در هر مرحله از ساخت جواهرات، عوامل زیادی وجود دارد که می‌تواند بر کیفیت  نهایی جواهر ساخته شده اثر منفی داشته باشد.  به همین دلیل، کنترل فرایند بسیار مهم است. بسیاری از تولیدکنندگان گچ‌های ریخته‌گری، با ارائه یک محصول ثابت و دستورالعمل‌های مصرف آن، به ریخته‌گر کمک می‌کنند تا متغیرهای فرایند را کنترل کند. شرایط نگهداری نامطلوب، کیفیت نامناسب آب، نسبت اختلاط اشتباه آب و پودر، اختلاط ناکافی، دمای کنترل نشده و.... همگی مواردی هستند که می‌توانند کیفیت ریخته‌گری را کاهش داده و موجب اتلاف وقت و هزینه می‌شوند. این مقاله با عنوان  بررسی پودر ریخته‌گری فلزات گران‌بها از لحاظ عملکردی داده‌هایی را ارائه می‌کند که نشان می‌دهد برخی از فاکتورهای فرایندی نظیر کیفیت آب، دمای آب و پودر و همچنین نسبت اختلاط آب و پودر چطور بر کیفیت نهایی ریخته‌گری اثرگذار خواهد بود.

معرفی

پودر ریخته‌گری فلزات گران‌بها ساخته شده از مواد نسوز است. مواد نسوز می‌توانند در برابر دماهای بالا بدون اینکه تجزیه شوند، پایدار بمانند. پودر ریخته‌گری با دارابودن ترکیبی ویژه و با ایجاد پیوند شیمیایی بین آب و گچ، ساختار مستحکم و یکنواختی تشکیل می‌دهد. مانند بسیاری از واکنش‌های شیمیایی، سرعت انجام آن به دما و ترکیبات واکنش‌دهنده وابسته است. تولیدکنندگان پودرهای ریخته‌گری در تلاش‌اند با تهیه مواد اولیه خالص، باکیفیت و یکنواخت واکنش‌های محصول خود را کنترل نمایند. این در حالی است که گاهی اوقات ترکیبات طبیعی موجود در آب می‌تواند تمام تلاش‌های تولیدکنندگان را نقش‌برآب کند.

ویژگی‌های مهم

زمان ریزش: زمان ریزش تقریباً مشابه زمان کارکرد پودر ریخته‌گری ترکیب شده با آب تعریف می‌شود.

 زمان کارکرد: از لحظهٔ اول اختلاط آب با گچ آغاز شده و تا زمان تغلیظ ادامه پیدا می‌کند. پودر ریخته‌گری تولید شرکت فرزان بسپار امیرکبیر دارای زمان کارکرد بسیار مناسب و مطابق با استاندارهای جهانی تعریف شده است.

زمان ریزش: به مدت زمانی اطلاق می‌شود که از لحظه اختلاط گچ و آب و ایجاد یک دوغاب کاملاً سیال آغاز شده و تا زمانی که دوغاب امکان جاری‌شدن داشته باشد ادامه می‌یابد.

پر واضح است که زمان کارکرد و روانی حین ریزش علاوه بر ویژگی‌های شیمیایی گچ به عملکرد مصرف‌کننده نیز وابسته است.

زمان‌گیرش: زمان‌گیرش به مدت زمانی اطلاق می‌شود که مخلوط گچ و آب به‌قدری سخت شود که سوزن ویکات بیش از 1 میلی‌متر نفوذ نکند. سوزت ویکات 1 میلی‌متر قطر داشته و 300 گرم وزنه پشت آن قرار دارد. زمان‌گیرش در واقع زمانی است که گچ به 22 درصد از استحکام نهایی خود رسیده است. پس از رسیدن زمان‌گیرش معمولاً 1 تا 2 ساعت زمان لازم است تا سیلندر حاوی گچ آماده قرارگیری در کوره شود.

ریزش

برای اندازه‌گیری سیالیت یک پودر ریخته‌گری، از آزمون ریزش استفاده می‌شود. آزمون ریزش با استفاده از تجهیزات ویژه پس از اختلاط آب و گچ در آزمایشگاه مجهز شرکت فرزان بسپار امیرکبیر اندازه‌گیری می‌شود.

استحکام

مقاومت فشاری به میزان فشار موردنیاز برای تخریب مخلوط آب و گچ 2 ساعت پس از آماده سازی اطلاق می شود. معمولا استحکام در دو حالت پیش و پس از کوره بررسی می شود. استحکام گچ ریخته گری پس از کوره به شدت تضعیف شده و شرایط رهایش شاخه ی ریخته گری شده از گچ پخت شده را فراهم می کند.

گچ‌های ریخته‌گری شرکت فرزان بسپار امیرکبیر پس از قرارگیری در کوره، پخت کامل و طی‌کردن فرایند ریخته‌گری، به‌راحتی شاخه را رها می‌کند.

برای به‌دست‌آوردن نتایج دقیق و قابل‌تکرار مقاومت فشاری، رعایت دقیق مجموعه‌ای از فرایندها بسیار مهم است.  نتایج را می‌توان تحت‌تأثیر مدت‌زمان اختلاط، شدت دور هم زن، قدرت مکش دستگاه هواگیری، میزان حباب هوای به‌دام‌افتاده، آسیب زودهنگام به سیلندری که کاملاً خشک نشده و.... دانست.

ریخته‌گری

ریخته‌گری در نسبت‌های مختلف آب به پودر بسته به نوع محصول موردنیاز، از بسیار ظریف تا بسیار ضخیم، از سیلندرهای بسیار کوچک تا بسیار بزرگ قابل‌انجام است. مدت‌زمان اختصاص‌داده‌شده به هر مرحله از ریخته‌گری باید کاملاً مشخص و شفاف باشد. عموماً این مشخصات و دستورالعمل‌های مصرف گچ ریخته‌گری توسط تولیدکنندگان این محصول به مصرف‌کننده داده می‌شود. شرکت فرزان بسپار امیرکبیر با ارائه دستورالعمل‌های مختلف برای هر نوع از محصولات خود، باعث ایجاد بهترین نتیجه ریخته‌گری خواهد شد.

 نتایج و بحث

کیفیت آب

در یک مطالعه جامع به‌منظور مشخص‌شدن اثر کیفیت آب بر نتیجه نهایی ریخته‌گری، از منابع مختلف نمونه‌های آبی تهیه شد. هر منبع آب متفاوت بوده و باگذشت زمان تغییر خواهد کرد. مسئله اصلی در این مطالعه استفاده از منابع آبی مختلف و بررسی اثر آن بر نتیجه ریخته‌گری بوده است. در جدول زیر، منبع اولیه آب تهیه شده، میزان اسیدی یا بازی بودن و میزان رسانایی آن عنوان شده است. همان‌طور که در این جدول مشاهده می‌شود، میزان اسیدی یا بازی بوده آب (PH) همانند میزان رسانایی آن با تغییر منبع تهیه، تغییر می‌کند. آب رسانای جریان الکتریسیته نیست؛ ولی با حل‌شدن ترکیبات مختلف و ایجاد برخی از یون‌ها، قابلیت عبور جریان الکتریسیته را پیدا می‌کند.

به‌منظور بررسی اثر آب‌های تهیه شده از منابع مختلف، با انتخاب یک نوع گچ ریخته‌گری تجاری، با نام تجاری R & R، عواملی نظیر زمان کارکرد، زمان‌گیرش و زمان ریزش مورد بررسی قرار گرفت. همچنین از آب مقطر هم به‌عنوان نمونه شاهد برای تهیه دوغاب ریخته‌گری استفاده شد. آب مقطر در واقع آب خالص شده و یون‌زدایی شده است.

شکل 1 اثر منابع آبی مختلف در زمان ریزش و زمان گیرش را نشان می شدهد. محور افقی نوع آب و محور عمودی تفاوت در اندازه زمان ریزش و زمان گیرش را با آب های مختلف نشان می دهد. در این شکل زمان ریزش و زمان گیرش استاندارد (نمونه شاهد با آب مقطر و گچ R&R) روی محور x=0 قرار میگیرد. به این معنی که  تهیه آب از منابع مختلف با دارا بودن ناخالصی ها و یون های مختلف، همگی باعث افزایش زمان گیرش و زمان ریزش می شود. این افزایش با برخی از منابع آبی بیشتر و با برخی دیگر کمتر است. این مساله از دید یک ریخته گر به معنی افزایش زمان کارکرد است.

شکل 2 اثر نوع آب بر میزان سیالیت را مورد بررسی قرار می دهد. در این شکل نیز محور x=0 محور استاندارد نمونه شاهد است. برخی از منابع آبی باعث افزایش سیالیت و برخی دیگر موجب کاهش سیالیت می شوند.

به‌طورکلی، کیفیت آب می‌تواند زمان‌گیرش، زمان ریزش و سیالیت طراحی شده توسط تولیدکننده گچ ریخته‌گری را تحت‌تأثیر قرار دهد. گاهی اوقات بسیاری از نقص‌ها می‌تواند به دلیل تغییرات چشمگیر در زمان کارکرد گچ ایجاد شود.

حال سؤال اینجاست که چه باید کرد؟

عموماً تولیدکنندگان گچ ریخته‌گری پیشنهاد می‌کنند که از آب مقطر و یون‌زدایی شده استفاده شود. یون‌زدایی و مقطر کردن هر منبع آبی می‌تواند فرایند یکنواختی را برای ریخته‌گران ایجاد نماید.

به‌منظور بررسی این مسئله، منابع آبی مختلف موردبحث در این مطالعه، یون‌زدایی شده و مجدداً مورد بررسی قرار گرفتند. شکل 3 اثریون زدایی را بر PH منابع آبی مختلف نشان می دهد. در این شکل رنگ سبز PH آب یون زدایی شده و رنگ قرمز PHآب طبیعی است. در تمامی موارد با یون زدایی و ساخت آب مقطر، PH تمامی نمونه ها افت قابل توجهی داشته است.

پیش از اینکه منابع آبی مختلف یون‌زدایی شوند همگی رسانایی جریان الکتریسیته بودند. یون‌زدایی از آب موجب صفرشدن میزان رسانایی شد، جدول 2. یون زدایی از آب رسانایی را کاهش می دهد اما سوال اینجاست که این مساله چه تاثیری بر کیفیت نهایی ریخته گری دارد؟

شکل 4  مجددا اثر منابع آبی مختلف را بر زمان گیرش و زمان ریزش نشان می دهد. با این تفاوت که این بار تمامی منابع آبی یون زدایی شده و تبدیل به آب مقطر شده اند. به یاد داشته باشید که محور y تفاوت زمان گیرش و زمان ریزش از حالت استاندارد است. به این معنی که زمان گیرش و زمان ریزش استاندارد روی محور y قرار دارد. همانطور که از شکل مشخص است با یون زدایی آب زمان ریزش و زمان گیرش دوغاب تهیه شده با تمامی منابع آب مشابه نمونه شاهد و استاندارد عمل کرده اند.

این مسئله به این معنی است که استفاده از آب مقطر در فرایند ریخته‌گری احتمال ایجاد تغییرات فرایندی ناشی از منابع آب مختلف را به صفر می‌رساند.

شکل 5 میزان سیالیت دوغاب تهیه شده با منابع آبی مختلف را نشان می دهد. با توجه به شکل با یون زدایی از آب سیالیت تمامی نمونه ها با تقریب خوب و با در نظر گرفتن خطای آزمایش برابر است.

مرور مشاهدات

آب مقطر سازی به معنی یون‌زدایی از آب میزان اسیدی بودن (PH) و رسانایی آب را کاهش می‌دهد؛ بنابراین اندازه‌گیری رسانایی می‌تواند معیار مناسبی از بیان کیفیت آب بوده به این معنی که هرچه رسانایی کمتر باشد، کیفیت آب موردنظر برای ریخته‌گری بیشتر است. با کمتر بودن میزان رسانایی، تغییر زمان ریزش، زمان‌گیرش و سیالیت کمتر بوده و به استاندارد تولیدکننده گچ نزدیک‌تر است. استفاده از آب مقطر، متغیرهای ناشی از منابع آبی به صفر رسیده و تولید یکنواخت‌تری را باعث خواهد شد.

پیشنهاد شرکت فرزان بسپار امیرکبیر با ارائه دستورالعمل‌های ویژه، به استفاده از آب دارای ناخالصی کم و ترجیحاً آب مقطر است.

دما

فاکتور دیگری که بر کیفیت نهایی ریخته گری و شرایط فرآیندی موثر است، دما است. سوال اینجاست که دمای آب و دمای گچ ریخته گری چگونه بر کیفیت نهایی ریخته گری و شرایط فرآیندی گچ اثر گذار است؟

به منظور بررسی این مساله، در شرایط دمایی مختلف (دمای آب و دمای گچ) کیفیت نهایی ریخته گری بررسی شد. در این آزمایش آب مورد استفاده آب مقطر (یون زدایی شده) بوده و تمامی شرایط فرآیندی یکسان در نظر گرفته شده است.

شکل 6 نشان دهنده نتایج است. خط قرمز رنگ نشان دهنده زمان ریزش و خط سبز رنگ نشان دهنده زمان گیرش است.

همانطور که در شکل مشخص است، با افزایش دما (محور افقی) زمان گیرش و زمان ریزش (محور عمودی) کاهش پیدا می کند. این مساله به این معنی است که اگر دمای آب مورد استفاده کنترل نشود، ویژگی های فرآیندی دوغاب گچ قابل پیش بینی نخواهد بود.

به همین دلیل در دستورالعمل های گچ های تولیدی شرکت فرزان بسپار امیرکبیر، تاکید می شود از آب با دمای مشخص و ترجیحا دمای اتاق استفاده شود.

از طرف دیگر، اثر دمای آب بر شرایط فرآیندی گاهی به کمک ریخته گران می آیند. در شرایطی نیاز است که زمان گیرش برای ریخته گری کاهش (یا افزایش) پیدا کند. ریخته گر با کاهش یا افزایش دمای آب می تواند به زمان مورد نظر خود دست یابد.

شکل  7 اثر دما بر سیالیت یا روانی حین ریزش گچ را نشان می دهد. همانطور که از شکل مشخص است دما تاثیر چشمگیری بر میزان سیالیت دوغاب گچ ندارد. به این معنی که با تغییر دمای آب و گچ نگرانی مبنی بر تغییر سیالیت گچ برای ریخته گر وجود نخواهد داشت.

نسبت آب به گچ

آخرین فاکتور مورد بررسی نسبت آب به گچ است.

نسبت آب به گچ چه تاثیری بر کیفیت ریخته گری خواهد گذاشت؟ برای پاسخ به این سوال اول باید درک کنیم که دقیقا نسبت آب به گچ به چه معنی است.

عمدتا در دستورالعمل های ارائه شده توسط تولیدکنندگان گچ های ریخته گری، محدوده استاندارد نسبت آب به گچ از 38 تا 42 درصد عنوان می شود. این بدین معنی است که به ازای هر 100 گرم گچ ریخته گری، باید از 38 تا 42 گرم آب استفاده شود.

برای پاسخ به سوال اثر درصد آب به گچ بر کیفیت نهایی ریخته گری، ویژگی های مختلف ریخته گری در درصدهای مختلف آب به گچ  (از 36 تا 46 درصد آب) مورد بررسی قرار گرفت. در این شرایط دمای آب دمای اتاق در نظر گرفته شده و در تمامی نمونه های از آب مقطر استفاده شد. در این آزمایش گچ مورد استفاده گچ تولیدی شرکت Ransom & Randolf بود.

شکل 8 اثر نسبت آب به پودر را بر زمان ریزش نشان می دهد. همانطور که مشخص است فاکتور زمان ریزش وابستگی شدیدی به نسبت آب و گچ داشته و با افزایش درصد آب زمان ریزش به مقدار قابل توجهی افزایش پیدا می کند.

شکل 9 اثر نسبت آب به گچ را بر زمان گیرش نشان می دهد. همانطور که از این شکل مشخص است با افزایش درصد آب زمان گیرش به مقدار چشم گیری افزایش می یابد.

در نظر داشته باشید با افزایش درصد آب، اثر آب روی سطح نهایی ریخته گری (Watermark) بیشتر خواهد بود. به این معنی که کاهش درصد آب نسبت به پودر سطح نهایی با کیفیت تری را ایجاد خواهد کرد.

شکل 10 اثر نسبت آب به پودر را بر سیالیت نشان می دهد. با افزایش درصد آب سیالیت گچ به مقدار قابل توجهی بهبود خواهد یافت.

به طور کلی وابستگی سیالیت به فاکتور نسبت آب به گچ بیشتر از زمان گیرش و زمان ریزش است. به این معنی که با افزایش درصد آب فاکتور سیالیت بیشتر دستخوش تغییر می شود.

از طرفی بهبود سیالیت بر کیفیت نهایی الگوهای ریز و بسیار ریز با جزئیات بیشتر تاثیرگذار خواهد بود.

شکل 11 اثر نسبت آب به گچ را در استحکام سبز (استحکام قالب گچی پیش از قرارگیری در کوره) نشان می دهد. با افزایش درصد آب استحکام پیش از کوره به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد. با توجه به شکل 11 در محدوده استاندارد پیشنهادی تولیدکنندگان گچ (نسبت آب 38 تا 42 درصد) استحکام تقریبا ثابت بوده و دستخوش تغییر نمی شود. خارج از این محدوده استحکام تغییرات چشم گیری داشته و بر کیفیت نهایی ریخته گری اثر منفی خواهد گذاشت.

 از طرف دیگر کاهش استحکام با افزایش درصد آب باعث ضعیف شدن قالب و ایجاد ترک شده و سطح نهایی فلز ریخته گری شده ناصاف خواهد بود.

این بدین معنی است که همواره باید دستورالعمل پیشنهادی تولیدکنندگان را دنبال کرد.

شکل 12 اثر نسبت آب به پودر را بر استحکام قالب گچی پس از قرارگیری در کوره و طی کردن پروسه پخت نشان می دهد. فاکتور استحکام پس از قرارگیری در کوره به نوعی نشان دهنده سهولت رهایش قالب گچی در آب پس از ریخته گری فلز مورد نظر است.

با افزایش درصد آب نسبت به پودر ریخته گری، استحکام پس از قالب کمتر بوده و گچ با سهولت بیشتری خود را از شاخه فلز ریخته گری شده جدا خواهد کرد.

اثر افزایش درصد آب بر شرایط اختلاط

پاشش مخلوط آب و گچ به اطراف در سرعت های معمول همزن

بالا آمدن غیرمعمول دوغاب گچی حین هواگیری

​

اثر کاهش درصد آب بر شرایط اختلاط

غلیظ شدن دوغاب و سختی جاری شدن روی الگوی مومی یا رزینی مورد نظر

به دام افتادن حباب های ایجاد شده در دوغاب حین فرآیند اختلاط و ایجاد گواسه روی سطح مورد نظر

شکل 13 الگوی ساده ریخته گری شده در نسبت درست آب به گچ را نشان می دهد. این الگو به صورت کاملا بی نقص با کیفیت سطحی قابل قبول ایجاد شده است.

شکل 14 الگوی ریخته گری شده در نسبت آب کمتر از دستورالعمل پیشنهادی را نشان می دهد. در این شکل حباب های باقی مانده ناشی از هواگیری ناکافی (سیالیت کم دوغاب به دلیل درصد آب کم) موجب ایجاد نقص شده است.

نتیجه گیری

• کیفیت آب مورد استفاده در فرآیند ریخته گری بر کیفیت نهایی اثر گذار خواهد بود. بهتر است از آب مقطر (یون زدایی شده) استفاده شود
• تغییر در دمای آب و گچ، بر ویژگی های فرآیندی نظیر زمان گیرش اثر گذار خواهد بود. بهتر است فرآیند ریخته گری تحت شرایط دمایی کنترل شده انجام شود
• نسبت آب به گچ بر کیفیت ریخته گری اثر گذار خواهد بود. بهتر است این نسبت طبق دستور تولیدکننده گچ ریخته گری، رعایت شود

شرکت فرزان بسپار امیرکبیر با تکیه بر اصول علمی و مطالعات تحقیقاتی گسترده، با انجام آزمون های فراوان، دستورالعملی دقیق و مشخص برای گچ های تولیدی خود ارائه می کند.

شرکت فرزان بسپار امیرکبیر