Χύτευση, Μέθοδοι και Προϊόντα

ΕΞΕΛΙΚΤΙΚΗ ΠΟΡΕΙΑ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ -500,000 -11,000 -9,000 -3,300 -3,000 ΛΙΘΙΝΗ ΕΠΟΧΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΧΑΛΚΟΥ ΠΑΛΑΙΟΛΙΘΙΚΗ ΜΕΣΟΛΙΘΙΚΗ ΝΕΟΛΙΘΙΚΗ +500 -3,000 -1,100 -600 ΑΡΧΑΪΚΗ/ΚΛΑΣΣΙΚΗ/ΕΛΛΗΝΙΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΡΩΜΑΙΚΟΙ ΧΡΟΝΟΙ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΟΡΕΙΧΑΛΚΟΥ ΕΠΟΧΗ ΣΙΔΗΡΟΥ 20ος Αιώνας 21ος Αιώνας

Χύτευση

Χύτευση Οι αρχαίοι Έλληνες παρήγαγαν χυτά αντικείμενα βάσει αυστηρότατων προδιαγραφών

Τι χυτεύεται ? Μέταλλον = μέτ’ άλλων (μαζί με άλλα στοιχεία) Τα Μέταλλα και τα Κράματα αυτών Μέταλλον = μέτ’ άλλων (μαζί με άλλα στοιχεία) 1ος αι. μ.Χ. Πλίνιος ο Πρεσβύτερος

Χύτευση –Ιστορικές Στιγμές

Χύτευση –Ιστορικές Στιγμές

Χύτευση –Ιστορικές Στιγμές

Χύτευση –Ιστορικές Στιγμές

Παραγωγή Τήγματος Fe-C Το τήγμα σιδήρου που παράγεται στην υψικάμινο ονομάζεται διεθνώς pig iron. Περιέχει: 3–4% C, 0.5–3.5% Si, 0.5–1% Mn, 0.05–2% P, 0.05–0.15% S

Προϊόντα χύτευσης Σιδήρου

Προϊόντα Χαλυβουργίας

Τι μπορώ να κατασκευάσω με χύτευση ??? Η γέφθρα στο River Severn ,Ironbridge Gorge, Μεγάλη Βρετανία σηματοδοτεί την έναρξη της βιομηχανικής επανάστασης, 1779 Πύργος του Eiffel, 1889

Άλλα Προϊόντα Χύτευσης

Χύτευση Τα περισσότερα από τα συνηθισμένα μέταλλα είναι δυνατό να μορφοποιηθούν με χύτευση. Η θερμοκρασία τήξεως του μετάλλου είναι το βασικό κριτήριο για την επιλογή της χύτευσης ως πρωτοβάθμιας κατεργασίας. Για δύστηκτα μέταλλα (π.χ. βολφράμιο, ταντάλιο) επιλέγονται άλλες κατεργασίες.

Διαδικασία Χύτευσης απόχυση λιωμένων μετάλλων ή κραμάτων    απόχυση λιωμένων μετάλλων ή κραμάτων  στερεοποίηση μέσα στο "αποτύπωμα" ή στον "τύπο" (καλούπι) το χυτό που παράγεται είτε αποτελεί το τελικό προϊόν ή χρειάζεται περαιτέρω μηχανική / μηχανουργική κατεργασία

Διαδικασία Χύτευσης Πλεονεκτήματα: ταχύτητα οικονομία μαζική παραγωγή Μειονεκτήματα: μειωμένη μηχανική αντοχή μεγάλες ανοχές κακή ποιότητα επιφάνειας ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΟ ΒΑΡΟΣ για τις απαιτούμενες μηχανικές ιδιότητες

Χύτευση τηγμάτων Παράμετροι που επιδρούν στη στερεοποίηση Ρευστότητα Ροή του τήγματος στο καλούπι και τις κοιλότητές του Φαινόμενα Μεταφορά θερμότητας κατά την στερεοποίηση και απόψυξη (πυρηνοποίηση και ανάπτυξη) Φαινόμενα κατά τη στερεοποίηση διακρυστάλλωση υποχώρηση λόγω συστολής διαφορισμός

Ρευστότητα τήγματος Η ρευστότητα του τήγματος: Η ικανότητα του τήγματος να ρεύσει σωστά στο καλούπι  πρέπει να επιτρέπει στο ρευστό να καλύψει σωστά τον χώρο του καλουπιού και μετά να “παγώσει”

Θεωρίες ροής του τήγματος Θεώρημα Bernoulli h ύψος απόχυσης, p πίεση σε ύψος h, v η ταχύτητα, ρ η πυκνότητα και g η σταθερά της βαρύτητας Νόμος συνέχειας (Continuity law) Για μή συμπιεστά υγρά: A* v = constant, ρυθμός ροής   A :διατομή και v: ταχύτητα στρωματική - τυρβώδης ροή Επιθυμητή η στρωματική ροή Αριθμός Reynolds < 2000 Τυρβώδης ροή (Re >20,000) μπορεί να προκαλέσει εγκλεισμό φυσαλίδων και δημιουργία οξειδίων

Μεταφορά θερμότητας Το ψυχρό καλούπι απάγει θερμότητα από το τήγμα κάνοντάς το να στερεοποιηθεί Πολύπλοκο φαινόμενο Απλή διεργασία Κρίσιμος ο σχεδιασμός του καλουπιού Υπολογισμός χρόνου στερεοποίησης   Χρόνος στερεοποίησης (Chvorinov rule) t = B (V/A)n B, η σταθερά του καλουπιού, V, όγκος χυτού Α, επιφάνεια χυτού, n = 2

Επίδραση του ρυθμού ψύξης Κρίσιμος ο ρυθμός ψύξης για το τελικό προϊόν Αργή ψύξη (~100K/s) μεγάλοι κόκκοι Γρήγορη ψύξη (~10 k/s) μικροί κόκκοι Πολύ ταχεία ψύξη (>10 K/s) άμορφα υλικά Συνέπειες:- Λεπτά σχετικά καλούπια Δυνατότητα διοχέτευσης ψυχρού αέρα

ΧΥΤΕΥΣΗ: ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ Διακρυστάλλωση Υποχώρηση λόγω συστολής κατά την πήξη Υποχώρηση λόγω συστολής κατά την απόψυξη Διαφορισμός μικροκρυσταλλική ζώνη: επιφανειακή ζώνη με μικρούς κρυστάλλους λόγω ταχύτατης ψύξης βασαλτική ζώνη: κρύσταλλοι με επιμήκη μορφή και διεύθυνση προς το κέντρο του χυτού ισοαξονική ζώνη: κρύσταλλοι μεγάλου μεγέθους, ισότροπο μακροσκοπικά υλικό

Υποχώρηση λόγω συστολής κατά την πήξη Υποχώρηση λόγω συστολής κατά την πήξη

Υποχώρηση λόγω συστολής κατά την πήξη- φαινόμενα Υποχώρηση λόγω συστολής κατά την πήξη- φαινόμενα α. διακενώσεις β. μικροδιακενώσεις μικρά κενά στα όρια των κόκκων λόγω εγκλωβισμού ρευστής φάσης μεταξύ των δενδριτών. Co 70, Sm 10, Cu 20 (%)

Υποχώρηση λόγω συστολής κατά την απόψυξη εξαρτάται από το συντελεστή θερμικής διαστολής των μετάλλων ή του κράματος. (συνηθισμένα μέταλλα και κράματα: ποσοστό μεταξύ 0,5 και 2,5%.) συστολές (πήξη & απόψυξη)  μείωση των διαστάσεων του χυτού Απαραίτητη η πρόβλεψη της ολικής συστολής για το σωστό σχεδιασμό

Διαφορισμός Είναι η συγκέντρωση μικροακαθαρσιών στα τμήματα του χυτού τα οποία στερεοποιούνται τελευταία Γιατί συμβαίνει; λόγω διαδοχικής στερεοποίησης από έξω προς τα μέσα οι σχηματιζόμενοι κρύσταλλοι αποτελούνται από καθαρό μέταλλο το υλικό που παραμένει ακόμα σε ρευστή κατάσταση εμπλουτίζεται συνέχεια σε ακαθαρσίες Πού οφείλεται; αργή ψύξη μεγάλο θερμοκρασιακό εύρος πήξης (κράματα) σύσταση κράματος (π.χ. στο χάλυβα η παρουσία θείου και φωσφόρου ευνοεί το διαφορισμό)

ΕΛΑΤΤΩΜΑΤΑ ΤΩΝ ΧΥΤΩΝ α. Φυσαλίδες έκλυση αερίων κατά τη διάρκεια της στερεοποίησης CO – οξείδωση του C στο χάλυβα από εγκλωβισμένο Ο2 Η2Ο– υγρασία στο αποτύπωμα   β. Μη μεταλλικά εγκλείσματα σκωρία, τεμαχίδια λόγω φθοράς της πυρίμαχης επένδυσης των καμίνων η των κάδων

ΕΛΑΤΤΩΜΑΤΑ ΤΩΝ ΧΥΤΩΝ Ρωγμές σε σημεία απότομης μεταβολής διατομών, εγκοπές ευνοείται η ανάπτυξη εσωτερικών τάσεων λόγω: διαφορικής συστολής του χυτού σχήματος του αντικειμένου σχεδιασμού του αντικειμένου και των προτύπων και κατ'επέκταση και του αποτυπώματος στερεοποίηση του εξωτερικού φλοιού ενώ το εσωτερικό παραμένει σε ρευστή κατάσταση  ανάπτυξη τάσεων εφελκυσμού στο εξωτερικό και θλίψης στο εσωτερικό δημιουργία ρωγμών

‘Ελεγχος Ατελειών Χύτευσης Καταστροφικοί Έλεγχοι Δοκιμές για τις μηχανικές ιδιότητες Μη Καταστροφικοί Έλεγχοι (ΜΚΕ) Οπτικός έλεγχος Διεισδυτικό υγρό Μαγνητικός έλεγχος Έλεγχος με ραδιογραφία Έλεγχος με υπερήχους

ΕΛΑΤΤΩΜΑΤΑ ΧΥΤΩΝ χαμηλό όριο διαρροής και αντοχής σε εφελκυσμό μικρή αντοχή στην κόπωση χαμηλή ολκιμότητα ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ Α. κατά την παραγωγή: αύξηση της ταχύτητας απόψυξης εκλογή της κατάλληλης μεθόδου χύτευσης αποφυγή δημιουργίας ελαττωμάτων σχηματισμός μικρών ισοαξονικών κόκκων Β. με θερμικές κατεργασίες: αποτατική ανόπτηση ανόπτηση ομογενοποίησης ανόπτηση προς σφαιροποίηση

ΜΕΘΟΔΟΙ ΧΥΤΕΥΣΗΣ ΧΥΤΕΥΣΗ ΣΕ ΑΠΟΤΥΠΩΜΑΤΑ ΑΜΜΟΥ αποτύπωμα: πυρίμαχη άμμος (πυριτική με 2-4% άργιλο) Είδη: υγρά, ξηρής επιφάνειας, ξηρά πρότυπο: ξύλο, πλαστικό μέταλλο Πλεονεκτήματα: δυνατότητα χύτευσης των περισσότερων μετάλλων το μέγεθος του χυτού δεν αποτελεί πρόβλημα το σχήμα του χυτού μπορεί να είναι περίπλοκο οικονομική για μικρό αριθμό τεμαχίων Μειονεκτήματα: χοντρόκοκκο προϊόν

ΧΥΤΕΥΣΗ ΣΕ ΜΟΝΙΜΑ ΑΠΟΤΥΠΩΜΑΤΑ (Μεταλλικά) Πλεονεκτήματα: οικονομική για παραγωγή μεγάλου αριθμού όμοιων τεμαχίων παραγωγή περίπλοκων σχημάτων βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες καλή ποιότητα επιφάνειας Μειονεκτήματα: κίνδυνος θραύσης κατά την απόψυξη κόστος αποτυπώματος

ΧΥΤΕΥΣΗ ΜΕ ΣΥΜΠΙΕΣΗ Πλεονεκτήματα: οικονομική για παραγωγή μεγάλου αριθμού όμοιων τεμαχίων μείωση του πορώδους πολύ καλή ποιότητα επιφάνειας λεπτότοιχα προϊόντα ταχύτητα παραγωγής μεγάλη απόδοση Μειονεκτήματα: μεγάλο κόστος

ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΚΗ ΧΥΤΕΥΣΗ α. χύτευση σε περιστρεφόμενη τράπεζα ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΚΗ ΧΥΤΕΥΣΗ α. χύτευση σε περιστρεφόμενη τράπεζα β. χύτευση με περιστροφή γύρω από τον άξονα συμμετρίας του προϊόντος Πλεονεκτήματα: δημιουργία συμμετρικών προϊόντων χωρίς χρήση πυρήνα στερεοποίηση υπό πίεση μείωση του πορώδους πολύ καλή ποιότητα επιφάνειας έλεγχος μέσω ταχύτητας περιστροφής Μειονεκτήματα: μεγάλο κόστος

ΑΛΛΑ ΕΙΔΗ ΧΥΤΕΥΣΗΣ ΧΥΤΕΥΣΗ ΠΛΙΝΘΩΜΑΤΩΝ ΧΥΤΕΥΣΗ ΥΠΟ ΚΕΝΟ

ΣΥΝΕΧΗΣ ΧΥΤΕΥΣΗ

ΣΥΝΟΨΗ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ