چدن

چدن به آلیاژهایی از آهن و کربن که بین ۲.۱الی ۶.۲درصد کربن داشته باشند، گفته می‌شود. رنگ مقطع شکست این آلیاژ به عنوان شناسه نامگذاری انواع مختلف آن به کار می رود. بیش از ۹۵درصد وزنی چدن را آهن تشکیل میدهد و عناصر آلیاژی اصلی آن کربن و سیلیسیم هستند. به طور معمول بین ۲.۱تا ۴درصد کربن و ۱تا ۳درصد سیلیسیم دارد و به عنوان آلیاژی سه گانه شناخته می شود. با این وجود، انجماد آن از روی دیاگرام فازی دوتایی آهن-کربن بررسی میشود. جایی که نقطه یوتکتیک در دمای ۱۱۵۴درجه سانتی گراد و ۴.۳درصد کربن اتفاق می افتد که حدود ۳۰۰درجه کمتر از نقطه ذوب آهن خالص است. چدنها، به استثنا نوع داکتیل، ترد هستند و به دلیل نقطه ذوب پایین، سیالیت، قابلیت ریخته گری، ماشین کاری، تغییرشکل ناپذیری و مقاومت به سایش به موادی مهندسی با دامنه وسیعی از کاربرد تبدیل شده و در تولید لوله ها، ماشینها، قطعات صنعت خودرو مانند سرسیلندر، بلوک سیلندر و جعبه گیربکس به کار میروند. چدن همچنین به تضعیف و تخریب ناشی از اکسیداسیون (خوردگی) مقاوم است.

طبقه‌بندی چدن‌ها

۱-چدن های معمولی (عمومی)

این چدن ها چزو بزرگترین گروه آلیاژهای ریختگی بوده و براساس شکل گرافیت به انواع زیر تقسیم می‌شوند:

چدن های خاکستری ورقه ای یا لایه ای:

چدن های خاکستری جزو مهمترین چدن های مهندسی هستند که کاربردی زیاد دارند نام این چدن ها از خصوصیات رنگ خاکستری سطح مقطع شکست آن و شکل گرافیت مشتق می‌شود.خواص چدن های خاکستری به اندازه ، مقدار و نحوه توزیع گرافیت‌ها و ساختار زمینه بستگی دارد. خود این‌ها نیز به کربن و سیلیسیم و همچنین روی مقادیر جزئی عناصر ، افزودنی‌های آلیاژی ، متغیرهای فرایندی مانند، روش ذوب ، عمل جوانه زنی و سرعت خنک شدن بستگی پیدا می‌کنند. اما به طور کلی این چدن ها ضریب هدایت گرمایی بالایی داشته، مدول الاستیستیه و قابلیت تحمل شوکهای حرارتی کمی دارند و قطعات تولیدی از این چدن ها به سهولت ماشینکاری و سطح تمام شده ماشینکاری آنها نیز مقاوم در برابر سایش از نوع لغزشی است. این خواص آنها را برای ریختگی هایی که در معرض تنش‌های حرارتی محلی با تکرار تنشها هستند، مناسب می‌سازد. افزایش میزان فریت در ساختار باعث استحکام مکانیکی خواهد شد. این نوع حساس بودن به مقاطع نازک و کلفت در قطعات چدنی بدنه موتورها مشاهده می شود دیواره نازک و لاغر سیلندر دارای زمینه‌ای فریتی و قسمت ضخیم نشیمنگاه یا تاقان‌ها زمینه‌ای با پرلیت زیاد را پیدا می‌کند. همچنین در ساخت ماشین آلات عمومی ، کمپرسورهای سبک و سنگین ، قالب‌ها ، میل لنگ‌ها ، شیر فلکه‌هاو اتصالات لوله‌ها و غیره از چدنهای خاکستری استفاده می‌شود.

چدن های مالیبل یا چکش خوار:

چدن های چکش خوار با دیگر چدن ها به واسطه ریخته گری آنها نخست به صورت چدن سفید فرق می‌کنند. ساختار آنها مرکب از کاربیدهای شبه پایدار در یک زمینه‌ای پرلیتی است بازپخت در دمای بالا که توسط عملیات حرارتی مناسب دنبال می‌شود باعث تولید ساختاری نهایی از توده متراکم خوشه‌های گرافیت در زمینه فریتی یا پرلیتی بسته به ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی می‌شود. ترکیب به کار برده شده براساس نیازهای اقتصادی ، نحوه باز پخت خوب و امکان جذب و امکان تولید ریخته‌گری انتخاب می‌شود. مثلا بالا رفتن بازپخت را جلو انداخته و موجب عملیات حرارتی خوب و سریعی با سیلکی کوتاه می‌شود و در ضمن مقاومت مکانیکی را نیز اصلاح می‌نماید.

چدن های گرافیت کروی یا نشکن:

این چدن در سال ۱۹۴۸در فیلادلفیای آمریکا در کنگره جامعه ریخته گران معرفی شد. توسعه سریع آن در طی دهه ۱۹۵۰آغاز و مصرف آن در طی سال های ۱۹۶۰روبه افزایش نهاده و تولید آن با وجود افت در تولید چدن ها پایین نیامده است. شاخصی از ترکیب شیمیایی این چدن به صورت کربن ۳.۷%، سیلیسیم ۲.۵%، منگنز۰.۳%، گوگرد ۰.۰۱%، فسفر ۰.۰۱%و منیزیم ۰.۰۴%است. وجود منیزیم این چدن را از چدن خاکستری متمایز می‌سازد. برای تولید چدن گرافیت کروی از منیزیم و سریم استفاده می‌شود که از نظر اقتصادی منیزیم مناسب و قابل قبول است. جهت اصلاح و بازیابی بهتر منیزیم برخی از اضافه شونده‌هایی از عناصر دیگر با آن آلیاژ می‌شوند و این باعث کاهش مصرف منیزیم و تعدیل کننده آن است. منیزیم ، اکسیژن و گوگرد زدا است. نتیجتا منیزیم وقتی خواهد توانست شکل گرافیتها را به سمت کروی شدن هدایت کند که میزان اکسیژن و گوگرد کم باشند. اکسیژن‌زداهایی مثل کربن و سیلیسیم موجود در چدن مایع این اطمینان را می‌دهند که باعث کاهش اکسیژن شوند ولی فرآیند گوگردزدایی اغلب برای پایین آوردن مقدار گوگرد لازم است. از کاربردهای این چدن ها در خودروسازی و صنایع وابسته به آن مثلا در تولید مفصل‌های فرمان و دیسک ترمزها ، در قطعات تحت فشار در درجه حرارت های بالا مثل شیر فلکه‌ها و اتصالات برای طرحهای بخار و شیمیایی غلتکهای خشک‌کن نورد کاغذ ، در تجهیزات الکتریکی کشتی‌ها ، بدنه موتور ، پمپ‌ها و غیره است.

چدن های گرافیت فشرده یا کرمی شکل:

این چدن شبیه خاکستری است با این تفاوت که شکل گرافیت‌ها به صورت کروی کاذب ، گرافیت تکه‌ای با درجه بالا و از نظر جنس در ردیف نیمه نشکن قرار دارد. می‌توان گفت یک نوع چدنی با گرافیت کروی است که کره‌های گرافیت کامل نشده‌اند یا یک نوع چدن گرافیت لایه‌ای است که نوک گرافیت گرد شده و به صورت کرمی شکل درآمده‌اند. ایت چدن ها اخیرا از نظر تجارتی جای خود را در محدوده خواص مکانیکی بین چدن های نشکن و خاکستری باز کرده است.

۲-چدن های سفید و آلیاژی مخصوص

کربن چدن سفید به صورت بلور سمانتیت می‌باشد که از سرد کردن سریع مذاب حاصل می‌شود و این چدن ها به آلیاژهای عاری از گرافیت و گرافیت‌دار تقسیم می‌شوند و به صورتهای مقاوم به خوردگی ، دمای بالا، سایش و فرسایش می‌باشند.

چدن های بدون گرافیت: شامل سه نوع زیر می باشد:

چدن سفید پرلیتی:

ساختار این چدنها از کاربیدهای یکنواخت برجسته و توپر در یک زمینه پرلیتی تشکیل شده است. این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند و هنوز هم کاربرد داشته ولی بی‌نهایت شکننده هستند لذا توسط آلیاژهای پرطاقت دیگری از چدن های سفید آلیاژی جایگزین گشته‌اند.

چدن سفید مارتنزیتی ( نیکل - سخت)

نخستین چدن های آلیاژی که توسعه یافتند آلیاژهای نیکل - سخت بودند. این آلیاژها به طور نسبی قیمت تمام شده کمتری داشته و ذوب آنها در کوره کوپل تهیه شده و چدن های سفید مارتنزیتی دارای  نیکل هستند. به عنوان افزایش قابلیت سختی پذیری برای اطمینان از استحاله آستنیتی به مارتنزیتی در طی مرحله عملیات حرارتی به آن افزوده می‌شود. این جدن ها حاوی نیز به دلیل افزایش سختی کاربید یوتکتیک هستند. این چدنها دارای یک ساختار یوتکتیکی تقریبا نیمه منظمی با کاربیدهای یکنواخت برجسته و یکپاره هستند که بیشترین فاز را در یوتکتیک دارند و این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند.

انواع ساختارهای زمینه چدن

اساس خواص مکانیکی چدن به زمینه آن بستگی دارد. به همین دلیل است چدن ها را با عبارت ساختار زمینه آنها برای مثال انواع پرلیتی یا فریتی توصیف می‌کنند. مهمترین ساختار زمینه چدن عبارتند از:

فریت

فریت محلول جامد  است که به طور قابل ملاحظه‌ای  و مقادیر کمتری  در آن حل شده‌اند. فریت نسبتا نرم، چکش خوار، استحکام کم، مقاومت به سایش ضعیف، شکست خوب، ضریب هدایت گرمایی نسبتا خوب و قابلیت ماشینکاری خوبی است. یک زمینه فریتی را می‌توان به طور ریختگی تولید کرد اما اغلب با عملیات حرارتی باز پخت (تابکاری) می‌توان به آن دست یافت.

پرلیت

مخلوطی از فریت و سمانتیت  است که توسط واکنش یوتکتیک از استینیت تشکیل شده و نام پرلیت از ظاهر صدف گونه‌اش مشتق شده است. پرلیت نسبتا سخت و از چقرمگی کمتری برخوردار بوده و ضریب هدایت گرمایی کم و در ضمن از ماشینکاری خوبی برخوردار است. وقتی فاصله بین دانه‌های پرلیت در زمینه کم می‌شود خواص مکانیکی افزایش می‌یابد مقدار کربن پرلیت در فولادهای غیر آلیاژی ۰.۸ % است در حالی که در چدنها بسته به ترکیب چدن و سرعت خنک شدن متغیر بوده و حتی می تواند کمتر از ۰.۵%در چدن های پرسیلسیم باشد.

فریت- پرلیت

ساختار مخلوطی است که غالبا برای رسیدن به خصوصیاتی بینابینی از آنچه که در فوق شرح داده شده به کار گرفته می‌شود.

بینیت

این ساختار می‌تواند به صورت ریختگی با افزودن عناصر آلیاژی  به مقادیر معین تولید شد. در ضمن جهت اطمینان بیشتر می‌توان توسط عملیات حرارتی آستمپر نیز به این ساختار رسید. این آلیاژ، با توجه به صرفه اقتصادی اخیرا توانسته‌اند نقش موثری بویژه در مهندسی خودرو، قطعات دنده ها، قطعات انتقال نیرو داشته باشند. مزایای چدن های گرافیت کروی آسمتپر عبارتند از: استحکام کششی بالا توام با چقرمگی، انعطاف پذیری و استحکام خوب، مقاومت به سایش و خراش، ظرفیت بالای جذب صدا و کارکرد، خواص ریخته کری خوب، فرم پذیری نزدیک به شکل نهایی حتی در شکل های خیلی پیچیده، قابلیت ماشینکاری خوب در حالت ریخته و حدود ۱۰%صرفه جویی در وزن در مقایسه با فولاد .

آستنیت

برای پایدار نگاه داشتن این فاز در طول عمل خنک شدن یک عنصر آلیاژی با مقدار زیاد و معینی لازمست. چدن گرافیت ورقه ای و گرفیت کروی آلیاژی ( نیکل - سخت) چدن هایی با زمینه آستنیتی و دارای خواص عالی حرارتی مقاومت به خوردگی و نیز غیر مغناطیسی هستند. این زمینه می‌تواند خصوصیات چقرمگی خوب، مقاومت به خزش، تنش پارگی تا دمای ۸۰۰درجه سانتیگراد و یک محدوده گسترده ای از انبساط حرارتی که تابع از  موجود در چدن است را نشان دهد.

 برخی از کاربردهای چدن‌ها:

در تولید قطعات ریختگی تحت فشار از جمله شیر فلکه ها، بدنه های پمپ قطعات ماشینآلات که در معرض شوک و خستگی هستند، میل لنگ ها، چرخ دنده ها، غلتک ها، تجهیزاتفرایند شیمیایی، مخازن ریختگی تحت فشار و...

برای خودرو و صنایع وابسته به آن مثلا در ساخت مفصل های فرمان، دیسک ترمزها، بازوها، میل لنگ‌ها و چرخ دند‌ه‌ها، صفحه کلاچ‌ها و...

در راه آهن، کشتیرانی و خدمات سنگین و دیگر جاهایی که نیاز به مقاومت در برابر شوک است مثلا در تجهیزات الکتریکی کشتی‌ها، بدنه موتور، پمپ ها، بست ها و غیره

قطعات غیر فشاری برای کاربردهای درجه حرارت بالا برای مثال در ساخت قطعات و جعبه های درگیر با آتش، میله های شبکه، قطعات کوره‌ها، قالبهای شمش، قالبهای شیشه، بوته‌های ذوب فلز.

پیشگرم کردن شارژ چدنها و تاثیر آن بر کیفیت مذاب‏:

اصولا یکی از روشهای آسان کاهش زمان ذوب و افزایش ‏نرخ تولید، پیشگرم کردن شارژ است، اما تحقیقات نشان داده ‏است که افزایش زیاد دمای پیشگرم شارژ، مشکلاتی را به ‏وجود میآورد نتایج تحقیقات انجام گرفته در زمینه پیشگرم ‏کردن زیاد شارژ در کوره القایی به شرح ذیل است:‏

‏ مقدار سرباره افزایش قابل توجهی مییابد.‏

‏ با افزایش زیاد درجه حرارت پیشگرم شارژ، افزایش چندانی ‏در سرعت ذوب مشاهده نمیگردد.‏

‏گرمای نهان ذوب سرباره حدود ۸/۱برابر چدن مذاب است ‏و اتلاف انرژی حرارتی افزایش خواهد یافت.‏

‏با افزایش مقدار اکسید آهن حجم و سیالیت سرباره ‏افزایش مییابد. اکسید آهن از نظر شیمیایی خورنده ترین جزء ‏سرباره است، نقطه ذوب پایینی داشته و باعث تشکیل ذرات ‏بسیار ریزی میشود که به آهستگی بر روی سطح مذاب غوطه ‏ور میگردند.‏

‏ سرباره اضافی مصرف انرژی کوره را افزایش میدهد در ‏حالت تئوری، چدن برای رسیدن به دمای بارریزی فقط به ‏‏۴۵۰الی۵۰۰کبلو وات ساعت بر تن، انرژی نیاز دارد، در ‏حالی که سرباره ۷۰۰الی ۸۰۰کیلووات ساعت بر تن، انرژی ‏را مصرف خواهد کرد.‏

‏ بررسیهای صورت گرفته نشان میدهند که با وجود اختلاف ‏در سیکل حرارتی و زمانی برای هر کارگاه، درجه حرارت ‏مناسب پیشگرم شارژ، ۵۱۰-۴۸۲درجه سانتیگراد میباشد.

 فرآیند ریخته گری تبریدی و کاربرد آن در تولید میل سوپاپ خودرو

روش ريخته‌گري تبريدي۱در مورد توليد قطعات ريختگي نيازمند به عمليات حرارتي بعدي براي سختكاري سطحي، بسيار مناسب است. با انجام اين روش، سختي مورد نياز قطعه (نظير ميل سوپاپ) در حين فرايند ريخته‌گري توسط مبردگذاري در قالب، حاصل مي‌شود. بنابراين، قطعات توليد شده با اين روش، نيازي به عمليات سختكاري بعدي (نظير سختكاري القايي يا شعله‌اي) ندارند. انجام اين فرايند، از معضلات ناشي از عمليات حرارتي نظير ترك و عمليات تابگيري بعد از سختكاري، كاسته و در نهايت به كاهش هزينه و افزايش سرعت توليد مي‌انجامد.

در اين مقاله، سعي شده است تا ضمن معرفي اين فرايند، مجموعه فعاليت‌هاي آزمايشي جايگزين‌سازي توليد قطعه ميل سوپاپ خودرو پژو۴۰۵، با استفاده از ريخته‌گري تبريدي، معرفي و ارزيابي شود.

 براي افزايش خواص مقاومت قطعه در برابر سايش و حفره‌دار شدن چدن‌ها، ۴روش وجود دارد كه عبارتند از:

۱. آبكاري با كرم يا نيكل و يا نيتروره كردن

۲.پاشش فلز روی سطح چدن 

۳. سختكاري القايي يا شعله‌اي

۴. ريخته‌گري تبريدي با استفاده از مبرد در قالب

دو روش اول، هزينه بالايي دارند و روش سوم نمي‌تواند مقاومت كافي در برابر سايش ايجاد كند، اما روش ريخته‌گري تبريدي، بهتر و در عمل آسانتر بوده و به طور قابل ملاحظه‌اي مي‌تواند مقاومت سايشي قطعات را بهبود بخشد. از اين روش، به طوري گسترده براي قطعاتي استفاده مي‌شود كه داراي چند ويژگي هستند. در صنعت خودرو، قطعاتي نظير: ميل سوپاپ، استكان تايپيت و... با همين روش توليد مي‌شوند.

چدن مورد استفاده در اين روش، نوعي چدن خاكستري است كه از قابليت سختي‌پذيري برخوردار است. عناصري نظير: كرم، نيكل، موليبدن و غيره در مقادير كم، مي‌توانند قابليت سختي‌پذيري قطعه را افزايش دهند.

زماني كه سطوح معيني از يك قطعه داراي جنس چدن خاكستري، از حالت مذاب با سرعت انجماد زياد سرد مي‌شود، چدن سفيدي كه در ناحيه سطح به وجود مي‌آيد، اصطلاحاً چدن تبريدي ناميده مي‌شود. يك قطعه ريختگي تبريدي با تنظيم تركيب كربن چدن سفيد، توليد مي‌شود به‌گونه‌اي با سرد كردن نرمال قطعه، چدن سفيد در سطح قطعه و چدن خاكستري در زير سطح آن تشكيل مي‌شود.

با افزايش ميزان كربن، عميق لايه چيل كاهش يافته و سختي ناحيه چيل افزايش مي‌يابد. از كرم در مقادير كم، براي كنترل عمق لايه چيل استفاده مي‌شود. از كرم به دليل تشكيل كاربيدهاي كرم، در محدوده ۱تا ۴درصد براي افزايش سختي و بهبود مقاومت سايشي، استفاده مي‌شود. اين عنصر، باعث پايداري كاربيد و تشكيل گرافيتدر مقاطع ضخيم‌تر مي‌شود.

سرد كردن سريع، از تشكيل گرافيت و پرليت جلوگيري مي‌كند. اگر عناصري نظير نيكل، كرم يا موليبدن اضافه شوند، بيشتر آستنيت، بجاي پرليت به مارتنزيت تبديل خواهد شد. سختي چدن تبريدي به‌طور كلي ناشي از تشكيل مارتنزيت است.

از چدن تبريدي، براي ساخت چرخ‌هاي ماشين ريلي غلتك هاي آسياب، كفشك‌ها و قالب‌هاي پرسكاري و بسياري از قطعات ماشين‌هاي سنگين، استفاده مي‌شود

تحقیق درباره لعاب فلز

  مقدمه

    پیشرفت صنعت لعاب مرهون عوامل متعددی است که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره نمود :

1 ) تولید ورق های سردنورد ویژه لعابکاری در دنیا و اخیراً در ایران .

2 ) استفاده از روش الکترواستاتیک و کاربرد لعاب به صورت لعاب ( خشک ) بدون نیاز به مراحل چربی زدایی .

3 ) کاربرد روز افزون تئوریهای علمی .

4 ) به ثمر نشستن تحقیقات محققین در واحدهای گوناگون و رو به گسترش لعابکاری .

5 ) تأسیس آکادمیهای مختلف آموزش لعابکاری و ایجاد زمینه های علمی آن در دانشگاه های مختلف دنیا و اخیراً در ایران .

     علاوه بر موارد فوق الذکر ، تأثیر عوامل اقتصادی را نیز بر صنعت لعابکاری نمی توان نادیده انگاشت ، چرا که امروزه تهیه ورق های مخصوص لعابکاری نسبت به گذشته سریع تر و با هزینه نازلتری صورت می گیرد و همچنین میزان اتلاف پودر لعاب و درصد ضایعات محصول در روش الکترواستاتیک بسیار ناچیز بوده و از طرفی میزان مصرف پودر در این روش بسیار کمتر از لعاب مصرفی در سایر روش ها می باشد و در کنار آن خطاهای فردی نیز به حداقل ممکن می رسد .

     در حال حاضر کشورهای آلمان ، انگلستان ، هلند ، بلژیک ، سوئیس و ترکیه از      تولید کنندگان عمده پودرهای لعاب الکترواستاتیک می باشند . البته در ایران نیز تحقیقاتی در زمینه تولید پودر لعاب صورت گرفته که امید می رود در آینده ای نزدیک ، نیاز به سایر کشورها در این زمینه به حداقل میزان خود برسد .

     قابل ذکر است که در خلال دهه های گذشته کاربرد لعاب به صورت مستقیم[1] ، یعنی بدون نیاز به لعابهای آستری [2] تنها بر سطوح کاملاً صاف و هموار امکان پذیر بوده ، اما امروزه به کمک روش های جدید استفاده از آن بی هیچ مشکلی بر قطعات فرم دار نیز رایج است .

از آنجایی که کیفیت محصولات لعابکاری شده به شدت تحت تأثیر نوع ورق و لعاب    می باشند ، امروزه با تولید ورق هایی با درصد کربن ناچیز و لعابهای مرغوب گام مؤثری در جهت تولید محصولاتی با کیفیت بهتر برداشته شده است .

     در حال حاضر لعابهای تولید شده از دوام ، استقامت و پایداری خوبی برخوردارند و همچنین میزان عناصر خارج شده از آنها در خلال عملیات پخت بسیار ناچیز است . این مسئله به ویژه در مورد موادی که کمتر در طبیعت یافت می شوند و از طرفی وجود و حفظ آنها در لعاب به منظور ایجاد خصوصیاتی ویژه ضروری است اهمیت خاصی پیدا    می کند .

امروزه حفاظت سطوح فلزی به کمک لعابکاری به گونه ای وسیع جایگزین سایر       روش های  حفاظتی فلزات از جمله آبکاری1 ، رنگ زدن و ... گردیده است ، چرا که لعابکاری سطوح فلزی نه تنها آنها را در مقابل عوامل مختلف فرسایش مانند خوردگی ، زنگ زدن و ... . حفاظت می کند بلکه سبب جلا ، زیبایی و شفافیت خاص در این سطوح می گردد و علاوه بر آن مشکلات شستشو و نظافت محصول را به حداقل ممکن        می رساند .

       لعابها به واسطه عایق بودن از ایجاد پیل های الکتروشیمیایی موضعی در سطوح فلزی ممانعت نموده و در نتیجه مانع خوردگی فلز می گردند . از طرف دیگر پایداری و مقاومت زیاد لعاب در برابر اکسیداسیون ( ترکیب با اکسیژن ) سطح فلز را در مقابل زنگ زدن به خوبی حفظ می کند .

       به غیر از موارد ذکر شده تلفیق صنعت لعابکاری با هنر ، انگیزه ، ذوق و سلیقه ، بشر قرن بیستم را به خلق آثاری بدیع که تحسین هر بیننده ای را بر می انگیزد واداشته که این عامل نیز سبب پیشرفت صنعت لعابکاری گردیده است .

تعاریف و سیر تکاملی لعاب

واژه لعاب " ENAMEL " ، ریشه لاتین داشته و از کلمه " Smaltum " مشتق شده است . این لغت بعدها در آلمان به صورت " Smalzan " در آمده و هنوز هم در ایتالیا به فرم " Smalto " وجود دارد . سرانجام در زبان فرانسه و همچنین با تلفظی مشابه در آلمان ، از لغت " email " برای بیان این واژه استفاده شد .

لعاب ، به جامدی شیشه گون که از ذوب یا گداختن مخلوطی از چندین ماده معدنی بدست می آید اطلاق می شود .

از نظر تاریخی برای اولین بار لعاب به منظور پوشش دادن فلزات طلا ، نقره و مس مورد استفاده واقع شد . این فلزات از زمان های قدیم شناخته شده بودند و به راحتی با لعاب دادن بر روی آنها جهت ساخت مدال ها و جواهرات سلطنتی به کار گرفته می شدند . باستان شناسان بر این باورند که اولین بار در سواحل مدیترانه و به طور دقیق تر در مصر و قبرس ، در طول دو قرن قبل از میلاد مسیح از لعاب استفاده می شده است .

بعد از این که شیشه کشف شد و بشر رنگ کردن و تزئین نمودن آن را آموخت به فکر استفاده از ماده ای شبیه به شیشه برای تزئین اشیایی که از فلز ساخته می شدند افتاد و بدین ترتیب لعاب تولد یافت 1. استفاده از لعاب این امکان را به بشر می داد تا رنگ طبیعی فلزات را درخشان تر جلوه دهد و بدین ترتیب به ارزش و زیبایی آنها بیفزاید .

برای اولین بار در قرن هیجدهم لعابکاری بر روی آهن به طور آزمایشی آغاز شد و با ظهور انقلاب صنعتی در اروپا و پس از آنکه آهن به گونه ای وسیع در دسترس قرار گرفت ، لعابکاری بر روی قطعات آهنی در مقیاس صنعتی از لعابکاری هنری که تا آن زمان وجود داشت متمایز گردید . شواهد موجود حاکی از آن است که در نیمه دوم همان قرن لعابکاری ظروف چدنی به طور موفقیت آمیزی در آلمان صورت گرفت و پس از دوره کوتاهی یعنی در سال 1764 ظروف چدنی در کارخانه های آلمانی                   Smelting  Konigsbronn به وسیله لعاب پوشش داده می شدند . در سوئد لعاب دادن به صفحات فلزی در سال 1782 انجام شد و گزارشاتی از کارخانه روسی Lauchhammer Works بیانگر این مطلب است که قطعات چدنی در سال 1785 در آنجا لعاب داده می شدند .

در خلال دورانی که ذکر آن رفت ، لعابکاری تنها بر اساس دانش تجربی صورت می گرفته است و هر کارخانه لعابکاری مطابق با دستور العمل های محرمانه خود که فقط در دست استادکاران بود کار می کرد و حتی اغلب این دستور العمل ها برای صاحبان آنها نیز به طور کامل شناخته نشده بودند . امروزه اکثر کارخانجات لعابکاری ، لعابها را از کمپانیهای ویژه خریداری نموده و با استفاده از روش های از پیش تعیین شده از آنها استفاده می کنند .

آهن به عنوان فلزی پایه همواره در معرض خطر خوردگی و زنگ زدن قرار دارد . از این رو استفاده از لعاب به عنوان محافظی در برابر خوردگی به اندازه کاربرد تزئینی آن ، منطقی تلقی می شود . علاوه بر آن لعاب چنان سطح مقاومی بر ظروف آهنی ایجاد می نماید که حتی در مجاورت تنشهای حرارتی نیز ، فلز را حفظ می کند .

خواص و کیفیت لعاب به طور مداوم بهبود و توسعه داده می شد و روش های تعدیل شده ای در زمینه توسعه لعاب اشیاء آهنی و افزایش قدرت چسبندگی لعاب به فلز به کمک ناهموار نمودن سطح آن بر روش های قبلی چیره گشته اند . در اواخر قرن گذشته به اهمیت قدرت پیوندی بعضی از اکسیدهای معین از جمله اکسید کبالت و نیکل پی برده شد . این اکسید ها امکان ایجاد سیستمی تقریباً تفکیک ناپذیر بین لعاب و آهن را فراهم می ساختند .

بنابر اظهار نظر کارشناسان مختلف ذخیره مواد خام آلی مورد نیاز برای تولید رنگها و پلاستیکها در اعماق زمین رو به اتمام است . این مواد آلی شامل نفت ، ذغال سنگ و گاز می باشند . منبع مواد خام تمامی لعابها پوسته زمین است و معادن مختلف موجود در آن سرشار از مواد اولیه مورد نیاز لعاب می باشند و آخرین برآوردها حاکی از پایان ناپذیر بودن این معادن است .

پلاستیکها و رنگ ها به عنوان پوشش محافظ سطوح فلزی با لعاب در رقابت می باشند ، ولی با توجه به پایان یافتن ذخائر مواد آلی در آینده ای نه چندان دور ، نهایتاً لعاب نقش برتری را در حفاظت از سطوح فلزی خواهد داشت و صنایع مختلف اجباراً باید در توسعه صنعت لعاب جدیت بیشتری به خرج دهند . با توجه به بی نظیر بودن کیفیت ظاهری لعاب و همچنین امکان ایجاد نقصان در تقاضای مصرف کنندگان نسبت به عرضه ، بعید به نظر نمی رسد که تقاضا به سوی محصولاتی با عمر طولانی تر متمایل گردد و در آن هنگام محصولات و قطعات لعابی نقش برتری ایفا خواهند کرد .

استفاده از مواد خام برای تهیه لعاب

در بین مواد معدنی که برای تولید و ساخت لعابها مورد استفاده قرار می گیرند ترکیبات بور از بیشترین اهمیت برخوردار می باشند . لعابهای جدید حاوی بیش از %25 اسید بوریک می باشند . وجود این مقدار اکسید بور در لعابهای آستری و رویه این امکان را فراهم می سازد که دو لایه با یکدیگر و در درجه حرارت بین 800 تا 850 درجه سانتیگراد پخته شوند . از طرفی در درجه حرارت های پایین در لعابهای محتوی بور ، ایجاد پیوند مناسب بین سطح فلز و لعاب امکان پذیر است . چنین لعابهایی ایجاد سطوح سالم و بدون نقص را نیز ، تضمین می کنند . وجود بور در لعاب به طور قابل توجهی از بروز عیوبی که به گونه ای اجتناب ناپذیر در قطعات لعابکاری شده مشاهده می شوند ، از قبیل لکه های خال ماری 1 و تاول زدگی2 جلو گیری می کند .

در حال حاضر از اکسید بور تنها در ترکیب لعابهایی که نیاز به مقاومت بالا در برابر اسیدها دارند ، مثل لعابهای مورد نیاز برای لوازم خانگی ، با نسبت های زیاد استفاده می شود.

از آنجایی که لازم است اشیاء لعابکاری شده دارای کیفیتی یکنواخت ، مناسب و پایدار باشند ، مواد خامی که برای ساخت لعابها مورد استفاده قرار می گیرند باید از خواص پایداری برخوردار باشند .

اکثر مواد خامی را که برای ساخت لعابها مورد استفاده قرار می دهند و مواد معدنی تشکیل داده اند .

تولید و ساخت لعاب

امروزه صنعت لعاب سازی پیشرفت قابل توجهی نموده و اکثر کارخانجات تولیدی با استفاده از دانش فنی ، تجهیزات و آزمایشگاه های مجهز قادر به تهیه و تدارک مواد اولیه مناسب خود هستند .

به طور کلی مواد اولیه مورد مصرف برای تولید لعاب فلز را می توان در دو دسته اصلی تقسیم بندی نمود :

دسته اول مواد معدنی هستند که بعد از استخراج ، عملیات شستشو و تغلیظ بر روی آنها انجام گرفته و پس از آرایش و دانه بندی با فرمول شیمیایی مشخص در اختیار سازندگان لعاب قرار می گیرند .

دسته دوم که سهم زیادی از مواد اولیه مورد مصرف لعاب را شامل می شوند ، مواد شیمیایی پروسس شده با فرمول شیمیایی دقیق هستند . این مواد معمولاً به صورت بسته بندی با ترکیب شیمیایی مشخص در اختیار سازندگان لعاب قرار می گیرند . در کارخانه های تولید لعاب ، مواد دقیقاً توزین شده و توسط مخلوط کن های مناسب و تا حد امکان به طور یکنواخت مخلوط می شوند .     

نگهداری مواد اولیه لعاب به شکل گرانول در مقایسه با فرم پودری مناسب تر است .

معمولاً لعابها را در درجه حرارت هایی بین 1200                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           تا 1350 درجه سانتیگراد ذوب نموده تا مواد خام موجود در آنها تشکیل مخلوط یکنواختی بدهند . در صورت استفاده از کوره های دوار عملیات ذوب به صورت ناپیوسته صورت می گیرد . ( تصویر ( 3 ـ 1 ) نمونه ای از کوره های دوار را نشان می دهد . )

از ذوب مواد داخل کوره ، مواد مذاب را به مجرد خارج شدن وارد آب سرد نموده و در نتیجه به علت شوک حرارتی وارد شده مواد به شکل گرانولهایی در آمده که نهایتاً آنها را خشک می نمایند .

به منظور تولید لعاب به صورت انبوه از سیستمهای پیوسته استفاده می شود . در این روش مواد خام از یک طرف وارد کوره شده و از طرف دیگر مواد مذاب خارج شده را از بین غلطکهایی که در داخل آنها جریان آب سرد جاری است عبور می دهند . صفحات نازک ایجاد شده لعاب پس از خرد شدن به عنوان محصول عمل و تحت عنوان " پولک لعاب1 " به بازار می شوند . ( تصویر ( 3 ـ2) شمایی از کوره های پیوسته ذوب لعاب می باشد .)

سوخت مورد استفاده برای کوره های معمولاً نفت یا گاز می باشد . البته از آنجایی که لعابها در حالت مذاب هادی جریان الکتریسیته می باشند ، امروزه از کوره های الکتریکی نیز جهت ذوب لعابها استفاده می شود .

معمولاً جهت ذوب مقادیر کم تا متوسط لعابها از کوره های باکسی یا دوار که نوع ویژه ای از کوره ها می باشند استفاده می شود و برای تولید مقادیر بیشتر ، استفاده از کوره های ذوب پیوسته بهتر و مناسب تر از انواع دیگر است . با توجه به تماس مواد مذاب با جداره داخلی کوره ها ، انتخاب با کیفیت مناسب توصیه می گردد .

اصول چسبندگی لعاب به فلز

لعاب تحت شرایط مطلوب پخت با فلز پایه ترکیبی حقیقی ایجاد می کند و به گونه ای تفکیک ناپذیر به فلز می چسبد ، در نتیجه امکان خوردگی فلز تحت هر شرایط محیطی به حداقل ممکن می رسد . از آنجایی که پوشش های لعابی عایق جریان الکتریسیته هستند از تشکیل پیل های گالوانیک 1 در سطح فلز جلوگیری کرده و از این لحاظ نیز امکان خوردگی فلز وجود ندارد .

به سبب خواص ویژه لعاب در حفاظت از فلزات در مقابل خوردگی ، این ماده از سایر حفاظت کننده ها از جمله مواد صیقل دهنده ، پلاستیکها و پوشش های فلزی گالوانیک متمایز شده است .

لعابکاری مرسوم امروزی که لعاب در دو لایه آستری و رویه بر سطح فلز پوشش داده    می شود استفاده از وان نیکل برای دستیابی به پیوندی خوب دیگر متداول نیست ، چرا که پوشش آستری نیکل لازم جهت پیوند لعاب به فلز را فراهم می کند . با این وجود همیشه استفاده از وان نیکل فواید زیادی برای لعابکاران در بر داشته و به همین علت برای مدت های طولانی استفاده از نیکل قسمتی از فرآیند شستشو بوده است .

استفاده از پوشش های نیکل به دو منظور صورت می گیرد :

اول : تشکیل پیوند بهتر بین لعاب آستری و فلز ، دوم : حذف گازهای نامطلوبی که در حین واکنش ها ایجاد می شوند .

لعابهای آستری

اولین لایه لعابی که سطح فلز را پوشش می دهد اصطلاحاً لعاب آستری2 نام دارد . این لعاب می بایستی از نظر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی دارای کیفیت استاندارد بوده تا ضمن ایجاد چسبندگی مناسب با سطح فلز هیچ گونه عیبی را در مراحل بعدی لعابکاری موجب نگردد ، چرا که نوع لعاب آستری به شدت کیفیت لعاب رویه تأثیر گذاشته و چه بسا بسیاری از عیوبی که در سطح لعاب رویه آشکار می شوند ناشی از عدم کاربرد صحیح لعاب آستری و یا نامرغوب بودن آن می باشد .

رنگ لعابهای آستری به دلیل وجود اکسید های کبالت و نیکل که برای ایجاد چسبندگی بین لعاب و فلز به آنها افزوده می شود عمدتاً تیره بوده و درجه حرارت پخت آنها نسبت به لعابهای رویه بیشتر می باشد . از این رو امکان ذوب مجدد لعاب آستری به هنگام پخت لعاب رویه وجود ندارد .

برای افزایش نقطه ذوب لعابهای آستری می توان به مخلوط آنها در آسیاب مواد دیر گداز اضافه نمود که معمول ترین آنها کوارتز1 می باشد .

لعابهای آستری مخصوص ورق های فولادی

این لعابها به منظور پوشش دادن ورق های فولادی مورد استفاده قرار می گیرند . یکی از ویژگی های این لعابها این است که اگر پیوند بین لعاب و فلز به طور کامل بر قرار گردد خروج تمامی گازهای حاصل از واکنش های ناشی از پخت ضروری نمی باشد .

به طور خلاصه می توان گفت که یک لعاب آستری خوب می بایستی دارای ویژگی های به شرح زیر باشد :

1 ـ ایجاد اتصال مناسب با سطح فلز

2 ـ گسترده بودن دامنه پخت

3 ـ هیچگونه عیبی از جمله تاول ، لکه های خال ماری ، پریدگی فلس مانند ، پارگی ، شکستگی لعاب و غیره ایجاد ننماید .

لعابهای آستری مخصوص برای قطعات اسید کاری نشده

اگر در تعداد معدودی از کارخانه ها بنا به دلایل اقتصادی و یا مشکلاتی که در زمینه خروج پساب و فاضلاب صنعتی وجود دارد عملیات شستشو بدون مرحله اسید شویی انجام شود و فرآیند شستشو تنها شامل چربی زدائی از قطعات باشد ، باید توجه داشت که قطعات کاملاً عاری از هر گونه زنگ شوند در غیر این صورت لکه های زنگ در خلال عملیات پخت لعاب آستری بی ضرر نخواهد بود . بنابراین در این گونه موارد توصیه می گردد از      لعابهای آستری ویژه ای که حل نمودن اکسید های آهن و همزمان حمله سریع آنها به سطح فلز را تضمین نمایند استفاده شود .

لعابهای آستری مخصوص چدن

از آنجایی که عناصر تشکیل دهنده قطعات چدنی خود امکان ایجاد پیوند بین لعاب و چدن را فراهم می سازند ، در ترکیب لعابهای چدن نیازی به اکسیدهای پیوندی       نمی باشد و تنها به منظور اطمینان از پخت کامل لعاب و همچنین خروج تمامی گازهای ناشی از ذوب باید از لعابهای آستری نوع سخت با درصد بالایی از اکسید سلیسیم به همراه نوعی آستری متخلخل استفاده نمود . معمولاً برای پخت لعاب قطعات چدنی و دستیابی به کیفیت مطلوب ، از کوره های باکسی استفاده می شود .

از آنجایی که برای ایجاد چسبندگی لازم بین فلز و لعاب وجود بعضی از اکسیدها از جمله نیکل و کبالت ضروری است و از طرفی وجود این اکسیدها سبب تیره شدن لعاب        می گردد ، برای ایجاد رنگهای روشن لایه دومی از لعاب بر روی پوشش آستری اعمال    می شود که این لایه تحت عنوان " لعاب رویه " قلمداد می گردد .

لعابهای شفاف1 و نیمه شفاف2

این لعابها از مدت ها پیش شناخته شده اند و به عنوان لعابهای رویه مورد استفاده قرار می گرفتند . امروزه تنها برای ساخت لعابهای رنگین استفاده می شوند .

لعابهای سفید تیتانیوم

این دسته از لعابها جزء مهم ترین لعابهای خود رنگ سفید یا اصطلاحاً اپک می باشند . در ترتیب اصلی این لعابها مقدار معینی اکسید تیتانیوم وجود دارد . ظرفیت حلالیت این اکسید در لعاب مذاب محدود بوده و بستگی به درجه حرارت ذوب دارد .

لعابهای ماژولیکا 3

این نوع لعابها منحصراً توسط یونهایی که هر یک نمایانگر ویژگی های یک رنگ طبیعی می باشند رنگین شده اند و در واقع از خود هیچ رنگ مشخصی ندارند . خصلت ویژه این لعابها ایجاد رنگهایی با شدت های مختلف است و شدت رنگ در این     لعابها تحت تأثیر ضخامت و رنگ لعاب زمینه قرار دارد .

لعابهای آنتیموان

امروزه استفاده از این لعابها به دلیل خطرات ناشی از سمی بودنشان به ندرت صورت می گیرد و فقط اشیایی را که در تماس مستقیم با مواد غذایی نیستند می توان توسط این لعابها پوشش داد .

لعابهای زیر کونیوم

این لعابها به طور موفقیت آمیزی در فرآیندهای پودری به ویژه برای لعابکاری لولزم بهداشتی مانند دستشوئی ها و وانهای حمام برای مدت های طولانی مورد استفاده قرار می گرفتند .

مقاومت این لعابها در برابر قلیاها و شوینده ها قابل توجه می باشد .

لعابهای بی واسطه ( مستقیم1 )

همانگونه که از نام این نوع لعابها استنباط می شود سطح ورق های فولادی مستقیماً توسط این لعابها پوشش داده شده و بعد از خشک شدن پخته می شوند . از این رو لعابهای بی واسطه باید دو وظیفه را ایفا نمایند : اولاً باید به عنوان لعاب آستری یک پیوند مناسب بین ورق فولاد و لعاب ایجاد کنند ، همچنین خروج آسان و سریع گازهای ناشی از واکنش های پخت را تضمین نمایند . ثانیاً باید تمامی خصوصیات لعاب رویه از جمله رنگ ، جلا و مقاومت شیمیایی را دارا باشند .

آماده سازی لعاب ـ آسیابها

اولین و اساسی ترین مرحله در لعابکاری ، آماده سازی لعاب می باشد . به این منظور عملیات خرد کردن ( ساییدن و نرم کردن ) دانه های لعاب برای ایجاد اندازه مناسب ذرات در آسیابهای گلوله ای 2 ویژه ، به دو روش صورت می گیرد : روش اول : عملیات آسیاب کردن ( آماده نمودن دو غاب لعاب ) به روش خیس ( تر ) . روش دوم : فرآیند آسیاب کردن ( آماده نمودن پودر لعاب ) به روش خشک . منحصراً عملکرد این گونه آسیاب ها بررسی می شود .

آسیاب های گلوله ای

این آسیاب ها معمولاً استوانه ای شکل می باشند و به کمک دو یاتاقان دو شاسی A شکل حول محور خود می چرخند . جداره خارجی این آسیاب ها از فولاد مقاوم ساخته شده و تابع طول ، قطر و تعداد دور خاص هستند .

( تصاویر( 6 ـ1 ) و (6 ـ2 ) )

با در نظر گرفتن حجم این آسیاب ها مقدار معینی گلوله با اندازه های متناسب به درون آنها ریخته می شود . عمدتاً جنس این گلوله ها از سنگ های سیلیسی یا چینی سخت   می باشد1 .

مقدار گلوله ها باید 45 % و حداکثر 55 % از حجم آسیاب را اشغال نماید . معمولاً   گلوله هایی که در آسیاب ها استفاده می شوند قطرهای متفاوت دارند . عموماً اندازه قطر گلوله ها با حجم آسیاب متناسب است .

آب

آب یکی از مهم ترین مواد کمکی در تهیه لعاب ( به روش خیس ) می باشد و در بین مواد کمکی بیشترین میزان را داراست ، از این رو براحتی بر کیفیت لعاب تأثیر          می گذارد .

ورق فولادی

فولاد در واقع آهنی است که کمتر 8/1 درصد کربن دارد . البته ممکن است میزان کربن موجود در آن کمتر از این مقدار هم باشد . میزان کربن موجود در ورق های فولادی که برای لعابکاری استفاده می شوند کمتر از 1/0 درصد است .

چدن

قطعه چدنی مورد استفاده در فرآیند لعابکاری معمولاً از چدن خاکستری است . به طور نسبی چدن قسمت اعظمی از عناصر آلیاژی را در بردارد .

عملیات مقدماتی بر ورق های فولادی

ورق های فولادی که برای ساخت قطعات فلزی به کار گرفته می شوند معمولاً دارای یک لایه چربی می باشند . در کارخانه های ورق سازی هنگام فرآیند نورد سرد به منظور سهولت کار غلتکها و همچنین محافظت ورق از موقع تولید تا هنگام مصرف ، سطح ورق ها را با این چربی که ممکن است یکی از انواع روغن ها باشد آغشته می نمایند و قابل ذکر است که یکی از فرآیندهای ضروری در تولید این گونه ورق ها می باشد .      ورق هایی که به این روش تولید می شوند اصطلاحاً به ورق های نورد سرد روغنی موسومند . همچنین قطعاتی که از این ورق ها ساخته می شوند در خلال عملیات تولید ممکن است نیاز به افزودنیهای روغنی مجازداشته باشند ضمن این که گرد و غبار و ضایعات محیط نیز امکان جذب در روغن موجود در سطح ورق را دارند ، علاوه بر آن بعضی از قطعات در فاصله بین فلزکاری تا زمان لعابکاری دچار زنگ زدگی نیز می شوند بنابراین قبل از انجام عملیات لعابکاری سطح قطعات باید عاری از تمامی آلوده کننده ها گردد .

عملیات مقدماتی که بر روی قطعات فلزی انجام می شود شامل چربی زدایی ، زنگ زدائی ( اسید شویی ) و برای لعابکاری های بی واسطه وان نیکل می باشد . البته در بین هر یک از مراحل آبکشی با آب هم وجود دارد . نهایتاً مرحله خنثی سازی و عملیات پیشگیری از زنگ زدن بر روی قطعات صورت می گیرد .

چربی زدایی 1

برای چربی زدائی از سطوح فلزی معمولاً از سه روش مختلف استفاده می شود که عبارتند از :

الف ) چربی زدائی با استفاده از سوزاندن لایه های چربی سطح ورق

ب ) استفاده از بخارات حلال های چربی گیر .

ج ) استفاده از چربی گیرهای قلیایی گرم .

روش متداول چربی زدائی در صنعت لعابکاری استفاده از یکسری وانهای حاوی چربی گیرهای قلیایی گرم می باشد . در این وانها محلول 5 درصد از یک چربی گیر تجارتی وجود دارد که عمدتاً شامل سیلیکاتهای سدیم ، سودااش ، کاستیک سودا و در بعضی موارد فسفات سدیم می باشد . علاوه بر آن در ترکیب چربی گیرها موادی وجود دارند که عامل فعال سازی سطح می باشند این مواد تحت عنوان surfactants شناخته شده اند 2. عوامل مرطوب کنندگی و امولسیون کننده ها از جمله این موادند که در ترکیب        چربی گیرها مورد استفاده قرار می گیرند .

اساس عمل چربی زدائی بر مبنای یک سری فعل و انفعالات فیزیکی و شیمیایی         می باشد . بسیاری از روغن ها و چربی ها به وسیله قلیاها تجزیه شده و صابونی 3        می گردند . روغن های معدنی به کمک مواد شیمیایی موجود در وانها از سطح فلز جدا شده و به صورت ذرات سوسپانسیون در محلول در می آیند .

در کارخانه های مدرن معمولاً از سه و یا حداقل دو وان چربی گیر استفاده می کنند . اگر مواد چربی گیر در اولین وان به اتمام برسد در مدت پر کردن مجدد آن تا هنگامی که وان اولیه پر شود از وان دوم به جای وان اول و از وان سوم به جای وان دوم جهت چربی زدائی قطعات استفاده می شود بدین ترتیب مصرف مواد شیمیایی کمتر می گردد .

همه وان های چربی گیر باید به طور مرتب ( حداقل یک بار در روز ) بازرسی گردند . آنالیز وان های چربی گیر بر روی مواد قلیایی موجود در آنها انجام می شود . معمولاً محدوده PH وان های چربی گیر بین 12 و 13 باید باشد .

بعد از مرحله چربی زدایی قطعات باید حداقل دو بار توسط آب شسته شود شوند . این عملیات می تواند به وسیله وان های آبکشی صورت گیرد . اولین آبکشی توسط آب گرم ( حداکثر 60 درجه سانتیگراد ) و دومی با آب سرد انجام می شود . آبکشی گرم چربی های امولیسیونی جامد رسوب داده بر سطح فلز و همچنین باقیمانده های مواد چربی گیر را از سطح فلز پاک می کند ، زیرا وجود این مواد در مرحله زنگ زدائی مسئله ساز می باشد .

زنگ زدائی1 ( اسید شویی )

شستشو با اسید ( زنگ زدائی ) به منظور زدودن زنگ زدگیهای موجود در سطح قطعات بعد از مرحله چربی زدائی و همزمان زبر نمودن سطح ورق صورت می گیرد . ناهمواری سطح ورق به ویژه برای لعابکاری آستری و لعابهای بی واسطه از اهمیت ویژه ای برخوردار است .

اسید سولفوریک

بیشتر تجهیزات اسید شویی جدید از اسید سولفوریک به منظور زنگ زدائی از قطعات استفاده می کنند .

مزیت برتر شستشو با اسید سولفوریک نسبت کلریدریک این است که زمان شستشو با اسید سولفوریک را می توان با افزودن میزان بیشتری از اسید و یا افزایش درجه حرارت تنظیم نمود .

 وان نیکل

اگر لعابکاری با لعابهای سفید بی واسطه انجام شود بعد از مرحله اسید شویی عملیات دیگری به نام وان نیکل صورت می گیرد . در این مرحله از وانی استفاده می شود که حاوی محلول داغی از سولفات نیکل اسیدی شده ( عمدتاً با غلظت 6 تا 11 گرم بر لیتر ) می باشد .

خنثی سازی

پس از مرحله وان نیکل قبل از این که قطعات لعابکاری شوند نیاز به یک مرحله خنثی سازی می باشد .

آخرین مرحله عملیات آماده سازی قطعات ، خشک کردن آنها است که توسط جریان هوای گرم صورت می گیرد .

 در کارخانه های مدرن برای عملیات مقدماتی بر ورق ها ، بیش از 8 کابین مختلف وجود دارد .

لعابکاری به روش خیس 1

 امروزه لعابکاری خیس معمولاً به پنج روش غوطه وری ( دیپ کاری ) ، پیستوله کاری ، الکترواستاتیک ، الکتروفورتیک ونیز استفاده از خلاء صورت می گیرد . هر یک از این    روش ها کاربرد ویژه ای داشته و معایب و فواید مخصوص به خود را در بر دارند .

برای لعاب دادن قطعات بزرگتر مانند اجاقهای خوراک پزی نیز ، استفاده از روش دیپ توصیه شده است .

امروزه در مخازن دیپ الکترو پمپهایی نصب می گردد که به طور مداوم لعاب را در مخزن به گردش در می آورد و در نتیجه از ته نشین شدن ذرات آن جلوگیری می نماید . از آنجایی که ضایعات لعاب در روش دیپ بسیار پایین می باشد در صورتی که استفاده از آن میسر باشد نسبت به سایر روش های لعابکاری مقرون به صرفه تر است و استفاده از آن بر سایرین ترجیح داده می شود .

استفاده از خلاء در روش غوطه وری

این تکنیک در واقع روشی است که با تغییر در کاربرد روش دیپ حاصل شده و اصطلاحاً به روش تکنیک خلاء موسوم می باشد و معمولاً برای لعاب کردن قسمت های داخلی ظروف تو خالی با حجمهای بزرگ ( مثلاً دیگ های بخار ) به کار گرفته می شود .

پیستوله کاری

از آنجایی که در بعضی از قطعات دیپ شده اشکالاتی مشاهده می شود توصیه می گردد که برای لعابکاری قطعات مسطح و بدون خلل و فرج از روش پیستوله کاری ، استفاده شود . در روش های متداول پیستوله کاری لعاب را به کمک هوای فشرده و پیستوله در سطح قطعه اسپری می نمایند . معمولاً پیستوله ها به دو دسته مخزن دار و بدون مخزن تقسیم بندی می شوند . پیستوله های مخزن دار جهت مقادیر کم لعاب و پیستوله های بدون مخزن که با شیلنگ های مخصوص از مخازن بزرگتر تغذیه می شوند ، جهت مقادیر زیاد لعاب مورد استفاده قرار می گیرند . این تجهیزات به منظور تقویت اسپری کردن قطعاتی که لبه های قائم آن قبل و یا بعد اسپری شوند ـ در جائی که سطوح اصلی به طور اتوماتیک پوشش داده شده اند ـ مورد استفاده واقع می شوند . یک پیستوله اتوماتیک افقی دستگاهی است که یک یا چند پیستوله به آن متصل شده و برای اسپری کردن سطح افقی قطعات لعاب را به طور عمودی از بالا بر روی قطعات اسپری می نماید و به کمک حرکات رفت و برگشتی پوشش یکنواختی ایجاد می کند . البته سطوحی که دارای زوایای قائمه هستند باید به طور جداگانه قبل و یا بعد از اسپری کردن قطعه پوشش داده شوند .

برای اجسام تو خالی مانند وسایل آشپزی ، دستگاه های اتوماتیکی وجود دارند که قسمت های داخلی و خارجی قطعات را در حالی که بر روی سینیهای چرخان قرار گرفته اند لعاب می کنند .

الکترواستاتیک به روش خیس

تلاش های انجام شده در زمینه کاهش ضایعات روش پیستوله کاری منجر به توسعه روش الکترواستاتیک1 گردید .

الکتروفورتیک2

یکی دیگر از کاربردهای لعابکاری به روش فرایند الکتروفورتیک می باشد . در این قطعات به ویژه قطعات تخت ، بدون عبور از مرحله چربی زدایی مستقیماً وارد کوره شده و فقط نیاز به یک کانویر برای انتقال به کوره می باشد .

لعابکاری به روش خشک 3

لعاب دادن به روش خشک تنها برای قطعات کوچکی که قبلاً توسط لعاب آستری پوشش داده شده اند مورد استفاده قرار می گیرد . در این روش قطعه را در یک کوره کوچک حرارت داده و سپس با انبر های مخصوصی آن را خارج می نمایند و در حالی که هنوز گداخته است توده ای از پودر لعاب را به سطح قطعه می پاشند . در این حالت لعاب به سرعت ذوب می گردد و بعد از چند ثانیه لایه ای نرم و درخشان بر قطعه ایجاد می شود .

پخت لعاب

پخت لعاب آخرین مرحله عملیات لعابکاری می باشد . در خلال فرایند پخت ، لعاب پوشش داده شده بر روی ورق با ایجاد یک پیوند قوی به سطح فلز چسبیده و ایجاد یک لایه کاملاً صاف و هموار می نماید . دما و زمان پخت از خصوصیات ویژه هر لعاب      می باشد . علاوه بر این ها نوع کوره ، سرعت حرارت دهی ، شرایط طبیعی و نوع ورق فولادی مورد استفاده از جمله عوامل مؤثر بر شرایط پخت لعاب می باشند .

بر اساس روش کار دو گروه کوره شناخته شده اند :

1 ـ کوره های شارژی1 ،

2 ـ کوره های پیوسته ،

بر اساس سوخت مصرفی نیز ، سه نوع کوره وجود دارد :

1 ـ کوره های گاز سوز ،

2 ـ کوره های نفت سوز ،

3 ـ کوره های الکتریکی ،

کوره های شارژی

کوره های شارژی فرم ساده ای از کوره های باکسی بوده که در آنها تعداد مشخصی از قطعات به منظور پخت لعاب وترد کوره شده و تا کامل شدن فرایند پخت در داخل کوره باقی می مانند .

در عمل کوره های باکسی با وجود پر هزینه بودن هنوز هم بهترین نوع کوره های پخت لعاب می باشند .

کوره های پیوسته

خصوصیت ویژه این کوره دارا بودن یک منطقه پخت است که دو انتهای آن باز بوده و قطعه با سرعت ثابت از میان آن می گذرد .

دو فرم کلی از کوره های پیوسته وجود دارد : کوره های مستقیم و کوره های U شکل .

کوره های پیوسته مستقیم

این کوره ها دارای یک کانویر افقی بوده و بیشتر برای قطعاتی که دارای سطح زیادی   می باشند مانند تخته سیاه مدارس و یا پانلهای ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرند .

کوره های پیوسته U شکل

امروزه کوره های U شکل که دارای منطقه پخت به شکل U می باشند . نوع استاندارد کوره ها برای پخت لعاب می باشند .

کنترل کیفی محصول نهایی

معمولاً بازرسی نهایی قطعات لعاب شده به صورت چشمی انجام می پذیرد . این بازرسی ها در آزمایشگاه های ویژه ای که به همین منظور در واحدهای سازنده لعاب       ( و بعضاً در کارخانه های لعابکاری ) در نظر گرفته شده اند انجام می شود .

رنگ و درخشندگی

بررسی عیوب قطعات لعاب شده

علت بسیاری از عیوبی که در قطعات لعابکاری شده مشاهده می شوند تشکیل ناخواسته و بیش از حد بعضی گازها می باشد .

معایبی که به خاطر کاربرد نادرست آشکار می شوند به راحتی تشخیص داده شده و بر طرف می گردند ، ولی تعیین و بررسی علت عیوبی که به خاطر ناخالصیها به وجود     آمده اند  بسیار مشکل تر می باشد . در هر حال در صورت تشخیص علت عمل اصلاحی می تواند انجام شود . بسیاری از عیوب نیز ، مربوط به خود ورق فولادی مورد استفاده    می باشد که در این زمینه با انجام آزمایشات متالوگرافی به راحتی می توان علت ایجاد عیوب را تشخیص داد . ورق فولادی مورد استفاده ممکن است دارای رگه ها و یا    پوسته هایی باشد . همچنین وجود تاول ها و یا خم شدگی ها و فرورفتگی و ... نیز دور از انتظار نمی باشد .

تاول زدگی ، جوش زدگی ، سوراخ های نیش سوزنی ، فرو رفتگی ها ، سوختگی ، پریدگیهای فلس مانند ، پریدگیهای براق ، پریدگی ، لکه های خال ماری ، ترک خوردگی ، پوست پرتغالی ،خطوط ساحلی ،خطوط مومانند،خطوط لودر،رسوب سولفات، ترکهای مو مانند

تحقیق درباره کوره افتابی

کوره آفتابی وسیله‌ای است برای تولید گرما بوسیله تجمع و تمرکز نورخورشید در یک نقطه خاص و استفاده از حرارت آن نقطه برای تولید آب گرم و بخار آبگرم. کوره آفتابی به شکل بشقاب کاو (مقعر) وآینه‌ایو صیقلی (که نورهای تابیده شده بهطرف خود را بازتاب می‌کند) است. نورهای تابیده شده از بی نهایت دور موازی هستند،بنابراین همه آنها بعد از بازتابش نقطه خاصی به نام کانون می‌گذرند. برای ورود بهبحث با چند اصطلاح آشنا می‌شویم.

1.      مرکز آینه (C): نقطه‌ای استکه فاصله تمام نقاط سطح از آن نقطه ثابت است.

2.      کانون (F): نصف فاصله سطح تامرکز را کانون می‌نامند و فاصله و سطح بشقاب (رأس آینه) تا کانون فاصله کانونی (f) نامیده می‌شود.

3.      محور اصلی: خطی فرضی که وسط (رأس)بشقاب را به مرکز وصل کرده و کانون روی آن نیز کانون اصلی نامیده می‌شود.

پرتو نورهای تابیده شده نسبت به محور اصلی در بازتاب تقارن آینه‌ای دارند. پرتونورهایی که موازی محور اصلی بتابد حتما بازتاب آنها از کانون می‌گذرد (کانون اصلی) ، پس در آن نقطه حرارت و گرما بسیار بالاتر از اطراف است. پس اگر منبع آب در آننقطه قرار داده شود آب در اثر انرژی دریافتی از خورشید بسیار گرم خواهد شد و ایناساس یک کوره آفتابی است.

نمونه کوچک و قدیمی کوره آفتابیذره‌بیناست که از شیشه محدب یا حتی یختراشیده شفاف ساخته می‌شد. امروزه از اجسام آینه‌ای با توجه به ویژگی ساختمانی گفتهشده برای تولید آب گرم منازل در ابعاد محدود در پشت بامها و در ابعاد بزرگترساختمان بلند که نمای بیرونی آن به شکل کاو طراحی شده و در نمای جلویی آن ازشیشه‌های رفلکس و آینه‌ای برای بازتاب نور استفاده می‌شود، بطوری که بازتابها در یکنقطه در مقابل یعنی کانون جمع می‌شوند.

در کانون یک منبع آب قرار می‌دهند وبا لوله کشیهایی به توربین تولید برق وصل می‌کنند، با توجه به ابعاد ساختمان انرژیگرمایی دریافتی فوق العاده بالاست و بخار آب تولید شده با جریان شدید در لوله‌ها بهتوربین رسیده و باعث چرخش آن و تولید برق ارزان قیمت در چنین مجموعه نیروگاهی برق - آبی می‌گردد.
با توجه به پیشرفت صنعتی ، نیاز روز افزون به انرژی ، گرانی ،محدودیت منابع ، ناوگان حمل و نقل ،آلودگیهایزیست محیطی برخی منابع انرژی مثلسوختهای فسیلی، پسماندها و ... . استفادهاز انرژی خورشید به عنوان منبع سالم و تجدید پذیر انرژی در زمین راه کار مناسبیبرای منازل در جهت کاهش هزینه و آلودگی و ... باشد، بویژه که برخی مناطق به دلیلصعب العبور بودن و هزینه انتقال و تلفات انرژی بالایی دارند.

برای افزایش بهره‌وری در استفاده از بشقابها و نیروگاهها می‌توان موارد زیر را درنظر گرفت. موقعیت جغرافیایی ، اقلیمی ، ویژگیهای آب و هوا با توجه به آفتابی بودن ،طول روز مسیر ظاهری حرکت خورشید در آسمان از طلوع تا غروب و با استفاده از منابعاطلاعاتی در این مورد می‌توان اطلاعات لازم را بدست آورد.

استفاده از موادمناسب و طراحی آنها در جهت افزایش نسبت بازتاب به نور تابشی و همچنین برنامهرایانه‌ای و یک موتور برای چرخاندن دستگاه و مجموعه برای افزایش کارایی توصیهمی‌شود، طوری که بشقاب و مجموعه همواره مسیر حرکت خورشید را تعقیب کرده و متناسب باآن بچرخد. در برنامه رایانه‌ای استفاده از روش و نمودار رویدات و سلرز - مدار میلخورشید بر حسب عرض جغرافیایی ، انرژی رسیده به سطح و توان جذب و بازتاب سطح در منبعفوق سودمند است.

انرژی خورشیدی(1)

برای تبدیل حرارتی می‌توان یا ازجمع کننده‌های تختو یا ازآینه‌هایمتمرکز کننده استفاده کرد. از نظر ترمودینامیکی از جمع کننده‌های تخت ، دماینسبتا کمتری گرفته می‌شود در صورتی که باآینه‌های سهمویدمای بالاتر و حتی در بعضیشرایط دمای بیشتر از تحمل مواد مورد استفاده بدست می‌آید. روش تبدیلانرژی خورشیدیبهانرژیالکتریکی یا تبدیل انرژی حرارتی به ترموالکتریکی توسط ماشین حرارتی خورشیدی کهبه مولد الکتریکی ترمو - یونی جفت شده ، انجام می‌پذیرید (هنوز در مرحله آزمایشاست). با جریان هوای گرم که توسط انرژی خورشیدی تولید می‌شود، می‌توان یکدستگاه ماشین بادیرا بکار انداخت، ولی هنوزمثال عملی در این مورد وجود ندارد.

مولدهای ترموالکتریکی خورشیدی

یک مدار بسته متشکل از دو فلز هادی مختلف کهتوسط جوش به هم متصل می‌شود، می‌تواند محل یک جریان پیوسته‌ای است، به شرط آنکه بیندو محل اتصال جوش ، اختلاف دما وجود داشته باشد. با استفاده ازمواد نیم رسانامی‌توان بازده تبدیل قابلملاحظه‌ای بدست آورد. یک مولد ترموالکتریکی از تعدادی کوپلها (جفتها) تشکیل شده کههر کدام از آنها از دو عنصر حرارتی تشکیل یافته است: یکی از نوع P و دیگری نوع N توسط پل فلزی که با منبع گرم در تماس است، به هم مربوطند. انتهای دیگر هر دو به یکمقاومت بسته شده و در دمای منبع سرد نگهداری می‌شوند.

منبع گرمای مورداستفاده می‌تواند یک شعله یا انرژی حرارتی یک سیال باشد که به انرژی خورشیدی نیزاندیشیده‌اند. در این مورد می‌توان از یک جمع کننده تخت را که شامل یک یا چند صفحهشیشه‌ای جهت جلوگیری از اتلافهای حرارتی تهیه می‌شود، و یا یک آینه متمرکز کننده رانیز مورد استفاده قرار داد. بهتر است دمای منبع سرد نزدیک به دمای محیط باشد، یاحداقل از آن خیلی دور نباشد؛ مثلا از جریان آب استفاده کرد و برای تأسیسات بزرگ آبگرم بدست آمده برای مصارف خانگی پیشنهاد شده است.
توان ترموالکتریکی یکترموکوپل با رابطه زیر معین می‌شود:

(e = E/(T₂ - T₁

که E نیروی الکتروموتوری ترموکوپل در مدار بازبر حسب ولت ، T₁ و T₂دماهای منبعهای سرد و گرم بر حسب درجهمطلق هستند. اگر n ترموکوپل با همان منبعهای گرم و سرد باشند، نیروی الکتروموتوریدستگاه مساوی با(ne(T₂ - T₁است.

ترموکوپلهای تجارتی

ترموکوپلهای تجارتی معمولا توان ترموالکتریکی ضعیف وحدود 63 میکرو ولت بر درجه سانتیگراد هستند، به شرط آنکه اختلاف دما از 180 درجهسانتیگراد بیشتر نباشد. ترموکوپلی با یک آلیاژ مثبت متشکل از 35 درصد روی و 65 درصدآلومینیوم (شامل 2 درصدقلع ، 0.1 درصد نقره و 6 درصدبیسموت) و یک آلیاژ منفی 91 درصد بیسموت و 9 درصدآنتیموان توان ترموالکتریکی برای اختلاف دمای 80 درجه سانتیگراد به 280 میکرو ولت بر درجهسانتیگراد می‌رسد. متأسفانه به علت ذوب این آلیاژها در دمای 260 درجه سانتیگرادنمی‌توان آن را برای دماهای بالا بکار برد.

برای اصلاح بازده باید موادی باتوان ترموالکتریکی بالا را بکار برد و لازم است موادی که مورد استفاده قرارمی‌گیرند قابلیت هدایت گرمایی (K) ضعیف و مقاومت مخصوص (r) کمتری داشته باشند. تابه حال بازده 10 درصد با موادی که در اختیار دارند، برای دمای 500 درجه منبع گرم و 20 درجه منبع سرد بدست آمده است و با تکنیک خاصی بازده را به 12 درصد نیز بالابرده‌اند. اولین نمونه مولدهایی با جمع کننده تخت با یک یا دو صفحه شیشه‌ای و بدونمتمرکز کردن تشعشع خورشیدی بوده است. بازده حاصل از این نوع تبدیل انرژی خورشیدی بهانرژی الکتریکی حدود 0.5 درصد با جمع کننده‌های تخت بوده است. ترموکوپلهایی با نیمههادیها تهیه شده و توان ترموالکتریکی آنها بیشتر بوده است.

تولید انرژی از خورشید

چگونه می‌توانیم از گرمایخورشید برای تولیدانرژی استفاده کنیم. آیا از نور خورشید نیز می‌توان انرژی بدست آورد. برای اینکار ازباتریخورشیدی استفاده می‌شود که نور خورشید را می‌گیرد وبرق تولید می‌کند. باتریهای خورشیدی از ماده‌ای بنامسیلیسیومساخته می‌شود. هر باتری خورشیدیبرق بسیار ناچیزی تولید می‌کند. برای همین معمولا باید از تعداد زیادی باتری کنارهم استفاده شود تا مقدار برقی که بدست می‌آید، مفید و مناسب باشد.

این باتریهای خورشیدی براحتیتعمیر می‌شوند و نگهداری آنها ساده است و محیط را نیز آلوده نمی‌کنند. با استفادهاز باتریهای خورشیدی می‌توان دستگاههایی چونتلویزیون ،تلفن وپمپ آبرا بکار انداخت. در جاهایی که روزهایطولانی و آفتاب درخشان دارند، حتی می‌توان تمام برق مورد نیاز را از باتریهایخورشیدی گرفت. باتریهای خورشیدی خیلی سبک هستند و به راحتی می‌توان آنها را بهدهکده‌های دور افتاده برد. مردمی که همیشه در حرکت هستند نیز می‌توانند این باتریهارا همراه داشته باشند و هر کجا که می‌روند از برق آنها استفاده کنند. مثلا گروههایپزشکی که برای درمان مردم به صحراها و جاهای دور افتاده می‌روند، باتریهای خورشیدیرا برای روشن نگه داشتن یخچالهایشان بکار می‌گیرند تا داروها سالم و خنکبمانند.

با ساختننیروگاههای خورشیدی بزرگمی‌توان مقدارزیادی برق تولید کرد. البته این نیروگاهها در جاهایی مفید هستند که روزهای طولانی وآفتابی دارند. نیروگاه خورشیدی محیط را آلوده نمی‌کند، چون انرژی لازم را از خورشیدمی‌گیرد و نیازی به سوزاندنسوختهای فسیلیندارد. با استفاده از یکنیروگاه خورشیدی بزرگ ، برق مورد نیاز تمام خانه های یک شهر کوچک تولید می‌شود.

نیروی خورشیدی – برای امروز و همیشه

در نیروگاه خورشیدی ، با استفاده ازنیروی بخار ،‌ برق تولید می‌شود. تعداد زیادیآینه را بکار می‌گیرند تا نور خورشید را بر روی یک دیگ بخار بتابانند که در لوله‌هایدرون آن مایعی مثل روغن جریان دارد. روغن حرارت خورشید را می‌گیرد و آنقدر گرممی‌شود که می‌تواند آب دیگ را به بخار تبدیل کند. بخارتوربینرا به چرخش در می‌آورد. توربین همژنراتوررا می‌چرخاند و برق تولیدمی‌شود.

سولارواننام نیروگاه خورشیدی بزرگی است که در کالیفرنیایآمریکا ساخته شده است. این نیروگاه برج بسیار بلندی دارد. در بالای برج یک دیگ بخارقرار گرفته است. تعداد زیادی آینه اطراف برج روی زمین چیده شده‌اند و نور خورشید رابر دیگ می‌تابانند. به این ترتیب ، آب دیگ به بخار تبدیل می‌شود و بخار هم برایتولید برق مورد استفاده قرار می‌گیرد.

روی دیوار یک ساختمان بزرگ 10طبقه تعداد زیادی آینه قرار داده‌اند که یک آینه بشقابی بزرگ بوجود آمده است. اینآینهانرژیخورشید را از منطقه‌ای وسیع جمع آوری می‌کند و بر برجی می‌تاباند کهکوره دورن آن قرار دارد. آینه‌هایی که روی تپه مقابل قرار گرفته‌اند، خورشید را دنبالمی‌کنند و پرتوهایی آن را بر آینه بشقابی بزرگ می‌تابانند. جالب است بدانید کهتعداد این آینه‌ها حدود 11000 عدد است. نیروی خورشید وقتی مفیدتر خواهد بود کهبتوانیم آن را ذخیره کنیم. استخر خورشیدیمی‌تواند گرمای خورشید را تاساعتها پس از غروب آن ذخیره و نگهداری کند. این استخر سرپوشیده پوشش سیاه رنگی داردکه گرمای خورشید را می‌گیرد. آب استخر دارای نمک است که مقدار آن در عمق استخربیشتر می‌شود.

لایه‌های بالایی آب نمک کمتری دارند از خروج گرمای لایهپایینی که گرم و داغ شده است جلوگیری می‌کنند. ساختن این استخرها و استفاده از آنهاساده است. راههای زیادی برای استفاده از انرژی و نیروی خورشید وجود دارد. نیرویخورشید پاکیزه است و می‌توانیم انرژی مورد نیازمان را از آن بگیریم. ذغال سنگ،نفتوگاز هوا را آلوده می‌کنند و سرانجام یک روز تمام می‌شوند.اما خورشید به درخشش خود ادامهمی‌دهد و نیروی آن همیشگی و ماندنی است.

باتری خورشیدی

وسیله یا دستگاهی است که نور خورشید را مستقیما بهالکتریسیته یا برق تبدیل می کند. ماهواره‌هایی که بهفضا فرستاده می‌شوند، انرژی مورد نیازشان را از تعداد زیادی از همین باتریها می‌گیرند. بعضی ماشین حساب‌ها با باتری خورشیدی هم کار می‌کنند. در نقاط دور افتاده که برقندارند، با استفاده باتری خورشیدی می‌توان دستگاههایی مثل تلویزیون یا یخچال رابکار انداخت و امروزه دانشمندان ماشینها و حتی هواپیماهایی ساخته‌اند که نیروی خودرا از باتری خورشیدی می‌گیرند.

توربین

دستگاهی که شبیه چرخ آب است و وقتی آب یا بخار با فشار به پره‌هایآن برخورد می‌کند، به چرخش در می‌آید. این دستگاه انرژی جنبشی آب را می‌گیرد و بهحرکت چرخشی تبدیل می‌کند.

ژنراتور

دستگاهی است کهانرژیمکانیکی (حرکت چرخشی) را می‌گیرد و بهانرژیالکتریکی یا برق تبدیل می‌کند. معمولا ‌این حرکت چرخشی از یک توربین به ژنراتورمنتقل می‌شود.

سوخت فسیلی

فسیل کلمه‌ای خارجی (لاتین) و به معنی چیزی است که از زمینبیرون آورده می‌شود. غال سنگ ، نفت و گاز را سوخت فسیلی نامیده‌اند، چون از دل زمینبیرون آورده می‌شوند. سوختهای فسیلی در طول میلیونها سال بوجود آمده‌اند. جانوران وگیاهان ، پس از مرگ ، در زیر لایه‌های سنگ و خاک قرار گرفته‌اند و سالهای زیادی زیرفشار مانده‌اند تا به این سوختها تبدیل شده‌اند. بنابراین ، اگر سوختها به همینترتیب مصرف شوند، سرانجام روزی تمام خواهند شد و در این مدت ، ذخیره جدیدی جای آنرا پر نخواهد کرد.

عایق

کوره آفتابی

کوره آفتابی با استفاده از انرژی خورشید گرم می شود (درکوره‌های دیگر ، نوعی سوخت را می‌سوزاند تا گرمایش به کوره منتقل شود.) معمولا بااستفاده از تعداد زیادی آینه ، پرتوهای نور خورشید را جمع آوری و پرقدرت می‌کنند ومجموعه آنها را بر روی کوره می‌تابانند تا دمایش خیلی بالا رود. ذرهبین وسیله‌ای است که همین کار را انجام می‌دهد. شاید دیده باشید که وقتی ذرهبین را مقابل خورشید می‌گیریم و مجموعه پرتوهای آنرا به صورت یک نقطه مثلا روی پوستیا کاغذ می‌تابیم، آن قدر حرارت ایجاد می‌شود که پوست می‌سوزد و یا کاغذ آتشمی‌گیرد.

نیروگاه خورشیدی

نیروگاه مخصوصی که برای تولید برق از انرژی گرمایی خورشیداستفاده می کند. از این انرژی برای گرم کردن یک کوره آفتابی استفاده می‌شود که بخارلازم را تولید می‌کند. از این مرحله به بعد ، کار همانند نیروگاههای دیگر انجاممی‌شود: بخار ، توربینها را می‌چرخاند و توربین هم ژنراتورها را بکار می‌اندازد تابرق تولید شود

کوره های القایی

کوره های القایی در مقایسه با کوره های سوخت فسیلی دارای مزایای فراوانی از جمله دقت بیشتر ، تمیزی و تلفات گرمایی کمتر و ... است . همچنین در کوره هایی که در آنها از روشهای دیگر ، غیر القاء استفاده می شود ، اندازه کوره بسیار بزرگ بوده و در زمان راه اندازی و خاموش کردن آنها طولانی است . عبور جریان از یک سیم پیچ و استفاده از میدان مغناطیسی برای ایجاد جریان در هسته سیم پیچ ، اساس کار کوره های القایی را تشکیل می دهد . در این کوره ها از حرارت ایجاد شده توسط تلفات فوکو و هیسترزیس برای ذوب فلزات یا هرگونه عملیات حرارتی استفاده می شود .

نخستین کوره القایی که مورد بهره برداری قرار گرفت از شبکه اصلی قدرت تغذیه میشد و هیچگونه تبدیل فرکانسی صورت نمی گرفت . با توجه به اینکه افزایش فرکانس تغذیه کوره موجب کاهش ابعاد آن و بالا رفتن توان (تلفات) می شود ، برای رسیدن به این هدف ، در ابتدا منابع تغذیه موتور ژنراتوری مورد استفاده واقع گردید . هر چند با این منابع می توان فرکانس را تا حدودی بالا برد ، ولی محدودیت فرکانس و عدم قابلیت تغییر آن و در نهایت عدم تطبیق سیستم تغذیه با کوره ، دو عیب اساسی این سیستمها به شمار میرفت . با توجه به این معایب ورود عناصر نیمه هادی به حیطه صنعت موجب گردید منابع تغذیه استاتیک جایگزین منابع قبلی شوند .

در سال ۱۸۳۱ میلادی مایکل فارادی (Faraday) با ارائه این مطلب که اگر از سیم پیچ اولیه ای جریان متغیری عبور کند ، در سیم پیچ ثانویه مجاورش نیز جریان القاء میشود ، تئوری گرمایش القایی را بنا نهاد . علت اصلی این پدیده القاء ، تغییرات شار در مدار بسته ثانویه است که از جریان متناوب اولیه ناشی میشود . نزدیک به یکصد سال این اصل در موتورها، ژنراتورها ، ترانسفورماتور ها ، وسایل ارتباط رادیویی و ... بکار گرفته می شد و هر اثر گرمایی در مدارهای مغناطیسی به عنوان یک عنصر نا مطلوب شناخته می شد . در راستای مقابله با اثرات حرارتی در مدارهای مغناطیسی و الکتریکی از سوی مهندسین گامهای موثری برداشته شد . آنها توانستند با مورق نمودن هستهِ مغناطیسی موتورها و ترانسفورماتورها ، جریان فوکو(Eddy Current) را که عامل تلفات حرارتی بود مینیمم نمایند .

به دنبال آزمایشات فارادی ، قوانین متعددی پیشنهاد شد . قوانین لنز (Lenz) و نیومن (Neuman) نشان دادند که جریان القاء‌ شده با شار القایی مخالفت کرده و به طور مستقیم با فرکتنس متناسب می باشد . فوکو (Focault) در سال ۱۸۶۳ در مقاله ای تحت عنوان "القاء جریان در هسته" (The Induction Of Current in Cores) که توسط هویساید (Heviside) منتشر گردید نظریه ای راجع به جریان فوکو ارائه داد و در رابطه با انتقال انرژی از یک کویل به یک هسته توپر بحث نمود . علاوه بر افراد فوق ، تامسون (Thomson) نیز در ارائه نظریه گرمایش از طریق القاء سهم بسزایی داشت .

در اواخر قرن نوزدهم استفاده از تلفات فوکو و هیسترزیس به عنوان منبع گرمایش القائی از طرف مهندسین مطرح شد . همچنین در اوایل قرن اخیر در کشورهای فرانسه ، سوئد و ایتالیا بر اساس استفاده از خازنهای جبران کننده توان راکتیو پیشنهاداتی برای کوره های القایی بدون هسته ارائه شد . در این پیشنهادات بیشتر ذوب فلزات در فرکانسهای میانی مورد نظر بود .

دکتر نورث روپ (Northrup) ایده کوره با فرکانس میانی را برای موارد صنعتی گسترش داد . در روزهای نخستین ، بر اثر نبود امکانات از جمله خازنهای با ظرفیت کافی و قابل اطمینان ، توسعه و پیشرفت متوقف شد . بعدها در سال ۱۹۲۷ کمپانی کوره های الکتریکی (Electrical Furnace CO. [EFCO.]) نخستین کوره الکتریکی با فرکانس میانی را در شفیلد انگلستان و به منظور آهنگری و گرمادهی موضعی فلزات جهت اتصال به یکدیگر ، نصب کرد . بعد از این ، تعداد و اندازه این کوره ها رو به افزایش گذاشته است . لازم به ذکر است که مزیتهای دیگر کوره های القایی همچون دقت زیاد برای گرم کردن تا عمق مورد نظر و حرارت دادن نواحی سطحی در طی پیشرفتهای بعدی ( در سالهای جنگ جهانی دوم ) بیشتر آشکار شد . در گرمایش القایی عدم نیاز به منبع خارجی گرم کننده ، تلفات گرمایی کمتر شده و تمیزی شرایط کار تامین میگردد . در این روش همچنین نیازی به تماس فیزیکی بار و کویل نبوده و علاوه بر این چگالی توان بالا در مدت زمان گرمایش کم به آسانی قابل دسترس می باشد .

در ابتدا کوره های القایی مستقیماً از شبکه قدرت تغذیه می شدند که بنوبه خود گام موفقی در استفاده از توان الکتریکی جهت عملیات حرارتی بحساب میآمد .

از آنجائیکه تلفات فوکو و هیسترزیس با فرکانس نسبت مستقیم دارند و اینکه ابعاد کویل کوره با بالا رفتن فرکانس کاهش می یابد ، مهندسین به فکر تغذیه کوره در فرکانسهای بالاتر از فرکانس شبکه قدرت افتادند . اولین قدم در این راه استفاده از فرکانسهای دو برابر و سه برابر که از هارمونیکهای دوم و سوم بدست می آمدند ، بود .

این هارمونیکها بر خلاف طبیعت مخرب خود در این نوع کاربرد سودمند تشخیص داده شدند . پائین بودن راندمان در استفاده از هارمونیکهای فوق موجب گردید طراحان روش دیگری را مورد استفاده قرار دهند در این مرحله سیستم موتورـژنراتور توسعه یافت که با استفاده از این سیستم توانستند فرکانس تغذیه را تا صدها هرتز افزایش دهند . در کوره های القایی افزایش فرکانس باعث کاهش عمق نفوذ جریان القایی میگردد لذا در عملیات حرارتی سطحی که سختکاری سطح فلز ، مورد نظر می باشد از کوره های القایی با فرکانس بالا استفاده می شود . با ورود عناصر نیمه هادی مانند تریستورها ، ترانزیستورها و موسفت ها به حیطه صنعت محدودیت فرکانس و عدم تغییر آن ، در تغذیه کوره ها مرتفع شد .

▪ از لحاظ سیستم قدرت میتوان سیستمهای القایی را به چهار دسته اساسی تقسیم نمود :

الف ) سیستمهای منبع (Supply Systems)

در این سیستمها که فرکانس کار آنها بین ۵۰ تا ۶۰ هرتز و ۱۵۰ تا ۵۴۰ هرتز می باشد احتیاجی به تبدیل فرکانس نیست و با توجه به فرکانس کار ،‌ عمق نفوذ جریان زیاد بوده و حدود ۱۰ تا ۱۰۰ میلیمتر می باشد . همچنین مقدار توان لازم تا حدود چندین صد مگا وات نیز میرسد .

ب ) سیستمهای موتورـژنراتور (Motor-Generator Systems)

فرکانس این سیستمها از ۵۰۰ هرتز تا ۱۰ کیلو هرتز می باشد . در این سیستمها تبدیل فرکانس لازم بوده و این عمل بوسیله ژنراتورهای کوپل شده با موتورهای القایی صورت می پذیرد . همچنین در این سیستمها توان به وسیله ماشینهای ۵۰۰ کیلو وات تامین میگردد و برای بدست آوردن توانهای بالاتر ،‌ از سری کردن ماشینها استفاده میشود . عمق نفوذ در این سیستمها به خاطر بالاتر بودن فرکانس نسبت به سیستمها منبع ، کمتر بوده و در حدود ۱ تا ۱۰ میلیمتر است .

ج ) سیستمهای مبدل نیمه هادی (Solid-State Converter Systems)

در این سیستمها فرکانس در محدوده HZ۵۰۰ تا KHZ‌۱۰۰ بوده و تبدیل فرکانس به طرق گوناگونی صورت میپذیرد . در این سیستمها از سوئیچهای نیمه هادی استفاده میشود و توان مبدل بستگی به نوع کاربرد آن تا حدود MW۲ میتواند برسد .

د ) سیستمهای فرکانس رادیویی (Radio-Frequency System)

فرکانس کار در این سیستم در محدوده KHZ۱۰۰ تا MHZ۱۰ می باشد . از این سیستمها برای عمق نفوذ جریان بسیار سطحی، در حدود ۱/۰ تا ۲ میلیمتر استفاده می گردد و در آن از روش گرمایی متمرکز با سرعت تولید بالا استفاده میگردد .

سایت برق و قدرت

چدن چكش خوار :

چكيده :

چدن چكش خوار يك آلياژ آهن ـ كربن به عمل آمده تحت گرماست كه در شرايط ريخته گري به حالت انجماد درمي آيد. با يك ساختار بدون گرافيت. يعني ميزان كل كربن به شكل محكم شده (سيماني شده) وجود دارد. (Fe3C)

دو گروه از چدن هاي چكش خوار مشخص شده است. (چدن چكش خوار ميان سفيد و ميان سياه) كه بوسيله تركيب شيميايي، چرخه دما و زمان جريان گداختگي ، فضاي گداختگي و
ويژگي ها و ريزساختار حاصل از آن تشخيص داده مي شود.

چدن چكش خوار يك آلياژ ـ آهن ـ كربن به عمل آمده تحت گرما است. كه در شرايط ريخته گري به حالت انجماد درمي آيد. دو گروه از چدن هاي چكش خوار مشخص شده است. (چدن چكش خوار ميان سفيد و ميان سياه) كه بوسيله تركيب شيميايي، چرخه دما و زمان جريان گداختگي ، فضاي گداختگي و ويژگي ها و ريزساختار حاصل از آن تشخيص داده مي شود.

چدن چكش خوار ميان سفيد :

ريزساختار چدن چكش خوار ميان سفيد بستگي به اندازه بخش دارد. بخش هاي كوچك شامل پرليت و كربن بازپخت در زمينه فريتي هستند. در بخش هاي بزرگ سه منطقه وجود دارد:

ـ منطقه سطح كه شامل فريت (آهن) خالص است.

ـ منطقه مياني كه داراي كربن بازپخت و فريت (آهن) و پرليت است.

ـ منطقه هسته شامل پرليت، كربن بازپخت و دخول فريتي.

ريزساخت نبايد شامل گرافيت ورقه باشد.

چدن چكش خوار پرليتي و ميان سياه :

ريزساختار چدن چكش خوار ميان سياه يك قالب و زمينه ضرورتاً از فريت (آهن) دارد.

ريزساختار چدن چكش خوار پرليتي داراي كي قالب برطبق درجه مشخص شده از پرليت يا محصولات تغيير شكل محصولات سخت شده است.

گرافيت به شكل برآمدگي هاي كربن بازپخت وجود دارد. ريزساختار نبايد شامل گرافيت ورقه باشد.

سيستم تعيين (انتخاب) چدن چكش خوار :

تعيين براساس ISO 5922 (1981) چدن چكش خوار شامل يك حرف نشانگر نوع آهن و دو عدد نشانگر قدرت كششي و دو عدد نشانگر امتداد حداقل است.

الف) حروف كه نشانگر نوع چدن چكش خوار هستند مي توانند باشند:

W ـ براي چدن چكش خوار ميان سفيد

B ـ براي چدن چكش خوار ميان سياه

P ـ براي چدن چكش خوار پرليتي

پس از اين حرف يك فاصله بكار مي رود.

ب) اولين دو عدد نشانگر قدرت كششي حداقل است. برحسب نيوتن در هر ميلي مترمربع، از يك قطعه آزمايشي به قطر 12 ميلي متر تقسيم بر 10 ـ براي مثال: اگر حداقل قدرت كششي N/mm² 350 باشد عدد تعيين 35 خواهد بود.

ج) دو عدد بعدي نشانگر امتداد حداقل است. (L₀ = 3d) بعنوان درصدي از قطعه آزمايشي به قطر 12 ميلي متر. يك عدد صفر بايد اولين عدد باشد وقتي كه مقدار كمتر از 10% باشد براي مثال اگر حداقل امتداد 4% باشد عدد تعيين 4 است و اگر حداقل امتداد 12% باشد عدد تعيين 12 است.

براي مثال عدد تعيين چدن چكش خوار ميان سفيدي كه داراي حداقل قدرت كششي N/mm² 400 و حداقل امتداد 5% هنگاميكه بر روي يك قطعه آزمايشي به قطر 12 ميلي متر اندازه گيري مي شود. W40_05 خواهد بود.

تركيب شيميايي چدن چكش خوار :

تركيب شيميايي چدن چكش خوار عموماً مطابق با محدوده داده شده در جدول 1 است. مقادير كوچك كُرُم (03/0% تا 01/0%) ـ بور (0020/0%) ـ مس (0/1% < ) ـ نيكل (8/0% تا 5/0%) و موليبدن (5/0% تا 35/0%) نيز گاهي وجود دارند.

جدول (1) : تركيب شيميايي چدن چكش خوار

خصوصيات مكانيكي آهن چكش خوار :

آهن چكش خوار، مانند آهن نرم (واكتيل) مقدار قابل ملاحظه اي نرمي و سفتي را به دليل تركيب آن از گرافيت گره دار و قالب فلزي كم كربن دارد.

به هر حال به علت روشي كه در آن گرافيت شكل مي گيرد در آهن چكش خوار، گره ها به درستي كروي نمي شوند آنگونه كه در آهن نرم (واكتيل) هستند ولي به شكل نامنظم و بي قاعده
جمع مي شوند.

آهن چكش خوار و آهن نرم (واكتيل) براي بعضي از كاربردهايي كه در آن نرمي و سفتي مهم هستند بكار مي روند. در بسياري از موارد انتخاب بين آهن نرم و چكش خوار براساس اقتصاد يا دسترسي به آن است بجاي اينكه براساس ويژگي ها و خصوصيات باشد.

در كاربردهاي خاصي به هر حال آهن چكش خوار يك مزيت مشخص دارد. آن ترجيح داده مي شود براي ريخته گري بخش كوچك :

ـ براي قسمتهايي كه بايد سوراخ شده، تازه درست مي شوند و يا با سرما شكل داده مي شوند.

ـ براي قسمتهايي كه نياز به حداكثر قابليت تراش را دارند.

ـ براي قسمتهايي كه بايد اثر مقاومت خوبي را در دماهاي پايين حفظ كنند.

ـ براي قسمتهايي كه مقاومت را مي پوشانند (فقط آهن چكش خوار)

آهن نرم (واكتيل) مزيت واضحي دارد جائيكه انقباض تبديل به حالت انجماد براي پرهيز از قطرات گرم به مقدار كم مورد نياز است و يا جائيكه آن بخش بيش از حد ضخيم است و اجازه نمي دهد. تبديل به انجماد همانند آهن سفيد انجام شود (تبديل به انجماد مانند آهن سفيد در تمام يك بخش براي توليد آهن چكش خوار ضروري است.)

ريخته گري هاي آهن چكش خوار در ضخامت هاي بخشي در محدوده از حدود 5/1 تا 100 ميلي متر و وزن هاي كمتر از 03/0 تا 180 كيلوگرم يا بيشتر توليد مي شود.

ويژگي هاي مكانيكي قطعات آزمايشي چدن چكش خوار بايد مطابق با ارقام داده شده زير باشد:

جدول (2): خصوصيات مكانيكي چدن چكش خوار ميان سفيد

جدول (3): خصوصيات مكانيكي چدن چكش خوار پرليت و ميان سياه

عمليات ذوب :

ذوب مي تواند با سرد كردن منقطع ذوب يا با فرآيند دوپلكس انجام شود. سرد كردن ذوب در كوره هاي القا (يا اندوكسيون) كانال مانند يا فاقد هسته، كوره هاي قوس الكتريكي ، يا كوره هاي طاقي انجام مي شود. در دوپلكس، آهن در يك كوره قوس الكتريكي يا طاقي ذوب مي شود و فلز ذوب شدني به كوره القاء (يا اندوكسيون) كانال مانند براي نگهداري و ريخته گري انتقال
داده مي شود.

مواد شارژ (بازگشت ريخته گري، تراشيدن فولاد، آلياژهاي آهن و به جز در ذوب طاقي، كربن) به دقت انتخاب مي شوند و عمل ذوب به خوبي كنترل مي شود براي توليد فلز كه داراي تركيب و ويژگي هاي مطلوب باشد.

اصطلاحات كوچكي در تركيب و دماي ريخته گري در مرحله دوم ذوب دوپلكس انجام مي شود ولي بيشتر اين روند كنترل در كوره ذوب اوليه صورت مي پذيرد. قالب ها در شن سبز، شن داراي سيليكات CO₂ ، يا شن داراي صمغ (قالب هاي پوششي) توليد مي شوند.

دامنه وسايل و تجهيزات از ماشين آلات كاملاً اتوماتيك و مكانيزه تا روش هاي قالب گيري دستي يا مورد نياز در كف زميني، بسته به اندازه و تعداد، ريخته گري مورد توليد متغير است. بطور كلي تكنولوژي قالب گيري در ريخته گري آهن چكش خوار شبيه به تكنولوژي مورد استفاده براي توليد آهن خاكستري است.

عمليات گرما در كوره هاي مداوم كنترل شده با توليد بالا يا كوره هاي نوع منقطع كه مجدداً بستگي به نيازمندي هاي توليد دارند انجام مي شود.

پس از تبديل به انجماد و سرد شدن فلز به حالت آهن سفيد درمي آيد و دريچه ها (گسيت ها) و sprues خط تغذيه مي تواند به راحتي از ريخته گري با ضربه برداشته شود.

با اين عمل كه sprues (مهميز زدن) نام دارد عموماً به صورت دستي با چكش انجام مي شود زيرا تنوع و گوناگوني قطعه توليد شده در ريخته گري موجب مي شود كه مهميز كردن (spuring) اتوماتيكي و مكانيزاسيون خيلي مشكل بشود. پس از مهميز كردن (spuring) قطعه هاي ريخته گري تحت عمليات گرما قرار مي گيرند در حاليكه دريچه ها و بالا برنده ها به قسمت ذوب براي عمليات مجدد برمي گردند.