کیفیت بنتونیت در صنعت ریخته‌گری

مقدمه:

امروزه روش‌های مختلفی برای ریخته‌گری قطعات در دسترس هستند، اما برای تولید قطعات کوچک و متوسط، استفاده از قالب‌گیری ماسه‌ای همچنان اقتصادی‌ترین و ساده‌ترین فرآیند است. یکی از دلایل اصلی این امر این است که مواد اولیه مورد استفاده در این فرآیند ارزان‌تر از سایر فرآیندهای ریخته‌گری هستند و قالب‌ها نیز در ساده‌ترین شکل ممکن تولید می‌شوند. علاوه بر این، قطعات تولید شده با این روش نه تنها از سطح صاف و زیبایی برخوردارند، بلکه دارای مزایای دیگری از جمله دقت ابعادی، یکنواختی در کیفیت و استحکام بالا هستند. به‌علاوه، از نظر سایر خواص مکانیکی نیز کاملاً مناسب و قابل‌اعتماد هستند.

در ابتدا، این روش تنها برای تولید قطعات کوچک مورد استفاده قرار می‌گرفت، اما امروزه حتی قطعات سنگین نیز می‌توانند با استفاده از این فرآیند تولید شوند. ماسه سیلیسی و بنتونیت دو ماده اولیه اساسی در فرآیند قالب‌گیری ماسه‌ای هستند. این مقاله به بررسی ویژگی‌های علمی و فنی بنتونیت در این فرآیند می‌پردازد.

بنتونیت و ویژگی‌های آن:

بنتونیت یک نوع کانی رسی است که به‌طور عمده از مونت‌موریلونیت تشکیل شده است. کیفیت بنتونیت بستگی به میزان این کانی و همچنین میزان کاتیون‌های قابل تعویض موجود در آن دارد. تعیین دقیق مقدار مونت‌موریلونیت در بنتونیت کار پیچیده‌ای است، زیرا این مقدار به‌طور طبیعی متغیر است و روش‌های آزمایشی موجود تا کنون قادر به تعیین دقیق آن نبوده‌اند.

تفاوت‌های بنتونیت‌ها:

به‌طور کلی، خواص بنتونیت‌ها می‌توانند با توجه به مکان استخراج آن‌ها متفاوت باشند. حتی اگر با استفاده از روش‌های آزمایشی معمول تفاوت محسوسی بین نمونه‌های مختلف بنتونیت مشاهده نشود، در برخی موارد می‌توان تفاوت‌هایی در میزان مونت‌موریلونیت در آن‌ها یافت. برای مثال، بعضی از انواع بنتونیت‌ها ممکن است دارای مقدار کمتری از مونت‌موریلونیت باشند، به‌ویژه زمانی که مولکول‌های مونت‌موریلونیت به‌وسیله پوسته‌های آهکی احاطه شده باشند. در چنین حالتی، فعال‌سازی معمول بنتونیت نمی‌تواند همان اثرات مورد نظر را ایجاد کند، اما با شکستن این لایه‌های کربناتی و آسیاب کردن آن‌ها به دانه‌بندی بسیار ریز، می‌توان از خواص پپت‌سازی (یا همان توانایی بنتونیت برای جذب و نگه‌داشتن آب) به خوبی بهره برد.

آسیاب و آماده‌سازی بنتونیت:

برای استفاده بهینه از بنتونیت در فرآیند قالب‌گیری، باید آن را به حدی ریز آسیاب کنیم که حداقل 90 درصد از مواد اولیه در اندازه‌های بسیار کوچک قرار بگیرند. برای این کار، از الک‌هایی با مش ده هزار استفاده می‌شود تا اطمینان حاصل شود که حداکثر 8 درصد از مواد در آن باقی بماند و بقیه از آن عبور کند. این فرآیند به ارزیابی دانه‌بندی بنتونیت کمک می‌کند و از این طریق می‌توان کیفیت آن را برای استفاده در قالب‌گیری ماسه‌ای بررسی کرد.

ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی استاندارد برای بنتونیت:

برای ارزیابی کیفیت بنتونیت و استفاده از آن در قالب‌گیری ماسه‌ای، باید ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی آن مطابق با استانداردهای جهانی باشد. ترکیب معدنی، اندازه دانه‌ها و میزان رطوبت از جمله معیارهای مهم در این ارزیابی‌ها هستند. برای مثال، دانه‌بندی ماسه سیلیسی استاندارد برای استفاده در قالب‌گیری باید به شرح زیر باشد:

• 25 درصد از دانه‌ها باید بین 0.6 تا 0.3 میلی‌متر باشند.

• 50 درصد باید بین 0.3 تا 0.2 میلی‌متر باشند.

• 25 درصد باید بین 0.2 تا 0.1 میلی‌متر باشند.

سطح مخصوص ماسه استاندارد باید بین 140 تا 160 سانتی متر مربع بر گرم باشد و میزان رطوبت آن نباید از 2.5 درصد بیشتر باشد. در این حالت، 5 درصد بنتونیت به ماسه اضافه می‌شود و مخلوط به‌طور یکنواخت آماده می‌شود.

آزمایش‌های کیفیت برای بنتونیت:

برای ارزیابی مناسب بودن بنتونیت در فرآیند ریخته‌گری، آزمایش‌های مختلفی انجام می‌شود. یکی از مهم‌ترین آزمایش‌ها، آزمایش‌های مربوط به مقاومت فشاری و مقاومت در برابر لغزش است که باید حداقل مقادیر مشخصی را داشته باشند تا بتوان از بنتونیت استفاده کرد. علاوه بر این، آزمایش‌های مربوط به نفوذپذیری گازی نیز اهمیت زیادی دارند تا بتوان اطمینان حاصل کرد که ماسه حاوی بنتونیت در هنگام استفاده در قالب‌گیری، از خواص مطلوبی برخوردار است.

اثر مواد فعال‌کننده بر روی بنتونیت:

بنتونیت به‌طور طبیعی خواص سطحی خاصی دارد که با استفاده از مواد فعال‌کننده، می‌توان این خواص را تغییر داد. به‌طور خاص، افزودن هیدروکسید سدیم (سودا) به بنتونیت باعث افزایش ظرفیت اتصال آن می‌شود. این فرآیند فعال‌سازی می‌تواند باعث افزایش کارایی بنتونیت در قالب‌گیری شود، اما باید به‌دقت انجام شود. زیرا اگر مقدار هیدروکسید سدیم زیاد باشد، ممکن است باعث رسوب در مخلوط ماسه شود که این امر موجب کاهش کیفیت ماسه و افزایش مصرف بنتونیت خواهد شد.

اثر دما بر روی بنتونیت:

یکی از نکات مهم دیگر این است که دما بر روی کیفیت بنتونیت تأثیر زیادی دارد. با افزایش دما، ظرفیت اتصال بنتونیت کاهش می‌یابد. به‌طور خاص، برای هر 100 درجه سانتی‌گراد افزایش دما، ظرفیت اتصال بنتونیت کاهش می‌یابد و این روند تا دمای 400 درجه سانتی‌گراد ادامه دارد. پس از آن، برای هر 50 درجه سانتی‌گراد افزایش دما، این کاهش ظرفیت اتصال بیشتر می‌شود. این نکته در فرآیندهایی که نیاز به دمای بالا دارند، باید به‌طور خاص مورد توجه قرار گیرد.

نتیجه‌گیری:

در این مقاله، شرایط اساسی برای تولید قطعات ریختگی با هزینه کم و با استفاده از قالب‌های ماسه‌ای بنتونیتی مورد بررسی قرار گرفت. همان‌طور که مشاهده شد، استفاده از قالب‌های ماسه‌ای برای تولید قطعات کوچک و متوسط، به‌ویژه در صنایع ریخته‌گری، همچنان یکی از اقتصادی‌ترین و ساده‌ترین روش‌هاست. با توجه به اینکه فرآیندهای آزمایشی پیشین قادر به ارائه یک تصویر کامل از کیفیت بنتونیت نیستند، این پژوهش به دنبال ارائه دستورالعمل‌های عملی برای استفاده بهینه از بنتونیت در صنعت ریخته‌گری است.

پیشنهاد می‌شود که شرکت‌های تولیدی بنتونیت با همکاری آزمایشگاه‌های تخصصی بتوانند بهترین نوع بنتونیت را بر اساس ویژگی‌های خاص ماسه و نیازهای صنعتی خود انتخاب کنند. این امر به بهبود کیفیت قطعات ریختگی و کاهش هزینه‌های تولید کمک خواهد کرد.