ریختن فلزات و یا آلیاژهای مذاب در قالب های مختلف با هدف ایجاد یک قطعه با ویژگی ها و مشخصات خاص را ریخته گری می گویند. این روش که همچنان نیز کاربرد دارد از قدیمی ترین روش های تولید قطعات در صنایع مختلف است.
هنوز هم از این روش برای ایجاد قطعاتی که پیچیدگی های زیادی دارند و یا فلزهایی که چکش خواری کمتری دارند استفاده می شود.
تاریخچه ریخته گری
کشف هیچ عنصری در طول تاریخ نتوانسته باعث فراموش شدن عنصر یا فلزهای دیگر شود. چون نیازهای انسان ها همیشه بدون محدودیت و بی حدو مرز بوده است.
انسان ها مــواد و ابـزار مـحـدودی در دست دارند که به ناچار مجبور هستند در صورت محدود شدن آن وسایل روش های جایگزینی را برای آن در نظر بگیرد.
در گذشته وقتی که مس در ساختن تجهیزات جنگی اهمیت خودش را از دست داد, برای مصارف دیگر مانند ساختن وسایل حرارتی و انتقال الکتریسیته نظیر سیم‌های برق اهمیت و ارزش دوباره ای پیدا کرد و به طور فراوان مورد استفاده قرار گرفت.
در حقیقت ریخته گری فلزها یک نوع تکنولوژی است که به ما قبل تاریخ برمی گردد ولی خیلی دیر در علم باستان شناسی ثبت شد.
تکنولوژی های کهن تری هم وجود داشته است که از آتش در آنها استفاده شده است.
چند مدل از این تکنولوژی ها به شرح زیر است:
- عملیات حرارتی سنگ های معدنی برای کارآمدی بیشتر آنها
- سوزاندن آهک ها در ساختن گچ
- همچنین حرارت دادن به خاک رس برای استفاده در کارهای سفالگری که همه این فرآیند ها تاثیر بسزایی در پیشرفت ریخته گری داشته است.
در ریخته گری های ابتدایی کارها و فرآیندها به شکل بومی صورت می گرفت.
اولین وسایلی که از فلزات ساخته شده و امروزه کشف شده است قدمتی ده هزار ساله دارند و جالب است بدانید که این وسایل بدون کاربرد ریخته گری ساخته شده اند.
طلا با توجه به خاصیت طبیعی و به علت وجود آن در طبقات زمین و همچنین به دلیل درخشنگی زیادش, شاید یکی از اولین فلزاتی بوده باشد که مورد استفاده انسانها قرار گرفته است.
به هر ترتیب به وضوح مشخص است که اولین انقلاب در صنایع با به دست آمدن مس شروع شد که مقاومت و استحکام خوبی را دارا بود. بر مبنای شواهدی که در تاریخ ثبت شده است اولین کسانی که از فلزات استفاده کردند مردمی از نژادهای هندی و اروپایی بودند.
برای مثال هنگامی که مردم آسیای صغیر یا همان ترکیه فعلی به منطقه بین النهرین یا همان عراق امروزی دست پیدا کردند, با استفاده از سلاح های آهنگری شده مردم محلی ای که در آنجا زندگی می کردند را مغلوب خود کردند. این سلاح های آهنگری شده که چکش کاری شده بودند در مقابل قطعات ریخته گری که مردم آن منطقه استفاده کرده بودند بسیار برتری داشتند و همین موضوع باعث برتری آنها بر مردم بین النهرین شد.
این حادثه حدودا به چهار هزار سال قبل از میلاد حضرت مسیح برمیگردد و میتوانیم بگوییم که ریخته گری قبل از آهنگری کاربرد داشته است.
پس به نوعی نتیجه می گیریم که عملیات حرارتی برای سخت کردن قطعات فولادی مثل شمشیر و نیزه ها بسیار نوپاتر از دو فرآیندی است که گفته شد.
اهمیت قدرت آتش در ریخته گری
انسانها به مرور زمان فهمیدند که قدرت آتش که مهم ترین مسئله در ذوب فلزات بوده است به میزان هوا بستگی دارد. آنها دریافتند که هر چقدر هوای بیشتری به سوخت برسد سرعت ذوب و همچنین قدرت آتش زیادتر می شود.
این کشف مهم باعث شد تا مراحل شعله ور تر شدن آتش به مرور طی شود. اول این فرآیند با فوت کردن شروع شد بعد از آن از کیسه های دم یا فوتک ها استفاده شد.
در حال حاضر از ونتیلاتورها و موتورهای تنظیم هوا با فشارهای مناسب برای این کار استفاده می شود.
قالب های ریخته گری
قالب های ابتدایی از جنس سنگ ساخته می شدند. سنت حکاکی روی سنگ از دوران به کارگیری و کنترل آتش بسیار قدیمی تر بوده است.
تجربیات نشان داده است که ریخته گری فلزها در قالب های باز دقیق تر است. در واقع زمانی که روی قالب باز باشد بعد از آنکه قالب پر از مواد مذاب شد روی قالب پوشیده می شود که این کار باعث به کار بردن قالب دو قسمتی پایدار می شود.
از این نوع قالب ها در تولید قطعات متقارن مثل تیرها با طرح های متفاوت و همچنین شمشیر ها استفاده می شده است. این نوع از قالب ها جوری ساخته شده بودند که لبه های شمشیرها و تیرها درخشش زیادی داشتند. این درخشش نشان دهنده این موضوع بود که کار به انتها رسیده و فرآیند تولید به خوبی صورت گرفته است.
باقیمانده هایی که از یک شمشیر قدیمی به دست آمده نشانگر این بوده است که لبه های شمشیر از تنه اصلی آن سخت تر بوده و این نکته نشانه ای است برای ریخته گری با موم فدا شونده در ساختن قطعاتی از برنز و نقره و … مثل گوزنی در آلکا هیوک در آنکارای امروزه.
ریخته گری با موم فدا شونده
این قطعه کوچک بسیار قابل تامل است و دلیل آن این است که راهگاه های ریخته گری که به پایه ها متصل شده است به شکل واضحی چگونگی ریخته گری را نمایان می کنند.
همچنین قطعات بسیاری که به روش ریخته گری موم فداشونده در عصر برنز ساخته شده است وجود دارند. مثل باقی مانده های مراحل ساخت مانند تکه های شکسته شده ای از مواد قالب گیری و همچنین قالب های اصلی و … .
امکان دارد که موم به شکلی درست به عنوان ماده قالب تعیین شده باشد ولی احتمال آن نیز وجود دارد که از مواد دیگری هم برای ساختن قالب ها استفاده شده باشد. ولی علت دقیقی برای اثبات وجود این مواد تاکنون پیدا نشده است.
همچنین به طور مشابه پوشش قالب ها که در قدیم استفاده می شده همچنان ناشناخته مانده است. با این وجود تحقیقات باعث کشف مکان هایی شده که در آنجا ریخته گری مومی انجام میشده است.
یکی از این مکان ها منطقه ای بود به نام گوسج در انگلستان. بعد از حفاری های انجام شده در سال 1972 میلادی کارخانه ای پیدا شد که موم فداشونده در این کارخانه برای تولید انبوه قطعه های کوچک برنزی و همچنین دیگر مواد مناسب برای ساخت افسار و … مورد استفاده قرار میگرفته.
در حالت کلی از نقطه نظر تاریخی, ریخته گری را می توانیم به چند دوره تقسیم کنیم که در ادامه به توضیح هر کدام می پردازیم.
- دوره برنز
- دوره آهن
- دوران تاریک صنعتی
- دوران رنسانس صنعتی
- دوران انقلاب صنعتی
- دوره چدن
دوره برنز
دوره برنز در خاور دور و به طور تقریبی دو هزار سال قبل از میلاد حضرت مسیح شروع شده است. یعنی حدودا هزار سال بعد از آغاز آن در خاور نزدیک.
در حال حاضر به طور واضح مشخص نیست که این اتفاقات در چین بوده یا در مکانی دیگر در جنوب شرق آسیا. البته فعالیت های بسیاری در این راه برای کشف و بررسی محل های متالورژیکی در تایلند انجام شده است.
آنچه تحقیقات نشان داده, این است که ریخته گری چشمگیرترین روش برای فرم دهی فلزات در خاور دور بوده است. در واقع شواهد کمی هم برای استفاده از سایر روش ها روی فلزات در پانصد سال قبل از میلاد حضرت مسیح در چین وجود دارد.
اولین وسایل کشف شده در خاور نزدیک به شکل آلیاژهایی از مس و آرسنیک در حدود 4 درصد بود. این آلیاژها که مصارف عمومی داشته است به طور همزمان با خاور نزدیک در اروپا, به ویژه انگلستان هم مورد استفاده قرار میگرفته است.
دوره آهن
پیدا شدن آهن به عنوان یک دوره به دو هزار سال قبل از میلاد حضرت مسیح میرسد. آهن در زبان پهلوی به عنوان “الیسن” و در زبان آلمانی “آیزن” و در زبان انگلیسی “آیرون” نامیده شده است. امکان آن وجود که پیدایش آهن موقع ذوب مس بوده باشد. یعنی وقتی مس را ذوب می کردند آهن کشف شد.
درهر صورت حدودا هزار تا هزار و دویست سال قبل از میلاد حضرت مسیح آهن تقریباً ماده‌ی اصلی بیشتر سلاح ها و ابزارها را تشکیل می داده است. در صورتی که برنز به منظور ساختن ظروف و گلدان ها و اشیای تزئینی مورد استفاده قرار می گرفته.
کاملا واضح است که آهن های به دست آمده در این دوران را نمی توان به ریخته گری نسبت داد. اما این آهن ها در اثر پتک کاری بر روی آهن های اسفنجی به دست آمدند. با توجه به نقطه ذوب بالای 1536 درجه سانتی گراد واضح است که ذوب مستقیم آهن تا قرن نوزدهم امکان پذیر نبوده است.
اما در اواسط دوره آهن بر اثر زیاد شدن کربن و کم شدن نقطه ذوب آن در چدن ها ریخته گری آن امکان پذیر شد. نکته حائز اهمیت دیگر کشف عملیات حرارتی بر روی آهن بوده است که از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
در دوره آهن تحولات جدیدی در آلیاژ مس به وجود آمد و آلیاژهای متفاوتی از مس و قلع تولید شد. از شگفتی های این دوره ساختن “مجسمه‌ی رودس” است که در سال 290 قبل از میلاد حضرت مسیح ساخته شده است و جزو عجایب هفت گانه به حساب می آمد.
این مجسمه سی و دو متری از قطعات مختلف برنز ریخته گری ساخته شده بود و وزنی حدود 390 تن داشت. این مجسمه در اثر زمین لرزه ای در دریای مدیترانه غرق شده است.
دوران تاریک صنعتی
در قرون سه و چهار بعد از میلاد حضرت مسیح تا قرن چهارده میلادی دوره رکود صنایع به خصوص ریخته گری پدید آمد. بعدها با نظر به اینکه در کلیساها از تزییناتی استفاده میشد که نیاز به فلز داشتند مانند شمعدان ها و ناقوس ها و … روش هایی نوین برای کارهای ریخته گری ایجاد گردید.
دوران رنسانس صنعتی
این دوران از سال 1500 میلادی تا سال 1700 میلادی طول کشید. در این دوران صنعت توپ ریزی پایه گذاری شد. اوایل لوله های توپ را از جنس برنز و بعد از چدن ساخته اند که در این تولیدات دولت عثمانی نقش عمده ای داشته است.
در این دوران کوره ها نیز از لحاظ دمش بسیار پیشرفت کرد. دوران رنسانس صنعتی را از نظر کوره و سیستم های دمش و همچنین مواد اولیه باید شروعی برای استفاده از ماسه و روش ریخته گری از نوع ماسه ای به حساب آورد.
به کارگیری فولاد و چدن به عنوان ماده اولیه در ساختن قطعات و وسایل دفاعی و خانگی و همچنین به کاربردن آلیاژهای مختلف مس مانند برنز و برنج و دیگر عناصر و همچنین به کار بردن طلا در ساختن زینت آلات و قطعات تزیینی از جلوه های دیگر این دوران بوده است.
در این دوران متالوژی به صورت علمی مستقل پیشرفت کرد و نظریات ساختار بلوری فلزها و دیگر مواد به وسیله هارسویکر فرانسوی اعلام گردید.
در حقیقت قرن هفدهم میلادی تحولی شگرف در علم متالوژی بوده است چون دانشمندان توانستند به ابزاری جدید به نام میکروسکوپ دست پیدا کنند.
دوران انقلاب صنعتی
تعریفی ساده از انقلاب صنعتی این است که حداقل پنجاه درصد از تولیدات هر ماده ای از خانه و یا کارخانه های کوچک به کارخانجات انتقال یابد.
اصلی ترین اتفاقات انقلاب صنعتی این بود که اولین کوره هوادهی با سوخت کک در سال 1709 ایجاد شد.
همچنین در سال 1777 آبراهام داربی اولین کوره بلند را برای ذوب و احیای سنگ معدن آهنی طراحی کرد.
از دیگر تحولاتی که در صنعت ریخته گری پدید آمد نوع کوره و روش دمیدن و به کاربردن از دمنده های بهتر و اطلاعات مناسب از انجام واکنشات گرمازا در بین هوا و سوخت بوده است. روش دمیدنی که با به کارگیری کیسه های هوایی و یا فوتک صورت می گرفت, در این دوران جایگاه خود را به دمنده هایی داد که به وسیله موتورهای بخار کار می کردند.
به کارگیری روی و سرب در صنعت ریخته گری به شکل فلزاتی که به عنوان عنصرهای آلیاژی (به خصوص استفاده از روی) برای ساختن ظروف در دوران صنعتی رایج شد.
کشف نیکل در سال 1751 و استفاده از آن در سال 1800 میلادی به عنوان عنصر آلیاژی و همچنین کشف و به کارگیری دو فلز سبک و مقاوم آلومینیومی و منیزیومی از موارد مهم در این دوران بوده است.
مقاله پیشنهادی؛ تاریخچه فولاد ایران
دوره چدن
این دوره حدودا ششصد سال قبل از میلاد در چین پدید آمد. به کارگیری چدن در آن دوران نه تنها در کارهای جزئی و کوچک بلکه در مجسمه های چدنی چینی هم به وضوح قابل مشاهده است.
چدن های چینی معمولا مقدار زیادی فسفر دارند. گوگرد چدن های چینی نیز به علت سوزاندن زغال سنگ برای گداختن بالاتر از حد معمول بوده است.
همواره بحث هایی در مورد ورود چدن به اروپا و مسیری که از راه آن وارد شده است وجود داشته است. در این مورد توافقی کلی وجود دارد که این موضوع مربوط به قرن پانزده بعد از میلاد است و در اسناد موجود در این دوره, اشاره ای به ورود چدن به اروپا شده است.
در حال حاضر صنعت ریخته گری پیشرفت چشمگیری کرده است و وسایل زیادی در کارخانجات به وسیله عملیات ریخته گری تولید می شود. درصد بالایی از اتصالات صنعتی با استفاده از جوشکاری انجام می شود که این عملیات به خودی خود نوعی ریخته گری موضعی و لحظه ای به حساب می آید.
درست است که با پیشرفت در صنایع, روش های متفاوت و جدیدی برای ساختن قطعات وجود دارد ولی به طور حتم عملیات ریخته گری به هیچ عنوان فراموش نمی شود. دلیل آن هم این است که تنها راهی که برای تولید قطعه های حیاتی و مهم قطعات چدنی وجود دارد ریخته گری است. همچنین ریخته گری نسبت به بسیاری روش های دیگر مقرون به صرفه تر است.
پیشنهاد می کنیم برای مطالعه‌ی بیشتر نگاهی به تسمه آهنی در صنعت چه کاربردی دارد؟ بیندازید.
بسیار عالی