محصولات موردنظر طرح حاضر، تولید قطعات صنعتی از چدن آلیاژی به طریق ریخته گری می باشد. آلیاژی از آهن-کربن و سیلیسیم است که همواره محتوی عناصری، (cost iron) چدن ها در حد جزئی (کمتر از 0,1 درصد) و غالبا عناصر آلیاژی (بیشتر از 0,1 درصد) بوده و به حالت ریختگی یا پس از عملیات حرارتی به کار برده می شود.
عناصر آلیاژی برای بهبود کیفیت چدن برای مصارف ویژه به آن افزوده می شود. آلیاژهای چدن در کارهای مهندسی که در آنها چدن معمولی ناپایدار است به کار می روند. اساسا خواص مکانیکی چدن به زمینه ساختاری آن بستگی دارد و مهمترین زمینه ساختار چدنها عبارتند از :فریتی، پرلیتی، بینیتی و آستینتی. انتخاب نوع چدن و ترکیب آن براساس خواص و کاربردهای ویژه مربوطه تعیین می شود.
معرفی چدن های آلیاژی
کربن چدن آلیاژی به صورت بلور سمانتیت کربید آهـن ، (Fe3C) می باشد کـه از سـرد کـردن سریع مذاب حاصل میشود و این چدن هـا بـه آلیاژهـای عـاری از گرافیـت و گرافیـت دار تقـسیم میشوند و به صورت های مقاوم به خوردگی، دمای بالا، سایش و فرسایش می باشند.
چدن های بدون گرافیت
شامل سه نوع زیر می باشد :
چدن سفید پرلیتی :
ساختار این چدنها از کاربیـدهای یکنواخـت برجـسته و تـوپر M3C در یک زمینه پرلیتی تشکیل شده است. این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند و هنوز هم کاربرد داشته ولی بی نهایت شکننده هستند لذا توسط آلیاژهای پرطاقت دیگری از چدن های سفید آلیاژی جایگزین گشته اند.
چدن سفید مارتنزیتی (نیکل- سخت):
نخستین چدن های آلیاژی که توسعه یافتنـد آلیاژهای نیکل- سخت بودند. این آلیاژها به طور نسبی قیمت تمام شـده کمتـری داشته و ذوب آنها در کوره کوپل تهیه شده و چدن های سفید مارتنزیتی دارای نیکل هستند Ni. به عنوان افزایش قابلیت سختی پذیری برای اطمینان از استحاله آستنیتی به مارتنزیتی در طی مرحله عملیات حرارتی به آن افزوده می شود.
ایـن جدن ها حاوی Cr نیز به دلیل افزایش سختی کاربید یوتکتیک هـستند. ایـن چـدنها دارای یک ساختار یوتکتیکی تقریبا نیمه منظمی با کاربیدهای یکنواخـت برجـسته و یکپاره M3C هستند که بیشترین فاز را در یوتکتیک دارند و ایـن چـدنها مقـاوم در برابر سایش هستند.
چدن سفید پرکرم :
چدن های سفید با Cr زیاد ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر خوردگی، حرارت و سایش را دارا هستند این چدنها مقاومت عالی بـه رشـد و اکسیداسیون در دمای بالا داشته و از نظـر قیمـت نیـز از فولادهـای ضـد زنـگ ارزان تر بوده و درجاهـایی کـه در معـرض ضـربه و یـا بازهـای اعمـالی زیـادی نیستند به کار برده می شوند این چدنها در سه طبقه زیر قرار میگیرند :
- چدن های مارتنزیتی با Cr %12-28
- چدن های فریتی با 30-15 Cr%
- چدنهای آستنیتی با 30-15 Cr% و 15-Ni10 % برای پایداری زمینه آستنیتی در دمای پایین.
طبقه بندی این چدنها براساس دمای کار ، عمر کارکرد در تنش های اعمالی و عوامل اقتصادی است. کاربرد این قطعات چدن در لوله های رکوپراتو، میله، سینی، جعبه در کوره های زینتر و قطعات مختلف کوره ها، قالبهای ساخت بطری شیشه و کاسه نمدهای فلکه ها است.
چدن های گرافیت دار
چدن های آستنیتی :
شامل دو نوع (نیکل- مقاوم) و نیکروسیلال Si-Ni، که هر دو نوع ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر حرارت و خوردگی را دارا هستند. اگرچه چدن های غیر آلیاژی به طـور کلی مقاوم به خوردگی بویژه در محیط های قلیایی هستند، این چدنها به صورت برجسته ای مقاوم به خوردگی در محیط هایی مناسب و مختص خودشان هستند.
چدن های نیکل مقاوم آستنیتی با گرافیت لایه ای که اخیرا عرضه شده اند از خواص مکانیکی برتری برخوردار بوده ولی خیلی گران هستند. غلظت نیکل و کرم در آنها بسته به طبیعت محیط خورنده شان تغییـر می کند.
مهمترین کاربردها شامل پمپ های دنده ای حمل اسید سولفوریک، پمپ خلا و شیرهایی که در آب دریا مصرف می شوند، قطعات چدن مـورد استفاده در سیستم های بخار و جابـه جـایی محلـولهـای آمونیاکی، سـود و نیز برای پمپاژ و جابجایی نفت خام اسیدی در صنایع نفت هستند.
چدن های فریتی :
شامل دو نوع زیر می باشد: چدن سفید 5% سیلیـسیم در سیلال که مقاوم در برابر حرارت می باشد و نوع دیگر چدن پرسیلیسیم (15%) کـه از مقاومتی عالی به خوردگی در محیط های اسیدی مثل اسید نیتریک و سولفوریک در تمام دماها و همه غلظتها برخوردارند. اما برخلاف چدن های نیکل مقاوم، عیب آن، ترد بودن است که تنها با سنگزنی میتوان ماشین کاری نمـود.
مقاومـت به خوردگی آنها در برابر اسیدهای هیدروکلریک و هیـدروفلوریک ضـعیف اسـت. جهت مقاوم سازی به خوردگی در اسید هیدروکلریک می توان بـا افزودن Si تـا 18-16 % ، افزودن Cr%5-3 یا Mo %4-3 به آلیاژ پایه ، اقدام نمود.
چدن های سوزنی :
در این چدنها Al به طور متناسبی جانشین Si در غلظت های کم می گردد. چدن های آلیاژهای Al دار تجارتی در دو طبقه بندی یکی آلیاژهای تا 6 %Al و دیگری 25-18%Al قرار میگیرند Al. پتانسیل گرافیته شدگی را در هر دوی محدوده های ترکیبی ذکر شده حفظ کرده و لذا پس از انجماد چدن خاکستری بدست می آید.
این آلیاژ به صورت چدنهای گرافیت لایه ای، فشرده و کروی تولید می شوند. مزایای ملاحظه شده شامل استحکام به کشش بالا، شوک حرارتی و تمایل به گرافیته شدن و سفیدی کم می باشند که قادر می سازند قطعات چدن ریختگی با مقاطع نازكتر را تولید کرد. چدن های با Al کم مقاومت خوبی به پوسته پوسته شدن نشان داده و قابلیت ماشین کاری مناسبی را نیز دارا هـستند.
محل های پیشنهادی جهت کاربرد آنها منیفلدهای دود، بدنه توربوشارژرها، روتورهای دیسک ترمز، کاسه ترمزها ، برش سیلندرها، میل بادامکها و رینگهای پیستون هستند. وجود Al در کنار Si در این نـوع چدنها باعث ارائه خـواص مکانیکی خوب توام با مقاومت بـه پوسته شدگی در دماهای بالا می شود. این آلیاژها مستعد به تخلخل های گازی هستند.
آلومینیوم حل شده در مذاب می تـوان با رطوبت یا هیدروکربنهای موجود در قالب ترکیب شـده و هیـدروژن آزاد تولیـد کند. این هیدروژن آزاد قابـل حـل در فلـز مـذاب بـوده و باعـث بـه وجـود آوردن مک های سوزنی شکل در انجماد می شود.
معرفی کد آیسیک
مطابق طبقه بندی وزارت صنایع و معادن، قطعات صنعتی چدن آلیاژی که از طریق ریخته گری تولید می گردند، دارای کد آیسیک 27311116 می باشند.
شماره تعرفه گمرکی
قطعات موردمطالعـه از کاربردهـای متنـوعی در صـنعت برخـوردار هـستند از اینـرو وزارت بازرگانی نیز شماره تعرفه های متنوعی برای آن وضع کرده است. در جدول زیـر ایـن شـماره هـا ارائه شده است.
الف) قطعات خودرو
شماره تعرفه گمرگی قطعات خودرو بر اساس سهم تولید داخل آنها تعیـین شـده اسـت. و از آنجاییکه قطعات مورد مطالعه در قسمت های مختلف خودرو دارای کاربرد هستند ، لذا نمـی تـوان قطعه خاص را تعیین و شـماره تعرفـه دقیقـی را بـرای آن عنـوان کـرد. از اینـرو در جـدول زیـر شماره تعرفه بر اساس تقسیم بندی وزارت بازرگانی اورده شده است.
| شماره تعرفه گمرکی و حقوق ورودی قطعات منفصله خودرو | ||
| شرح قطعات | شماره تعرفه گمرکی | حقوق ورودی |
| قطعات منفصله برای تولید خودروهای اتوبوس و مینی بوس | — | — |
| با ساخت داخل کمتر از 14 درصد | 98870210 | 20 |
| با ساخت داخل بیشتر از 14 درصد | 98870230 | 4 |
| با ساخت داخل 14 لغایت 40 درصد | 98870220 | 10 |
| قطعات منفصله برای تولید سواری | ||
| تقسیم بندی این قطعات از 14 درصد ساخت داخل تا 90 درصد به صورت پلکانی می باشد. |
شماره تعرفه بر حسب درصد ساخت داخل از 98870311 تـا 98870338 است. | حقوق ورودی بر حسب درصد ساخت داخل از 27 تا 90 درصد متغیر است. |
ب) قطعات صنعتی غیر خودرو
تعداد و تنوع قطعات صنعتی بسیار متنوع است از اینرو این قطعات با توجه به مـوارد کـاربرد آن طبقه بندی و شناسایی می گردند. بنابرایـن در اینجـا نمونـه ای از قطعـات بـه همـراه شـماره تعرفه گمرکی آنها در جدول زیر جمع بندی شده است.
| شماره تعرفه قطعات چدنی آلیاژی ریخته شده | |
| شرح قطعات | شماره تعرفه گمرکی |
| گلوله ها و محصولات همانند برای کوره ها | 732591 |
| سایر قطعات چدن آلیاژی | 730729 |
| فلانچ های خاص | 730791 |
| سایر قطعات که در جای دیگر گفته نشده | 730799 |
| میخ سر پهن بزرگ | 7317 |
| رادیاتور شوفاژ | 732219 |
بررسی استانداردهای موجود در مورد قطعات چدن
محصول مورد مطالعه، قطعات چدن آلیاژی است که از طریق ریختـه گـری تولیـد خواهـد شـد. این قطعه ها خود به عنوان یک محصول واسطه در تولید یا تعمیرات خودرو، ماشـین آلات صـنعتی، کشاورزی، تجهیزات و غیره مورد اسـتفاده دارد. از اینـرو ماهیـت ایـن قطعـه ها طـوری اسـت کـه نمیتوان استاندارد خاصی را برای آن تعیین کرد و لذا هیچگونه استاندارد ملی یا بین المللـی بـرای آنها وجود ندارد.
ولی باید گفت که تولید این قطعـات تحـت مشخـصات فنـی ارائـه شـده از طرف طراح قطعه صورت میگیرد که به نوعی نیز میتوانیم مشخصات فوق را به عنـوان الزامـات و استانداردهای مورد نیاز در تولید تلقی نماییم.
مشخصات فنی قطعات در قالب نقـشه فنـی، بـرگ آنالیز مواد اولیه مصرفی و برگ مشخصات مکانیکی و متـالوژیکی از طـرف مهنـدس طـراح ارائـه میگردد که رعایت تک تک آنها از طرف سازندگان امری اجتناب ناپذیر است.
موارد مصرف و کاربرد
محصولات تولیدی طرح حاضر، قطعات صنعتی چدنی است کـه از طریـق ریختـه گـری تولیـد خواهد شد. موارد مصرف این قطعه ها در صنایع مختلـف بـسیار متنـوع و متعـدد اسـت و در یـک کلام میتوان گفـت کـه قطعات چدن آلیـاژی مـورد اسـتفاده در صـنعت کـه از روشهـای دیگـر شکل دهی قابل تولید نمـی باشـند.
از طریـق ریختـه گـری تولیـد و عرضـه مـیگردنـد و لـذا قابـل نتیجه گیری است که تعداد، تنوع و موارد کاربرد این قطعات بسیار بالا اسـت. علـی ایحـال در اینجـا جهت روشن شدن موضوع، به موارد عمده مصرف این قطعات در جدول زیر اشاره شده است:
| معرفی برخی موارد کاربرد قطعات چدن تولید شده از روش ریخته گری | |
| حوزه های مصرف | نمونه ای از قطعات مصرفی |
| صنعت خودرو | سیلندر موتور – دیسک ترمز – منیفلد دود – چرخ دنده ها – کاسه ترمز – میل لنگ – محور تعلیق |
| صنعت کشتی سازی | قطعات مختلف کشتی |
| صنایع ریلی | متعلقات ریل راه آهن – قطعات واگنها – قطعات لکوموتیو |
| صنعت ماشین سازی و تجهیزات | شاسی ها –ریلها –بدنه گیربکس ها – چرخ دنده ها –– پیچ و مهره – غلتک های نورد در صنایع مختلف |
| صنعت تأسیسات | اتصالات لوله کشی برای مصارف خاص– رادیاتور موتورخانه مرکزی –بدنه پمپ های مورد مصرف در صنایع شیمیایی- رادیاتور شوفاژ- شیرآلات صنعتی – بخصوص صنعت نفت |
| صنعت کشاورزی | قطعات تراکتور و دیگر ادوات کشاورزی |
| صنایع نظامی | قطعات مختلف نظامی بخصوص قطعاتی که در تماس با محیط مرطوب و شیمیایی است |
توضیح:
موارد مصرف چدن آلیاژی در جدول بالا ذکر شد. لیکن در اینجا باید توجه شود که چـدن آلیـاژی در مقایسه با سایر چدنها از قیمت بالاتری برخوردار اسـت. بنـابراین مـصرف آن در صـنعت بـا توجـه بـه اهمیت ماشین یا تجهیز صورت میگیرد.
به عنوان مثال در دیسک ترمز خودروهای ارزان قیمـت از چـدن داکتیل استفاده شده ولی در خودروهای گران قیمت از چدن آلیاژی استفاده مـیشـود. بنـابراین مـصرف چدن حتی در یک قطعه خاص، تابع خودرو یا ماشین مورد استفاده نیز میباشد.
بررسی کالاهای جایگزین
ماهیت طرح حاضر، قطعه سازی است و در صنعت قطعه سازی نیز تولید براسـاس مـستندات فنی، نقشه، روش تولیـد و دسـتورالعمل هـای آن صـورت مـیگیـرد و لـذا خـارج از فراینـد فـوق، نمیتوان قطعه ای را تولید و عرضه کرد. از طرف دیگر هـر قطعـه در جایگـاه خـود دارای کـاربرد است. به طوری که در عوض یک قطعه، هیچ نوع قطعه دیگری را نمی تـوان اسـتفاده کـرد.
از اینـرو در مجموع میتوان گفت که برای محصولات تولیدی طرح، هیچگونه کالای جایگزین وجـود نـدارد. البته واردات همین قطعات یا قطعات تولید شده توسط دیگر واحدهای صنعتی وجـود دارنـد کـه از موارد فوق نیز به عنوان محصولات رقیب می توان یا کرد نه محصولات جایگزین. همچنین باید گفت که بعضاً برخی شرکتها به منظور کاهش قیمت تمام شده از سایر چدنهـا در ساخت برخی قطعات استفاده می کنند.
که در ایـن حالـت نیـز مـیتـوان از آن بـه عنـوان کـالای جایگزین نام برد. لیکن به علت اینکه خواص مکانیکی قطعه در این حالـت کـاهش پیـدا نمـوده و در واقع جایگزینی فوق را میتـوان یـک امـر خـارج از خواسـت بـازار تلقـی کـرد لـذا ایـن قطعـات را نمیتوان به عنوان جایگزین واقعی قطعات چدن آلیاژی معرفی کرد.
بررسی اهمیت استراتژیکی کالا
قطعه سازی یکی از صنایع مادر و اساسی در هر کشور به شمار می آید. این قطعات خـود بـه عنوان کالای واسطه ای برای تولید دیگـر ماشـین آلات، تجهیـزات و ادوات صـنعتی مـورد اسـتفاده دارند. از اینرو توسعه صنعت قطعه سازی به مفهوم توسعه صنعت ماشین سـازی کـشور اسـت و لذا مجموعه قطعه سازی و ماشین سازی را میتوان به عنوان یکی از محورهـای توسـعه کـشورها تلقی کرد.
یکی از موارد کاربرد مهم قطعات مورد مطالعـه در صـنعت خـودرو اسـت کـه در حـال حاضر صدها واحد صنعتی مشابه طرح حاضر در کشورمان مشغول قطعه سازی بـرای خـودرو می باشند.
ماشین آلات صنعتی و کشاورزی از دیگر موارد کاربرد قطعات طرح است و اهمیـت ایـن ماشین آلات نیز برای همگان روشن و شفاف میباشد. بنابراین در مجمـوع ملاحظـه مـیگـردد کـه قطعات تولیدی طرح به عنوان زیرساخت های صنعت کشور به شـمار مـی آینـد و از درجـه اهمیـت بالایی برخوردار می باشند.
روش تولید قطعات چدن آلیاژی از طریق ریخته گری
ریخته گری چدن یکی از روش های بسیار قدیمی در تولید قطعات صنعتی می باشـد . در ایـن روش فلز مذاب در قالب های ماسه ای و یا دائمی ریخته شده و با انجماد آن، قطعه از قالـب خـارج شده و با انجام ماشین کاری ، قطعه به شکل ، ابعاد و صافی سطح مـورد نظـر رسـانده مـی شـود.
ماده اولیه در فرایند ریخته گری ، شمش چدن است ، ولی مواد آلیـاژ سـازی و یـا مـواد جوانـه زا در مذاب را نیز می توان در ردبف مواد اولیه مصرفی تولید طبقه بندی کرد.
موضـوع دیگـری کـه در اینجا باید گفت این است که در تولید قطعات صنعتی ، روش تولیـد بـر اسـاس شـکل ظـاهری و همچنین خصوصیات فنی مورد انتظار از آن انتخاب می گـردد. لـذا در مـورد روش تولیـد ریختـه گری باید گفت که قطعات تولید شده از این روش از طرق دیگر قابل تولید نمی باشد.
نکته ای که در مورد ریخته گری چدن آلیاژی باید ذکر شود این است که در حالت کلی فراینـد تولید این نوع چدن با سایر چدنها یکسان است. لیکن در حین فراینـد برخـی عملیـات وجـود دارد که سبب ایجاد اختلاف جزئی بین فرایندهای تولید انواع چدن به وجود می آورد. این اختلافها شامل موارد زیر است:
- آلیاژ سازی مواد اولیه
- انتخاب نوع مواد جوانه زا
- انتخاب نوع و دبی گاز شارژ شده به داخل قالب
- انتخاب های ذوب و گرادیان انجماد
شرح فرایند به صورت زیر قابل تعریف است :
انتخاب مواد اولیه
مواد اولیه مورد استفاده در تولید قطعات صنعتی به روش ریخته گری چدن آلیاژی را شمش چدن تشکیل می دهند. آنالیز دقیق مواد اولیه در خصوصیات مکـانیکی و فنی قطعه نهایی بسیار نقش مهمی را ایفا می نماید از اینرو انتخاب مواد اولیه (نوع ترکیب چدن) اولین مرحله فرایند تولید محسوب می گردد.
آلیاژ سازی
آلیاژ سازی یکی از مراحل مهم ریخته گری چدن آلیاژی می باشـد. در ایـن مرحلـه براسـاس خواص مورد انتظار از قطعه نهایی آلیاژ سازی انجام می گیرد.
ذوب شمش چدن
چدن مورد استفاده در ساخت قطعات بصورت شمش تهیه شده و در کوره هـای القـایی ذوب و جهت ریخته گری آماده می گردد.
ریخته گری
مذاب چدن در داخل قالب های ماسه ای یا دائمی ریخته گری می گردد. فرایند ریخته گری از لحاظ آهنگ ریخته گری و خنک کاری از اهمیت و حساسیت بالایی برخوردار می باشد. عملیات اضافه کردن مواد جوانه زنی و همچنین دمیدن گازهای خنثی به داخل قالب در این مرحله صورت می گیرد.
در آوردن قطعه منجمد شده از قالب و تریم آن
قطعه ریخته گری پس از انجماد از قالب ماسه ای یا دائمی خارج شده و کلیه زوایـد آن بریـده می شود.
ماشینکاری قطعه و رساندن آن به شکل و ابعاد نهایی
قطعه ریخته گری شده از ابعاد و صافی سطح قابل قبولی برخوردار نیـست. از اینـرو پـس از ریخته گری از طریق ماشینکاری بوسیله ماشین ماشینکاری به دقت ابعادی و صافی سطح مـوردنیاز رسانده می شود.
تکنولوژی و روش تولید ریخته گری در سایر کشورها همان روشی است کـه در کشور ما انجام می گیرد و تاکنون روش دیگری برای این کار در نقاط دیگر جهان معرفی نشده است. آنچه که در فرایند تولید ریخته گری دارای اهمیت است و حتی میتوان گفت که این عوامل کیفیت قطعه تولید شده را تشکیل داده و در کشورهای صنعتی از درجه بالاتری برخوردار می باشد موارد ذیل هستند :
- توان مهندسی واحد تولیدی در انتخاب مواد و آماده سازی آن
- آلیاژ سازی ، تعریف و اجرای دقیق سیکل ذوب و ریخته گری
- اجرای دقیق سیکل عملیات حرارتی
- دقت عمل و کیفیت قالب ها
- دقت عمل اپراتورها در هنگام ماشینکاری
ماشین آلات و تجهیزات
با توجه به فرایند تولید تعریف شده ماشین آلات زیر برای یک واحـد صـنعتی قطعـه سـازی بـه روش ریخته گری چدن آلیاژی موردنیاز می باشد.
| حداقل ماشین آلات موردنیاز یک واحد قطعه سازی به روش ریخته گری | |||
| ردیف | شرح ماشین آلات | منبع تامین | تعداد |
| 1 | کوره ذوب پاتیلی با دمای 2000 درجه سیلی | داخل | 1 |
| 2 | کوره عملیات حرارتی فولاد و چدن | داخل | 1 |
| 3 | ماشین تراش | داخل | 2 |
| 4 | ماشین فرز | داخل | 2 |
| 5 | ماشین دریل | داخل | 2 |
| 6 | ماشین برش زواید | داخل | 1 |
| 7 | سایر | داخل | – |
حداقل تجهیزات موردنیاز
| حداقل تجهیزات موردنیاز یک واحد قطعه سازی به روش ریخته گری | |
| شرح تجهیزات | تعداد |
| قالب های ماسه ای | 4 |
| قالب های دایمی | 4 |
| تجهیزات مذاب ریزی | – |
| تجهیزات کارگاه مل سازی | – |
| سایر | – |
معرفی منابع تأمین مواد اولیه
کلیه چدن های مصرفی طرح از بازارهای داخـل کـشور قابـل تـأمین اسـت. ولـی برخـی قطعـه سازان بزرگ به منظور کاهش قیمت تمام شده محصولات خود بعضاً اقدام به واردسازی مـواد از خارج کشور نیز مینمایند. در جدول زیر برخی شرکتهای عرضه کننده ماده اولیه مصرفی طرح آورده شده است.
| معرفی چند شرکت تأمین کننده مواد اولیه طرح | ||
| ردیف | نام شرکت ها | محل استقرار |
| 1 | نیلوار | تهران – خیابان شریعتی – خیابان هویزه – شماره 25 – واحد 12 |
| 2 | فولاد آلیاژی اصفهان | اصفهان – کیلومتر 45 – جاده اصفهان مبارکه |
| 3 | فولاد آلیاژی ایران | یزد – بلوار آزادگان – کیلومتر 24 جاده اختصاصی |
| 4 | فولاد جوان | تهران – میدان ونک – خیابان ملا صدرا – خیابان پردیس – پلاک 18 |
| 5 | فولاد کویر | تهران – بازار آهن شاد آباد – مجتمع تجاری شماره 11 – پلاک 6 |
| 6 | فولاد مبارکه اصفهان | اصفهان |