το περιεχόμενο των καπνοδόχων. Όι ανεμιστήρες έπειτα ξεκινούν, και το μέταλλο αρχίζει να λειώνει σε θέμα λετπών. Η τήξη μπορεί να παρατηρηθεί μέσω των τρυπών παρατήρησης στην πλευρά. Δεδομένου ότι το λειωμένο μέταλλο συλλέγεται στο κατώτατο σημείο του θόλου, η οπή εκροής μπορεί να ανοίξει για να παραδώσει το σίδηρο στις κουτάλες έκχυσης. Όταν η κουτάλα είναι πλήρης το σφηνοειδές βούλωμα αργίλου επιστρέφεται στην οπή εκροής. Ο ενδυναμωμένος αέρας προσωρινά κλείνει κατά τη διάρκεια της

λειτουργίας διάτρησης. Για να σβήσει ο θόλος, το περιεχόμενο καπνοδόχων λειώνεται έως ότου αφήνονται περίπου ένα ή δύο φορτία επάνω από το υπόστρωμα. Το φύσημα αέρα μειώνεται και οι κατώτατες πόρτες ανοίγουν για να επιτρέψουν στα περιεχόμενα να εκκενωθούν. Νερό ψεκάζεται στην άσπρη- καυτή εκκένωση για να αποτρέψει ζημία στο θόλο. Το μέταλλο και το κοκ από το γέμισμα μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν βαθμιαία στις επιτυχημένες γεμίσεις.Κλίβανοι τόξων. Για να παράγουν τις χυτεύσεις χάλυβα των απαιτητικών χημικών συνθέσεων, χρησιμοποιούνται οι ηλεκτρικοί κλίβανοι τόξων. Αυτοί οι κλίβανοι παρέχουν στενό έλεγχο των διαδικασιών τήξης και καθαρισμού. Ο κλίβανος αποτελείται από ένα κέλυφος που ευθυγραμμίζεται με το πυρίμαχο τούβλο. Τρία ηλεκτρόδια άνθρακα παρεμβάλλονται στην κορυφή και επεκτείνονται κάτω κοντά στο μέταλλο (σχ.4.17). Όταν το ρεύμα ανοίγει, τα ηλεκτρικά τόξα είναι τέντωμα μεταξύ των ηλεκτροδίων και του φορτίου του μετάλλου, παρέχοντας την θερμότητα. Η ροή προστίθεται μέσω μιας παράπλευρης πόρτας για να διαμορφώσει ένα προστατευτικό κάλυμμα για το μέταλλο. Οι υψηλές θερμοκρασίες, τα υψηλά ποσοστά τήξης, και ο στενός έλεγχος μπορούν να διατηρηθούν από αυτούς τους κλίβανους.Ηλεκτρικοί κλίβανοι επαγωγής. Ο ηλεκτρικός φούρνος υψηλής συχνότητας που εμφανίζεται κατά τη διατομική όψη (σχέδιο 4.18) είναι ουσιαστικά ένας μετασχηματιστής αέρα στον οποίο ο αρχικός είναι μια σπείρα της ψυχωμένης με νερό σωλήνωσης χαλκού και ο δευτεροβάθμιος είναι ένα φορτίο μετάλλων. Καθώς το ηλεκτρικό ρεύμα υψηλής συχνότητας περνά μέσω της αρχικής σπείρας, επιφέρει ένα γρήγορα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο στο μέταλλο. Αυτό το πολύ βαρύτερο δευτεροβάθμιο ρεύμα θερμαίνει το μέταλλο πολύ γρήγορα στην επιθυμητή θερμοκρασία. Το νερό ψύξης στη σωλήνωση χαλκού αποτρέπει το αρχικό κύκλωμα από την υπερθέρμανση. Δεδομένου ότι οι όροι τήξης λαμβάνονται γρήγορα, πολύ λίγή οξείδωση του μετάλλου πραγματοποιείται, και καμία ροή δεν χρησιμοποιείται. Ο κλίβανος επαγωγής αποδεικνύεται πολύτιμος στα χυτήρια που κάνουν την έκχυση μικρού μέρους των διάφορων κραμάτων. Είναι επίσης πολύτιμο στην τήξη χαλύβων χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, δεδομένου ότι δεν υπάρχει καμία "επανάληψη" του άνθρακα, όπως εμφανίζεται στους ηλεκτρικούς κλίβανους τόξων.

ΕΚΓΧΥΣΗ ΤΟΥ ΜΕΤΑΛΛΟΥ

Αφού φτιάχνεται η φόρμα και οι πυρήνες τίθενται σε θέση, η εργασία ελέγχεται για να δούμε ότι όλη έχει γίνει κατάλληλα. Η φόρμα έπειτα κλείνεται και στέλνεται στο πάτωμα έκγχυσης. Διάφοροι τύποι εμπορευματοκιβωτίων χρησιμοποιούνται για να μετακινήσουν το λειωμένο μέταλλο από τον κλίβανο στην περιοχή έκχυσης.Κουτάλες. Οι μεγάλες χυτεύσεις του τύπου πατωμάτων και κοιλωμάτων χύνονται με μια κατώτατης έκχυσης κουτάλα. Όταν η χύτευση είναι πολύ μεγάλη, δύο ή τρεις από αυτές τις κουτάλες χρησιμοποιούνται συγχρόνως. Γ ια τις μικρότερες ή μέσου μεγέθους φόρμες, χρησιμοποιείται η teapot κουτάλα (σχέδιο 4.19), Η teapot κουτάλα έχει ενσωματωμένους σωλήνες που επιτρέπει στο μέταλλο να ληφθεί από το κατώτατο σημείο και δεν ενοχλεί τη σκουριά που διαμορφώνεται στην κορυφή. Οι απλές κουτάλες αναφέρονται ως κουτάλες έκχυσης χείλους. Αυτές λαμβάνουν το μέταλλο από τον κλίβανο και τοποθετούνται στο πάτωμα έκχυσης για να γεμίσουν τις μικρότερες

κουτάλες που χειρίζονται από τους μεταφορείς μονοτρόχιων σιδηροδρόμων ή από το χέρι.Έκχυση. Η έκχυση του μετάλλου πρέπει τόσο προσεκτικά να ελεγχθεί όσο οποιοδήποτε μέρος της διαδικασίας χύτευσης. Η θερμοκρασία του μετάλλου πρέπει να είναι ακριβώς σωστή. Εάν είναι πάρα πολύ καυτό, τα καυτά αέρια θα παράγουν εξαεριστήρες’ εάν είναι πάρα πολύ κρύο, το μέταλλο θα σταθεροποιήθεί πρόωρα και δεν θα γεμίσει ολόκληρη την κοιλότητα. Μια νεώτερη μέθοδος έκχυσης πίεσης που χρησιμοποιείται τώρα από μερικούς κατασκευαστές έχει αναπτυχθεί για να εξασφαλίσει υγιείς χυτεύσεις. Αποτελείται από το λειωμένο μέταλλο καταναγκασμού μέσω ενός πυρίμαχου λαμπτήρα τύπου σωλήνα στο κατώτατο σημείο της κοιλότητας με τη βοήθεια του συμπιεσμένου αέρα.Αυτόματος εξοπλισμός. Οι διαδικασίες χυτηρίων έχουν γίνει αρκετά αυτοματοποιημένες. Εμφανίζεται στο σχέδιο 4.20 μια ημιαυτοματοποιημένη γραμμή διαδικασίας χυτηρίων χρησιμοποιώντας μια υδροπνευματική μηχανή μορφοποίησης. Μόνο η ρύθμιση και έκχυση του πυρήνα χρειάζεται να γίνει χειροκίνητα.

ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ ΛΗΞΗΣ

Αφότου οι χυτεύσεις είχαν το χρόνο να δροσίσουν κάτω από τη χαμηλότερη κρίσιμη θερμοκρασία, χωρίζονται από τη φόρμα και τοποθετούνται σε ένα παλλόμενο τραπέζι. Εδώ η άμμος είναι χωρισμένη από τη χύτευση. Λαμβάνεται έπειτα στο δωμάτιο λήξης όπου οι πύλες και οι ανυψωτές αφαιρούνται. Οι μικρές πύλες και οι ανυψωτές μπορούν να απομακρυνθούν χτυπώντας με ένα σφυρί οι μεγαλύτεροι απαιτούν πριόνισμα κάψιμο, ή ψαλίδισμα. Οι ανεπιθύμητες προεξοχές μετάλλων, όπως τα πτερύγια, οι πλήμνες και οι μικρές μερίδες των πυλών και των ανυψωτών, χρειάζονται να λειαθούν μέχρι να αναμιχθούν με την επιφάνεια της χύτευσης. Η περισσότερη από αυτήν την εργασία γίνεται με έναν μύλο, και η λειτουργία είναι γνωστή ως λείανση εμπλοκών. Στις μεγάλες χυτεύσεις είναι ευκολότερο να κινηθεί ο μύλος από ότι η εργασία, έτσι χρησιμοποιούνται οι μύλοι τύπου ταλάντευσης (σχέδιο 4.21). Στις μικρότερες χυτεύσεις φέρονται οι μύλοι τύπου εξέδρας ή πάγκου εργασίας. Το χέρι και οι πνευματικές σμίλες χρησιμοποιούνται επίσης για να τακτοποιήσουν τις χυτεύσεις. Μια πιο πρόσφατη μέθοδος αφαίρεσης του υπερβολικού μέταλλου από τη χύτευση είναι με τη βοήθεια ενός φανού άνθρακα-αέρα. Αυτό αποτελείται από μια ράβδο άνθρακα χρησιμοποιώντας το υψηλής έντασης ηλεκτρικό ρεύμα με ένα ρεύμα του συμπιεσμένου αέρα που φυσιέται στην βάση του. Αυτό οξειδώνει και αφαιρεί το μέταλλο μόλις είναι λειωμένο. Σε πολλά χυτήρια αυτή η διαδικασία έχει αντικαταστήσει όλες τις διαδικασίες πελέκησης και λείανσης. Οι μεγάλες χυτεύσεις μπορούν να ληφθούν σε ένα ειδικό δωμάτιο όπου υποβάλλονται σε διαδικασίες ανατίναξης βολής, άμμου, ή νερού.Έλεγχος και επισκευή. Η χύτευση καθαρίζεται και επιθεωρείται για σκασίματα. Οι ατέλειες επιφάνειας μπορούν συνήθως να επισκευαστούν από τη συγκόλληση. Πιο πρόσφατα, οι εποξικές ρητίνες που συνδυάζονται με το χάλυβα ή το αργίλιο έχουν χρησιμοποιηθεί για να γεμίσουν τις ατέλειες επιφάνειας. Αυτά τα υλικά σκληραίνουν γρήγορα και έχουν πολύ χαμηλές

τιμές διακένωσης. Οι χυτεύσεις εξετάζονται και καταστροφικά και μη. Μια καταστρεπτική δοκιμή αποτελείται από να πριονίσει τη χύτευση σε τμήματα για να καθορίσει πιθανές θέσεις πορώδους. Άλλες καταστρετπικές δοκιμές γίνονται από τα χτυπήματα σφυριών και με τη φόρτωση στην αποτυχία. Οι μη καταστρεπτικές δοκιμές που γίνονται από τις ακτίνες X, τις ακτίνες γάμμα, μεγάλης ροής, υπέρηχους, κ.λ.π., συζητούνται στο κεφ. 8.Επεξεργασία θερμότητας της χύτευσης. Εάν η επεξεργασία θερμότητας της χύτευσης είναι απαραίτητη, γίνεται συνήθως μετά από την προκαταρκτική επισκευή και τον καθαρισμό. Εάν η επισκευή γίνεται με τις εποξικές ρητίνες, αυτό θα πρέπει να γίνει μετά από την επεξεργασία θερμότητας. Τα διάφορα υλικά χρειάζονται διαφορετικές επεξεργασίες θερμότητας. Ο ελατός σίδηρος απαιτεί μια παρατεταμένη ανόπτηση, οι χυτεύσεις χάλυβα μπορούν να αποσβηθούν και να μετριαστούν για να αναπτύξουν τη μέγιστη αντοχή, και οι μη σιδηρούχες χυτεύσεις μπορούν να κανονικοποιηθούν σε προετοιμασία για συγκόλληση ή κατεργασία.Αναθεώρηση της διαδικασίας χύτευσης. Η διαδικασία χύτευσης μπορεί να γίνει αρκετά εμπλεκόμενη, ειδικά στην αρχική παρουσίασή της. Επομένως, μέσω της συνοπτικής περίληψης, τα σημαντικά βήματα αναθεωρούνται με τα σχέδια σε σειρά διάταξης γραμμών (σχέδιο 4.22). Αυτές οι εικόνες θα εξυπηρετήσουν να δέσουν τη διαδικασία και τους όρους μαζί.

ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΧΥΤΕΥΣΗΣ

Το καλό σχέδιο χύτευσης καταλήγει συνήθως από τις προσεκτικές συσκέψεις του μηχανικού του χυτηρίου και του μηχανικού σχεδιασμού προϊόντος. Όπως σχεδόν σε όλη τη μηχανική, ένα καλό σχέδιο είναι γενικά ένας συμβιβασμός. Όπως φαίνεται στο σχ.4.23 υπάρχουν δύο εκδόσεις του ίδιου θεμελιώδους σχεδιασμού. Η ιδανική χύτευση του σχεδιαστή θα ήταν σχεδόν απίθανο να χυτευθεί, και η ιδανική του χυτευτή θα ήταν εξαιρετικά δαπανηρή στη μηχανή. Για ένα δοσμένο μέρος, υπάρχει συνήθως ένα βέλτιστο σημείο στην καμπύλη δαπανών που αντιπροσωττεύει το καλύτερο σχέδιο. Οι καμπύλες θα πρέπει να μοιάζουν κάπως σαν αυτές στο σχ.4.24, όπου μια καμπύλη αντιπροσωπεύει μια εύκολη να χυτευθεί-σκληρή στη μηχανή χύτευση και η άλλη καμπύλη τη δύσκολη να χυτευθεί-εύκολη στη μηχανή χύτευση. Το κατώτατο σημείο της καμπύλης συνολικού κόστους αντιπροσωπεύει τον τελευταίο στόχο του κατασκευαστή.

ΚΑΝΟΝΕΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΧΥΤΕΥΣΗΣ

Αν και οι μειώσεις των δαπανών πραγματοποιούνται συχνά μέσω του καλού σχεδίου χύτευσης, υπάρχουν άλλοι παράγοντες που λαμβάνουμε υπόψη όταν σχεδιάζεται μια χύτευση για να λάβουμε τη μέγιστη δύναμη. Αυτοί περιλαμβάνουν το ποσοστό στερεοποίησης, την επίδραση των στοιχείων ανάμιξης, της τοποθέτησης της γραμμής διαχωρισμού, της αποφυγής της συγκέντρωσης πίεσης, των οικονομικών εκτιμήσεων, των αναμενόμενων ανοχών και της λειτουργίας.Ποσοστό στερεοποίησης. Το ποσοστό που ένα δεδομένο μέταλλο στερεοποιείται κατά ένα μεγάλο μέρος καθορίζει τη μικροδομή του. Επομένως, στο σχέδιο χύτευσης είναι σημαντικό να εξεταστεί προσεκτικά η

επίδραση του μεγέθους ή του όγκου κάθε διατομικής περιοχής. Για παράδειγμα, ο κανονικά γκρίζος χυτοσίδηρος, όταν χύνεται σε πολύ λετπά τμήματα, μπορεί να γίνει άσπρος χυτοσίδηρος, και ο κανονικά άσπρος χυτοσίδηρος, όταν χύνεται σε βαριά τμήματα, μπορεί να γίνει γκρίζος χυτοσίδηρος. Όπως σημειώνεται στο διάγραμμα ισορροπίας σίδηρου- άνθρακα στο κεφάλαιο 2 υπάρχουν δύο σημαντικές περίοδοι ψύξης χυτοσιδήρου. Η πρώτη είναι στην αρχή της στερεοποίησης, όταν αρχίζουν να διαμορφώνονται τα καρβίδια σιδήρου και ο ωστενίτης κάνει την πρώτη εμφάνισή του (περίπου στους 2.065°F). Η άλλη είναι ο μετασχηματισμός σε περλίτη στους 1.333°F. Ο ωστενίτης θα έχει αποβάλλει κάθε άνθρακα σε περίσσεια ενός ευτηκτικού μίγματος (0.83%). Η περίσσεια άνθρακα που απορρίπτεται από τον ωστενίτη μπορεί να διασκορπιστεί σε όλο τον ωστενίτη, ή μπορεί να μεταναστεύσει και να κατατεθεί στο αρχικό καρβίδιο που χώρισε από το λειωμένο μέταλλο. Το μέγεθος και η διανομή των νιφάδων γραφίτη τίθεται αρκετά καλά κατά την διάρκεια της στερεοποίησης, έτσι ώστε η επόμενη θερμική επεξεργασία να μην έχει οποιαδήποτε μεγάλη επίδραση σ’ αυτές. Σε μια μεγάλη έκταση, η δομή της φόρμας θα καλύψει το ποσοστό ψύξης από το μέταλλο. Παραδείγματος χάριν, μια φόρμα υγρής ψύξης θα έχει περισσότερο από δύο φορές τη δράση ψύξης μιας κανονικής φόρμας άμμου. Η υδρόψυξη χρησιμοποιείται σπάνια εκτός αν ο άσπρος χυτοσίδηρος επιδιώκεται.Η χρήση των ψηκτρών. Όταν η ψύξη μιας χύτευσης είναι επιθυμητή τότε χρησιμοποιούνται οι ψήκτρες. Οι ψήκτρες αποτελούνται συνήθως από μέταλλα διάφορων θερμικών δυνατοτήτων, που τοποθετούνται στη φόρμα για να προκαλέσουν τη γρηγορότερη στερεοποίηση στις εντοπισμένες ττεριοχές. Μπορούν να τοποθετηθούν σε μια διατομή ή μια ένωση που έχει έναν συγκριτικά μεγάλο όγκο μετάλλου να ψύξει, ανακουφίζοντας κατά συνέπεια ένα καυτό σημείο ή διατηρώντας ένα πιο ομοιόμορφο ποσοστό ψύξης και μικροδομής. Μπορούν επίσης να βρεθούν στα σημεία που είναι επιθυμητό να έχουμε εντοπισμένη σκλήρυνση, όπως στην περίπτωση των επιφανειών τριβέων ή φθοράς. Γενικά, θα είναι καλά για το σχεδιαστή της χύτευσης να γνωρίζει την αλλαγή στο ποσοστό στερεοποίησης που συνοδεύει τις διάφορες διατομικές περιοχές. Η τμηματική περιοχή μιας χύτευσης καθορίζει κατά ένα μεγάλο μέρος το ποσοστό στερεοποίησής της, το οποίο, στη συνέχεια, θα βοηθήσει να καθορίσει τη μικροδομή και τη δύναμή της χύτευσης. Τα βαριά απομονωμένα τμήματα πρέπει να αποφευχθούν. Όπως φαίνεται στο σχέδιο 4.25, αριστερά, είναι τρεις πιθανές μέθοδοι παραγωγής μιας μικρής χύτεσης με μια μεγάλη κεντρική πλήμνη. Αν η πλήμνη είναι συμπαγής, όπως φαίνεται στο πάνω τμήμα, το πορώδες θα εμφανιστεί στο κέντρο της χύτευσης. Εάν μερικό από το μέταλλο αφαιρείται, όπως φαίνεται στο κεντρικό τμήμα, υπάρχει κάποια δυνατότητα το πορώδες να μπορεί αποφευχθεί. Εάν η τρύπα έχει εξ ολοκλήρου θέση πυρήνα μέσω της πλήμνης, όπως υποδεικνύεται στο κατώτατο τμήμα, χυτεύσεις ελεύθερες πορώδους βεβαιώνονται. Οπουδήποτε είναι δυνατόν, τα τμήματα τοίχων, πρέπει να τρικλίσουν για να ελαχιστοποιήσουν το ποσό μετάλλου που συγκεντρώνεται στη σύνδεση, όπως φαίνεται στο σχ.4.25 στα δεξιά. Οι χυτεύσεις με τα βαριά τμήματα μπορούν να γίνουν εάν το βαρύ τμήμα είναι κοντά στον εξωτερικό και συνδέεται με τη γραμμή διαχωρισμού. Μπορούν να είναι περιορισμένες άμεσα, η είσοδος μετάλλων που αυξάνεται με τη βοήθεια ενός μαξιλαριού πύλης! Όταν ορίζεται η επιθυμητή αντοχή μιας χύτευσης, γίνονται συχνά

αναφορές σε μια ράβδο δοκιμής ενός μεγέθους ισοδύναμου με το διαγώνιο τμήμα των εν λόγω χυτεύσεων. Μια μέθοδος είναι να χύσει μια κυλινδρική ράβδο που αντιπροσωπεύει τη διατομική περιοχή του μεγέθους που αντιστοιχεί στο διαγώνιο τμήμα της χύτευσης. Φυσικά το ποσοστό ψύξης μιας κυλινδρικής ράβδου δεν θα είναι ακριβώς το ίδιο με αυτό της εν λόγω περιοχής χύτευσής, έτσι ορισμένοι συσχετισμοί έχουν επεξεργαστεί. Ένας από αυτούς είναι ότι το κέντρο ενός επίπεδου ελάσματος, θα δροσίσει στο ίδιο ποσοστό όπως μια κυλινδρική ράβδος της οποίας η διάμετρος είναι η διπλάσια σε πάχος, από το έλασμα. Η άκρη, η οποία ψύχεται σε ένα πολύ πιο γρήγορο ποσοστό, θα απαιτήσει έναν δείγμα ράβδου δοκιμής της ίδιας διαμέτρου με το πάχος των ελασμάτων. Αυτή η παραλλαγή στο ποσοστό ψύξης είναι ευρέως γνωστή στα χυτήρια και τα καταστήματα μηχανών, όπου η μη μηχανολογικά κατεργασμένη ψήκτρα βρίσκεται πάντα πρώτη στις λεπτές άκρες. Ακόμη και στις αρκετό συμπαγείς χυτεύσεις οι διαφορές στο ποσοστό ψύξης θα επηρεάσουν την τελική δύναμη. Παραδείγματος χάριν, εάν μια 3- ιντσών τετραγωνική ράβδος χυτεύτηκε και διάφορα μεγέθη δειγμάτων κυλινδρικής ράβδου λήφθηκαν στις γωνίες και το κέντρο, όπως φαίνεται στο σχ.4.27, τα αποτελέσματα θα ήταν κάπως όπως υποδειγμένα ακόμη και σε μια συμπαγή χύτευση όπως αυτή. Θα διαπιστωθεί ότι η σκληρότητα είναι υψηλότερη στις γρηγορότερα δροσιζόμενες γωνίες παρά στο αργά δροσιζόμενο κέντρο. Η εφελκυστική δύναμη αντιστοιχεί πιο πολύ στη σκληρότητα και είναι υψηλότερη για τα σκληρότερα δείγματα.Η χρήση των εγγεγραμμένων κύκλων. Η επίδραση της ψύξης στα παρακείμενα τμήματα μιας χύτευσης δεν είναι εύκολα προβλέψιμη σε χρήσιμη ποσοτική βάση, αλλά η χρήση των εγγραμμένων κύκλων έχει επιλυθεί από τον Χάρολντ Άνγκους του Βρετανικού Ερευνητικού Οργανισμού Χυτοσίδηρου. Αυτή η μέθοδος είναι βοηθητική στην αξιολόγηση των σχετικών ποσοστών ψύξης στο στάδιο του σχεδίου. Οι κύκλοι είναι χρήσιμοι στον καθορισμό των τάσεων κατάψυξής και των πιθανών μήχανικών ιδιοτήτων. Όταν ένας εγγραμμένος κύκλος είναι εφατπόμενος σε τρεις σημαντικές πλευρές τμημάτων όπως στα (1), (3), και (4) του σχεδίου 4.28, το ποσοστό ψύξης μπορεί να υποτίθεται ότι ήταν ίσο ή γρηγορότερο από ότι μιας ράβδου της ίδιας διαμέτρου, και η πιθανότητα των σκληρών σημείων, ανάλογα με το ποσοστό σύνθεσης και ψύξης, πρέπει να εξεταστεί. Μπορεί να φανεί ότι ο κίνδυνος απόκτησης σκληρών σημείων, θα ήταν μέγιστος στα σημεία (3), (4), και (5). Θα ήταν απαραίτητο να διευκρινιστεί ο σίδηρος που δεν θα καταψύχεται σε αυτά τα σημεία. Αν και αξιόλογες παραλλαγές εμφανίζονται στις ιδιότητες των προφανώς παρόμοιων σιδήρων, είναι δυνατό να γίνει μια λογική αξιολόγήση των πιθανών ιδιοτήτων του μετάλλου όταν χύνεται σε χυτεύσεις ή τις ράβδους δοκιμής από την ίδια την ανάλυση. Η δομή και οι μηχανικές ιδιότητες ενός χυτοσιδήρου μιας δεδομένης σύνθεσης εξαρτώνται πρώτιστα από το ποσοστό ψύξης και μετά από την έκχυση.Επίδραση των στοιχείων ανάμιξης. Τα κράματα που προστίθενται στο χυτοσίδηρο χρησιμοποιούνται για να ενισχύσουν ορισμένες ιδιότητες ενός μετάλλου. Εδώ ενδιαφερόμαστε για το πώς τα κράματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ελέγξουν το ποσοστό στερεοποίησης και συνεπώς τις ιδιότητες του μετάλλου. Το πυρίτιο είναι το στοιχείο που φυσιολογικά χρησιμοποιείται στις χυτεύσεις για να ελέγξει τις ψήκτρες. Το νικέλιο, ο χαλκός, το χρώμιο, το μολυβδαίνιο, το βανάδιο και το τιτάνιο χρησιμοποιούνται επίσης για να έχουν επιπτώσεις στο ποσοστό ψύξης. Όπου

αυτά τα στοιχεία προστίθενται σε ποσοστό μεγαλύτερο από 0,2 τοις εκατό, η επίδρασή τους πρέπει να εξεταστεί. Παραδείγματος χάριν, 1 τοις εκατό του χρωμίου ακυρώνει κατά προσέγγιση την επίδραση του 1,2 τοις εκατό του πυριτίου.Τοποθέτηση γραμμών διαχωρισμού. Κάθε νέο σχέδιο χύτευσης πρέπει να μελετηθεί, να εξεταστεί και να αξιολογηθεί προτού να τεθεί σε παραγωγή. Αυτό που φαίνεται στο σχ. 4.29α είναι το αρχικό σχέδιο ενός προσκρουστήρα υποστήριξης. Η γραμμή διαχωρισμού προσαρμόστηκε με τη φλάντζα, η οποία απαίτησε έναν μεγάλο πυρήνα στη μια πλευρά. Η μελέτη ανάλυσης πίεσης του μεγάλου πλευρού παρουσίασε ότι δεν έφερνε κανένα φορτίο. Το υποστήριγμα ξανασχεδιάστηκε χωρίς το πλευρό, επιτρέποντας μια αλλαγή στη γραμμή διαχωρισμού, με συνέπεια 28% αποταμιεύσεις βάρους. Συγκεντρώσεις π ίεσης. Οι αιχμηρές γωνίες πρέπει να αποφευχθούν στο σχέδιο χύτευσης. Η συγκέντρωση πίεσης αναπτύσσεται σε οποιαδήποτε αιχμηρή εσωτερική γωνία κατά τη διάρκεια της ψύξης, όπως φαίνεται στο σχέδιο 4.30. Αν η πίεση υπερβαίνει την αντοχή του υλικού (το μέταλλο είναι αδύνατο αμέσως μετά τη στερεοποίηση), ένας έλεγχος θερμότητας ή μια καυτή σταγόνα μπορεί να σχηματιστεί. Συχνά, τέτοιες ρωγμές είναι μικρές, απαρατήρητες, και συχνά μη επιβλαβείς, αλλά δεδομένου ότι η τόση που διαμορφώνουν είναι παρούσα σε οποιαδήποτε αιχμηρή εσωτερική γωνία, το καλύτερο σχέδιο ολοκληρώνεται όταν χρησιμοποιείται μια κατάλληλη λωρίδα. Η απεικόνιση στα δεξιά στο σχέδιο 4.30 δείχνει πώς αυτή η πίεση ελαχιστοποιείται. Δεν υπάρχει κανένα σημείο για τις συγκεντρώσεις των πιέσεων ψύξης να εμφανιστούν. Όποτε είναι δυνατόν, οι χυτεύσεις θα πρέπει να σχεδιαστούν με ομοιόμορφο πάχος. Δεδομένου ότι αυτό δεν μπορεί πάντα να γίνει, οι αποδεκτές μέθοδοι ποικίλων τμημάτων παρουσιάζονται στο σχ.4.31. Οι αιχμηρές γωνίες και οι μικρές ακτίνες που χρησιμοποιούνται για να αλλάξουν το πάχος ενός τμήματος είναι αρμόδιες για τις συγκεντρώσεις πίεσης. Μια ακτίνα 1 in., ή μια κωνικότητα 15-βαθμών, είναι μια αποδεκτή μέθοδος σχεδίου όταν γίνονται οι αλλαγές και στις δύο πλευρές του τμήματος. Ο ικονομικές εκτιμήσεις. Το καλό σχέδιο χύτευσης θα ενσωματώσει τις αποταμιεύσεις οπουδήποτε είναι δυνατόν. Ο σχεδιαστής θα εξετάσει τέτοιους παράγοντες όπως χυτεύσεις πολλαπλής κοιλότητας, η κατασκευή, η χρήση των πυρήνων, λειτουργίες της επόμενης μηχανικής κατεργασίας και της μείωσης του βάρους.Χύτευση πολλαπλής κοιλότητας. Οι ουσιαστικές αποταμιεύσεις μπορούν να πραγματοποιηθούν με την ενσωμάτωση περισσότερου από ενός τελειωμένου μέρους σε μια ενιαία χύτευση. Η σχηματοποίηση και τα έξοδα χειρισμού μειώνονται πολύ, δεδομένου ότι μόνο ένα μέρος του αριθμού των χυτεύσεων πρέπει να χειριστεί. Ένα παράδειγμα αυτού είναι η ενιαία χύτευση των πέντε καλυμμάτων των εδράνων V-8 μηχανής (σχ.4.32α). Η χύτευση επεξεργάζεται στη μηχανή ολοκληρωτικά ως μονό κομμάτι και κόβεται έπειτα σε χωριστά κομμάτια. Ένα άλλο παράδειγμα μιας ενιαίας χύτευσης για δύο μέρη είναι ο μπροστινός και οπίσθιος μεταφορέας επαγωγέα λεπίδας που είναι χωρισμένος κατά τη διάρκεια της κατεργασίας.Κατασκευή. Τα κατασκευασμένα σχέδια όπως η πλήμνη οπίσθιου τροχού φορτηγών, που φαίνεται στο σχ. 4.33, μπσρούν συχνά να απλοποιηθούν. Σε αυτήν την περίπτωση η κατασκευασμένη έκδοση έγινε σφυρηλατώντας το κύριο έλασμα και συγκολλώντας μια μικρότερη φλάντζα στη θέση. Η χύτευση

στα δεξιά είναι ελαφρύτερη, ισχυρότερη, και λιγότερο δαπανηρή από το κατασκευασμένο σχέδιο.Κυλινδρικές τρύπες του πυρήνα. Οι μηχανικοί έρχονται αντιμέτωποι συχνά με το πρόβλημα, είτε για να διευκρινίσουν τις κυλινδρικές τρύπες του πυρήνα, είτε τις τρυπημένες με τρυπάνι τρύπες. Μερικές φορές οι τρύπες απαιτούνται ως δίοδοι λαδιού' άλλες χρησιμοποιούνται για να φωτίσουν τη χύτευση. Οι κυλινδρικές τρύττες του πυρήνα απαιτούν συχνά εκτόρνευση και διάτρησή. Τα οικονομικά που περιλαμβάνονται στις αφαιρούμενες τρύπες του πυρήνα εναντίον των τρυπημένων με τρυπάνι τρυπών πρέπει να μελετηθούν σε μια ανεξάρτητη βάση, αλλά γενικά είναι φθηνότερο οι μεγαλύτερες τρύπες του πυρήνα όπου ένα αξιόλογο ποσό μέταλλου μπορεί να σωθεί και γρήγορότερα αποτελέσματα μήχανικής κατεργασίας. Ο αρθρωτός σύνδεσμος που φαίνεται στο σχ.4.34 ήταν αρχικά ένα σφυρηλατημένο κομμάτι στερεού χάλυβα. Μια μάλλον αργή λειτουργία διάτρησης απαιτήθηκε για να κάνει την τρύπα των αξόνων. Στη χύτευση, αυτή η τρύπα αφαιρέθήκε από τον πυρήνα, ακολουθημένη από μια γρήγορη λειτουργία διάτρησης πυρήνα, δεδομένου ότι το μεγαλύτερο μέρος του μετάλλου είχε αφαιρεθεί ήδη. Πολλές φορές, το κατάλληλο σχέδιο μπορεί να συνδυάσει τους πυρήνες, με συνέπεια μια λιγότερο ακριβή χύτευση. Το σχ.4.35 παρουσιάζει τα αρχικά και τα βελτιωμένα σχέδια μιας πλήμνης τροχών φορτηγού. Η αρχική χύτευση δεν θα μπορούσε να διαμορφωθεί στην πράσινη άμμο. Ένας μεγάλος πυρήνας δαχτυλιδιών ήταν απαραίτητος, μαζί με έναν πυρήνα σώματος για το εσωτερικό τμήμα. Το σχέδιο στα δεξιά βελτιώθηκε αρκετά με την εξάλειψη των πλευρών και του πίσω σχεδίου. Αυτό το κατέστησε πιθανό να κάνει τη φόρμα στην πράσινη άμμο, εξαλείφοντας εξ ολοκλήρου τον πυρήνα δαχτυλιδιών.Μεταγενέστερες λειτουργίες. Το καλό σχέδιο χύτευσής λαμβάνει υπόψη πώς τα μέρη θα κρατηθούν για την μηχανική κατεργασία. Το ενισχυτικό σώμα που φαίνεται στο σχ.4.36, χρησιμοποιήθηκε σε διάφορα μεγέθη οβίδων πυροβολικού, έγινε αρχικά από το απόθεμα ράβδων ορείχαλκου σε μια αυτόματη μηχανή βιδών. Μετά από την εκτενή δοκιμή, αποφασίστηκε να χρησιμοποιηθούν οι χυτεύσεις ελατού σιδήρου. Ο κατασκευαστής επιθύμησε να χρησιμοποιήσει τις ίδιες μήχανές που είχε χρήσιμοποιήσει στο απόθεμα ράβδων ορείχαλκου. Αυτό το πρόβλημα λύθηκε με την προσθήκη ενός κρίκου 1 in. διαμέτρου από 1,25 in. μακρύ για το κράτημα του σε ένα τσοκ τόρνου τύπου φωλιάς. Το ενισχυτικό σώμα θα μπορούσε έπειτα να επεξεργαστεί στη μηχανή εντελώς κατά τή διάρκεια τής ενιαίας σύσφιξης και να αφαιρεθεί από τον κρίκο κατά την μηχανική κατεργασία της πίσω πλευράς. Οι σχεδιαστές χυτεύσεων πρέπει πάντα να προσέχουν για ευκαιρίες να συνδυάσουν δύο ή περισσότερα μέρη σε μια ενιαία χύτευση. Παρουσιάζονται στο σχ.4.37 δύο υποστηρίγματα που χρησιμοποιούνται στην υποστήριξη ενός σιγαστήρα κλιματιστικού αυτοκινήτων. Η ενιαία χύτευση έσωσε 13 τοις εκατό του βάρους και 40 τοις εκατό του κόστους. Οι τρύπες με διαμέτρους μεγαλύτερες από το πάχος του μετάλλου μπορούν να τρυπηθούν με ζουμπά στον ελατό χυτοσίδηρο. Δύο στρογγυλές τρύπες και μια τετραγωνική τρύπα τρυπιούνται με ζουμπά ταυτόχρονα σε έναν βραχίονα τροχαλίας, όπως φαίνεται στο σχ.4.38.Μείωση βάρους. Η μείωση βάρους που στο παρελθόν ήταν ένα πρόβλημα πρώτιστα των μηχανικών αεροσκαφών και διαστήματος, τώρα είναι επίσης ένα πρόβλημα για τους μηχανικούς των αυτοκίνητων. Τρεις κύριες μέθοδοι για

τη μείωση του βάρος είναι: 1) να μειώνουν τις υπάρχουσες διαστάσεις μέσω της ανάλυσης πίεσης και των σχετικών διαδικασιών. 2) Μετατροπή των υπαρχόντων σιδηρούχων υλικών στο αργίλιο ή το μαγνήσιο. Αυτό οδηγεί συνήθως στις αυξανόμενες δαπάνες, δεδομένου ότι τα ελαφρά μέταλλα είναι ακριβότερα έτσι όπως διατιμώνται βάση του όγκου ή της αντοχής. 3) Μετατροπή των υπαρχόντων μερών από τα χαμηλής ή μέσης αντοχής σιδηρούχα υλικά σε ένα υψηλής αντοχής σιδηρούχο υλικό. Αυτό επιτρέπει τη μείωση στο φυσικό μέγεθος και βάρος. Συχνά το μεγαλύτερο κόστος ανά λίβρα του υψηλότερης αντοχής υλικού αντισταθμίζεται, επειδή απαιτείται λιγότερο υλικό. Στο σχ.1.39 παρουσιάζεται ένας διαφορικός μεταφορέας γκρίζου σιδήρου και χυτοχάλυβα. Με την εκμετάλλευση του χάλυβα υψηλότερης αντοχής, ήταν δυνατό να σχεδιαστεί το μέρος 5 λίβρες ελαφρύτερο και να διατηρηθεί ακόμα η αρχική, ή μεγαλύτερη αντοχή. Τα επτά βήματα που παρουσιάζονται στο σχ.4.40 συστήνονται από το Malleable Founders Society όπως όντας βασικά στη δημιουργία των υψηλής αντοχής, χυτεύσεων ελαφρού βάρους.Ανοχές της χύτευσης άμμου. Για τις συνηθισμένες φόρμες της πράσινης άμμου, η πιο στενές ανοχές μπορούν να κρατηθούν σε ένα μέρος της φιάλης. Το μέγιστο λάθος είναι εισαγόμενο πέρα από τη γραμμή διαχωρισμού. Διάφοροι άλλοι λόγοι υπάρχουν για τη συγκέντρωση ανοχής στις χυτεύσεις πράσινης άμμου, ως εξής: 1) Το πρότυπο μπορεί να παρεκκλίνει από το σχέδιο. 2) Η εντοπισμένη διακένωση χύτευσης δεν αντισταθμίστηκε πλήρως από τον κατασκευαστή του προτύπου. 3) Μπορεί να καταλήξει σε στρέβλωση, εξ αιτίας της σταματημένης ψύξης της χύτευσης. Αυτό είναι όχι πάντα προβλέψιμο, όμως είναι δύσκολο να ειπωθεί ποιο τμήμα της χύτευσης θα στερεοποιηθεί πρώτα. 4) Το κτύπημα προτύπων, η μετατόπιση πυρήνων, η πίεση άμμου, η αύξηση φορμών και ο χρόνος κουνήματος μπορούν να ποικίλουν. 5) Η θερμοκρασία έκχυσης και το ποσοστό της έκχυσης θα επηρεάσουν την ανοχή. Τα πρώτα τρία στοιχεία μπορούν να διορθωθούν με την επανεργασία του προτύπου ή με την τροποποίηση της πρακτικής σχηματοποίησης. Όπου η ποσότητα είναι μεγάλη, οι διορθώσεις δοκιμής και λάθους είναι εξ ολοκλήρου πρακτικές. Όταν οι εξαιρετικά στενές ανοχές διευκρινίζονται, πρέπει να υπάρχει ένα αντίστοιχα καλό τελείωμα. Δεδομένου ότι δεν υπάρχει καμία τυποποιημένη προδιαγραφή για την τελική επιφάνεια, αυτό πρέπει να συμφωνηθεί από το σχεδιαστή και το άτομο του χυτηρίου. Όι πραγματικές ανοχές που μπορούν να προμηθευτούν θα ποικίλουν στα διαφορετικά χυτήρια και σύμφωνα με την κατηγορία εργασίας, αλλά ο πίνακας 4.1 δίνει τους χαρακτηριστικούς αριθμούς για τις χυτεύσεις άμμου. Όι πιο στενές ανοχές χύτευσης μπορούν να ληφθούν με τις σκληρές φόρμες, όπως συζητείται στο κεφ. 5.Λειτουργικό σχέδιο. Η προέχουσα μελέτη στο σχέδιο χύτευσης είναι το πόσο λειτουργικό θα είναι. Η λειτουργία είναι σημαντικότερη από το κόστος , και την ευκολία της κατασκευής, ή της εμφάνισης. Το μέρος πρέπει να εκτελέσει την εργασία για την οποία προορίζεται. Μια συγκριτικά περίπλοκη χύτευση δεν πρέπει να απορριφθεί βάσει του κόστους μόνο. Πρέπει να δοθεί μια δίκαιη ανάλυση και να συγκριθεί με άλλες μεθόδους παραγωγής του ίδιου αντικειμένου. Μια λεπτομερής ανάλυση οδηγεί συχνά σε σχεδιαστικές βελτιώσεις.

ΝΕΟΤΕΡΕΣ ΕΞΕΛΙΞΕΙΣ

Χύτευση άμμου. Η μέγιστη πρόσφατη ανάτπυξη στη διαδικασία χύτευσης άμμου είναι η χρήση των εξαπλωμένων προτύπων χανδρών πολυστυρολίου ή styrofoam (σχ.4.41α). Η νέα μέθοδος επιτρέπει στο πρότυπο να αφεθεί στη φόρμα, και ατμοποιείται από το λειωμένο μέταλλο καθώς αυξάνεται στη φόρμα κατά τη διάρκεια της έκχυσης (b). Σχήματα μπορούν να χυτευτούν τώρα τα οποία στο παρελθόν ήταν αδύνατα: εγκοπές επιτρέπονται, το σχέδιο προτύπου πλέον δεν απαιτείται, η εκπυρήνωση απλοποιείται, και τα χαλαρά κομμάτια απομακρύνονται. Ένα νέο πρότυπο πρέπει να γίνει κάθε φορά. Εάν το πρότυπο είναι σχετικά μικρό και πρόκειται να παραχθεί σε ποσότητα, τα χωριστά πρότυπα μπορούν να γίνουν από την διαστολή ατμού των χανδρών πολυστυρολίου σε μια φόρμα μετάλλων όπως για το σίδηρο ατμού που παρουσιάζεται στο σχ. 4.42. Τα μεγάλα πρότυπα κόβονται από τα styrofoam φύλλα με ξύλινα εργαλεία κοπής ή ένα καυτό καλώδιο. Πριν το φορμάρισμα, το πρότυπο επικαλύπτεται με ένα λουτρό ζιρκονίτη σε ένα φορέα οινοπνεύματος. Το λουτρό παράγει μια σχετικά σκληρή επένδυση που χωρίζει το μέταλλο από την άμμο κατά τη διάρκεια της έκχυσης και της ψύξης. Η φορμαρισμένη άμμος είναι συνδυασμένη με μια ρητίνη και έναν παράγοντα σκλήρυνσης που το αναγκάζει να τεθεί μια θερμοκρασία δωματίου. Η σκληρή συμπίεση της φόρμας δεν απαιτείται. Η συμβατική άμμος χυτηρίων χρησιμοποιείται για να υποστηρίξει τη φόρμα. Κανένας ατμός δεν παράγεται και έτσι δεν εμφανίζονται καθόλου εξαεριστήρες. Επίσης η πίεση που παράγεται από τον αυξανόμενο όγκο του πολυστυρολίου καθώς ατμοποιείται βοηθάει να αποτρέψει οποιαδήποτε τάση των τοιχωμάτων της φόρμας να καταρρεύσουν.Πλεονεκτήματα. Τα πρότυπα μπορούν να γίνουν μέσα σε έναν σχετικά σύντομο χρόνο. Ο χρόνος της μηχανικής κατεργασίας μειώθηκε επίσης αρκετά επειδή το τεμάχιο μπορεί να γίνει πιο κοντά στις επιθυμητές διαστάσεις χωρίς σχέδιο, και οι εγκοπές μπορούν να υποβληθούν όπου χρειάζονται. Οι γραμμές διαχωρισμού δεν είναι πλέον πρόβλημα.Περιορισμοί. Η ικανότητα επανάληψης της διαδικασίας, κατά την χρησιμοποίηση styrofoam φύλλα, εξαρτάται από την ικανότητα εκείνων που κόβουν και κολλούν τα πρότυπα.

ΑΛΛΕΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗΣ

Οι μέθοδοι της χύτευσης άμμου είναι από παλιά μια αγαπημένη μέθοδος του χυτηρίου λόγω του χαμηλού κόστους και μεταβλητότητας τους. Μπορούν, εντούτοις, να μην συναντήσουν όλες τις ακριβείς απαιτήσεις των κοντινών ανοχών, με ένα ελάχιστο της μηχανικής κατεργασίας και της ομαλής τελικής επιφάνειας. Άλλες μέθοδοι χύτευσης που έχουν ανατπυχθεί συναντούν αυτές τις απαιτήσεις. Αυτές οι διαδικασίες είναι χύτευση φόρμας περιβλήματος, χύτευση φόρμας ασβεστοκονιάματος, χύτευση επένδυσης, φυγοκεντρική χύτευση, μόνιμη μορφοποίηση, συνεχής χύτευση, και χύτευση εξώθησης.

ΧΥΤΕΥΣΗ ΦΟΡΜΑΣ ΠΕΡΙΒΛΗΜΑΤΟΣ

Η μέθοδος φόρμας περιβλήματος παραγωγής χυτεύσεων είναι βασικά μια τροποποίηση της διαδικασίας φόρμας άμμου. Είχε την πρόωρη ανάπτυξή της στη Γερμανία κατά τη διάρκεια του 2°“ παγκόσμιου πολέμου. Αντί της χρησιμοποίησης του κανονικού μίγματος άμμου χυτηρίου, που έχει τον άργιλο και το νερό ως συνδέσμους, μια λεπτή ξηρά άμμος αναμιγμένη με φαινολική ρητίνη εφαρμόζεται στο πρότυπο το οποίο θερμαίνεται προσεγγιστικά στους 450°F. Η ρητίνη λειώνει και ρέει μεταξύ των κόκκων της άμμου, ενεργώντας ως δεσμός. Αυτό το χαρακτηριστικό γνώρισμα, συν τη θεραπεία στο πρότυπο, παράγει μια σκληρή, ομαλή φόρμα που είναι ακριβώς τόσο ακριβής όσο το ίδιο το πρότυπο. Η δόνηση, η σύνθλιψη, και η συμπίεση της φόρμας αποβάλλονται στη διαδικασία μορφοποίησης περιβλήματος. Στη θέση του κανονικού εξοπλισμού μορφοποίησης άμμου είναι ένα κιβώτιο ανοικτής πρόσοψης συναρμολογημένο στους άξονες περιστροφής. Ένα μίγμα ρητίνης- άμμου χύνεται στο κιβώτιο σε βάθος περίπου 10 ή 12 ίντσες. Το πρότυπο έλασμα, το οποίο έχει θερμανθεί προηγουμένως, είναι ένα στερεωμένο με το πρόσωπο κάτω στην κορυφή του κιβώτιου (σχέδιο 5.1). Το κιβώτιο είναι έτσι αντιστραμμένο ώστε το μίγμα άμμου-ρητίνης να πέφτει άμεσα στην καυτή πρόσοψη του πρότυπου. Το μήκος του χρόνου, κατά τη διάρκεια του οποίου, το μίγμα είναι σε επαφή με το καυτό πρότυπο, καθορίζει το πάχος του περιβλήματος. Συνήθως, η έκθεση σε 20 έως 35 sec, θα οδηγήσει σε ένα περίβλημα 1/8 έως 3/8 in. παχύ, το οποίο είναι επαρκές για τις περισσότερες μικρομεσαίες και μεσαίες χυτεύσεις. Το κιβώτιο επιστρέφει έπειτα στην αρχική θέση του, και το πρότυπο, με το μαλακό περίβλημα προσκολλημένο σε αυτό, αφαιρείται και τοποθετείται σε φούρνο για θεραπεία. Μια θερμοκρασία φούρνων περίπου 450 F° θα απαιτήσει 40 έως 60 sec για να κάνει το θερμικά σκλυρηνόμενο φαινολικό σύνολο συνδέσμων. Οι ηλεκτρικοί ακτινοβόλοι κλίβανοι θερμότητας μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά για να κατευθύνουν την θερμότητα στην βάση και τις πλευρές των προβολών, όπως φαίνεται στο σχέδιο 5.2.Αποβολή φόρμας. Αφότου το περίβλημα είχε τον ικανοποιητικό χρόνο θεραπείας, αφαιρείται από το φούρνο. Το περίβλημα εφαρμόζει μάλλον βολικά στο πρότυπο έτσι μερικά μέσα πρέπει να παρέχονται για γρήγορη αφαίρεση. Αυτό μπορεί να ολοκληρωθεί εύκολα εάν οι "καρφίτσες” πρόσκρουσης ενσωματώνονται στο πρότυπο. Αυτές οι "καρφίτσες" μπορούν να ενεργοποιηθούν με αναττήδηση, όπως φαίνεται στο σχέδιο 5.3, ή μπορούν να είναι μέρος ενός χωριστά χρησιμοποιημένου μηχανικού συστήματος εκτίναξης. Σε καθεμία περίπτωση, η μέθοδος αφαίρεσης του μαλακού περιβλήματος πρέπει να μελετηθεί στο χρόνο που το πρότυπο σχεδιάζεται. Είναι σημαντικό να έχουμε τις καρφίτσες εκτίναξης να δουλεύουν μαζί και ομοιόμορφα. Εάν πραγματοποιείται ανομοιογενής δράση, είναι πιθανό να οδηγήσουν σε σπασμένες ή διαστρεβλωμένες φόρμες. Το πρότυπο μπορεί επίσης να υποβληθεί σε φθορά ή ζημία.Ρεύμα. Το ποσό ρεύματος που είναι απαραίτητο στις φόρμες περιβλήματος, είναι γενικά λιγότερο από ότι στις φόρμες άμμου, όπως φαίνεται στον πίνακα 5.1. Μόνο ένα μικρό ποσό είναι απαραίτητο για να διευκολύνει την αφαίρεση της φόρμας από το πρότυπο.Συνάθροιση φόρμας. Αφότου έχει αποσπαστεί η φόρμα περιβλήματος από το πρότυπο, είναι έτοιμη για τη χρήση, ακόμα κι αν είναι θερμή. Διάφορες

τεχνικές χρησιμοποιούνται για να παρέχουν έναν οικείο δεσμό μεταξύ των μισών των φορμών. Αυτοί ττεριλαμβάνουν τους συνδετήρες, τις βάσεις καλωδίου, τις ταινίες, και τους συγκολλητικούς (σχέδιο 5.4). Οι ρυθμίσεις γλωσσίδας και αυλακιού στην ένωση αποτρέπουν το συγκολΑητικό από την είσοδο του στην κοιλότητα της φόρμας και ελαχιστοποιούν τα πτερύγια, μικρές προεξοχές μετάλλων στη γραμμή διαχωρισμού της χύτευσης. Η πιο ικανοποιητική μέθοδος σφράγισης μισών περιβλημάτων είναι με μια θερμοπροσαρμοστική ρητίνη του ίδιου γενικού τύπου με τη ρητίνη μορφοποίησης περιβλήματος. Η υπόλοιπη θερμότητα του περιβλήματος είναι αρκετή για να θέσει το φαινολικό συγκολλητικό.Έκχυση. Όταν είναι πιθανόν να υπάρξει αξιοσημείωτη μεταλοστατική πίεση στην φόρμα, πρέπει να υποστηριχθεί με εφεδρικό υλικό όπως βολή μετάλλου, αμμοχάλικο, ή άμμο μορφοποίησης.Ταρακούνημα. Αφότου έχει σταθεροποιηθεί η χύτευση, οι τεχνικές ομαλού ταρακουνήματος χρησιμοποιούνται για να απελευθερώσουν τη χύτευση από το περίβλημα. Μια σειρά διαφραγμάτων (παραπετασμάτων) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να χωρίσει τις χυτεύσεις, τα χοντρά τεμάχια της φόρμας, και τα εφεδρικά υλικά.Επανάκτηση άμμου. Αν και είναι πιθανό να ανακτηθεί η άμμος από το μίγμα άμμου-ρητίνης της φόρμας, τα οικονομικά αυτής της διαδικασίας είναι αμφισβητήσιμα εκτός κι αν η ποσότητα είναι μεγάλη. Η ρητίνη πρέπει να καεί σε υψηλή θερμοκρασία. Όταν αυτό γίνει, η άμμος θεωρείται να είναι όπως καινούργια, και να μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε για τη σχηματοποίηση πράσινης άμμου ή ξαναεπενδυμένη με ρητίνη για τη σχηματοποίηση περιβλημάτων.Πρότυπα και πυρήνες. Προκειμένου να αντέξουν στη θερμότητα της θεραπείας, τα πρότυπα που χρησιμοποιούνται, πρέπει να γίνουν από μέταλλο. Τα πρότυπα που είναι φτιαγμένα από αλουμίνιο είναι ικανοποιητικά για την βραχυπρόθεσμη παραγωγή τους, και ο γκρίζος σίδηρος, ο μπρούντζος ή ο χάλυβας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για υψηλή παραγωγή. Παρόλο που το πρότυπο διαστέλλεται εξ αιτίας της θεραπεύσιμης θερμότητας, αυτό μπορεί να παραμεληθεί, δεδομένου ότι η φόρμα επίσης στενεύει αφότου αφαιρείται από το πρότυπο. Τα πρότυπα για τις σχηματοποιήσεις περιβλημάτων, είναι πολύ ακριβή και είναι γενικά αντικείμενα υψηλού κόστους. Γίνονται από ειδικούς κατασκευαστές προτύπων μετάλλου, ή τους κατασκευαστές εργαλείων και μητρών. Χρησιμοποιούνται σε μια σχεδόν γυαλισμένη κατάσταση. Όποτε είναι δυνατόν, τα τμήματα θόλου και ολκού τοποθετούνται στην ίδια πρόσοψη του προτύπου ελάσματος. Αυτό διευκολύνει την παραγωγή μιας πλήρους φόρμας σε κάθε κύκλο. Οι πυρήνες γίνονται φυσώντας την επενδυμένη με ρητίνη άμμο στο πλαίσιο του πυρήνα. Το μίγμα άμμου είναι το ίδιο όπως αυτό που χρησιμοποιείται για τη φόρμα. Το πλαίσιο του πυρήνα μπορεί να θερμανθεί ηλεκτρικά ή να θερμανθεί σε έναν φούρνο. Οι κοίλοι πυρήνες γίνονται με την πλήρωση του θερμασμένου πλαισίου πυρήνα με το μίγμα άμμου. Αφού αφήνεται έναν ικανοποιητικό χρόνο ώστε να ενισχυθεί το κατάλληλο πάχος τοιχωμάτων, η άτηκτος άμμος μπορεί να εκκενωθεί. Οι εντελώς κοίλοι πυρήνες γίνονται με την εναπόθεση ενός προκαθορισμένου ποσού μίγματος άμμου-ρητίνης στο καυτό πλαίσιο πυρήνα και έπειτα την περιστροφή του. Υψηλότερες θερμοκρασίες χρησιμοποιείται στην παραγωγή πυρήνων, έτσι ώστε οι χρόνοι του κύκλου θεραπείας να κυμαίνονται από 15 έως 25 sec, ανάλογα με το μέγεθος.

Φόρμες περιβλημάτων φυσήματος. Μια πιο σύγχρονη προσέγγιση στην κατασκευή φόρμας περιβλήματος από τη μέθοδο ανατρεπόμενου κιβωτίου είναι η μέθοδος φυσήματος ττεριβλήματος. Στη μέθοδο ανατρεπόμενου κιβωτίου η άμμος δεν είναι πάντα κατάλληλα συσκευασμένη (σχέδιο 5.5). Στα μέρη που η επενδυμένη άμμος είναι χαλαρά ή κακώς συσκευασμένη, οδηγεί σε αδύνατα σημεία στη φόρμα όπου το καυτό μέταλλο μπορεί να σπάσει. Οι διαταραχές του αέρος και τα προβλήματα των οπών εξαερισμού μπορούν να εξαλειφθούν έχοντας την πτώση του μίγματος άμμου-ρητίνης στο πρότυπο από ένα ύψος μεγαλύτερο από 12 in., παρά φυσώντας μέσα σ’ αυτό. Εντούτοις, οι περισσότερες σύγχρονες μηχανές φορμαρίσματος περιβλήματος χτίζονται στην αρχή του φυσήματος της άμμου στο χώρο.Μηχανές φόρμας περιβλήματος. Οι μηχανές μεγάλης ταχύτητας παραγωγής φόρμας περιβλήματος είναι διαθέσιμες να μπορούν να χειριστούν από 30 σε 200 πλήρεις φόρμες ανά ώρα, ανάλογα με το μέγεθος του προτύπου ελάσματος και τον αριθμό των διαθέσιμων θέσεων. Αυτές οι μηχανές ποικίλλουν από τον δια χειρός χειριζόμενο μιας θέσεως τύπο στις πλήρως αυτόματες πολυθέσιες μονάδες που συνδυάζουν τον κύκλο επένδυσής και θεραπείας σε μια στερεότυπη μηχανοποιημένη λειτουργία. Δαπάνες. Οι δαπάνες των φορμών περιβλήματος είναι υψηλότερες από ότι στις αντίστοιχες φόρμες της πράσινης άμμου. Αυτό οφείλεται πρώτιστα στο κόστος της ρητίνης που χρησιμοποιείται. Το τελευταίο, στη συνέχεια, ελέγχεται από το κόστος αγοράς των χημικών ουσιών που χρησιμοποιούνται για να παραγάγουν τη ρητίνη. Εντούτοις, εξ αιτίας του αυξανόμενου όγκου στον οποίο αυτές οι χημικές ουσίες κατασκευάζονται, η τιμή έχει μειωθεί σταθερά.Συγκρίσεις φόρμας περιβλήματος και πράσ ινης άμμου. Εμφανίζονται στο σχέδιο 5.6 μια φόρμα πράσινης άμμου και μια φόρμα περιβλήματος φτιαγμένες να παράγουν το ίδιο αντικείμενο. Η φόρμα περιβλήματος ζυγίζει το ένα δέκατο αυτού της φόρμας πράσινης άμμου, αλλά το κόστος της φόρμας περιβλήματος είναι μεγαλύτερο. Προκειμένου να κοπεί το τελικό κόστος των φορμαρισμένων σε περίβλημα μερών, το βάρος πρέπει να μειωθεί, οι πυρήνες να εξαλειφθούν, και η μηχανική κατεργασία να μειωθεί ή να εξαλειφθεί. Το κόστος του μέρους που φαίνεται στα αριστερά στο σχέδιο 5.7 αυξήθηκε 40,4 τοις εκατό όταν παρήχθηκε από τη διαδικασία μορφοποίησης περιβλήματος. Το κόστος της χύτευσης στα δεξιά αυξήθηκε 37,5 τοις εκατό. Το κόστος του υλικού του περιβλήματος μόνο του ανήλθε σε 2 σέντς ανά χύτευση. Σε αυτά τα παραδείγματα, κανένα πλεονέκτημα δεν κερδήθηκε με την παραγωγή των μερών ως χυτεύσεις φόρμας περιβλήματος. Καμία μηχανική κατεργασία δεν θα μπορούσε να εξαλειφθεί, και οι χυτεύσεις παρήχθησαν από καθεμία μέθοδο που εκτελείται ικανοποιητικά στην υπηρεσία. Είναι προφανές ότι η μετατροπή στη διαδικασία περιβλήματος ήταν μη πρακτική. Το τύμπανο μεταφοράς που φαίνεται στο σχέδιο 5.8 ξανασχεδιάστηκε από την έκδοση πράσινης άμμου, που φαίνεται κατά τη διατομική όψη, σε μια χύτευση φόρμας περιβλήματος. Τα αποτελέσματα ήταν καλύτερες επιφάνειες χύτευσης, μακρύτερη ζωή εργαλείων, λιγότερο μέταλλο που έπρεπε να αφαιρεθεί με την μηχανική κατεργασία. Επιπλέον, η διάτρηση ισορροπίας μειώθηκε. Οι αποταμιεύσεις στη μειωμένη μηχανική κατεργασία μόνο ήταν αρκετές για να δικαιολογήσουν τη χρήση μιας φόρμας περιβλήματος αντί μιας φόρμας πράσινης άμμου. Μερικά από τα πλεονεκτήματα της σχηματοποίησης περιβλήματος συνοψίζονται κατά τη

διατομική όψη μιας πλήμνης, που εμφανίζεται στο σχέδιο 5.9 ως χυτά σε άμμο στα αριστερά, που συγκρίνεται με το ίδιο εξάρτημα που χυτεύεται από τη διαδικασία σχηματοποίησης περιβλήματος στα δεξιά. Θα παρατηρήσετε, στη χύτευση πράσινης άμμου, ότι ένα ιδιαίτερο ποσό τελικού αποθέματος πρέπει να επεξεργαστεί στην μηχανή από την εσωτερική διάμετρο της πλήμνης επειδή η σχηματοποίηση πράσινης άμμου απαιτεί ένα ρεύμα 10 βαθμών και μια νεύρωση 1/8ίη στην πλήμνη. Στη χύτευση περιβλήματος, εντούτοις, μόνο 1 έως 2 βαθμοί του ρεύματος χρειάζονται, και καμία νεύρωση δεν είναι απαραίτητη. Στην χύτευση άμμου η φλάντζα θα ήταν ένα στερεό χυτό, και οι διαδικασίες σημείου πρόσοψης και διάτρησης θα ήταν απαραίτητες στις οπές διαμέτρου 17/32-ίη.. Στη χύτευση περιβλήματος, αυτές οι οπές μπορούν να χυτευτούν και οι διαδικασίες σημείου προσώπου και διάτρησης εξαλείφονται. Το ποσό τελικού αποθέματος που αφήνεται στο εξωτερικό μειώνεται επίσης. Βάσει αυτών των συγκρίσεων, είναι στο χέρι του κατασκευαστή να αποφασίσει εάν τα κερδισμένα πλεονεκτήματα θα είναι ικανοποιητικά για να αντισταθμίσουν το αυξανόμενο κόστος της χύτευσης περιβλήματος. Οι πολλές μεταβλητές που πρέπει να ληφθούν υπόψη στη χύτευση, το καθιστούν δύσκολο να θέσουν τις ανοχές της χύτευσης ακριβώς. Το διάγραμμα ανοχής, πίνακας 5.2, δίνει μια χρήσιμη σύγκριση αυτού που μπορεί να αναμένεται από κάθε διαδικασία. Οι αριθμοί αναφέρονται στις ανοχές στην μια πλευρά της γραμμής διαχωρισμού. Είναι απαραίτητο να προστεθεί 0,004 in. στις αξίες που εμφανίζονται όταν οι διαστάσεις είναι πέρα από τη γραμμή διαχωρισμού. Αν και η πράσινη άμμος είναι ακόμα η ευρύτατα χρησιμοποιημένη μέθοδος παραγωγής χυτεύσεων, στο σχέδιο 5.10 φαίνεται, η αυξανόμενη χρήση της διαδικασίας φόρμας περιβλήματος στο αυτοκινούμενο πεδίο, που οφείλεται στην αυξανόμενη έμφαση που δίνεται στην μείωση του χρόνου επεξεργασίας και της μείωσης του βάρους. Μια άλλη περιοχή της αύξησης της διαδικασίας σχηματοποίησης περιβλήματος είναι αυτή της κατασκευής πυρήνα για τις μάλλον περίπλοκες χυτεύσεις άμμου όπως τα φράγματα κυλίνδρων μηχανών, οι κεφαλές, κ.λ.π....

ΧΥΤΕΥΣΗ ΦΟΡΜΑΣ ΑΣΒΕΣΤΟΚΟΝΙΑΜΑΤΟΣ

Η χύτευση φόρμας ασβεστοκονιάματος είναι κάπως παρόμοια με τη χύτευση άμμου μόνο στο ότι μια χύτευση γίνεται και έπειτα η φόρμα καταστρέφεται. Τα πλεονεκτήματα του ασβεστοκονιάματος είναι η ανώτερη τελική επιφάνεια, η καλή διαστατική ακρίβεια, τα βελτιωμένα χαρακτηριστικά μετάλλων, και η ωραιότερη λετπομέρεια.Υλικό. Το μεταλλικό ασβεστοκονίαμα χύτευσης είναι ένα ειδικά τυποποιημένο υλικό φορμών για χύτευση μη σιδηρούχων κραμάτων. Τα βασικά συστατικά του είναι 70 έως 80 τοις εκατό ασβεστοκονιάματος γύψου και 20 έως 30 τοις εκατό ινώδους ενισχυτικού. Το νερό προστίθεται για να κάνει έναν κρεμώδη πηλό.Διαδικασία. Ο πηλός ασβεστοκονιάματος χύνεται στη φιάλη πέρα από το πρότυπο, το οποίο μοντάρεται σε ένα έλασμα προσαρμογής. Όταν το ασβεστοκονίαμα πλησιάζει την κατάσταση ημιτοποθέτησης του, το πρότυπο αφαιρείται. Αφότου οι φόρμες θόλου και ολκού έχουν κατασκευαστεί, το έλασμα προσαρμογής αφαιρείται, και η φόρμα τοποθετείται σε έναν φούρνο για ξήρανση. Είναι σημαντικό όλη η υγρασία να αφαιρείται έτσι ώστε κανένα αέριο ή ατμός να διαμορφώνεται όταν χύνεται το λειωμένο μέταλλο σε αυτό.

Οι πυρήνες, εάν απαιτούνται, γίνονται με τον ίδιο τρόπο. Τα πλαίσια του πυρήνα είναι συνήθως ιδιαίτερα γυαλισμένα και κατασκευάζονται από ορείχαλκο, πλαστικά, άσπρο μέταλλο, αργίλιο ή μαγνήσιο. Η διαδικασία έκχυσης ενός πυρήνα ασβεστοκονιάματος και η συνάθροιση των μερών του εμφανίζονται στο σχέδιο 5.11. Τα πρότυπα κατασκευάζονται συνήθως από ελαφριά βερνικωμένο ασβεστοκονίαμα, στεγανοποιημένο ξύλο, ή γυαλισμένο μέταλλο. Τα εύκαμπτα φορμαρισμένα υλικά λαστιχένιας και πλαστικής σύνθεσης, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για πρότυπα όταν οι εγκοπές αντιμετωπίζονται. Τα πρότυπα είναι καλυμμένα με μια λεπτή μεμβράνη σαπουνιού, λιπώδους ελαίου, ή παραφινέλαιου για να βοηθήσει στην αφαίρεση από το ασβεστοκονίαμα. Πολλά εμπορικά διαθέσιμα κεριά, όταν τρίβονται με ένα μαλακό ύφασμα, κάνουν άριστες ενώσεις διαχωρισμού. Εφαρμογές. Η χύτευση ασβεστοκονιάματος είναι γενικά περιορισμένη στα μέταλλα των οποίων το σημείο τήξης δεν υπερβαίνει τους 2.100 F°. Είναι ιδιαίτερα καλή στην επίτευξη καλών τελειωμάτων και κοντινών ανοχών (32 έως 125 μικροίντσες) στο αργίλιο. Αλλα μέταλλα που χυτεύονται τακτικά στις φόρμες ασβεστοκονιάματος είναι το βηρύλλιο, ο χαλκός, οι ορείχαλκοι, και οι μπρούντζοι. Εξ αιτίας του γεγονότος ότι το ασβεστοκονίαμα έχει μια χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, το μέταλλο παραμένει περισσότερο σε μια ρευστή κατάσταση και είναι σε θέση να γεμίσει πολύ λετπά (0,040ίη.) τμήματα. Η εξαγωγή θερμότητας μπορεί να αυξηθεί με την προσθήκη άλλων συστατικών στο ασβεστοκονίαμα όταν απαιτείται. Μερικά παραδείγματα των χυτών με ασβεστοκονίαμα αντικειμένων στην καθημερινή χρήση είναι μια ευρεία ποικιλία γραναζιών, λαβών, μοχλών, οικιακού υλικού, παιχνιδιών, κ.λ.π. Καμία μηχανική κατεργασία δεν απαιτείται στο τελειωμένο μέρος. Μερικά μέρη χυτά με ασβεστοκονίαμα εμφανίζονται στο σχέδιο 5.12.Ασβεστοκονιάματα διαστολής. Τα ασβεστοκονιάματα είναι διαθέσιμα να διασταλούν όταν τοποθετηθούν. Το ποσό διαστολής μπορεί να ελεγχθεί από την αναλογία ασβεστοκονιάματος-ύδατος. Τιμές από 1/16 ως 1/4 in. ανά ft μπορούν να αποκτηθούν. Τα ασβεστοκονιάματα διαστολής χρησιμοποιούνται στην κατασκευή προτύπων, ελασμάτων προσαρμογής, και μοντέλων. Το ασβεστοκονίαμα αντισταθμίζεται αυτόματα για την ανοχή συστολής του χυτού μετάλλου. Παραδείγματος χάριν, εάν ένα νέο μεταλλικό πρότυπο πρόκειται να κατασκευαστεί για να αντικαταστήσει έναν παλαιό ξύλινο, το ασβεστοκονίαμα διαστολής χυτεύεται πέρα από το ξύλινο πρότυπο. Όταν τοποθετείται, η κοιλότητα θα είναι μεγαλύτερη από ότι το ξύλινο πρότυπο. Εντούτοις, όταν το αργίλιο χυτεύεται στην κοιλότητα, θα συσταλεί καθώς ψύχεται και θα είναι το ίδιο μέγεθος με το αρχικό ξύλινο πρότυπο.

ΧΥΤΕΥΣΗ ΕΠΕΝΔΥΣΗΣ

Μέθοδος χαμένου κεριού. Η χύτευση επένδυσης είναι μια εξειδικευμένη διαδικασία αποκαλούμενη συχνά μέθοδος χαμένου κεριού. Χρησιμοποιήθηκε αιώνες πριν στην Κίνα και την Ιαπωνία για να παραγάγει όμορφα αγαλματώδη. Βασικά, αποτελείται από την πίεση κεριού ή πλαστικού σε μια διασπασμένη μεταλλική φόρμα. Όταν το υλικό είναι σκληρό, λαμβάνεται έξω και τα πτερύγια αφαιρούνται. Αλλα μέρη της συνάθροισης μπορούν να στερεωθούν μαζί την ίδια στιγμή ή διάφορες συναθροίσεις μπορούν να είναι περιορισμένες από κοινού. Οι συγκεντρωμένοι τομείς βυθίζονται έπειτα σε ένα πολύ λεπτό κοκκιώδη πηλό πυρίμαχης σκόνης και συνδέοντας υλικού.

Αυτή η διαδικασία αναφέρεται ως επένδυση του προτύπου. Μετά τη βύθιση, η πιο χονδροειδής άμμος τινάζεται πέρα από τον τομέα. Αυτή η άμμος εμμένει στον υγρό πηλό και χτίζει ένα τμήμα παχύτερου τοιχώματος. Οι χτισμένοι τομείς τοποθετούνται έπειτα σε μεταλλικά εμπορευματοκιβώτια ή φιάλες, και το τελικό υλικό επένδυσης χύνεται γύρω τους (σχέδιο 5.13). Ένας παλλόμενος πίνακας εξοπλισμένος με μια κενή αντλία χρησιμοποιείται για να εξαλείψει όλο τον αέρα από την επένδυση. Σε μερικές περιτπώσεις ένα επί μέρους κενό δημιουργείται γύρω από τις φιάλες για να βοηθήσει σε αυτήν την διαδικασία. Μετά την επένδυση, οι ολοκληρωμένες φιάλες θερμαίνονται αργά για να ολοκληρώσουν την ξήρανση της φόρμας και έπειτα για να λειώσουν ή να κάψουν το κερί, το πλαστικό, τα πρότυπα, τους δρομείς, και τις οπές ροής. Όταν οι φόρμες φθάσουν σε μια θερμοκρασία άνω των 1000F°, είναι έτοιμες για την έκχυση. Το κενό εφαρμόζεται μερικές φορές στις φιάλες κατά τη διάρκεια της λειτουργίας έκχυσης. Σε άλλες περιτπώσεις, η πίεση αέρα ή οι φυγοκεντρικές μέθοδοι μπορεί να εργοδοτηθούν για να εξασφαλίσουν την πλήρη πλήρωση των κοιλοτήτων των φορμών. Οι φόρμες που δεν είναι δύσκολο να γεμιστούν μπορούν να χυθούν από τη βαρύτητα, όπως στις φόρμες της πράσινης άμμου. Όταν το μέταλλο έχει ψυχθεί, το υλικό επένδυσης αφαιρείται με τη βοήθεια παλλόμενων σφυριών ή με κατακύλιση. Όπως με άλλες χυτεύσεις, οι πύλες και οι ανυψωτές κόβονται και λειαίνονται και ή τελική επιθεώρηση εκτελείται.Δ ιαδικασία παγωμένου υδράργυρου. Ο παγωμένος υδράργυρος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το πρότυπο αντί του κεριού ή του πλαστικού που αναφέρθηκε προηγουμένως. Αυτή η παραλλαγή της διαδικασίας χύτευσης επένδυσης προσφέρει ορισμένα πλεονεκτήματα, ονομαστικά άριστη τελική επιφάνεια, περίπλοκες μορφές, και υψηλός βαθμός ακρίβειας. Το πρότυπο κατασκευάζεται με την έκχυση του υδραργύρου σε ακριβείς κύβους χάλυβα και την κατάψυξη στους -100 F°. Στο σχέδιο 5.14, το πρότυπο παγωμένου υδραργύρου αφαιρείται από τον κύβο. Όταν το κερί θερμαίνεται για να λειώσει, διαστέλλεται με μια ογκομετρική αύξηση περίπου 9 τοις εκατό. Ο υδράργυρος έχει μια ογκομετρική διαστολή του 3,5 τοις εκατό. Κατά συνέπεια, οι πιέσεις που μεταδίδονται στα τοιχώματα των φορμών είναι πολύ χαμηλές συγκρινόμενες με το κερί. Αόγω αυτού, οι μεγάλες χυτεύσεις επένδυσης μπορούν να πραγματοποιηθούν. Αντίθετα από άλλες μεθόδους χύτευσης επένδυσης, στη διαδικασία του ψυχρού-υδραργύρου η βύθιση γίνεται σε πηλό στους -80 F°. Η φόρμα περιβλήματος γίνεται με διαδοχική εμβάπτιση σε πηλούς αυξανόμενου ιξώδους, έως ότου ένα πάχος περίπου 1/8 ίη. ή περισσότερο πλησιάζεται. Αφότου έχει χτισθεί το επιθυμητό περίβλημα, ο υδράργυρος εξάγεται με την εισαγωγή του σε θερμοκρασία δωματίου στην οπή ροής ή την πύλη. Αφότου έχει πλυθεί ο περισσότερος από τον υδράργυρο, η φόρμα επιτρέπεται να έρθει στη θερμοκρασία δωματίου και ο παραμένοντας υδράργυρος χύνεται έξω. Η αποκατάσταση του υδραργύρου είναι σχεδόν 100 τοις εκατό. Το υπόλοιπο της διαδικασίας είναι αρκετά παρόμοιο με τη μέθοδο χαμένου κεριού. Μια χύτευση επένδυσης παγωμένου υδραργύρου έχει χρησιμοποιηθεί για να αντικαταστήσει τουλάχιστον 25 διαδικασίες συνάθροισης. Ο παγωμένος υδράργυρος μπορεί να συγκολληθεί σε περίπλοκες μορφές μόνο με το να φέρει τα δύο μέρη σε οικεία επαφή. Αυτό που φαίνεται στο σχέδιο 5.15 είναι μια ενισχυμένή συνάθροιση που έχει ξανασχεδιαστεί για τη χύτευση επένδυσης. Σ' αυτήν, τα 20 χωριστά κομμάτια έχουν αντικατασταθεί από 1.

Εφαρμογές. Οι χυτεύσεις επένδυσης χρησιμοποιούνται όταν απαιτούνται σύνθετα μέρη ή όταν κατασκευάζεται ένα σύνθετο μέρος από ένα κράμα που είναι δύσκολο στη μηχανή. Τα μέρη δεν απαιτούν κανένα σχέδιο, δεδομένου ότι το πρότυπο λειώνει και η φόρμα καταστρέφεται όταν αφαιρείται το μέρος. Οι χυτεύσεις επένδυσης είναι οι πιό κατάλληλες όταν;1) Μια χύτευση μπορεί να ξανασχεδιαστεί για να πάρει τη θέση αρκετών.2) Το μέρος θα αποδώσει καλύτερα, εάν είναι κατασκευασμένο από σκληρό κράμα που μπορεί να παρουσιάσει μηχανικές δυσκολίες,3) Η ένωση, η συγκόλληση, ή η μηχανική στερέωση είναι ανεπιθύμητες.4) Η ποσότητα που απαιτείται δεν είναι μεγάλη.5) Το σχέδιο είναι υπαγόμενο σε αλλαγή μετά από μερικές εκατοντάδες κομμάτια ή προτού να οριστικοποιηθεί σε ακριβή μακροπρόθεσμη επεξεργασία.6) Η ακρίβεια και η δυνατότητα αναπαραγωγής είναι απαιτούμενες.Ανοχή. Ανοχές τόσο χαμηλές όπως 0,005 in. ανά in. είναι αποκτήσιμες με τη μέθοδο επένδυσης, αλλά 0,005 in. ή καλύτερα θα οδηγήσουν σε χαμηλότερες δαπάνες χύτευσης.Υλικά χυτά. Η χύτευση επένδυσης είναι εφαρμόσιμη και για τα σιδηρούχα και τα μη σιδηρούχα υλικά. Είναι πιθανώς πιο σημαντική για κράματα που αντιστέκονται στις υψηλές τπέσεις, έχουν καλή αντίσταση οξείδωσης, και είναι δύσκολα στη μηχανή και τη συγκόλληση. Διάφορα μέρη που γίνονται από τη διαδικασία επένδυσης εμφανίζονται στο σχέδιο 5.16.Δ ιαδικασία Shaw. Η νεώτερη των τεχνικών χύτευσης επένδυσης είναι γνωστή ως διαδικασία Shaw. Με αυτήν την διαδικασία, μπορούν να γίνουν χυτεύσεις που κυμαίνονται στο μέγεθος από μερικές ουγγιές ως 5.000 λίβρες. Η διαδικασία αποτελείται από την έκχυση ενός μίγματος πυρίμαχου προσμίγματος πυλού, υδρολυμένου αιθυλικού πυριτικού άλατος, και ενός πηκτικού μέσου, σε ένα πρότυπο. Το πρότυπο δεν χρειάζεται να είναι αναλώσιμο όπως σε άλλες διαδικασίες επένδυσης. Μπορεί να κατασκευαστεί από ξύλο, ασβεστοκονίαμα, ή μέταλλο. Το μίγμα αφήνεται να διαμορφώσει ένα εύκαμτπο πήκτωμα στο πρότυπο, από το οποίο μετά εύκολα αποκολλείται. Η φόρμα αναφλέγεται έπειτα με ένα φανό για να καεί η τπητική μερίδα του μίγματος. Μετά από αυτό, φέρεται σε μια κόκκινη θερμοκρασία σε έναν κλίβανο, ο οποίος οδηγεί σε μια άκαμπτη πυρίμαχη φόρμα. Χυτεύσεις χάλυβα που έχουν 1/8ίη. πάχος τοιχωμάτων και ζυγίζουν 100 λίβρες έχουν χυτευτεί σε φόρμες αυτού του τύπου. Στις μικρές χυτεύσεις, οι ανοχές μπορούν να κρατηθούν μεταξύ 0,002ίη. ανά in. αλλά στα μεγαλύτερα κομμάτια η ανοχή είναι γενικά 0,010 in. ανά in. Η τελική επιφάνεια ποικίλλει από 80 σε 120 μίη. Οι γραμμές διαχωρισμού είναι ορατές στη χύτευση όπου τα δύο μισά φορμών τίθενται πίσω μαζί. Ο χρόνος χύτευσης από το πρότυπο στο τελικό μπορεί να γίνει σε 2 ώρες. Η διαδικασία Shaw δημιουργήθηκε στην Αγγλία, αλλά συναντάται με μερικές παραλλαγές σε αυτήν την χώρα. Με τη χρησιμοποίηση του κεραμικού πηλού για να τεθεί σε ενέργεια μια φόρμα άμμου τύπου πυρίμαχου πλίνθου, μπορεί να ψηθεί σε 5 λ.. (Η φόρμα άμμου τύπου πυρίμαχου πλίνθου γίνεται από ειδικά φορμαρισμένες άμμους που περιέχουν ασβέστη, αργίλιο, και πυριτικό άλας). Οι στερεές κεραμικές φόρμες, που χρησιμοποιούνται συχνά στη διαδικασία Shaw, απαιτούν 4 έως 5 ώρες νια να ψήσουν τα παγιδευμένα αέρια. Η λεπτή κεραμική πρόσοψη επιτρέπει cnn διαδικασία Shaw να αυτοματοποιηθεί. Μια μηχανή είναι ικανή να κατασκευάσει 120 φόρμες ανά ώρα. Και η διαδικασία Shaw και η μέθοδος

χαμένου κεριού έχουν συνδυαστεί για να κερδίσουν τα ειδικό ττλεονεκτήματα της κάθε μιας. Η διαδικασία Shaw έχει το πλεονέκτημα του χαμηλού κόστους προτύπων και εργαλείων επεξεργασίας. Εντούτοις, τα περιγράμματα προτύπων πρέπει να είναι τέτοια έτσι ώστε η εύκαμτπη φόρμα να μπορεί να αποκολληθεί. Αυτό περιορίζει κάπως τις γωνίες ή τις κυρτότητες που μπορούν να γίνουν. Θέτοντας τα συστατικά μέρη προτύπου κεριού στο κανονικό πρότυπο ή πλαίσιο πυρήνα, σχεδόν οποιαδήποτε διαμόρφωση ή πολυπλοκότητα μπορεί να γίνει. Μια κοντινή άποψη για το πως η διαδικασία συνδυασμού λειτουργεί, εμφανίζεται στο σχέδιο 5.17. Στο (α), όλα εκτός από την κυρτή μερίδα της λεπίδας στην πλήμνη στροφείων είναι ένας μόνιμος τύπος μεταλλικού προτύπου. Στο (β), η κυρτή μερίδα της λεπίδας προστίθεται, με ένα αναλώσιμο πρότυπο κεριών. Αυτό που εμφανίζεται στο (γ) είναι το διαγώνιο τμήμα της λεπίδας μετά από την επένδυση, με τη μεταλλική μερίδα του προτύπου να σποσύρεται και του ε\^έτου κεριών ακόμα στη θέση. Στο (δ) το κερί λειώνει, αφήνοντας ένα καθαρό, ομαλό περίγραμμα.

ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΚΗ ΧΥΤΕΥΣΗ

Οι περισσότερες φόρμες γεμίζονται με μέταλλο απλά με τη δύναμη της βαρύτητας, εντούτοις, έχουν ανστπυχθεί μέθοδοι που επιτρέπουν στην πίεση να ασκηθεί στο λειωμένο μέταλλο για να παρέχει μεγαλύτερη ττυκνότητα και πιο ομοιόμορφη δομή. Διάφορες φυγοκεντρικές μέθοδοι χρησιμοποιούνται για να κρατήσουν το μέταλλο υπό πίεση καθώς χυτεύεται. Οι δύο κύριες καλούνται φυγοκεντική και φυγοκέντρωση.Πραγματική φυγοκεντρική χύτευση. Στην πραγματική φυγοκεντρική χύτευση, το λειωμένο μέταλλο χύνεται σε μια κοίλη κυλινδρική φόρμα που περιστρέφεται γύρω είτε από έναν οριζόντιο είτε από έναν κάθετο άξονα με ταχύτητες ικανοποιητικές να αναπτύξουν 60 έως 75g (βαρύτητες) φυγοκεντρικής δύναμης. Αυτή η δύναμη προκαλεί το υγρό μέταλλο να ρεύσει έξω από τη φόρμα και να παραμείνει εκεί με μορφή ενός κοίλου κυλίνδρου. Τα βαρύτερα συστατικά μέσα στο μέταλλο πετιούνται εξωτερικά με μεγαλύτερη δύναμη από ότι τα ελαφρύτερα σωματίδια. Αυτό βοηθά να αποβληθούν τα ελαφριά μη μεταλλικά σωματίδια και ακαθαρσίες, τα οποία συναθροίζονται εσωτερικά προς τον άξονα της ττεριστροφής μέσώ της επίπλευσης (σχέδιο 5.18). Αυτές οι ακαθαρσίες μπορούν έπειτα να αφαιρεθούν από μια ελαφριά λειτουργία μηχανικής κατεργασίας. Η φόρμα για τη φυγοκεντρική χύτευση μπορεί να κατασκευαστεί με την εσωτερική επένδυση μιας κυλινδρικής φιάλης με 1 ως Ι'Λίπ. από άμμο. Το πρότυπο τοποθετείται στο κέντρο της φόρμας, και η άμμος χώνεται μεταξύ του τοιχώματος της φιάλης και του προτύπου. Το πρότυπο αυξάνεται ττεριοδικά μερικές ίντσες σε ένα χρόνο έως ότου φτάνεται η κορυφή. Η εσωτερική επένδυση άμμου πλένεται με μια τελειοποίηση φόρμας και ψήνεται σε έναν φούρνο πυρήνα. Ο χυτοσιδερένιος σωλήνας μπορεί να χυτευτεί άμεσα σε κυλινδρικές υδρόψυκτες φόρμες χωρίς εσωτερική επένδυση άμμου. Μετά από την έκχυση της χύτευσης, την περιστροφή της. και το επιτρέποντας της να ψυχθεί, τινάζεται, καθαρίζεται και υποβάλλεται σε θερμοθεραπεία, για να λάβει διάφορες επιθυμητές ιδιότητες. Μερικές από τις μεγαλύτερες διαμέτρους στα μεγαλύτερα καθώς χύνονται μήκη εμφανίζονται στο σχέδιο 5.19. Ακόμα κι αν μόνο μια ειδική εφαρμογή εμφανίζεται με προδιαγραφές, οι χρήσεις είναι πολλές: έλαστρα, εξωτερικοί δακτύλιοι, δαχτυλίδια, ροδέλες, κύλινδροι, χιτώνια κυλίνδρων, σωλήνες.

περιβλήματα, δοχεία πίεσης, σποστακτήρες, στραφείς αντλιών, και εγκατάσταση σωληνώσεως. Τα κοντά μήκη χυτεύονται φυγοκεντρικά σε διαμέτρους μέχρι 62 in. ή τόσο μικρές όπως 2 in. Αν και η εσωτερική εττιφάνεια είναι συνήθως κοίλη, η εξωτερική δεν είναι αναγκαίο να είναι. Μπορεί να είναι οποιασδήποτε συμμετρικής μορφής-εξαγωνική, οκτάγωνη, ή τετράγωνη. Περιστασιακά. οι άξονες στροφής και οι φλάντζες ενσωματώνονται στο σχέδιο.Χύτευση Φυγοκέντρωσης. Η κύρια μέθοδος που υιοθετείται στη χύτευση φυγοκέντρωσης σποτελείται από την τακτοποίηση των φορμών σε ένα "τροχό". Οι οττές έκχυσης είναι στην πλήμνη, και οι δίοδοι εξασθενούν σε κάθε μια από τις φόρμες, παρόμοια με τις ακτίνες στον τροχό. Αυτή η μέθοδος είναι ιδιαίτερα προσαρμόσιμη στις μικρές περίπλοκες χυτεύσεις που θα ήταν συνήθως δύσκολες στην δίοδο. Οι μετώπες δεν είναι συνήθως απαραίτητες. Οι φόρμες που χρησιμοποιούνται για τη χύτευση φυγοκέντρωσης μπορεί να είναι άμμος (πράσινη ή ξηρά), ασβεστοκονίαμα, χάλυβας, χυτός σίδηρος, ή γραφίτης. Οι πυρήνες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν. Οι φόρμες γίνονται πολύ κοντά σε ανοχή, με ελάχιστο ή κανένα περιθώριο για μηχανική κατεργασία.

ΜΟΝΙΜΗ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗ

Ένα ευδιάκριτο μειονέκτημα των διαδικασιών χύτευσης άμμου είναι ότι η φόρμα καταστρέφεται κάθε φορά που χρησιμοποιείται. Είναι φυσικό ότι θα γίνονταν προσπάθειες να κατασκευαστούν μόνιμες μεταλλικές φόρμες. Στο Μεσαίωνα, φόρμες σιδήρου χρησιμοποιήθηκαν για να παράγουν εμπορεύματα κασσίτερου, όπως φλιτζάνια, κανάτια, και άλλα σκεύη. Αργότερα, στρατιώτες από κασσίτερο έγιναν με την έκχυση λειωμένου μετάλλου σε φόρμες σιδήρου που ήταν αρθρωμένες μαζί. Μετά από έναν κατάλληλο χρόνο, ο όγκος του ακόμα-υγρού μετάλλου χύθηκε έξω. Το αποτέλεσμα ήταν μια λετπά περιτοιχισμένη χύτευση που παρήχθη από αυτό που καλείται λασπώδης σχηματοποίηση. Η μόνιμη σχηματοποίηση περιλαμβάνει δύο βασικούς τύπους, χύτευση υπό πίεση (μήτρας) και χύτευση μόνιμης φόρμας.Χύτευση μήτρας. Η αναζήτηση ομαλότερων, ακριβέστερων χυτεύσεων που παράγονται σε υψηλότερα ποσοστά, οδήγησε στην εφαρμογή πίεσης στο λειωμένο μέταλλο και τη χρήση των χαλύβδινων φορμών κομμένης μήτρας. Από το 1904, τα ρουλεμάν των αυτοκινήτων ήταν χυτά υπό πίεση. Η χύτευση υπό πίεση αναφέρεται και στη διαδικασία και στο προϊόν. Σήμερα, η χύτευση υπό πίεση χρησιμοποιείται για να παραγάγει απεριόριστες ποσότητες τέτοιων μερών ομοιομορφίας και ακρίβειας που τα κόστη μηχανικής επεξεργασίας είναι είτε πολύ μειωμένα ή εξαλείφονται εξ ολοκλήρου. Η χύτευση υπό πίεση θεωρείται γενικά διαδικασία ενός βήματος επειδή το λειωμένο μέταλλο μετατρέπεται σε θέμα δευτερολέπτων, από ρευστό σε ένα τελειωμένο ή ημιολοκληρωμένο προϊόν. Η διαδικασία αποτελείται από την έγχυση του λειωμένου μετάλλου σε υψηλές πιέσεις (100 έως 100.000 psi) σε μια διασπασμένη κοιλότητα μεταλλικής μήτρας. Μέσα σε ένα κλάσμα ενός δευτερολέπτου, το ρευστό κράμα γεμίζει ολόκληρη τη μήτρα,συμπεριλαμβανομένων όλων των μικροσκοπικών λεπτομερειών. Λόγω της χαμηλής θερμοκρασίας της μήτρας (είναι υδρόψυκτη), η χύτευση στερεοποιείται γρήγορα, επιτρέποντας στα μισά της μήτρας να χωριστούν και

η χύτευση αποβάλλεται. Εάν τα μέρη είναι μικρά, μερικά μέρη μπορούν να χυτευτούν συγχρόνως σε αυτό που είναι γνωστό ως μήτρα πολλαπλής κοιλότητας.Μηχανές. Δύο βασικοί τύποι μηχανών χρησιμοποιούνται για να παραγάγουν χυτεύσεις υπό πίεση. Η μηχανή θερμού θαλάμου, που εμφανίζεται κατά τμηματική όψη στο σχέδιο 5.20 χρησιμοποιείται για χύτευση κραμάτων ψευδάργυρου. Σε αυτόν τον τύπο μηχανής, ένας ανεφοδιασμός λειωμένου μετάλλου κρατιέται σε ένα στηριζόμενο δοχείο (α) έτσι ώστε, καθώς ο εμβολέας (β) κατεβαίνει, το απαιτούμενο ποσό κράματος ψευδάργυρου εισάγεται δια πιέσεως αυτόματα στη μήτρα (γ). Καθώς το έμβολο αποσύρεται, ο κύλινδρος γεμίζεται πάλι με το σωστό ποσό λειωμένου μετάλλου.Η μηχανή ψυχρού θαλάμου που εμφανίζεται στο σχέδιο 5.21 χρησιμοποιείται για αλουμίνιο, μαγνήσιο, και κράματα χαλκού. Εξάγει το όνομά του από το γεγονός ότι το μέταλλο εισάγεται με κουτάλα στον ψυχρό θάλαμο για κάθε βολή. Αυτή η διαδικασία είναι απαραίτητη στη χύτευση υπό πίεση κραμάτων υψηλού σημείου τήξης, επειδή αυτά τα μέταλλα παίρνουν το σίδηρο εάν αφήνεται στη λειωμένη μορφή σε επαφή με ένα στηριζόμενο δοχείο ή εμβολέα. Αυτή η περισυλλογή σιδήρου όχι μόνο θα προκαλούσε στον εμβολέα να παγώσει στον κύλινδρο, αλλά θα επηρέαζε τις ιδιότητες των παραγόμενων υπό πίεση χυτεύσεων. Οι χυτεύσεις αφαιρούνται αυτόματα από τη μήτρα με τις καρφίτσες εκτίναξης. Οι περισσότερες από τις χυτεύσεις θα έχουν λάμψη όπου τα δύο μισά της μήτρας έρχονται μαζί. Αυτό μπορεί να αφαιρεθεί με την τακτοποίηση των μήτρων ή των λειαντικών τροχών σε μεγαλύτερες χυτεύσεις και με την κυλινδρική αποπεράτωση στα μικρότερα μεγέθη. Υπάρχουν μηχανές χύτευσης υπό πίεση, ικανές να παράγουν 60 λίβρες μετάλλου ανά ^λή. Οι μακαράδες μηχανής αυτοκινήτων κατασκευάζονται στις μηχανές αυτού του τύπου.Μειονεκτήματα. Το πρώτο κόστος και της μηχανής και της μήτρας είναι υψηλό. Οι μηχανές κοστίζουν ανοδικά από $30.000, και οι μήτρες μπορούν να κυμανθούν από $1.000 έως περισσότερο από $30,000. Το κόστος των μήτρων είναι υψηλό λόγω της ακρίβειας στην οποία κατασκευάζονται, και του χρόνου που απαιτείται για να βάλει μια υψηλή στιλβωτική ουσία σε όλες τις επιφ(ϊνειες κοιλοτήτων. Οι μήτρες για χυτεύσεις ψευδάργυρου προσεγγίζουν για τους ενδιάμεσους βαθμούς των χαλύβων μήτρας (θερμικά επεξεργασμένες για εργασίες μακράς παραγωγής). Τα κράματα υψηλότερου σημείου τήξης του αλουμινίου, του μαγνήσιου, και του χαλκού απαιτούν ειδικές χαλύβδινες μήτρες κατάλληλα επεξεργασμένες με θερμότητα. Ο αιχμηρότερος περιορισμός στη χρήση των χυτεύσεων υπό πίεση, προέρχεται από την περιορισμένη σειρά των μετάλλων χυτεύσεως υπό πίεση. Εντούτοις, μέσω της έρευνας και του στενού ποιοτικού ελέγχου, μέγιστες φυσικές ιδιότητες εξασφαλίζονται από τα μέταλλα που χρησιμοποιούνται. Μερική δυσκολία αντιμετωπίζεται στο να πάρουμε με συνέπεια υγιείς χυτεύσεις ιδιαίτερα στις μεγαλύτερες χωρητικότητες. Τα αέρια τείνουν να παγιδευτούν, το οποίο οδηγεί σε μικρές οπές στη χύτευση, με μια επόμενη απώλεια στην αντοχή και την ενόχληση των διαρροών. Μερικές μηχανές τροποποιούνται για να βάλουν το μέταλλο σε κενό, για να αποβάλουν αυτήν την πηγή προβλήματος. . , λΠλεονεκτήματα. Οι χυτεύσεις ακραίας ομαλότητας παράγονται με κράματα ψευδάργυρου, και, εάν οι κοιλότητες μήτρων είναι κατάλληλα γυαλισμένες, οι χυτεύσεις μπορούν να καλυφθούν με ελάχιστη ή καμία πρόσθετη εττεξεργασία

αποπεράτωσης. Αυτό το γεγονός, μαζί με την ευκολία και την ταχύτητα της επίστρωσης των χυτεύσεων με ορείχαλκο, νικέλιο, ή χρώμιο, είναι ο αρχικός λόγος για τη χρησιμοποίηση χυτεύσεων υπό πίεση ψευδάργυρου για σιδηρικές και διακοσμητικές εφαρμογές. Χρησιμοποιούνται εκτενώς στα αυτοκίνητα για διακοσμητική περιποίηση, στα μέρη συστήματος καυσίμου, στα μέρη συστήματος ανάφλεξης, τους μηχανισμούς λειτουργίας παραθύρων, τα πλαίσια αμαξώματος (σασί) και τα κάγκελα. Η βιομηχανία αεροσκαφών βρίσκει ευρεία χρήση για τις χυτεύσεις υπό πίεση, ιδιαίτερα εκείνες που γίνονται από το μαγνήσιο, λόγω του παράγοντα βάρους. Οι χυτεύσεις υπό πίεση, που κυμαίνονται στο μέγεθος από ομάδες οκτακύλινδρων μηχανών μέχρι και μικροσκοπικά μέρη οργάνων, χρησιμοποιούνται σχεδόν από κάθε βιομηχανία. Μερικά παραδείγματα εμφανίζονται στο σχέδιο 5.22. Πιθανώς το μεγαλύτερο απλό πλεονέκτημα της χύτευσης υπό πίεση είναι το χαμηλό τελικό κόστος. Όπου οι εργασίες παραγωγής είναι μακριές και ένας αξιόλογος βαθμός πολυπλοκότητας ή ακρίβειας είναι υποδειγμένος, οι χυτεύσεις υπό πίεση είναι οι πιό οικονομικές. Το κόστος ανά αντικείμενο μπορεί να είναι χαμηλό λόγω της ταχύτητας της παραγωγής και του μικρού ποσού εργασίας που περιλαμβάνεται. Συγκρινόμενες με τα φορμαρισμένα πλαστικά, οι χυτεύσεις υπό πίεση έχουν τα πλεονεκτήματα της μεγαλύτερης δύναμης και σταθερότητας' παρέχουν ασφαλέστερη στερέωση για τις βίδες και άλλους συνδέσμους και είναι γενικά ανώτεροι στην ανθεκτικότητα. Τα ένθετα άλλων υλικών μπορούν να τοποθετηθούν στην κοιλότητα μήτρας και να συγκεντρωθούν μόνιμα στη χύτευση όταν ρέει το λειωμένο μέταλλο γύρω από αυτή. Αυτά τα ένθετα χρησιμοποιούνται συνήθως για να ενσωματώσουν ενισχυτικά υλικά. Τα μεταλλικά μέρη μερικών φερμουάρ είναι χυτά υπό πίεση γύρω από το ύφασμα και τα υποστηρίζει.Χρησιμοποιούμενα Μέταλλα. Ψευδάργυρος. Τα κράματα ψευδάργυρου μετρούν τα τρία τέταρτα της συνολικής χωρητικότητας των παραγόμενων χυτεύσεων υπό πίεση, επειδή παρουσιάζουν τον ευνοϊκότερο συνδυασμό χαμηλού κόστους ανά χύτευση, καλές φυσικές ιδιότητες, και ευκολία χύτευσης και επεξεργασίας αποπεράτωσης. Το κατά μέσο όρο σημείο τήξης των κραμάτων ψευδάργυρου είναι 716°F. Οι χυτεύσεις γίνονται συνήθως σε θερμοκρασίες από 750° ως 800°F. Ταχύτητες πάνω από 500 κύκλους ανά ώρα μπορούν να επιτευχθούν.Αλουμίνιο. Τα κράματα αλουμινίου έρχονται δεύτερα στη σειρά, στη χρήση χύτευσης υπό πίεση. Σε μερικές περιπτώσεις κοστίζει όχι περισσότερο από τις χυτεύσεις ψευδάργυρου των ίδιων διαστάσεων. Το αρχικό πλεονέκτημα είναι το ελαφρύ βάρος. Οι αναλογίες χυτεύσεων υπό πίεση είναι χαμηλότερες από ότι για τον ψευδάργυρο, συνήθως από 80 ως 200 γεμίσματα μήτρας ανά ώρα.Κράματα χαλκού ή ορείχαλκος. Ο ορείχαλκος έχει τις υψηλότερες φυσικές ιδιότητες της ομάδας χύτευσης υπό πίεση, αλλά, λόγω των υψηλών σημείων τήξης τέτοιων κραμάτων (κυμαίνονται μέχρι τους 1700°F), η ζωή της μήτρας είναι μικρή, εξαρτώμενη από τους χάλυβες μήτρας που χρησιμοποιούνται και του όγκου της μάζας των τμημάτων της χύτευσης. Τα κράματα χαλκού έχουν μια υψηλή συγκεκριμένη βαρύτητα, και το κόστος ανά χύτευση είναι υψηλότερο απ’ ό,τι για τις χυτεύσεις αλουμινίου ή ψευδάργυρου. Εντούτοις, αυτό αντισταθμίζεται από τις φυσικές ιδιότητες της δύναμης, της υψηλής σκληρότητας, και της καλής αντίστασης διάβρωσης. Περίπου 150 κύκλοι μπορούν να ληφθούν ανά ώρα.

Εκτιμήσεις σχεδίου. Όπως με άλλες διαδικασίες χύτευσης, είναι επιθυμητό να έχουμε όσο το δυνατόν πιο ομοιόμορφα τμήματα είναι πιθανό. Οι λωρίδες και οι ακτίνες προτιμώνται στις αιχμηρές γωνίες. Τα ένθετα μπορούν να δικαιολογήσουν το υψηλότερο κόστος της παραγωγής οψειλόμενο στην πιό αργή λειτουργία, αλλά πρέπει να σχεδιαστούν έτσι ώστε να μπορούν να εντοπιστούν θετικά και να κλειδωθούν μέσα στην μήτρα. Οι μεγάλες επίπεδες επιφάνειες πρέπει να αποφευχθούν, ειδικά όπου η εμφάνιση στην τελική συνάθροιση είναι σημαντική.Παροχή μηχανικής κατεργασίας. Όταν η μηχανική κατεργασία είναι απαραίτητη, μια παροχή από 0,010 έως 0,020 in. της τελικής διάστασης πρέπει να αφεθεί για να δώσει μια καθορισμένη κοπή για το εργαλείο. Τα πρότυπα εργαλεία και οι κότττες μπορούν να χρησιμοποιηθούν αρκετά ικανοποιητικά, αλλά οι μεγαλύτερες ταχύτητες και τα καλύτερα τελειώματα μπορούν να ληφθούν με τις μεγαλύτερες γωνίες ξύστρου και εκκαθάρισης. Το διάγραμμα στο σχέδιο 5.23 εμφανίζει τα διάφορα στάδια στο χρόνο σχεδίου και παραγωγής μιας μέσου όρου χύτευσης υπό πίεση.

ΧΥΤΕΥΣΗ ΜΟΝΙΜΗΣ ΦΟΡΜΑΣ

Η διαδικασία μόνιμης φόρμας είναι παρόμοια με τη διαδικασία χυτού σε πίεση στην οποία οι φόρμες κατασκευάζονται από μέταλλο-συνήθως χυτοσίδηρο, χάλυβες μήτρας, γραφίτη, χαλκού, ή αλουμινίου. Η χυτή φόρμα επεξεργάζεται στη μηχανή να λάβει ορισμένες διαστατικές ανοχές και για να πάρει τις κατάλληλες γωνίες ρεύματος. Τα πώματα αεραγωγών παρεμβάλλονται στην κοιλότητα για να επιτρέψουν στα αέρια να δραπετεύσουν όταν το λιωμένο μέταλλο χύνεται στην κοιλότητα.Χύνοντας Μόνιμες Φόρμες. Οι μόνιμες φόρμες μπορούν να χυθούν χωριστά ή να επικολληθούν σε ειδικές περιστροφικές πλάκες (σχέδιο 5.24). Η περιστροφική πλάκα αποτελείται από έναν κινητήριο μηχανισμό για το άνοιγμα και το κλείσιμο των φορμών καθώς αυτές περιστρέφονται συνεχώς γύρω από μια κεντρική πλήμνη. Ο πλήρης κύκλος της μηχανής μπορεί να γίνει από 2 ως 6 λ., στον οποίο χρόνο το μέταλλο χύνεται, ψύχεται και αποβάλλεται από τη φόρμα. Συνήθως, απαιτούνται δύο χειριστές, ένας για να χύσει το λιωμένο μέταλλο στη φόρμα και ο άλλος για να αποβάλλει τις χυτεύσεις αφότου ανοιχτούν μηχανικά οι φόρμες. Η φόρμα καθαρίζεται αυτόματα, επικαλύτπεται με ένα πυρίμαχο υλικό, και κλείνει για να το προστατεύσει από τη θερμότητα του λιωμένου μετάλλου που προπαρασκευάζεται σε έναν άλλο κύκλο της λειτουργίας. Όταν παράγονται χυτεύσεις του πυρήνα, ένας τρίτος χειριστής χρησιμοποιείται για να τοποθετήσει τους πυρήνες στις φόρμες.Μειονεκτήματα και πλεονεκτήματα. Το βασικό μειονέκτημα της χύτευσης μόνιμων-φορμών είναι παρόμοιο με αυτό της χύτευσης υπό πίεση μόνιμης φόρμας-υψηλό αρχικό κόστος εργαλείων επεξεργασίας. Το μέγεθος των χυτεύσεων περιορίζεται επίσης από τον εξοπλισμό παραγωγής φόρμας και τη μηχανή φόρμας, συνήθως όχι πολύ πάνω από 100 λίβρες. Τα πλεονεκτήματα της χύτευσης μόνιμων-φορμών από τη χύτευση άμμου, περιλαμβάνουν γενικά υψηλότερες μηχανικές ιδιότητες με ομαλότερο τελείωμα χύτευσης, καλή διαστατική ομοιομορφία με λιγότερο απόθεμα τελειώματος, βελτιωμένη στεγανότητα πίεσης, και ευκολία της προσαρμοστικότητας στην αυτόματη υψηλή παραγωγή. Η υψηλότερες μηχανικές ιδιότητες αντικρούονται από τη

γρήγορη στερεοποίηση που βελτιώνει την ευστάθεια ήχου και τη μικροδομή. Στην περίπτωση του χυτού σιδήρου, η διαστολή των απειροελάχιστων που προκλήθηκε από τη μετατροπή του συνδυασμένου άνθρακα σε γραφίτη και φερίτη είναι περιορισμένη εξαιτίας της ακαμψίας της φόρμας. Κατά συνέπεια εσωτερική συρρίκνωση και πορώδες δεν εμφανίζονται. Η υψηλότερη ψυκτική αναλογία των χυτεύσεων μόνιμης φόρμας ανατπύσσει υψηλότερη αντοχή. Παραδείγματος χάριν, το κανονικό SAE 110, ένας πλήρως ανοτπημένος σε άμμο χυτός γκρίζος σίδηρος, έχει μια εφελκυστική δύναμη των 20.000 psi, ενώ μια χύτευση μόνιμης φόρμας του ίδιου υλικού έχει μια εφελκυστική δύναμη των 57.000 psi. Οι πιο συχνά χρησιμοποιημένες διαδικασίες χύτευσης συνοψίζονται στον πίνακα 5.4.

ΝΕΟΤΕΡΕΣ ΕΞΕΛΙΞΕΙΣ

Φυγοκεντρική ρίψη. Οι κεραμικές φόρμες είναι μια πρόσφατη ανάτπυξη στη φυγοκεντρική ρίψη. Ένα προκαθορισμένο βάρος (ή όγκος) ημίρρευστου κεραμικού πηλού τοποθετείται στον οριζόντιο κύλινδρο, ο οποίος περιστρέφεται έπειτα σε υψηλή ταχύτητα. Τα κεραμικά υλικά υποβάλλονται σε φυγοκέντρωση ενάντια στον τοίχωμα φιάλης για να διαμορφώσουν τη φόρμα. Επειδή η κοιλότητα φόρμας είναι ομόκεντρη με τη φιάλη, πολύ υψηλές τιμές "g" (μέχρι 150 "gs") μπορούν να επιτευχθούν. Η υψηλή ταχύτητα συμβάλλει συνολικά στην ορθότητα και την πυκνότητα της χύτευσης.Συνεχής χύτευση. Η συνεχής χύτευση είναι μια σχετικά νέα διαδικασία ταχείας ψύξης χυτωμένων μερών που διαμορφώνονται σε μια μήτρα γραφίτη, και κόβονται σε μήκος καθώς αυτή προέρχεται από έναν κλίβανο (σχέδιο 5.25). Το μέταλλο λιώνεται σε έναν ταλαντευόμενο ηλεκτρικό κλίβανο και μεταβιβάζεται προς έναν περικλεισμένο κλίβανο με μια ξηρά ατμόσφαιρα αζώτου. Το λιωμένο μέταλλο τρυπιέται από το κατώτατο σημείο του κλιβάνου και διαμορφώνεται αμέσως σε μια υδροεπενδυμένη μήτρα γραφίτη. Ο μεγάλος όγκος του μετάλλου επάνω από τη μήτρα ενεργεί ως τεράστια μετώπη, που τροφοδοτεί συνεχώς και που αποτρέττει τη συρρίκνωση και τις κοιλότητες. Κάτω από τη μήτρα, ένας ρόλος μεταβλητής-ταχύτητας σύρει το μέταλλο σε ένα ποσοστό διευθετήσιμο στο ποσοστό μάζας και ψύξης του τμήματος. Το κινητό πριόνι αποκοπής μπορεί να εισαχθεί σε οποιοδήποτε διάστημα για να κόψει το τμήμα σε μήκος. Μετά την κοπή, η χύτεση ταλαντεύεται οριζόντια, για έλεγχο και αποκατάσταση. Επειδή οι μήτρες γραφίτη είναι σχετικά ανέξοδοι, η διαδικασία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για σχεδόν οποιαδήποτε συνεχή μορφή σε μικρά ή μεγάλα μέρη. Οι μήτρες συνήθως κοστίζουν μεταξύ $25.00 και $100.00 και μπορούν να παραχθούν αρκετά οικονομικά για διατάξεις τόσο μικρές όπως 500 λίβρες.Χρήση. Η συνεχής χύτευση εφαρμόζεται σε μια ευρεία σειρά των κραμάτων βάσεως χαλκού, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που περιέχουν κασσίτερο, μόλυβδο, ψευδάργυρο, και νικέλιο. Η ποικιλία των μερών στο μέγεθος και τη διαμόρφωση είναι σχεδόν ατελείωτη εντούτοις, μερικοί γενικοί κανόνες εφαρμόζονται; 1) ελάχιστη εσωτερική διάσταση, 7/16 in. κυκλικά 1 in. για άλλες μορφές, 2) μέγιστη εξωτερική διάσταση, 9% in., 3) ελάχιστο πάχος τμημάτων, 5/32 in., 4) ανοχές στις μορφές εκτός από τις στρόγγυλες, περίπου ± Υι τοις εκατό της εξωτερικής διάστασης, αλλά όχι λιγότερο από ±0.015 in. Οι ιδιότητες των υλικών είναι αρκετά βελτιωμένες στα χυτά σε άμμο μέταλλα.

Χύτευση εξώθησης. Οι Ρώσοι ήταν οι πρώτοι που δημοσίευσαν οποιαδήποτε πληροφορία για τη χύτευση εξώθησης, η οποία ήταν υπό μορφή μονογραφίας το 1964. Η διαδικασία αποτελείται από την εξώθηση του μετάλλου, ακριβώς καθώς η κρυστάλλωση ολοκληρώνεται ή όταν το μέταλλο περνά σε πλαστική κατάσταση. Τα ουσιαστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα της διαδικασίας είναι τα ακόλουθα; Μια φόρμα γεμίζει με ένα μετρημένο ποσό μετάλλου (σχέδιο 5.26α). Όσο ο εξωθητήρας κατεβαίνει, το λειωμένο μέταλλο εξωθείται προς τα πάνω. Όταν η διαδικασία διαμόρφωσης τελειώσει η πίεση τρυπητήρα διαβιβάζεται στην κορυφαία επιφάνεια της χύτευσης και έπειτα στην εσωτερική επιφάνεια για να σταθεροποιήσει τη χύτευση κατά τη διάρκεια της κρυστάλλωσης. Το μέταλλο παραμένει υπό πίεση έως ότου η χύτευση στερεοποιείται. Αν και η διαδικασία είναι κάπως παρόμοια με τη χύτευση υπό πίεση, τα ακόλουθα πλεονεκτήματα παρατηρούνται;1) Τόσο τα κράματα σφυρηλατημένων κομματιών όσο και χυτεύσεων μπορούν να χρησιμοποιηθούν,2) Το μέταλλο έχει μια κοντύτερη απόσταση να ταξιδέψει έτσι χάνει πολύ λίγη ρευστότητα και μπορεί να γεμίσει τη φόρμα με λιγότερη πίεση και ταχύτητα,3) Καθόλου υδροδυναμικές πιέσεις δεν περιλαμβάνονται καθώς το βασικό ρεύμα του μετάλλου εισάγεται από την πλευρά, την κάθετη στον πυρήνα, χωρίς να κάνει χρήσιμη εργασία και την παρεμπόδιση των βαθιών κοιλοτήτων από την πλήρωση.4) Τα βαθιά, λεπτά τμήματα μπορούν να διαμορφωθούν με σύνθετα πλευρά.5) Κανένα μέταλλο δεν χάνεται στο σύστημα πύλης και μετώπης ή αναφλέγεται.Το πλεονέκτημα που παρατηρείται κατά τη θερμή σφυρηλάτηση είναι ως εξής; τα σφυρηλατημένα κομμάτια κραμάτων χαλκού έχουν μια περιορισμένη σειρά και σύντομα χάνουν την πλαστικότητά τους. Τα τελευταία χτυπήματα σφυριού μπορούν να προκαλέσουν εργασία σκλήρυνσης και ρωγμές .Το ένα μειονέκτημα που δίνεται είναι ότι, όταν τα συστατικά απαιτούν μια οπής μέσω του κέντρου, ένας κατώτατος ιστός αφήνεται, από 0,125 έως 0,150 in. παχύς.