ریخته‌گری
تاریخچه و روندهای ریخته‌گری > پیشرفت‌های قرن بیستم

فناوری ریخته‌گری در طول قرن بیستم از بسیاری جهات پیشرفت کرد، که میزان این پیشرفت‌ها از جنگ جهانی دوم به بعد بیش از تمام پیشرفت‌های اتفاق افتاده در این صنعت از ۳۰۰۰ سال قبل بود. برای بیش از ۴۰۰ سال، فرآیندهای ریخته‌گری و مواد اغلب به روش‌های توسعه یافته توسط ونوچو برینگوچو، «پدر صنعت ریخته‌گری» قرن شانزدهم، که استفاده از رسوبات خمره آبجو و ادرار انسان را به عنوان چسب برای ماسه قالب‌گیری توصیه می‌کرد، متکی بودند. این روش‌ها و توصیه‌ها تا قرن بیستم مورد استفاده قرار گرفتند. تا دهه ۱۹۲۰، آزمایش ماسه فقط شامل فشردن یک مشت شن برای قضاوت در مورد توانایی آن برای فشرده شدن و چسبیدن به هم بود. در اوایل همان دوره، یک کمیته تحقیقاتی از انجمن ریخته‌گرهای آمریکا شروع به توسعه روش‌هایی برای آزمایش ماسه کرد. در سال ۱۹۲۴ استانداردهایی ایجاد شد که خواص مختلف ماسه‌های قالب‌گیری را پوشش می‌داد.
از زمان جنگ جهانی دوم، انجام آزمایش‌ها در مورد چسب‌های ماسه‌ای آلی و شیمیایی برای گرماسختی (thermosetting) قالب‌ها و ماهیچه‌ها نیز شدت گرفت. با شروع فرایند کرونینگ (فرایند قالب‌گیری پوسته‌ای)، ابتدا از فنول‌ها و سپس اوره و فرایند دی‌الکتریک به عنوان چسب استفاده شدند و سپس فوران‌ها و رزین‌های بدون اوره جایگزین آنها گردیدند. توسعه مستمر چسب‌ها برای تولید ماهیچه‌ها و قالب‌های با پیوند شیمیایی در حال هدایت به سمت افزایش بهره‌وری و همچنین دستیابی به تکرارپذیری ابعادی لازم، برای پاسخگویی به چالش‌های جدید شکل نهایی (net shape) و الزامات ریخته‌گری شکل نزدیک به نهایی (near-net shape) هستند.
| دهه ۱۹۰۰ | دهه ۱۹۰۰ |
| --- | --- |
۱۹۰۰: دستگاه‌های تست سختی برینل ابداع شد. استفاده از آلیاژهای آلومینیوم-برنز در ایالات متحده متداول شد.
اویل دهه ۱۹۰۰: ثبت اولین حق اختراع برای فرایند ریخته‌گری قالب دائمی کم فشار توسط شرکت انگلیسی E.H. Lake.
۱۹۰۱: شرکت American Steel Foundries اولین چرخ‌های قطار به روش ریخته‌گری گریز از مرکز را تولید می‌کند.
۱۹۰۳: اولین هواپیمای موفق ماشینی برادران رایت شامل یک بلوک آلومینیومی ریخته‌گری و میل لنگ (با هم به وزن ۶۹ کیلوگرم) بود که در کارخانه Miami Brass Foundry یا کارخانه Buckeye Iron and Brass Works تولید شد.
۱۹۰۵: H.H. Doehler ماشین ریخته‌گری دایکاست را ثبت اختراع می‌کند.
۱۹۰۶: اولین کوره قوس الکتریکی در ایالات متحده در شرکت Halcomb Steel در شهر سیراکیوس، نیویورک نصب شد. اولین کوره القایی فرکانس پایین در شرکت Henry Diston & Sons در شهر تاکونی، فیلادلفیا نصب شد.
۱۹۰۷: متالورژیست آلمانی آلفرد ویلم کشف می‌کند که خواص آلیاژهای آلومینیوم ریخته‌گری را می‌توان از طریق عملیات حرارتی و پیری مصنوعی افزایش داد.
۱۹۰۸: شرکت Stockham Homogenous Sand Mixer Co در اوهایو دستگاه Sand Cutter را ارائه می‌کند.
دهه ۱۹۱۰: دهه ۱۹۱۰
۱۹۱۰: الگوهای صفحه‌ای دو رو (Matchplate) ساخته شدند، که قابلیت کار دستگاه‌های ریخته‌گری jolt-squeeze (دستگاه‌های قالب‌گیری تکاندنی-چلاندنی) را فراهم کردند.
۱۹۱۱: میکروسکوپ‌های متالورژیکی به بازار آمدند. اولین کوره قوس الکتریکی برای استفاده در ریخته‌گری در شرکت Treadwell Engineering در شهر ایستون، پنسیلوانیا نصب شد.
۱۹۱۲: اولین همزن ماسه (sand muller) با همزن‌های گردان با وزن‌های مختلف توسط پیتر ال. سیمپسون به بازار عرضه شد. Sand Slinger توسط E.O. Beardsley & W.F. Piper در شرکت Oregon Works اختراع شد.
۱۹۱۵: آزمایش‌ها با بنتونیت، یک خاک رس کلوئیدی با استحکام غیرمعمول در حالت تر و خشک، آغاز می‌شود. شرکت Ajax Metal در فیلادلفیا، اولین کوره القایی فرکانس پایین را برای ذوب فلزات غیر آهنی نصب می‌کند.
۱۹۱۶: ادوین فیچ نورتراپ از دانشگاه پرینستون، کوره القایی بدون هسته را اختراع می‌کند.
۱۹۱۷: شرکت Alcoa بسیاری از کارهای اولیه توسعه آلومینیوم را تکمیل می‌کند، چرا که جنگ جهانی اول تقاضای زیادی برای ریخته‌گری با یکپارچگی بالا (high-integrity castings) برای موتورهای هواپیما ایجاد می‌کند.
۱۹۱۸: اولین شرکت ریخته‌گری کاملاً خودکار در راکفورد، ایلینوی، پوسته نارنجک‌های دستی را برای ارتش ایالات متحده تولید می‌کند.
دهه ۱۹۲۰: دهه ۱۹۲۰
۱۹۲۱: اصلاح ساختار سیلیسیم در آلومینیوم زمانی آغاز می‌شود که Pacz کشف می‌کند که افزودن سدیم فلزی به آلومینیوم مذاب درست قبل از ریختن، شکل‌پذیری را تا حد زیادی بهبود می‌بخشد. آلیاژهای مس-سیلیسیم در آلمان به عنوان جایگزینی برای آلیاژهای قلع-برنز تهیه می‌شوند.
۱۹۲۴: هنری فورد رکورد تولید ۱ میلیون خودرو در ۱۳۲ روز کاری را به ثبت می‌رساند. تولید خودرو رشد می‌کند تا یک سوم تقاضای ریخته‌گری در ایالات متحده را به خود اختصاص دهد.
۱۹۲۵: از رادیوگرافی اشعه ایکس به عنوان ابزاری برای بررسی کیفیت قطعات ریخته‌گری استفاده می‌شود. تا سال ۱۹۴۰، تمام قطعات ریخته‌گری هواپیماهای نظامی قبل از پذیرش نیاز به بازرسی توسط اشعه ایکس دارند. شرکت American Brass واقع در شهر واتربری، کنتیکت اولین کوره القایی فرکانس متوسط را در ایالات متحده نصب می‌کند.
۱۹۲۸: شرکت Alcoa اولین چرخ خودرو آلومینیومی را توسعه می‌دهد که یک آلیاژ ۳۵۵ ریخته‌گری ماسه‌ای است که برای تریلرهای کامیون طراحی شده بود.
دهه ۱۹۳۰: دهه ۱۹۳۰
۱۹۳۰: اولین کوره القایی الکتریکی بدون هسته فرکانس بالا در شرکت Lebanon Steel Foundry، در شهر لبنان، پنسیلوانیا نصب می‌شود. استادان دانشگاه میشیگان برای اولین بار از طیف نگاری (Spectrography) برای آنالیز فلزات استفاده می‌کنند. داوِنپورت و بِین فرایند austempering را برای ریخته‌گری آهن توسعه می‌دهند.
۱۹۳۷: موریس هاسلر، مؤسس آزمایشگاه‌های تحقیقات کاربردی، اولین طیف‌نگار گریتینگ را برای سازمان زمین‌شناسی کالیفرنیا تولید کرد. طیف‌سنج‌ها در اواخر دهه ۱۹۴۰ به کارخانه‌های ریخته‌گری راه پیدا کردند و جایگزین روش قبلی متالورژیست‌ها شد که در آن ترکیبات شیمیایی توسط طیف‌سنجی و قوس الکتریکی جوشکاری تخمین زده می‌شد. ریزساختار austempered در چدن شناخته شد.
دهه ۱۹۴۰: دهه ۱۹۴۰
۱۹۴۰: مهندس اهل چک، نیکولاس شوورینف (Nicolas Chvorinov) رابطه بین زمان انجماد و هندسه ریخته‌گری را توسعه داد.
اوایل دهه ۱۹۴۰: کنترل فرایند آماری برای اولین بار به عنوان یک ابزار کنترل کیفیت در کارگاه‌های ماشین‌کاری ایالات متحده، عمدتاً برای کنترل تلورانس‌های ابعادی استفاده شد. تلقیح چدن خاکستری رایج می‌شود و چدن‌های با کیفیت-بالا جایگزین فولاد کمیاب می‌شوند.
۱۹۴۱: سرهنگ دوم ایالات متحده W.C. Bliss به American Foundry Society St Louis Chapter می‌گوید که «طرفی که کالاهای جنگی بیشتری را تولید کند، در جنگ پیروز خواهد شد». هیئت تولید جنگ بعداً گزارش داد که هر سرباز ایالات متحده به ۲۲۰۰ کیلوگرم فولاد نیاز دارد که در مقایسه این میزان در جنگ جهانی اول ۴۰ کیلوگرم بود.
۱۹۴۲: استفاده از ماسه‌های مصنوعی به عنوان جایگزینی برای بسیاری از مواد جنگی افزایش می‌یابد.
۱۹۴۳: کیت میلیس، متالورژیست ۲۸ ساله‌ای که در شرکت International Nickel Company کار می‌کند و به دنبال جایگزینی برای کروم به دلیل قطع شدن عرضه می‌گردد، متوجه می‌شود که آلیاژ منیزیم در آهن مذاب یک ساختار گرافیت کروی شکل ایجاد می‌کند. در سال ۱۹۴۹، او و آلبرت گاگنبین و نورمن پیلینگ حق ثبت اختراع ایالات متحده را در مورد تولید چدن نشکن از طریق تصفیه منیزیم دریافت کردند.
۱۹۴۴: اولین چسب یا بایندر شیمیایی سفت‌شونده توسط گرما توسط یوهانس کرونینگ آلمانی برای تولید سریع خمپاره و گلوله‌های توپخانه برای سربازان محور در طول جنگ جهانی دوم ساخته شد. دو سال پس از جنگ، فرایند پوسته او در میان اختراعات دیگر در اداره ثبت اختراعات آلمان کشف شد و عمومی شد. کرونینگ به دلیل اختراع خود در سال ۱۹۵۷ با مدال طلای انجمن ریخته‌گری آمریکا (AFS) شناخته شد.
۱۹۴۶: محققان متفقین تحقیقات ریخته‌گری آلمانی روی آلیاژهای با دمای بالا را کشف کردند. با «شنیدن» کشف کرونینگ (قبل از انتشار گزارش)، اد انساین فورد و E.I. Valyi، از دفتر کشتی‌های نیروی دریایی، تلاش کردند این فرایند را تکرار کنند و ریخته‌گری پوسته‌ای را در شرکت Midwest Foundry، کولدواتر، میشیگان تولید کردند.
اواخر دهه ۱۹۴۰: فرایند احیای حرارتی ماسه برای ماسه‌های ماهیچه‌ها و تا حدودی، ماسه‌های چسب رسی اعمال می‌شود.
۱۹۴۸: اولین ریخته‌گری غیر آزمایشگاهی چدن داکتیل در شرکت Jamestown Malleable Iron در شهر جیمزتاون، نیویورک تولید می‌شود و یک میله آزمایشی ۱۶۸ سانتی‌متری ریخته می‌شود. اولین لوله چدن داکتیل صنعتی در شرکت Lynchburg Foundry، در شهر لینچبرگ، ویرجینیا ریخته‌گری می‌شود.
۱۹۴۹: خرک مازه (Keel block)، قطعات موتور دیزل، یک سیلندر فشار، یک مکعب ۲۰ سانتی‌متری، و دو آستر سیلندر به اولین قطعات ریخته‌گری تجاری چدن داکتیل تولید شده در شرکت Cooper-Bessemer از شهر گرو سیتی، پنسیلوانیا تبدیل می‌شوند. توسعه منیزیم- فروسیلیس، عملیات چدن داکتیل را بسیار آسان‌تر می‌کند. شرکت Buffalo Pipe & Foundry در شهر توناواندا، نیویورک اولین شرکت ایالات متحده است که ریخته‌گری را با استفاده از فرایند پوسته Croning انجام می‌دهد.
دهه ۱۹۵۰: دهه ۱۹۵۰
اوایل دهه ۱۹۵۰: آزمایش در قالب‌گیری با فشار بالا آغاز می‌شود در دوره‌ای که فلزسازها شروع به افزایش فشار هوا در ماشین‌های قالب‌گیری فشاری برای افزایش سختی (چگالی) قالب کرده‌اند. روغن‌های ماهیچه‌سازی سریع خشک‌شونده معرفی شدند. اسکرابر پنوماتیکی برای بازیابی شن‌های چسبیده به خاک رس توسعه یافت. چندین سیستم احیای ماسه تر نیز در حال کار هستند.
۱۹۵۱: شرکت فورد موتور، در دیربورن، میشیگان، ۱۰۰ درصد تولید میل لنگ خود را به چدن داکتیل تبدیل می‌کند.
۱۹۵۲: D-process برای ساخت قالب‌های پوسته‌ای با ماسه ریز و روغن سریع خشک‌شونده توسط هری دیترت توسعه داده شد. سیستم سیلیکات سدیم/CO2 معرفی شد.
۱۹۵۳: سیستم هات باکس توسعه یافت که در آن ساخت و پخت ماهیچه‌ها در یک عملیات انجام می‌شد و نیاز به کوره‌های خشک کن دی الکتریک را از بین می‌برد.
۱۹۵۴: فرایند CO2 که یک فرایند بدیع و جدید برای تولید ماهیچه و قالب است، توسط آلمانی‌ها معرفی می‌شود. شرکت B&P با همکاری نزدیک با جنرال موتورز روشی برای پوشش‌دهی دانه‌های منفرد ماسه با چسب رزینی توسعه می‌دهد. این شرکت همچنین دستگاه ماهیچه‌سازی تولید می‌کند که قادر به تولید ماهیچه از ماسه پوسته‌ای پوشیده شده با رزین می‌باشد، که در اصل اصلاحی بر روش کرونینگ بود.
۱۹۵۵: لوله چدن داکتیل توسط شرکت People's Gas of Chicago به بازار معرفی شد که اولین شرکتی است که خطوط اصلی گاز شهری چدن داکتیل را نصب کرده است.
اواسط دهه ۱۹۵۰: روش squeeze-casting در روسیه ابداع شد.
۱۹۵۶: اولین بتاترون در یک کارخانه ریخته‌گری ایالات متحده در شرکت ESCO Corp، برای رادیوگرافی قطعات ریخته‌گری فولادی سنگین نصب شد.
۱۹۵۷: دستگاه قالب‌گیری ماسه تر بدون فلاسک عمودی توسط Vagn Aage Jeppesen، استاد ۴۰ ساله دانشگاه فنی دانمارک اختراع شد. او در سال ۱۹۵۹ یک حق اختراع دریافت کرد که توسط شرکت Dansk Industri Syndikat در سال ۱۹۶۱ خریداری شد.
۱۹۵۸: هارولد اف. شرویِر فرایند قالب‌گیری کامل را ثبت اختراع می‌کند، فرآیندی که توسط هنرمندان توسعه یافته است که در آن الگوهای ساده و سیستم‌های راه‌گاهی از پلی استایرن منبسط شده حک شده و در قالب ماسه تر قرار می‌گیرند. این فرایند که امروزه به نام ریخته‌گری لاست فوم (با استفاده از ماسه شل و بدون چسب) شناخته می‌شود، مدت کوتاهی بعد ثبت اختراع شد. سیستم‌های بایندر کاتالیز-اسید بدون پخت فورانی و فنولیکی معرفی شدند. گوگرد زدایی از چدن داکتیل توسط پاتیل‌های لرزان در سوئد توسعه یافت.
۱۹۵۹: شرکت جنرال الکتریک از برنامه کامپیوتری انتقال حرارت گذرا استفاده می‌کند و روش تفاضل محدود را با موفقیت در تولید قطعات ریخته‌گری فولادی سنگین به کار می‌برد.
دهه ۱۹۶۰: دهه ۱۹۶۰
۱۹۶۰: بایندر هات باکس فوران برای تولید ماهیچه توسعه داده شد. فیلترهای بستر عمیق (Deep bed filter) به صورت تجاری برای ریخته‌گری آلومینیوم در شرکت‌های Alcoa در آمریکا و British Aluminium در انگلستان استفاده شد. آزمایش‌های تراکم پذیری و رس متیلن بلو برای کنترل روش ماسه تر ایجاد شدند.
۱۹۶۱: فرایند پوشش پوسته به‌وسیلهٔ الکل معرفی شد (روکش گرم).
۱۹۶۲: روش جدید آزمایش ماسه CO2 برای ماسه‌های پیوند شده با سیلیکات سدیم و عمل آمده با گاز CO2 معرفی شد. Beardsley & Piper's Al Hunter, Bob Lund و Angello Bisinello اولین ماشین قالب‌گیری خودکار ماسه تر را توسعه دادند. در طراحی آنها، کوپ و درگ به‌طور همزمان از سمت پهلو پر می‌شوند و سپس به صورت هیدرولیکی فشرده می‌شوند. بر اساس برخی اظهارها ساخت قالب‌گیری خودکار صفحه دو رو، بهره‌وری ریخته‌گری را تا ۶۰ درصد در مدت زمان کوتاهی بهبود بخشید. بایندر هات باکس فنولی معرفی شد.
۱۹۶۳: رزین‌های فلسی پوسته‌ای (Shell flake resin) معرفی شد و نیاز به حلال را از بین برد.
۱۹۶۴: مقاله Dell & Christ در مورد تلقیح قالب (mold inoculation) باعث توسعه بسیاری از اشکال امروزی قالب و تلقیح می‌شود. اولین دستگاه ماسه تر عمودی (حداکثر ۲۴۰ قالب در ساعت) به شرکت United Danish Iron Foundries در فردریکسوارک، دانمارک تحویل داده شد. استفاده‌کننده‌های اولیه بهبودهایی را در هر تن در ساعت در حدود ۵۰ درصد گزارش می‌دهند.
۱۹۶۵: سیستم‌های بایندر بدون پخت یورتان روغنی برای ساخت ماهیچه‌ها و قالب‌ها استفاده شدند. جیم هنزل و جک کوریان از شرکت جنرال الکتریک الگوهای انجماد را در ریخته‌گری‌های فولادی بزرگ از طریق کامپیوتر پیش‌بینی کردند. کامپوزیت‌های ماتریس فلزی ریخته‌گری برای اولین بار در شرکت International Nickel Co، در شهر استرلینگ فارست، نیویورک ریخته شدند.
۱۹۶۸: فرایند کولدباکس توسط لری توریلو و جانیس رابینز معرفی شده و توسط شرکت Ashland Chemical Co برای تولید ماهیچه‌ها با سرعت بالا به صنعت ریخته‌گری معرفی شد. ریخته‌گری دایملر-بنز آلمان در مانهایم اولین کارخانه‌ای است که از فرایند کولدباکس برای تولید قطعات خودرو استفاده کرد. ریخته‌گری شرکت جان دیر سیلواس، در مولین، ایلینوی، اولین شرکتی است که از این فرایند برای تولید انبوه در آمریکای شمالی استفاده کرد.
۱۹۶۹: خودروی شورلت وگا توسط شرکت جنرال موتورز معرفی شد که اولین خودروی دارای بلوک سیلندر تمام آلومینیومی بدون پوشش سیلندر چدنی است. در مجموع ۲٫۵ میلیون بلوک سیلندر در طول چرخه عمر این خودرو تولید شد.
اواخر دهه ۱۹۶۰: میکروسکوپ الکترونی روبشی در انگلستان اختراع شد. استفاده از آنالیز حرارتی در کارخانه‌های ریخته‌گری چدن برای تعیین سریع درصد کربن و فسفر آغاز می‌شود و امکان مطالعه تغییر شکل آلیاژ در طول مرحله خنک‌سازی را فراهم می‌کند. شرکت‌های Manganese Bronze & Brass Co و J. Stone & Co برای ترویج پروانه‌های برنز نیکل-آلومینیوم به یکدیگر می‌پیوندند.