ترک گرم در ریخته گری چیست؟
ترک گرم، یکی از عیوب شایع در فرآیند ریخته‌گری است که به‌دلیل ایجاد تنش‌های حرارتی و انقباضی در هنگام انجماد فلز رخ می‌دهد.
این ترک‌ها معمولا در نواحی باضخامت زیاد یا تغییرات ناگهانی در ضخامت قطعه شکل می‌گیرند و می‌توانند به‌صورت ترک‌های سطحی یا داخلی ظاهر شوند. ترک‌های گرم، استحکام و مقاومت قطعه را به‌شدت کاهش داده و احتمال شکست آن را در حین کار افزایش می‌دهند.
علت اصلی ایجاد ترک گرم، اختلاف دمای بین قسمت‌های مختلف قطعه در هنگام انجماد است. قسمت‌های داخلی قطعه دیرتر سرد می‌شوند و درنتیجه منبسط می‌شوند، درحالی‌که قسمت‌های خارجی زودتر سرد شده و منقبض‌شده‌اند.
این اختلاف انقباض، تنش‌هایی را در قطعه ایجاد می‌کند که در صورت عدم کنترل، منجر به ایجاد ترک‌های گرم می‌شود. برای جلوگیری از این مشکل، باید به عواملی مانند ترکیب شیمیایی آلیاژ، سرعت سرد شدن، طراحی قالب و ضخامت پوشش فلز توجه ویژه داشت.
علت بروز ترک گرم در ریخته گری
یکی از مهمترین عوامل مؤثر در ایجاد ترک گرم، ترکیب شیمیایی آلیاژ مورد استفاده است. وجود برخی عناصر آلیاژی خاص و میزان آن‌ها در آلیاژ می‌تواند بر روی تمایل قطعه به ترک‌خوردگی تأثیرگذار باشد. برخی عناصر آلیاژی با ایجاد انقباض زیاد در هنگام انجماد، احتمال ایجاد ترک را افزایش می‌دهند. همچنین، وجود ناخالصی‌ها در آلیاژ نیز می‌تواند به‌عنوان نقاط تمرکز تنش عمل کرده و احتمال ترک‌خوردگی را تشدید کند.
سرد شدن سریع قطعه باعث ایجاد گرادیان دمایی شدید در داخل قطعه شده و درنتیجه تنش‌های حرارتی زیادی ایجاد می‌شود. این تنش‌ها در صورت عدم کنترل، می‌توانند منجر به ایجاد ترک‌های گرم شوند. از طرف دیگر، طراحی نامناسب قالب نیز می‌تواند به ایجاد ترک گرم کمک کند.
وجود گوشه‌های تیز، تغییرات ناگهانی در ضخامت قطعه و عدم وجود سیستم‌های مناسب برای خروج گازهای حبس شده در حین انجماد، همگی می‌توانند به‌عنوان عوامل تشدیدکننده ترک گرم عمل کنند.
درنهایت، تنش‌های انجمادی نیز یکی دیگر از دلایل اصلی ایجاد ترک گرم هستند. در هنگام انجماد، فلز منقبض‌شده و این انقباض می‌تواند باعث ایجاد تنش‌هایی در داخل قطعه شود. اگر این تنش‌ها از مقاومت کششی فلز بیشتر باشند، ترک در قطعه ایجاد خواهد شد.
راه های جلوگیری از ترک گرم در ریخته گری
ترک گرم یا ترک انجمادی، یکی از رایج‌ترین عیوبی است که در فرآیند ریخته‌گری رخ می‌دهد و می‌تواند به‌شدت بر کیفیت و عملکرد قطعه تأثیر بگذارد. برای جلوگیری از بروز این عیب، می‌توان از روش‌های مختلفی استفاده کرد.
توجه به ساختار و روش ریخته‌گری
یکی از عوامل کلیدی در پیشگیری از ترک گرم در ریخته‌گری، انتخاب آلیاژ مناسب است. ترکیب شیمیایی آلیاژ تأثیر مستقیمی بر رفتار فلز در هنگام انجماد و تشکیل ساختار دندریتی دارد. آلیاژهایی که تمایل کمتری به تشکیل دندریت‌های بلند و تیز دارند، مقاومت بیشتری در برابر ترک‌خوردگی نشان می‌دهند.
علاوه بر این، وجود برخی عناصر آلیاژی خاص می‌تواند بر روی مقاومت به ترک‌خوردگی تأثیر مثبت یا منفی بگذارد. بنابراین، انتخاب آلیاژی که باتوجه‌به شرایط کاری و خواص موردنظر قطعه طراحی‌شده باشد، از اهمیت بالایی برخوردار است.
طراحی مناسب قالب نیز نقش بسیار مهمی برای جلوگیری از ترک گرم در ریخته گری ایفا می‌کند. قالب باید به‌گونه‌ای طراحی شود که از ایجاد نقاط تمرکز تنش جلوگیری کرده و امکان خروج آسان گازهای حبس شده در حین انجماد را فراهم کند.
گوشه‌های تیز، تغییرات ناگهانی در ضخامت قطعه و وجود حفره‌های گاز در قالب، می‌توانند به‌عنوان نقاط تمرکز تنش عمل کرده و احتمال ترک‌خوردگی را افزایش دهند. همچنین، طراحی مناسب سیستم تغذیه قالب برای تأمین مداوم فلزمذاب به قطعه در حال انجماد، به کاهش تنش‌های انقباضی و جلوگیری از ایجاد حفره‌های گازی کمک می‌کند.
توجه به ضخامت پوشش فلز
یکی از عوامل مهم در جلوگیری از ترک گرم در قطعات ریخته‌گری، حفظ یکنواختی ضخامت پوشش فلز در تمامی قسمت‌های قطعه است. تغییرات ناگهانی در ضخامت می‌تواند منجر به ایجاد اختلاف دمایی زیاد و درنتیجه تنش‌های حرارتی شدید شود. این تنش‌ها به‌ویژه در هنگام انجماد فلز، می‌توانند باعث ایجاد ترک‌های گرم شوند.
هنگامی‌که ضخامت پوشش فلز در قسمت‌های مختلف یک قطعه متفاوت باشد، قسمت‌های ضخیم‌تر دیرتر سرد می‌شوند و درنتیجه مدت‌زمان بیشتری در حالت مذاب یا نیمه مذاب باقی می‌مانند.
این تفاوت در زمان سرد شدن باعث ایجاد گرادیان دمایی شدید در داخل قطعه شده و درنتیجه تنش‌های کششی شدیدی در نواحی با ضخامت کمتر ایجاد می‌شود. این تنش‌ها در صورت ازدیاد از حد مقاومت کششی فلز، منجر به ایجاد ترک‌های گرم می‌شوند.
بنابراین، برای جلوگیری از ترک گرم در ریخته گری، باید تا حد امکان از ایجاد تغییرات ناگهانی در ضخامت قطعه اجتناب کرد. درصورتی‌که تغییرات ضخامت اجتناب‌ناپذیر است، باید سعی شود این تغییرات به‌صورت تدریجی و با استفاده از شعاع‌های گرد انجام شود.
توجه به زوایا و ابعاد قالب
زاویه شیب دیواره‌های قالب نقش بسیار مهمی در تسهیل پر شدن کامل قالب و خروج هوا و گازهای حبس‌شده در حین انجماد فلز ایفا می‌کند. زاویه شیب باید به‌گونه‌ای انتخاب شود که از ایجاد حفره‌های گازی و نقاط سرد در قطعه جلوگیری کند.
زاویه شیب کم می‌تواند باعث ایجاد حفره‌های گازی و نقاط سرد شده و درنتیجه احتمال ترک گرم در ریخته گری را افزایش دهد. از طرف دیگر، زاویه شیب زیاد نیز می‌تواند باعث ایجاد ناپایداری در قالب و مشکلاتی در پر شدن کامل آن شود.
بنابراین، انتخاب زاویه شیب مناسب برای هر قالب، باتوجه‌به هندسه قطعه و نوع آلیاژ مورداستفاده، بسیار مهم است.
ابعاد قالب نیز بر روی توزیع دما در قطعه و ایجاد ترک گرم در ریخته گری تأثیرگذار است. ابعاد قالب باید به‌گونه‌ای انتخاب شود که از ایجاد تغییرات ناگهانی در ضخامت قطعه جلوگیری کند. تغییرات ناگهانی در ضخامت می‌تواند باعث ایجاد اختلاف دمایی زیاد بین قسمت‌های مختلف قطعه شده و درنتیجه تنش‌های حرارتی را افزایش دهد.
همچنین، ابعاد قالب باید به‌گونه‌ای باشد که امکان انقباض آزادانه فلز در هنگام انجماد فراهم شود. اگر ابعاد قالب خیلی کوچک باشد، فلز در هنگام انجماد بامحدودیت فضا مواجه شده و این امر می‌تواند باعث ایجاد تنش‌های داخلی و ترک‌خوردگی شود.
توجه به اندازه‌گیری دقیق دمای مورد نیاز برای کار ریخته گری
اگر دمای فلزمذاب بیش‌ازحد بالا باشد، هنگام تماس با قالب، شوک حرارتی شدیدی ایجادشده و باعث ایجاد تنش‌های حرارتی زیاد در قطعه می‌شود. این تنش‌ها می‌توانند منجر به ایجاد ترک‌های سطحی یا داخلی در قطعه شوند.
از طرف دیگر، اگر دمای فلز مذاب بسیار پایین باشد، ویسکوزیته آن افزایش‌یافته و پر شدن کامل قالب با مشکل مواجه می‌شود. این امر می‌تواند منجر به ایجاد حفره‌های گازی و کاهش کیفیت قطعه شود.
به‌همین ترتیب، دمای قالب نیز باید به‌دقت کنترل شود. اگر دمای قالب بسیار پایین باشد، فلزمذاب به‌سرعت سرد شده و ایجاد ترک گرم در ریخته گری می‌کند. در مقابل، اگر دمای قالب بسیار بالا باشد، فلزمذاب به‌آرامی سرد شده و زمان کافی برای ایجاد ترک‌های گرم وجود خواهد داشت.
بنابراین، برای جلوگیری از بروز ترک گرم، باید دمای فلزمذاب و قالب به‌طور دقیق کنترل‌شده و در محدوده مجاز نگه‌داشته شود. استفاده از تجهیزات اندازه‌گیری دما با دقت بالا و سیستم‌های کنترل دما، می‌تواند به این منظور کمک شایانی کند.
