ریخته‌گری سرمایش مستقیم

ریخته‌گری سرمایش مستقیم (به انگلیسی: Direct Chill (DC) casting) روشی است به منظور ساخت شمش‌های دایروی و مستطیلی از فلزهای غیرآهنی، خصوصاً آلومینیم، مس، منیزیم و آلیاژهایشان. برای انجام فرآیندهای ثانویه بر فلزات و آلیاژهایشان، همانند نورد یا ماشین‌کاری از این شمش‌ها استفاده می‌شود. بیش از نیمی از شمش‌های آلومینیمی جهان به روش ریخته‌گری سرمایش مستقیم تهیه می‌شوند.

تاریخچه

اوایل دههٔ ۱۹۳۰، شکل‌دهی به روش سرمایش مستقیم را یک دانشمند آلمانی (vaw) و یک آمریکایی (Alcoa) ابداع کردند. پیش از ابداع این روش، برای تأمین مصرف کارخانه‌ها از قالب‌های کتابی استفاده می‌شد، بدین صورت که آلومینیم مذاب در قالب فولادی دو تکه‌ای ریخته می‌شد و قالب از بیرون با پاشیدن آب خنک می‌شد. سرمایش مستقیم تشکیل ساختار هسته‌ای ریزتر را فراهم کرد، زیرا تماس مستقیم مذاب با آب به یکنواخت‌تر شدن انتقال حرارت کمک می‌کند، و نتیجهٔ این امر کاهش اغتشاشات و ناهمگنی‌های ساختاری است.

مراحل

ریخته‌گری سرمایش مستقیم با ریختن پیوستهٔ فلز مذاب در یک قالب کوتاه (با عمق حدودی ۱۵–۷٫۵ سانتیمتر) که سطح پایینی آن باز است انجام می‌شود. مذاب که از کوره خارج می‌شود، از یک نازل عمودی می‌گذرد تا در حفرهٔ قالب ریخته شود. جریان مذاب از طریق یک دریچهٔ شناور (به انگلیسی: floating valve) کنترل می‌شود، بدین صورت که با کاهش مقدار مذاب، خروجی دریچه بیشتر و با زیاد شدن مقدار مذاب، خروجی دریچه کمتر می‌شود. این فرایند با قرارگیری یک بلوک بی‌شکل اولیه (به انگلیسی: dummy block) آغاز می‌شود. پیش از انجام عملیات شکل‌دهی، یک قطعهٔ خام اولیه در پایین قالب قرار می‌گیرد، وقتی حفرهٔ قالب با بلوک اولیهٔ قرار داده شده، از مذاب پر شد، قطعهٔ اولیه با یک سیلندر هیدرولیکی پایین می‌آید. تنها یک لایهٔ بیرونی مذاب فلز که با قالب سردشده با آب در تماس است جامد می‌شود، در حالیکه درون این پوسته استخری از مذاب است. پس از ترک بخش قبلی از پایین قالب (با سرعتی در حدود ۱۵–۵ سانتی‌متر بر دقیقه) آب مستقیماً به شمش افشانده می‌شود، این کار تا جامدشدن کامل شمش ادامه پیدا می‌کند. تنها ۲۰٪ حرارت مذاب از طریق تماس با بدنهٔ قالب از دست می‌رود و باقی آن در مرحلهٔ بعدی سرمایش (سرمایش مستقیم در معرض آب) صورت می‌پذیرد؛ و شمش در حال تشکیل تا ارتفاعی که برای ماشین ممکن است (بیش از ۱۰ متر) پایین می‌آید. شکل‌دهی این شمش‌ها و پایین آمدن آن‌ها تا زمانی انجام می‌شود که سنبه به پایین‌ترین موقعیت ممکن برسد.

مزایا

از مزایای ریخته‌گری به روش سرمایش مستقیم می‌توان به کاهش تنش‌های درونی شمش ساخته شده با این فرایند شکل‌دهی در مقایسه با سایر روش‌ها اشاره کرد، علت آن است که ذرات مذاب در حال انجماد می‌توانند در تمامی جهت‌ها برهمکنش داشته باشد، بدین دلیل که جریان مذاب تنها به بالای شمش اضافه می‌شود.

کاربردها

بیشترین کاربرد این روش برای ساخت شمش‌های آلومینیمی به منظور اکسترودکردن است. شمش‌هایی با مقاطع مستطیلی (عموما با قطع‌های ۲۰۰۰–۱۵۰۰×۵۰۰ میلی مترمربع) که برای نورد و تبدیل به صفحه و ورق استفاده می‌شوند معمولاً از آلیاژهای سری ۱۰۰۰، ۳۰۰۰ یا ۵۰۰۰ هستند. شمش‌هایی با مقاطع دایره‌ای تا قطر ۱٫۱ متر معمولاً برای اکسترودکردن فرستاده می‌شوند، برای اکثر مصارف اکستروژن از آلیاژهای سری ۶۰۰۰ استفاده می‌شود. همچنین آلیاژهای سری ۲۰۰۰ و ۷۰۰۰ که با این روش تولید می‌شوند را می‌توان برای مصارفی که به مقاومت بالا احتیاج دارند استفاده کرد.

ریخته‌گری منیزیم به این روش

استفادهٔ عمدهٔ این روش ریخته‌گری برای ایجاد شمشهای آلومینیمی است، اما به تازگی بهره‌گیری از این روش برای ساخت شمش منیزیمی هم مورد استقبال قرار گرفته‌است. با این حال مصرف آلومینیم در این روش ۱۰۰ها برابر منیزیم است.