با توجه به این که بنتونیت ریخته گری از خاصیت کلوئیدی و چسبندی بالایی برخوردار است و همچنین میزان اندیس تورم آن بسیار مناسب بوده از استحکام خوبی نیز برخوردار است؛ از همین رو استفاده از بنتونیت در ریخته گری به منظور تهیه کردن قالب های ریخته گری ماسه ای بسیار رایج است.
در اکثر قالب های ریخته گری فلزات از ماسه ها استفاده می شود، به این دلیل که ماسه ها دارای مزیت هایی مثل دیرگدازی، پایداری ابعادی و ساختاری حتی در دمای بالا و همچنین قیمت ارزان هستند. به این نوع قالب ها قالب های غیر دائمی گفته می شود.
لازم به ذکر است که برای تهیه قالب های ریخته گری استفاده از ماسه به تنهایی کافی نیست و لازم است از افزودنی های دیگری مثل چسب نیز استفاده شود. وظیفه چسب این است که بین دانه ها و ذرات ماسه اتصال ایجاد کند و انسجام آن را افزایش دهد. بهترین چسبی که برای این منظور می توان استفاده نمود بنتونیت خاک رس است.
مشخصات بنتونیت ها
بنتونیت ها دارای انواع مختلف با میزان خلوص متفاوت هستند و هر یک از مشخصات فنی خاصی برخوردارند؛ مانند میزان جذب، ییلد، تورم پذیری، پایداری و … از همین رو نمیتوان هر نوع بنتونیتی را در صنعت ریخته گری استفاده کرد.
مزایای استفاده از بنتونیت در ساخت قالب ریخته گری
- افزایش مقاومت قالب: بنتونیت به عنوان یک چسبنده طبیعی عمل کرده و موجب تقویت استحکام و مقاومت قالب در برابر حرارت و فشارهای فرآیند ریخته‌گری می‌شود.
- پایداری حرارتی بالا: بنتونیت دارای ویژگی‌های حرارتی عالی است که می‌تواند قالب را در دماهای بالا پایدار نگه دارد و از خراب شدن قالب در طول ریخته‌گری جلوگیری کند.
- توانایی جذب آب: بنتونیت توانایی جذب مقادیر زیادی آب را دارد که به تهیه قالب‌های انعطاف‌پذیر کمک کرده و می‌تواند باعث شکل‌پذیری بهتر قالب شود.
- کاهش ترک‌خوردگی: استفاده از بنتونیت می‌تواند به کاهش ترک‌خوردگی قالب در دماهای بالا کمک کند، زیرا این ماده به ایجاد ساختاری منسجم‌تر و مقاوم‌تر در برابر تنش‌های حرارتی و مکانیکی کمک می‌کند.
- مقرون به صرفه بودن: بنتونیت به طور معمول هزینه کمتری نسبت به سایر مواد افزودنی دارد و استفاده از آن می‌تواند هزینه‌های تولید را کاهش دهد.
- پایداری شیمیایی: بنتونیت در مقابل بسیاری از مواد شیمیایی و فلزات مقاوم است و این ویژگی آن را برای استفاده در قالب‌های ریخته‌گری بسیار مناسب می‌سازد.
- افزایش کیفیت سطح: استفاده از بنتونیت در ترکیب با سایر مواد می‌تواند به بهبود کیفیت سطح قطعات ریخته‌گری کمک کند و از بروز نقص‌های سطحی جلوگیری کند.
ویژگی های بنتونیت ریخته گری
بنتونیت در جذب و نگهداری میزان زیادی آب، خاصیت تورم و ویسکوزیته بالا معروف است.
- تا 15 برابر حجم خشک خود آب جذب می کند.
- از نفوذ رطوبت به درز و شکاف ها جلوگیری می کند.
- برای ریخته گری سبک با ظرفیت گرمایی پایین کاربرد دارد.
- جاذب یون در محلول هاست.
- چربی ها و روغن ها در محیط را جذب می کند.
- به عنوان اولین ماده تمیز کننده صنعتی به حساب می آید.
مهم ترین ویژگی بنتونیت ریخته گری فلزات و قالب سازی
بیش از ۶۰ درصد قالب‌های ریخته‌گری فلزات از ترکیب ماسه، بنتونیت و آب تشکیل می‌شوند که به نام Green Sand Metalcasting شناخته می‌شود. در این ترکیب، بنتونیت و آب نقش یک پیوند دهنده خاک رس را ایفا می‌کنند که ماسه و سایر مواد تشکیل‌دهنده را به هم متصل می‌سازد. این فرآیند یک سیستم هیدراته است که نیازمند آب، انرژی، زمان و تخصص فنی برای تولید می‌باشد.
انواع بنتونیت ریخته گری
برای ریخته گری از دو نوع بنتونیت استفاده می گردد؛ بنتونیت سدیمی و بنتونیت کلسیمی که یک دارای ویژگی های خاصی است.
بنتونیت سدیمی به دلیل توانایی بالای جذب و نگهداری آب و مایعات، همراه با تورم‌پذیری و ویسکوزیته بالا، به ماده‌ای منحصر به فرد و کارآمد تبدیل شده است. استفاده از این نوع بنتونیت در ساخت قالب‌های ریخته‌گری، باعث افزایش استحکام خشک و ارتقای ظرفیت حرارتی قالب می‌شود، که آن را برای قالب‌گیری آهن و فولاد ایده‌آل می‌سازد. خاک بنتونیت سدیمی قادر است تا ۱۵ برابر حجم خشک خود، آب جذب کند، که این ویژگی در ریخته‌گری به بهبود دقت ابعادی و افزایش مقاومت حرارتی قالب کمک می‌کند.
بنتونیت کلسیمی دارای تورم پذیری بالا اما ویسکوزیته کمتر است، که این ویژگی‌ها آن را قادر می‌سازد مقدار کمی آب جذب کرده و رطوبت را سریع‌تر از دست بدهد. این نوع بنتونیت معمولاً در ریخته‌گری‌های سبک با ظرفیت حرارتی پایین مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخلاف بنتونیت سدیمی، بنتونیت کلسیمی تنها می‌تواند تا ۲ برابر حجم خشک خود آب جذب کند، اما در عوض، استحکام فشاری بیشتری ایجاد کرده و نفوذپذیری بهتری فراهم می‌آورد. این نوع خاک رس اغلب برای ریخته‌گری فلزات غیرآهنی به کار می‌رود، زیرا میزان لرزش کمتری ایجاد می‌کند.این دو نوع بنتونیت در صنعت معمولا با درصد های مشخصی با هم ترکیب می شوند تا حداکثر کارایی ایجاد شود.
موادی که برای بهبود عملکرد ترکیبات ماسه و بنتونیت به آن‌ها افزوده می‌شوند، شامل موارد زیر هستند:
پیش ترکیبات
این مواد شامل انواع خاک رس هستند که در حین تهیه قالب برای ترکیب با سایر افزودنی‌های ماسه اضافه می‌شوند. پیش ترکیبات معمولاً حاوی سلولز، غلات، و دیگر مواد افزودنی هستند که به بنتونیت سدیمی و کلسیمی اضافه می‌شوند.
خاک رس احیا و بازیافت شده
این تکنولوژی نوین ریخته‌گری برای بهبود تهویه در ترکیب ماسه به کار می‌رود. استفاده از خاک رس بازیافتی، هزینه‌ها را کاهش داده و پایداری فرآیند ریخته‌گری را افزایش می‌دهد.
کربن
افزودن کربن به کاهش مصرف زغال‌سنگ در ساخت قالب کمک کرده و میزان کربن فرار در ترکیب را کاهش می‌دهد.
روش استفاده از بنتونیت در ریخته‌گری قالب ماسه‌ای
- بنتونیت در ریخته‌گری ماسه تر: بنتونیت به عنوان یک چسب معدنی به همراه آب به ترکیب ماسه اضافه می‌شود.
- بازیافت شن و ماسه: ماسه چندین بار قابل بازیافت است، اما هر بار نیاز به افزودن بنتونیت و آب دارد.
- نسبت مناسب آب و بنتونیت: رعایت این نسبت باعث افزایش مقاومت قالب ماسه و بهبود خواص آن می‌شود.
- چسبندگی و شکل‌پذیری: بنتونیت باعث ایجاد چسبندگی و انعطاف‌پذیری در مخلوط ماسه و سایر مواد ریخته‌گری شده و امکان قالب‌گیری دقیق را فراهم می‌آورد.
- حفظ شکل قالب: مخلوط باید به‌اندازه کافی محکم باشد تا هنگام جدا کردن الگو و ریختن فلز مذاب، شکل قالب حفظ شود.
کاربردهای دیگر بنتونیت
- بنتونیت در ساختمان سازی
- بنتونیت خوراکی
- بنتونیت در کشاورزی
- بنتونیت در صنعت دارو و پزشکی
- استفاده از بنتونیت در محصولات آرایشی و بهداشتی
- بنتونیت در شوینده‌ها
- بنتونیت حفاری
چکیده متن:
بنتونیت ریخته‌گری به دلیل خاصیت چسبندگی، پایداری حرارتی، و توانایی جذب آب، در تولید قالب‌های ماسه‌ای برای ریخته‌گری فلزات به‌طور گسترده‌ای استفاده می‌شود. این ماده، با انواع سدیمی و کلسیمی، نقش مهمی در ایجاد استحکام و پایداری قالب‌های ریخته‌گری ایفا می‌کند. بنتونیت سدیمی توانایی جذب آب بیشتری داشته و برای ریخته‌گری آهن و فولاد ایده‌آل است، در حالی که بنتونیت کلسیمی برای ریخته‌گری‌های سبک و فلزات غیرآهنی مناسب است. همچنین، افزودنی‌هایی مانند پیش ترکیبات، خاک رس بازیافتی، و کربن برای بهبود عملکرد بنتونیت در ترکیبات ماسه استفاده می‌شوند. بنتونیت علاوه بر ریخته‌گری، در صنایعی مانند ساخت‌وساز، کشاورزی، پزشکی، آرایشی، و حفاری نیز کاربرد دارد.
سوالات متداول:
چرا از بنتونیت در ریخته‌گری استفاده می‌شود؟
بنتونیت به دلیل خاصیت چسبندگی، مقاومت حرارتی، و توانایی جذب آب، استحکام و پایداری قالب‌های ماسه‌ای را افزایش می‌دهد.
تفاوت بنتونیت سدیمی و کلسیمی در ریخته‌گری چیست؟
بنتونیت سدیمی توانایی جذب آب بالایی دارد و برای قالب‌گیری آهن و فولاد مناسب است، در حالی که بنتونیت کلسیمی جذب آب کمتری دارد و برای ریخته‌گری‌های سبک و فلزات غیرآهنی استفاده می‌شود.
چگونه از بنتونیت در ریخته‌گری ماسه‌ای استفاده می‌شود؟
بنتونیت همراه با آب به ماسه اضافه می‌شود تا چسبندگی و انعطاف‌پذیری ایجاد کند. نسبت مناسب آب و بنتونیت برای بهبود مقاومت و حفظ شکل قالب ضروری است.
مزایای استفاده از بنتونیت در قالب‌های ریخته‌گری چیست؟
افزایش مقاومت حرارتی و مکانیکی قالب، کاهش ترک‌خوردگی، بهبود کیفیت سطح قطعات، و مقرون‌به‌صرفه بودن از جمله مزایای بنتونیت است.
آیا ماسه‌های ریخته‌گری قابل بازیافت هستند؟
بله، ماسه‌های ریخته‌گری چندین بار قابل بازیافت هستند، اما پس از هر بار استفاده باید بنتونیت و آب به آن‌ها اضافه شود.
کاربردهای دیگر بنتونیت چیست؟
بنتونیت در ساخت‌وساز، کشاورزی، پزشکی، محصولات آرایشی، شوینده‌ها، و حفاری نیز استفاده می‌شود.
چه افزودنی‌هایی برای بهبود عملکرد بنتونیت استفاده می‌شود؟
پیش ترکیبات، خاک رس بازیافتی، و کربن از جمله افزودنی‌هایی هستند که برای بهبود عملکرد ترکیبات ماسه و بنتونیت استفاده می‌شوند.
