کاربرد سیلیکات سدیم در صنایع ذوب فلزات

جهت پوشش محافظ نسوز قالب (قالب سازی) و تمیزکننده استفاده می شود.
کاربرد دیگر سیلیکات سدیم در صنعت ریخته‌گری آهن و فولاد و چدن از دهه ۱۹۵۰ میلادی است. مخلوط‌های شن و سیلیکات سدیم برای ساختن قالب‌ها و مفتول‌ها در ریخته‌گری بوسیله نیروی گاز دی‌اکسید کربن تحت فشار درمیان شکل‌های فشرده با یک آماده‌سازی اولیه می‌باشد. سفت شدن اولیه مخلوط شن- سیلیکات سدیم در حضور دی‌اکسید کربن موجب یک واکنش شیمیایی بین گاز دی‌اکسید کربن و سیلیکات سدیم می‌گردد.

ماهیچه قسمتی از قالب است که سوراخ و شکاف داخل جسم ریختگی را ایجاد می کند و بیشستر به ماسه ای گفته می شود که به وسیله جعبه ماهیچه ساخته شده است و پس از سخت شدن و خارج شدن آن از داخل جعبه ماهیچه مورد استفاده قرار می گیرد.

ماهیچه هایی که از جنس مواد قالب و همزمان با قالب گیری به نام ماهیچه تر ساخته می شوند از مفهوم حقیقی ماهیچه دور می باشند.انواع دیگری از ماهیچه های فلزی وجود دارند که در قالب های دائمی مورد استفاده قرار می گیرند و مبانی ماهیچه سازی در مورد آنها مصداق ندارد. هر ماهیچه شامل دو قسمت بدنه ماهیچه و تکیه گاه ماهیچه می باشد.

ماهیچه های داخلی: وظیفه ماهیچه های داخلی تضمین فرم شکافها سوراخ ها و سایر قسمت های داخلی قطعه ریختگی می باشد.
تذکر: در مواردی که تعداد کمی قطعه ریختگی خواسته شود مدل را با قطعه آزاد و استفاده از ساده چوبی یا زیر سری طراحی می کنند . زمانی که تعداد زیادی قطعه ریختگی مورد نیاز باشد استفاده از ماهیچه سرخود مقرون به صرفه نیست به همین جهت ماهیچه داخلی آزاد به وسیله جعبه ماهیچه بدست می آورند.
قطعاتی که فرم داخلی آنها پیچیده تر است و امکان قالب گیری آنها یا قطعه آزاد یا ماهیچه سرخود وجود ندارد با ماهیچه خشک (جداگانه) ریخته می شوند.

ماهیچه های خارجی: وظیفه ماهیچه های خارجی تضمین فرم های خارجی قطعه ریختگی است.
تذکر- زمانی که تعداد کمی قطعه ریختگی خواسته شود سطح جدایش مدل را طوری انتخاب می کنند که با استفاده از سه درجه فرم خارجی قطعه بدست آید.حسن آن صرفه جویی در ساختن جعبه ماهیچه می باشد.در مواردی که تعداد زیادی قطعه ریختگی مورد نیاز باشد قالب گیری با سه درجه مقرون به صرفه نمی باشد بنابر این مدل را با ماهیچه های دور طراحی می کنند.
نتیجه: قطعاتی که شکل خارجی آنها پیچیده است و امکان قالب گیری آنها در سه درجه وجود ندارد با ماهیچه دور(خارجی) طراحی می شوند.

ماهیچه قالب گیری: ماهیچه هایی هستند که پس از قرار دادن پهلو به هم فرم یا قالب قطعه را تشکیل می دهند.
قطعه ماهیچه به ماهیچه ای گفته می شود که بوسیله جعبه ماهیچه بدست آمده و در قسمت های جانبی مدل به طور آزاد جاسازی می شود.
ماهیچه های پوشش ماهیچه هایی هستند که اغلب در قالب زیری قرار می گیرند و از نظر فرم به دو دسته مکعبی و مدور تقسیم می شوند . ماهیچه های مدور را اصطلاحا بشقابی می نامند . ماهیچه های پوششی به وسیله تکیه گاههای دور در داخل قالب زیری آویزان می شوند و به همین جهت ماهیچه های پوششی آویز نیز نامیده می شوند.

ماهیچه‌های آویز(معلق): ماهیچه هایی هستند که ابتدا در داخل قالب روش ثابت می شوند و سپس با قرار دادن قالب رویی روی قالب زیری در داخل محفظه قالب آویزان می شوند برای ثابت کردن آنها بسته به بزرگی و کوچکی ماهیچه از تسمه های فلزی پیچ چسب و نظایرآنها استفاده می شود.

ماهیچه های نشسته: ماهیچه هایی هستند که در حالت عمودی یا ایستایی در داخل قالب زیری قرار داده می شوند.ریز ماهیچه در داخل درجه زیری یا زمین واقع شده است و قسمت های دیگر ماهیچه به شکل علم فضای داخل قالب رویی را اشغال می کنند ماهیچه های سنگین وبزرگ را با این روش طراحی می کنند.

ماهیچه های جدا کننده: مجموعه ای از ماهیچه های روی هم سوار شده را ماهیچه های مونتاژ می نامند.ساختمان داخلی بعضی از قطعات ریختگی به گونه ایست که امکان ساختن ماهیچه داخل به صورت یک پارچه وجود ندارد و قالب ساز مجبور می شود برای ریختن قطعه چندین جعبه ماهیچه بسازد تا قالب گیر یا ماهیچه ساز با در دست داشتن چندین ماهیچه و مونتاژ کردن آنها روی هم کنار هم و یا داخل هم یک سیستم ماهیچه را بدست آورد.

ماهیچه های نشسته: ماهیچه هایی هستند که فضای قالب رویی و زیری را به دو قسمت مساوی می کنند ماهیچه های جدا کننده پوشش ممکن است فضای قالب را به چندین قسمت مساوی تقسیم کنند.بالا رفتن سرعت قالب گیری و ماهیچه سازی و در نتیجه ارزانتر تمام شدن قیمت قطعه ریختگی ساخت مدلهای مضاعف صفحه ای تعادل بهتر ماهیچه در قالب سرعت ماهیچه گذاری و… از موارد استفاده و مزایای این نوع ماهیچه است.

ماهیچه های برش: ماهیچه هایی هستند که در محل های تعیین شده برای برش دادن و یا دو نیم کردن قطعه ریختگی به کار می روند.در کارخانجات بزرگ ماشین سازی ساخت و مونتاژ برخی قطعات به صورت یک پارچه با مشکلاتی همراه است به همین لحاظ این گونه قطعات را با ماهیچه های برش ریخته گری می کنند و پس از عملیات تراشکاری فرزکاری سوراخکاری و…آنها را در محل برش از یکدیگر جدا می سازد.

ماهیچه های تصفیه: برای جلوگیری از ورود ناخالصی ها به داخل محفظه قالب به کار می رود.محل قرارگیری آن بین لوله راهگاه و کانال فرعی می باشد،جنس آنها سرامیکی یا ماسه ایست در مواردی که درجه حرارت مذاب بالا باشد برای جلوگیری از خراب شدن کانال فرعی آن را از جنس ماهیچه سخت به طور جداگانه ساخته و سپس داخل قالب قرار می دهند.

ماهیچه های دائمی: جنس آنها چدنی یا فولادی بوده و برای ریخته گری آن دسته از قطعاتی که سوراخ ها یا شکاف های داخلی آنها شیب زیادی داشته باشند به کار می روند برای آنکه ماهیچه به راحتی از داخل قطعه ریخته شده خارج گردد سطح خارجی آن را به مواد جدایش آغشته می نمایند.
کاربرد ماهیچه های دائمی برای قطعات با جداره ضخیم مورد توجه گردیده است برای قطعات جداره نازک باید از ماهیچه های یک بار مصرف استفاده نمود.

بر اساس شرایط و مشخصات مخلوط ماهیچه تهیه و استفاده می شود و به همین دلیل نیز برای فلزات مختلف ریختگی مخلوط های متفاوتی مورد توجه است.
ماسه ماهیچه معمولا از انواع مرغوب ماسه های ماهیچه از دسته های زیر انتخاب می شوند.
نوع اول:چسب های مایع یا جامد که همراه با آب خاصیت شکل گیری به ماسه می دهند هر یک از آنها دارای درجه حرارت مخصوص خشک شدن خود هستند از انواع این چسب ها می توان از چسب های نشاسته ای مثل دکسترین و چسب ژلاتینی که درجه حرارت خشک کردن آنها از ۲۵۰ درجه سانتی گراد تجاوز نمی کند نام برد انواع روغنهای گیاهی و معدنی که مناسب ترین آنها روغن بزرگ است در بیشتر موارد همراه با چسب های نشاسته ای مصرف می شوند.روغن ماهیچه (مخلوط روغن بزرگ رزین و مواد نفتی ) نیز چسب ماهیچه مناسبی است.
چسب های قندی (ملاس) نیز در این دسته قرار دارند که به دلیل تولید گاز زیاد و قابلیت از هم پاشیدگی کم امروزه مورد استفاده قرار نمی گیرند تنها در بعضی مواد همراه با چسب های دیگر به کار می روند.
نوع دوم: چسب های مایع یا جامد هستند که همراه با آب به ماسه شکل می دهند ولی در مقابل هوا با عبور گازهای معین خشک می شوند مهم ترین چسب در این دسته چسب سیلیکاتی است که در مجاورت هوا با عبور گاز CO2 خشک می شود.
نوع سوم: چسب های حرارتی هستند که به صورت پودر جامد یا مایع با ماسه مخلوط شده و در مقابل حرارت از ۱۰۰ تا ۱۵۰ درجه سانتی گراد به صورت ذوب خمیری و در درجه حرارت های بالاتر خشک شده و استحکام زیادی پیدا می‌کند.
از معروف ترین آنها می توان فرم آلدئید را نام برد که در بسیاری از قالب گیری های پیشرفته به کار می روند. علاوه بر سه دسته فوق انواع چسب های معدنی رسی نظیر انواع بنتونیت ها نیز در بعضی موارد به عنوان چسب کمکی مورد استفاده قرار می گیرند.
چسب و ذرات نسوز که دو عامل اصلی تمام مخلوط های ماسه قالب و ماسه ماهیچه می باشند همواره دارای مواد دیگر مثل خاک اره پودر زغال قطران کک و آرد حبوبات هستند که قابلیت از هم پاشیدگی و قابلیت نفوذ گاز در ماهیچه را افزایش می دهند.
پس به طور کلی انواع مختلف چسب های ماهیچه عبارتند از روغن بزرگ روغن ماهی آرد گندم وغلات آرد ذرت دکسترین ملاس چغندر کلوفون سیلیکات سدیم(آب شیشه) رزین اوره رزین فنل گچ پاریس مواد نشاسته ای سمنت.

اگرچه قوانین ویژه ای برای ترکیب مخلوط های ماهیچه وجود دارد ولی موفقیت یا شکست کاربرد یک مخلوط خاص معمولا مشخص نیست مگر آنکه عملا در کارگاه مورد استفاده و آزمایش قرار گیرد.متغیرهای بسیاری در این زمینه از عملیات ریخته گری درتک کارگاه خاص وجود دارد که ممکن است در کارگاه دیگری وجود نداشته باشد مثلا ماسه ای که در دسترس یک کارگاه ریخته گری است و مشکلات اقتصادی موجود اغلب بر انتخاب مخلوط ماهیچه برای یک مورد خاص اثر می گذارد.

یک مخلوط ماهیچه باید به گونه ای طراحی و آماده شود که ماهیچه های تهیه شده از آن کیفیت و مشخصات زیر را داشته باشند:
در دمای بالا و در تعادل انجماد فلز استحکامی متناسب با استحکام فلز داشته باشند. ماهیچه ای که استحکام خود را به مدت طولانی در دمایی بالا حفظ کند، باعث شکست گرم یا ترک در قطعه ریختگی می شود.
در خلال انجماد اگر فلز ریختگی فروپاشی پیدا کرده و خرد شود. ماهیچه باید تا زمانی که فلز یک پوسته جامد در اطراف آن ایجاد می کند، استحکام خود را حفظ نماید و سپس به هنگامی که انقباض فلز آغاز می شود، به سرعت استحکام خود را از دست بدهد و در نتیجه از ترک خوردن فلز اجتناب شود.
سطح صاف و مناسبی در برابر فلز مذاب ایجاد کند، به طوری که فلز نتواند در ماهیچه نفوذ کند.
سختی کافی و مقاومت مناسب در برابر جریان فلز مذاب داشته باشد، زیرا در غیر این صورت احتمال دارد شکستن، ترک خوردن، رشته شدن و یا عیوب دیگر ایجاد شود.
در برابر گرمای ناشی از درجه حرارت ریختن فلز مذاب، مقاوم باشد.
تحت تاثیر قالب یا جو ایجاد شده توسط فلز مذاب واقع نشود.
در خلال نگهداری استحکام خود را به مقدار زیاد از دست ندهد.این مورد در قالب هایی که قبل از ریخته گری به مدت قابل توجهی نگهداری می شوند، اهمیت دارد.
در موقع حمل و نقل مقاومت کافی در برابر شکستن داشته باشد.
به راحتی و با سرعت پخته شود، به طوری که حداقل امکانات پخت ماهیچه مورد نیاز باشد.
شکل صحیح خود را قبل از ریخته گری و در خلال آن حفظ کند.
وقتی با فلز مذاب تماس حاصل می کند، گاز تولیدی در حداقل مقدار ممکن باشد. صافی سطح داشته باشد که بتوان قطعه ای با صافی سطح مناسب تولید کرد.
نفوذپذیری و قابلیت عبور گاز مناسبی داشته باشد، تا گازهای تشکیل شده در خلال ریخته گری خارج شود.
به راحتی از داخل قطعه جامد خارج شود، به طوری که حداقل هزینه تمیز کاری صرف شود.
به داخل جعبه ماهیچه ای که در آن تهیه می شود نچسبد.
بر اساس شرایط و مشخصات فوق الذکر مخلوط ماهیچه تهیه و استفاده می شود و به همین دلیل نیز برای فلزات مختلف ریختگی مخلوط های متفاوتی مورد توجه است.

جعبه ماهیچه ها از چوب یا فلز ساخته می شوند. نوع چوبی آنها در ماهیچه سازی دستی و به تعداد کم، و جعبه ماهیچه های فلزی در ماهیچه سازی ماشینی و دستی در تعداد زیاد به کار می روند.قسمت های نازک و متحرک جعبه ماهیچه ها عموما فلزی انتخاب می شوند، تا دوام و استحکام بیشتری داشته باشند.
انواع ماهیچه، مثل ماهیچه های ماسه ای با چسب روغنی، ماهیچه های پوسته ای . جعبه گـرم، ماهیچه تهیه شده به روش گازکربنیک و ماهیچه تهیه شده بـا چـسب سرد برای ریخته گری مورد استفاده قرار می گیرد . نوع ماهیچه لزومی ندارد که حتماً به جـنس قالـب شبیه و یا مثل آن باشد . مثلا استفاده از ماهیچه هایی که به روش پوسته ای تهیه می شود در قالب های ماسه ای تـر، عملی متداول است . انتخاب ماده و جنس ماهیچه اساسا به اندازه ماهیچه، پیچیدگی ماهیچه، زمانی که ماهیچه باید ساخته شود، دقت ابعادی لازم و هزینـه آن بـستگی دارد . در آزمایشگاه ریخته گری طریقه تهیه دو نوع ماهیچه بیان می شود.

در این نوع ماسه ماهیچه از ماسه سیلیسی با چسب سیلیکات سدیم مایع استفاده می گردد که عامل فعال کننده چسب گاز CO2 می باشد.
روش تهیه:
ابتدا مقداری ماسه سیلیسی با مش بالا برداشته و مقدار ۵% وزنی آن چسب سیلیکات سدیم به آن اضافه نمایید به وسیله دست چسب را با ماسه طوری مخلوط کنید که ماسه تهیه شده به هیچ عنوان به دست نچسبد لازم به توضیح است که در کارخانجات عمل مخلوط کردن چسب با ماسه توسط میکسر ماسه ماهیچه ای انجام می گیرد.بعد از مخلوط شدن چسب با ماسه آن را داخل جعبه ماهیچه ریخته و کمی آن را فشرده سازید در مرحله بعد چند کانال هوا داخل آن تعبیه کنید و گاز CO2را به مقدار کمی از کانال های هوا به داخل مخلوط ماسه بدمید.دو نیمه جعبه ماهیچه را از هم جدا کرده و دمیدن نهایی گاز CO2 را آغاز کنید تا ماهیچه سفت شود و سپس ماهیچه را از یک نیمه جعبه ماهیچه خارج کنید.
ماهیچه هایی که به روش گاز گربنیـک تهیـه مـی شـوند اغلب برای تولید محدود به کار می روند . زیرا این نـوع ماهیچه ها می توانند در مدت کوتاهی بـا داشـتن حـداقل تجهیزات ساخته شوند . این ماهیچه هـا اساسـاً مرکب از ماسه و سیلیکات سدیم، (به عنوان چسب) مـی باشـند که استحکام نهایی را پس از دمش گازکربنیک به مخلوط بدست می آوردند. این نوع ماهیچه هـا عمومـاً گـران تـر از ماهیچه‌های ماسه‌ای خشک هستند و بخصوص دراندازه های بزرگتر این افزایش قیمت محسوس‌تر اسـت. البتـه بـالاتر بودن هزینه آنها اغلب به واسطه سـرعت تهیـه سـریع تـر جبران می گردد . عیب عمده ماهیچه هایی که بـه روش گـازکربنیک تهیه می شوند، دشواری خارج سازی آنها است.

در این نوع ماسه ماهیچه ای از ماسه سیلیسی با چسب فنل فرمالدئید که به صورت مخلوط شده در بازار وجود دارد استفاده می شود و عامل فعال کننده آن حرارت می باشد. موادی که به عنوان چسب در تهیه این نوع ماهیچه هـا به کار می روند شامل چسب هایی است که پایـه ترکیب آنها فوران است . ماهیچه هایی که توسط جعبه گـرم تهیـه می شوند سریعاًاماده شده و نیازی به خشک کردن آنها نیست . محدودیت اصلی این ماهیچه هـااندازه آنها اسـت که نمی توانند ضخامتی بیش از ۶۳ میلی متر را داشته باشد.
روش تهیه:
ابتدا جعبه ماهیچه که فلزی (آلومینیومی) می‌باشد را حدود دو دقیقه پیش گرم کرده پس از پیش گرم کردن ماسه چراغی را به داخل آن بریزید در این نوع ماسه ماهیچه کوبش لازم نیست و فقط جهت خارج کردن هوای داخل جعبه ماهیچه توسط سیخ هوا مخلوط ماسه را جابجا کنید. توسط مشعل اطراف جعبه ماهیچه را که توسط گیره دو نیمه آن به هم محکم شده اند را حرارت دهید. زمان حرارت دادن حدودا یک دقیقه می باشد پس از آن گیره را باز کرده دو نیمه جعبه ماهیچه را از هم جدا کنید و ماهیچه را از داخل نیمه جعبه ماهیچه خارج کنید. بهتر است برای راحت تر خارج شدن ماسه ماهیچه از جعبه ماهیچه آن را با روغن آغشته کنید.