جدایش ماکروسکوپی

هنگامی که جریان ماکروسکوپی در طول انجماد قطعه رخ می‌دهد ، ممکن است محتویات  مناطق جدایش یافته میکروسکوپی ، در فواصل دور تر بسته به اینکه الگوی جریان همگرا باشد- منقرق  با متمرکز شود که در نتیجه آن جدایش ماکروسکوگی در فطعه رخ می دهد این سازماندهی مجدد الگوی توزیع عناصر شیمیایی در قطعه ، به اندازه‌ای می‌شود که از مقدار فاصله قابل حذف توسط عملیات حرارتی ، بزرگتر است  . مدت زمان عملیات حرارتی لازم برای رفع این مشکل ، شاید به اندازه قدمت  زمین(در مقیاس تحولات زمین شناسی) باشد و بدین جهت انجام آن توصیه نمی‌شود وقوع جدایش ماکروسکوپی ، موجب اخلال در تمام اهداف کاربردی  وویژگی های دائمی   قطعات می شود. بعضی از گونه های این نوع جدایش ، در ادامه توضیح داده خواهد شد. ریخته گری شمش های فولادی ، جدایش ناخالصیها درسر شمش معمولاً به عنوان جدایش مثبت یا معمولی شناخته می‌شود. این نوع جدایش به حدی مضر است که برای هر حذف آن معمولاً باید بالای شمش قطع شده و دور انداخته شود. بدین ترتیب ، بروز جدایش مثبت که باعث کاهش شدید بازده سالیانه  تولید فولاد شده و ضررهای اقتصادی زیادی را در پی دارد ، مهمترین نیروی محرکه توسعه فرآیند ریخته گری پیوسته در دهه ۱۹۶۰ میلادی شد. در حال حاضر ریخته گری پیوسته تقریباً در تمام جهان به عنوان مطرح ترین روش تولید شمش های فولادی مورد استفاده قرار می گیرد. جدایش معکوس ۲ نوع دیگری از جدایش است که به خوبی شناخته شده و از آنجا که معمول ترین جدایش است که در شرایط انجماددندریتی  رخ می دهد ، نویسنده  ترجیح می دهد آنرا جدایش دندریتی  دو به نامد  در این مورد ،  محلول جدایش یافته به طور ترجیحی در سطوح قالب(به ویژه اگر قالب سرد باشد) جدایش می یابد(شکل8-1-الف) اثر مشابهی نیز در نقاط در تماس با سطوح نازکتر- که به عنوان مبرد عمل می کنند- رخ می دهد این پدیده در شکل(1-8-ب) نشان داده شده است. در این شکل توزیع عناصر آلیاژی به صورت جزئی بهم خورده است. در برخی آلیاژها همچون  آلیاژ A1-C4.5% CU که به دلیل داشتن استحکام بالا در کاربردهای تحت  تنش های بالا استفاده می شود ، همین انحراف جزئی از معیار شیمیایی ، به راحتی منجر به خروج خواص آلیاژ از محدوده مجاز می گردد. معمولا انتظار می‌رود نواحی غنی شده از عناصر آلیاژی دری قطعه ریخته گری ، خیلی سخت و حتی شکننده بوده و بر عکس ، مناطق تهی شده  از عناصر  سلول ، استحکام ضعیفی داشته باشد. آنچه که نگرانی بزرگتری ایجاد می کند ، این است که تفاوت آشکار در خواص مکانیکی ، فاصله های بسیار نزدیک به مناطق با مقطع متغیر- که محل تمرکز تنش هستند- واقع شود(شکل8-1-ب)  به طور طبیعی ، در یک میدان گرمایی پیچیده و در جایی که هندسه قطعه  نیازمند توضیح همه جانبه مایع باقیمانده برای تغذیه حفرات انقباضی است ،  تغییرات شیمیایی می‌تواند توزیع پیچیده‌ای داشته باشد که همیشه و به راحتی قابل پیش بینی نیست  مگر اینکه احتمالاً به وسیله ای شبیه سازی های رایانه‌ای پیچیده ممکن گردد.  یکی از انواع شدید با کاملا مشهود جدایش معکوس ، با انباشته شدن مایع رسوبی در سطوح قطعه رخ می دهد در واقع می‌توان گفت که مایع ، درصد نفوذ کرده و بصورت تراوش ، بر روی سطح قطعه جدایش می یابد این نوع فرآورده غالباً در آلیاژهای یوتکتیک  با دمای ذوب پایین شایع است . یک نمونه معروف از این نوع جدایش ، عرق قلع  بر روی قطعات یا شمشهای برنز است که به صورت دانه فاز  یوتکتیک  غنی از قلع  در سطح  آلیاژهای پایه مثل ظاهر می‌شود. نیرو محرکه این گونه تراوش ها ،گاهی اوقات ، انقباض ناشی از سر شدن و گاهی نیز ناشی از افزایش فشار داخلی در اثر روسو به گازهای محلول در مذاب است. در آلیاژهای آلومینیوم- سیلیسیم نیز تراوش ترکیب یوتکتیک  به سطح مبردهای  مورد استفاده ، رایج است. وجودمبرد  در این مورد  ، مهمترین علت انجماد سریع مذاب است. با این حال در اثر سرد شدن ،سطح قطعه  منقبض مبرد  دور می شود که این امر باعث گرم شدن و ذوب مجدد شده و امکان جریان یافتن مایع   جدایش یافته به درون فاصله هوایی ایجاد شده میان سطح قطعه سنگین و شمش های فولادی ، توزیع به طور قابل توجهی در پایین تغذیه افزایش می‌یابد ، از آنجا که تغذیه آخرین بخشی از قطعه است که انجماد می یابد ، عناصر آلیاژی به مذاب درون آن پس زده میشوند و به همین علت ، موضوع موجود در تغذیه سرشار از کربن و سایر ان عناصر مانند فسفر و گوگرد خواهد بود. اما این مسابقه باید تا آخرین مراحل انجماد ، تغذیه قطعه به پردازد ، در نهایت برای جبران انقباض همراه با انجماد به داخل قطعه مکیده  می شود (شکل8-2) تحقیقات زیادی در این خصوص انجام گرفته است و در حال حاضر ، راهکارهای منطقی و قابل درک برای کاهش این مشکل وجود دارد. نخستین بار ، فلمینگ در سال ۱۹۷۱ میلادی با توجه به این واقعیت که بسته به همگرایی یا واگرایی جریان تغذیه ، جدایش می‌تواند به صورت مثبت یا منفی رخ دهد ، تشریح این مشکل پرداخت.  از ساده‌ترین راهکارها برای کاهش مشکلات مذکور ، افزایش حجم تغذیه است که باعث می‌شود که تیم ذوب رسانه در حین انجماد قطعه ، غلظت مذاب موجود در تغذیه افزایش چندانی نداشته باشد. به نظر می‌رسد که در این مورد نیز ، استفاده از شبیه سازی رایانه های کمک شایانی به درک و تشریح مسئله کرده و ابزار نهایی برای حل این مشکل باشد. نوع دیگر از جدایش مثبت ، در نتیجه جریان مذاب و نیروی گرانش به وجود می آید. نمونه شناخته شده‌ای از جدایش گرانشی  موضوع ، متمرکز یا انباشتگی کربن و سایر عناصر سبک  نظیر گوگرد و فسفر در بالای قطعات بزرگ از جنس آلیاژ های ریخته گری آهنی است. در مقابل ، در فولادهای ابزار ، تمرکز عناصر سنگین نظیر تنگستن  و مولیبدن  برپایی این قطعه اتفاق می افتد جدایش گرانشی در جامع ، به صورت رسوب بلورهای هم محور از فاز جامد درون مذاب و در پایان این قطعه در حال انجماد ، رخ می دهد و باعث می شود تا بخش های پایینی قطعه- که از نخستین بخش های فلزی انجماد یافته تشکیل شده‌اند- دارای خلوص بالاتری نسبت به سایر بخش ها باشند. برخی دیگر از فرایند های خالص سازی در طول انجماد ، ممکن است به دلیل واگرا بودن جریان مایع رسوبی در سراسر منطقه مذکور رخ دهد. کل این اثر به عنوان جدایش منفی شناخته می شود.

در جدایش کانالی ، تمرکز زیادی از محلولهای جدایش یافته و ناخالصی ها وجود دارد که به عنوان یکی دیگر ویژگی های   قطعات حجیم یا قطعاتی با سرعت سرد شدن کم شناخته می شود. در شمش های فولادی ، جدایش های نوع A و V بسیار رایج بوده که البته شدت بروز آنها در شمشک های ریخته شده به روش ریخته گری پیوسته بسیار کمتر است. در  سوپر آلیاژ های پایه  نیکل ، این جدایش معمولاً با عنوان عیب خالدار شدن شناخته می شود.  همانگونه که گفته شده ، تغییرات ناشی از جدایش در ترکیب شیمیایی قطعات ریخته گری- در بعضی نقاط خاص-  ممکن از باعث انحراف و موضعی آلیاژ ریخته گری از خواص مورد انتظار  گردد. اگر این انحراف جدی باشد ، وقوع ترکیه ای موضعی در مناطق دارای متمرکز تنش ، کارکرد قطعه او را با تهدید مواجه می سازد. بنابراین قبل از عملیات ریختگری ، احتمال تشکیل چنین مناطقی در قطعه ریخته گری باید به دقت مورد ارزیابی قرار گیرد و مقدار مجاز جدایش در یک محدوده قابل قبول ، تعیین شود. در غیر این صورت ، لازم است از روشهای مختلفی که برای کاهش وقوع جدایش وجود دارد ، استفاده گردد. هر چند سخن گفتن درباره راه حل های این مشکل از انجام آنها خیلی راحت‌تر است ، اما سرد کردن موضعی قطعه با استفاده ازمبرد  و پرک  را می‌توان به عنوان یک راهکار عملی و ساده در حل مشکل جدایش ، معرفی کرد.