فولاد زنگ نزن یا همان استنلس استیل، فلزی است که این روزها در همه جا مثل قاشق، چنگال و قطعات پیچیده صنعتی، دیده میشود. دلیل محبوبیتش هم کاملا مشخص است، زیرا مقاومت در برابر زنگزدگی و خوردگی خوبی دارد. ممکن است بپرسید این فلز چطور به این اشکال مختلفی که میبینیم تبدیل میشود؟ به نقل از میهن فولاد: "ریختهگری زمانی استفاده میشود که بخواهیم فولاد را به قطعات و اشکال مختلف در بیاوریم."
مراحل تبدیل فلز به فولاد
فرآیند ریختهگری فولاد زنگ نزن، از چند مرحله اصلی تشکیل شده است:
مرحله اول با ذوب شدن قطعات فولاد زنگ نزن و مواد افزودنی در کورههای مخصوص شروع میشود. این کورهها که به آنها کورههای قوس الکتریکی (EAF) میگویند، با استفاده از جریان برق قوی، فلز را تا دمای خیلی بالا (حدود ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد) ذوب میکنند. بعد از اینکه فلز کاملا ذوب شد، مهمترین کار، تنظیم دقیق ترکیب شیمیایی آن است. عناصری مثل کروم، نیکل و مولیبدن باید به اندازههای مشخصی اضافه شوند تا فولاد به خواص مورد نظر برسد.
یکی از چالشهای اصلی در این مرحله، کنترل میزان کربن است. اگر کربن زیاد باشد، میتواند در مراحل بعدی مشکلساز شود. برای همین، از روشی به اسم کربنزدایی با اکسیژن و آرگون (AOD) استفاده میشود. در این روش، گازی از جنس اکسیژن و آرگون را به فلز مذاب تزریق میکنند تا کربن اضافی از بین برود، بدون اینکه عناصر اصلی فولاد آسیب ببینند.
وقتی فلز مذاب آماده شد، نوبت به ریختهگری میرسد. در این مرحله، فولاد مذاب را داخل قالبهای مخصوص میریزند. برای فولادهای زنگ نزن، معمولا از دو روش اصلی استفاده میشود:
ریختهگری دقیق: این روش برای ساخت قطعاتی با شکلهای خیلی پیچیده و جزئیات دقیق عالی است. اول یک مدل مومی از قطعه درست میکنند، بعد روی آن را با یک ماده سرامیکی پوشانده و خشک میکنند. وقتی قالب سرامیکی سفت شد، موم داخل آن را ذوب کرده و خارج میکنند. حالا یک قالب توخالی داریم که فولاد مذاب را داخل آن میریزند. این روش برای ساخت قطعات در صنایع هواپیماسازی، پزشکی و ابزار دقیق خیلی کاربرد دارد.
ریختهگری در قالب ماسهای: این روش قدیمیتر و ارزانتر است و برای ساخت قطعات بزرگتر و سادهتر استفاده میشود. در این روش، قالب از ماسه و چسبهای مخصوص ساخته میشود. پس از ریختن فولاد مذاب و سرد شدن آن، ماسه را از دور قطعه جدا میکنند.
انتخاب نوع فولاد زنگ نزن برای ریخته گری
انتخاب نوع مناسب فولاد زنگ نزن، یک مسئله مهم است که مستقیما روی کیفیت و عملکرد قطعه تاثیر میگذارد. هر نوع فولاد ویژگیهای خاص خودش را دارد:
فولادهای آستنیتی (مثل ۳۰۴ و ۳۱۶): آنها به خاطر مقاومت عالی در برابر زنگزدگی، انعطافپذیری خوب و قابلیت جوشکاری آسان، خیلی محبوب هستند. فولاد ۳۱۶ بهخاطر داشتن مولیبدن، در محیطهای حاوی نمک و مواد شیمیایی مقاومت بیشتری دارد و در صنایع دریایی و شیمیایی زیاد استفاده میشود.
فولادهای فریتی: این نوع فولادها خاصیت آهنربایی دارند و مقاومت خوبی در برابر زنگزدگی نشان میدهند، اما به اندازه فولادهای آستنیتی انعطافپذیر نیستند. بهخاطر قیمت پایینتر، در جاهایی که به مقاومت زیادی نیاز نیست، به کار میروند.
فولادهای داپلکس: این فولادها ترکیبی از دو نوع قبلی هستند و به همین دلیل، هم استحکام بالا و هم مقاومت به زنگزدگی فوقالعادهای دارند. در صنایع نفت و گاز و تجهیزات شیمیایی که شرایط خیلی سخت است، از آنها استفاده میشود.
چالشهای ریخته گری فولاد زنگ نزن
ریختهگری فولاد زنگ نزن هم مثل هر فرآیند دیگری چالشهای خودش را دارد. دمای بالای فلز مذاب و حساسیت ترکیب شیمیایی، نیاز به دقت زیادی دارد. برخی از مشکلاتی که ممکن است پیش بیاید عبارتند از:
ترکهای داغ: این ترکها در حین سرد شدن فلز بهخاطر فشار داخلی ایجاد میشوند. کنترل دقیق ترکیب فلز و سرعت سرد شدن میتواند از این مشکل جلوگیری کند.
حبابهای گاز: اگر در حین ذوب، گازهایی مثل هیدروژن وارد فلز شوند، در قطعه حبابهایی ایجاد میکنند که استحکام آن را کم میکند. برای جلوگیری از این اتفاق، باید فلز مذاب را به خوبی تمیز کرد و از قالبهای خشک استفاده نمود.
برای اطمینان از کیفیت قطعه، کنترل کیفیت در تمام مراحل مثل بررسی مواد اولیه، ترکیب شیمیایی و آزمایشهای نهایی روی قطعه، انجام میشود. این آزمایشها شامل روشهایی مثل تستهای غیرمخرب (مثلاً با استفاده از امواج صوتی یا اشعه ایکس) و تستهای مخرب (مثل تست کشش و سختی) است.
کاربردهای فولادهای ریخته گری شده استنلس استیل
قطعات ریخته گری شده از فولاد زنگ نزن در صنایع مختلفی کاربرد دارند:
صنایع نفت و گاز: قطعات پمپها، شیرها و توربینها که باید در برابر مواد خورنده مقاوم باشند.
صنایع غذایی و دارویی: تجهیزات و مخازن بهداشتی که نیاز به سطح تمیز و مقاوم دارند.
پزشکی: ابزار جراحی، پروتزهای بدن و تجهیزات دندانپزشکی.
خودروسازی: قطعاتی از موتور و اگزوز که باید در برابر حرارت و زنگزدگی مقاوم باشند.
ساختمانسازی: اتصالات، نردهها و قطعات تزئینی.
سوالات متداول
چرا ریختهگری فولاد زنگ نزن سختتر از ریختهگری فولاد معمولی است؟
ریختهگری فولاد زنگ نزن چالشیتر است چون دمای ذوب بالاتری دارد و به ترکیب شیمیایی آن حساسیت بیشتری وجود دارد. وجود عناصری مثل کروم و نیکل نیاز به دقت بیشتری در فرآیند ذوب دارد تا از ایجاد ناخالصیها و عیوب جلوگیری شود. علاوهبراین، این فولادها ممکن است هنگام سرد شدن دچار ترکهای داغ شوند که نیاز به کنترل دقیق سرعت سرد شدن دارد.
مزیت اصلی ریختهگری دقیق (Investment Casting) برای فولاد زنگ نزن چیست؟
ریختهگری دقیق به ما اجازه میدهد قطعاتی با شکلهای خیلی پیچیده و جزئیات ریز تولید کنیم که با روشهای دیگر تقریباً غیرممکن است. سطح این قطعات بسیار صاف و با کیفیت است، به همین دلیل نیاز به کار و هزینه اضافی برای صاف کردن سطح بعد از ریختهگری را به حداقل میرساند. همچنین، این روش قطعاتی با ابعاد دقیق و یکسان تولید میکند که برای ساخت قطعات حساس بسیار مهم است.
چگونه از خراب شدن قطعه در حین ریخته گری جلوگیری کنیم؟
برای جلوگیری از عیوب، باید چند کار مهم را انجام دهیم. اول اینکه، ترکیب شیمیایی فلز مذاب باید کاملاً دقیق و درست باشد و از مواد اولیه با کیفیت استفاده کنیم. دوم، باید مطمئن شویم که قالبها کاملاً خشک و تمیز هستند تا گازهای مزاحم وارد فلز نشوند و حفره ایجاد نکنند. همچنین، کنترل دقیق دمای ریختهگری و سرعت سرد شدن برای جلوگیری از ترکهای داغ و انقباضهای ناخواسته ضروری است. در آخر، با بازرسیهای مداوم در هر مرحله، از کیفیت قطعه مطمئن میشویم.
