موضوع مقاله: ریخته‌گری نیمه‌جامد | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # ریخته‌گری نیمه‌جامد | مقدمه: نام این فرایند از یک خاصیت سیال بنام تیکسوتروپی گرفته شده‌است که امکان انجام این فرایند را فراهم می‌کند. | ## بخش 1: ریخته‌گری نیمه‌جامد | به‌طور ساده‌تر، سیالات تیکسوتروپی زمانیکه ماده جریان می‌یابد برش داده می‌شوند اما درحالت ساکن غلیظ تر می‌شوند. این نوع فرایند برای اولین بار در اوایل دهه ۱۹۷۰ توسط پروفسور فلمینگز در مؤسسه فناوری ماساچوست شناخته شد. چهار فرایند مختلف برای ریخته‌گری نیمه‌جامد وجود دارد: تیکسوکستینگ، رئوکستینگ، تیکسوملدینگ و SIMA. ریخته‌گری نیمه‌جامد در یک دمایی که فلز را بین دماهای لیکوئیدوس و سالیدوس قرار می‌دهد انجام می‌شود. فلز باید ویسکوزیته کمی داشته باشد تا قابل استفاده باشد و برای رسیدن به این ویسکوزیته کم ماده نیازمند یک شکل اولیه کروی احاطه شده توسط فاز مذاب است. رنج دمایی امکانپذیر به ماده بستگی دارد و برای آلیاژهای آلومینیوم ۵ تا ۱۰ درجه سانتیگراد است، اما برای آلیاژهای مس با رنج ذوبی باریک می‌تواند فقط چند دهم درجه باشد. برای قطعات معمولی آلیاژهای آلومینیوم شامل پایه‌های معلق موتور، ورد سنسوری منیفولد هوا، قالب‌های موتور و محفظه فیلتر پمپ نفت.P. در این روش از یک شمش ریخته شده با یک ساختار غیر دندریتی استفاده می‌شود بدین صورت که این میله پیش گرم می‌شود تا به دمای نیمه‌جامد برسد سپس تزریق می‌شود. شمش مورد استفاده در این روش معمولاً از هم زدن شدید مذاب هنگام ریخته‌گری تولید می‌شود. معمولاً از گرمای القایی برای دوباره گرم کردن شمش‌ها تا رنج دمای نیمه‌جامد و از ماشین‌های دایکست برای تزریق ماده نیمه‌جامد به داخل دای‌های فولادی سخت شده‌استفاده می‌شود. تیکسوکستینگ این قابلیت را دارد تا اجزای با کیفیت بسیار بالا را به دلیل سازگاری محصول که از شمش ریخته‌گری شده تحت شرایط فرآیندهای مداوم ایده‌آل مشابهی که برای تولید مواد خام نورد و فروج بکار می‌روند بدست می‌آید، تولید کند. اصلی‌ترین عیب این روش این است که به دلیل شمش‌های مخصوصی که باید استفاده شود، روش گرانی است. از معایب دیگر می‌توان به محدودیت استفاده از آلیاژها اشاره کرد و همچنین موادزائد تولیدی در این روش به‌طور مستقیم نمی‌توانند دوباره مورد استفاده قرار گیرند. برخلاف تیکسوکستینگ که یک شمش را دوباره گرم می‌کند، از دوغاب نیمه‌جامد بدست آمده از فلز ذوب شده در یک ماشین یا کوره دایکست استفاده می‌کند. وجود این دوغاب مزایایی دارد که مانند کاهش انقباض و مقدار حرارت مورد استفاده دارد. این یک مزیت نسبت به روش تیکسوکستینگ است زیرا باعث کمتر شدن هزینه مواد اولیه در آلیاژهای دایکست معمول می‌شود و بازیافت مستقیم را ممکن می‌سازد. | ## بخش 2: ریخته‌گری نیمه‌جامد | در این روش ابتدا آلیاژ مورد نظر ذوب شده و به مذاب تبدیل می‌شود، سپس تا رنج دمایی نیمه‌جامد پائین آورده می‌شود. یک روش ریوکستینگ استفاده شده در صنعت، تکنولوژی به اصطلاح “تغییرشکل سریع دوغاب” است که توسط مگنوس وسن و هایپینگ کاوو اختراع شده‌است. نیروی برشی چرخنده دندریت‌ها را برش می‌دهد و منجر به ساختار کریستالی گرد می‌شود که باعث تنش کمتر در ماشینکاری و پر کردن بهتر قالب می‌شود. به دلیل حرکت دوغاب و سیلان خیلی خوب در ساختار کروی و ویسکوزیته کمتر آن نسبت به حالت دندریتی، در مرحله قبل از تزریق نیمه‌جامد به داخل قالب، دوغاب را به وسیله ایجاد تنش برشی از ساختار دندریتی به ساختار گلوله‌ای تبدیل می‌کنیم. در اثر ایجاد تنش برشی، دندریتها خم می‌شوند و دولبه آن‌ها به هم می‌رسند و درون آن‌ها مقداری مذاب محبوس می‌شود. پارامترهای مؤثر بر غیردندریتی شدن در فرایند رئوکستینگ عبارتند از: نرخ برش درمجموع هرچه نرخ برش بیشتر باشد، مذاب حبس شده در جامد کاهش می‌یابد. سرعت سردکردن (انجماد) هرچه سرعت سردکردن (انجماد) کاهش می‌یابد و به سمت ساختار گلبولی می‌رود، مذاب حبس شده در جامد کمتر می‌شود. زمان انجماد زمان انجماد هرچه بیشتر باشد، به ساختار گلبولی نزدیکتر شویم زیرا زمان انجماد و سرعت انجماد با هم رابطه عکس دارند و با گذشت زمان ویسکوزیته کاهش می‌یابد. سپس به وسیلهٔ دو بازوی مکانیکی خودکار، شروع به ایجاد تلاطم وتنش برشی در نیمه‌جامد می‌کنند تا ساختار کروی و گلبوله شود. درون دستگاه اهرمی وجود دارد که علاوه بر حرکت دورانی، حرکت ارتعاشی از بالا به پایین هم دارد. این حرکت باعث می‌شود که در پایین دستگاه و جاهایی که قطر مخزن کم می‌شود ساختار به صورت گلبوله درآید و از خروجی پایین دستگاه خارج شود. مزیت این روش نسبت به روش قبل این است که عملیات به صورت پیوسته انجام می‌شود و تا زمانیکه از بالا نیمه‌جامد با ساختار دندریتی وارد می‌شود، ازپایین می‌توانیم ساختار گلبوله‌ای بدست آوریم؛ لذاسرعت این روش برعکس روش قبل بسیار بالاست. در دو روش قبلی، تبدیل ساختار دندریتی به ساختار گلبوله توسط یک عامل مکانیکی صورت می‌گرفت (بازوهای اعمال تنش برشی)؛ لذا باید جنس این بازوها طوری باشد که دمای ذوب بالاتر از دوغاب داشته باشند. اما در ریوکستر پیوسته با همزن الکترومغناطیسی، عامل مکانیکی وجود ندارد و تبدیل ساختارها به وسیله یک نیروی الکترومغناطیسی صورت می‌گیرد. در نتیجه برای نیمه‌جامدها و آلیاژها با دمای ذوب بالا (مانند فولادها) این روش بسیار کاربرد دارد. در یک فرایند تک مرحله‌ای، تکه‌هایی از آلیاژ منیزیم در محفظه‌ای تحت گاز آرگون تا دمای ۴۰ درجه سانتی گراد گرم می‌شود. | ## بخش 3: ریخته‌گری نیمه‌جامد | یک فیدر پیچی قرارداده شده درون محفظه تکه‌های منیزیم را همزمان با گرم شدن تا بازه دمایی نیمه‌جامد کنترل می‌کند. سپس حالت نیمه‌جامد منیزیم مانند روش دایکست تحت فشار نسبتاً بالایی به درون حفره‌های قالب رانده می‌شود. چرخش پیچ نیروی برشی لازم برای تولید ساختار کروی ریخته‌گری نیمه‌جامد را فراهم می‌کند. زمانیکه دوغاب به اندازه موردنیاز فراهم شد، پیچ در داخل قالب فولادی برای تزریق دوغاب به جلو حرکت می‌کند.Stephen P. به همین خاطر مذاب تحت خلأ نگه‌داری می‌شود که برای طراحی قطعات پیچیده بسیار مؤثر است. همچنین در این روش درگاه‌ها و راه‌های ارتباطی بین قطعات در قالب همانند قطعات منیزیم ۱۰۰ درصد قابل بازیافت هستند. علاوه بر بازیافت پذیری، این روش فواید زیست‌محیطی، اقتصادی و عملکردی نیز دارد؛ در این روش مذاب اضافی وجود ندارد. هنگامیکه به دمای سالیدوس نزدیک می‌شود، دانه‌ها تبلور مجدد می‌شوند تا یک ساختار با دانه بندی خوب را تشکیل دهند. بعد از اینکه از دمای سالیدوس رد شد، مرزهای دانه‌ها برای تشکیل ریز ساختار ریخته‌گری نیمه‌جامد ذوب می‌شوند. برای اینکه این روش کار کند، ماده باید در حالت دمایی نیمه سخت اکسترود یا نورد سرد شود. این روش هم مشابه روش MHD است با این تفاوت که کاربرد آن برای ضخامتهای نازک (در حد کمتر از چند سانتیمتر) می‌باشد.Young, p. محتوای گرمایی کمتر نسبت به فلز مذاب: سایش کمتر قالب شکل‌دهی مواد فعال شکل‌دهی آلیاژهای پایهٔ آهن شکل‌دهی مواد با نقطه ذوب بالا حضور فاز جامد در هنگام پرشدن قالب: حفرات انقباضی کمتر نیاز به تغذیه کمتر جدایش کمتر ساختار با دانه‌های کوچکتر ویسکوزیتهٔ بالاتر از فلزات مذاب و قابل کنترل: گازهای گیر افتادهٔ کمتر اکسیدهای کمتر شکل‌دهی باسرعت بالاتر کیفیت سطحی بالاتر اتوماسیون فرآیندهای جدید تنش سیلان کمتر از فلزات جامد: شکل‌دهی اجزای پیچیده شکل‌دهی باسرعت بالاتر قیمت پایین‌تر شکل‌دهی باسرعت بالای اجزا به صورت پیوسته قابلیت وارد نمودن مواد جدید که منجر به تولید کامپوزیت‌ها می‌شود توانایی جدانمودن مذاب و جامد و خالص سازی به دلیل فشارها و دماهای پایین لازم برای دایکست فلز نیمه‌جامد، ماده دای نیازی به خاص بودن ندارد. به همین دلیل، فرایند می‌تواند برای نیازهای نمونه سازی سریع و تولیدات انبوه مورد استفاده قرارگیرد. همچنین امکان ریخته‌گری فلزات با نقطه ذوب بالا مانند فولادابزار و استلیت را درصورتیکه یک ماده دای دما بالاتراستفاده شود، می‌دهد. مزایای دیگر شامل: مکانیزه کردن آسان، پایداری، سرعت تولید برابر یا بهتر از سرعتهای دایکست، بدون حبس هوا، سرعت انقباض کم، و یک ساختار یکنواخت است. | ## جمع‌بندی | معایب به دلیل اینکه تیکسوتروپی (حالت نیمه‌جامد) یک حالت میانی فیزیکی یا رئولوژیکی است، تشکیل یک باند بسیار نازکی تحت شرایط فرایند را حتی در اختلاف دماهای محیطی باید در نظر داشت؛ بنابراین امکانات تولیدی به یک تکنولوژی بالایی نیازمند است و اپراتورها باید دانش و مهارت‌های لازم را داشته باشند.