Λύσεις — Κεφάλαιο 7 (Ερωτήσεις σελ. 113) – ΑΚΙΝΗΤΗ ΠΡΟΣΘΕΤΙΚΗ ΚΑΙ ΠΟΡΣΕΛΑΝΗ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 7 (Ερωτήσεις σελ. 113)

Απαντήσεις στις 9 ερωτήσεις του κεφαλαίου 7.

Ερώτηση 1 — Σκοπός αποκήρωσης

Ερώτηση: Ποιος είναι ο σκοπός της αποκήρωσης;

Απάντηση:

• Μετά την επένδυση του κέρινου ομοιώματος με πυρόχωμα περνάμε στο στάδιο της αποκήρωσης. Σκοπός της αποκήρωσης είναι η πλήρης απομάκρυνση των υλικών που χρησιμοποιήθηκαν για τη διαμόρφωση του ομοιώματος και των αγωγών χύτευσης (κερί, πλαστική καλύπτρα, συγκολλητικό κερί) (σελ. 103), ώστε μέσα στο πυρόχωμα να μείνει καθαρό το καλούπι-κενός χώρος που θα καταλάβει το λιωμένο κράμα. Η πλήρης απομάκρυνση (χωρίς κατάλοιπα κεριού-άνθρακα) προϋποθέτει πυρόχωμα υγρό (αλλιώς απορροφά κερί σαν σφουγγάρι), αφαίρεση της επιφανειακής κρούστας για διαφυγή του αέρα, σταδιακή άνοδο της θερμοκρασίας και ολοκλήρωση στους 300-350 °C με παραμονή 30 λεπτών· ακολουθεί αμέσως η προθέρμανση (ενιαίο πρόγραμμα).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η πλήρης απομάκρυνση (εξαέρωση) των υλικών του κέρινου ομοιώματος και των αγωγών από το πυρόχωμα, ώστε να μείνει καθαρό το καλούπι για το κράμα· ολοκληρώνεται στους 300-350 °C με παραμονή 30 λεπτών.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 2 — Πρόγραμμα αποκήρωσης-προθέρμανσης

Ερώτηση: Τι περιλαμβάνει η ρύθμιση προγράμματος αποκήρωσης-προθέρμανσης στον -ειδικό γι’ αυτό το σκοπό- φούρνο;

Απάντηση:

• Ο δακτύλιος τοποθετείται με τη χοάνη προς τα κάτω στο κέντρο του ειδικού ηλεκτρικού φούρνου αποκήρωσης και ρυθμίζουμε το αντίστοιχο πρόγραμμα αποκήρωσης-προθέρμανσης (ενιαία διαδικασία), σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή του πυροχώματος και ανάλογα με το μέγεθος του δακτυλίου και τον τύπο του κράματος που θα χυτευθεί (σελ. 104). Συγκεκριμένα προγραμματίζουμε στον φούρνο: α) τον ρυθμό ανόδου της θερμοκρασίας, δηλαδή πόσους βαθμούς θα ανεβαίνει το λεπτό — η σταδιακή ανύψωση θεωρείται κρίσιμος παράγοντας για την αποφυγή ρωγμών στη μάζα του πυροχώματος· β) σε ποιες θερμοκρασίες θα έχουμε παραμονή και για πόσο χρονικό διάστημα (π.χ. 300-350 °C για 30 λεπτά στο τέλος της αποκήρωσης)· γ) ποια θα είναι η τελική θερμοκρασία ανόδου (~850 °C ευγενή, ~900 °C βασικά)· δ) ποιος θα είναι ο χρόνος παραμονής του δακτυλίου στην τελική θερμοκρασία πριν από τη χύτευση (30-50 λεπτά ανάλογα με το μέγεθος).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τον ρυθμό ανόδου της θερμοκρασίας (σταδιακός — κατά των ρωγμών), τις θερμοκρασίες και τη διάρκεια των παραμονών, την τελική θερμοκρασία ανόδου και τον χρόνο παραμονής στην τελική θερμοκρασία πριν τη χύτευση — κατά τον κατασκευαστή του πυροχώματος, το μέγεθος του δακτυλίου και το κράμα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 3 — Σκοποί προθέρμανσης

Ερώτηση: Ποιοι είναι οι κύριοι σκοποί της προθέρμανσης;

Απάντηση:

• Η προθέρμανση πραγματοποιείται αμέσως μετά την αποκήρωση χωρίς διακοπή (ενιαίο πρόγραμμα). Οι κύριοι σκοποί της (σελ. 105): α) Με την αύξηση της θερμοκρασίας επιτυγχάνουμε τη θερμική διαστολή του πυροχώματος, που είναι η πιο σημαντική από τις άλλες διαστολές του (διαστολή πήξεως και υγροσκοπική). Το άθροισμα αυτών των διαστολών πρέπει να εξουδετερώνει τη συστολή του κράματος κατά την ψύξη του, καθώς και τη συστολή του κέρινου ομοιώματος μετά τη διαμόρφωσή του. β) Διευκολύνεται η ροή του τηγμένου κράματος, χωρίς τον κίνδυνο να στερεοποιηθεί πρόωρα (το καλούπι είναι ζεστό). γ) Αποδίδονται καλύτερα οι επιφανειακές λεπτομέρειες του κέρινου ομοιώματος. Η τελική θερμοκρασία ανόδου είναι γύρω στους 850 °C για τα ευγενή κράματα και 900 °C για τα βασικά, με χρόνο προθέρμανσης στην τελική θερμοκρασία 30-50 λεπτά ανάλογα με το μέγεθος του δακτυλίου.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Θερμική διαστολή του πυροχώματος (η σημαντικότερη — με πήξης και υγροσκοπική εξουδετερώνει τη συστολή κράματος και κεριού), διευκόλυνση της ροής του τήγματος χωρίς πρόωρη στερεοποίηση, καλύτερη απόδοση επιφανειακών λεπτομερειών· τελική θερμοκρασία ~850 °C ευγενή / ~900 °C βασικά, 30-50 λεπτά.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 4 — Στάδια προετοιμασίας χύτευσης

Ερώτηση: Ποια είναι τα στάδια προετοιμασίας πριν από τη χύτευση;

Απάντηση:

• Λίγο πριν ολοκληρωθεί η προθέρμανση ξεκινά η προετοιμασία της χύτευσης (σελ. 105-106): 1. Ζυγίζουμε τη φρόντα και την κουρδίζουμε (ρυθμίζοντας τη φυγοκεντρική δύναμη) ανάλογα με τον τύπο του κράματος και το μέγεθος του δακτυλίου — τα βασικά κράματα χρειάζονται περισσότερη φυγοκεντρική δύναμη από τα ευγενή, επειδή συνήθως είναι ελαφρότερα. 2. Τοποθετούμε το κατάλληλο πυρίμαχο σκαφίδιο, ξεχωριστό για κάθε τύπο κράματος. 3. Ρυθμίζουμε τη θέση υποδοχής του δακτυλίου στη συσκευή ή τοποθετούμε το αντίστοιχο μεταλλικό έλασμα ανάλογα με το μέγεθος, ώστε η οπή διαφυγής του τήγματος από το σκαφίδιο να αντιστοιχεί στην κορυφή του κώνου στη βάση του δακτυλίου. 4. Επιλέγουμε τον κατάλληλο τύπο κράματος και υπολογίζουμε το βάρος του: θεωρητικά βάρος κέρινου ομοιώματος + αγωγών × ειδικό βάρος κράματος· επειδή το ζύγισμα κινδυνεύει να παραμορφώσει το ομοίωμα, στην πράξη 3-4 g ανά δόντι για τα ευγενή και ~2,5 g ανά δόντι για τα βασικά· δεν επιτρέπεται επαναχύτευση κώνων-αγωγών στα βασικά, ενώ στα ευγενή απαιτείται κάθε φορά 50 % νέο κράμα και οι παλιοί αγωγοί-κώνοι καθαρισμένοι και αμμοβολημένοι. 5. Επιλέγουμε — εάν απαιτείται — το κατάλληλο αναγωγικό μέσο (άρτυμα κράσεως).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ζύγισμα-κούρδισμα φρόντας (βασικά περισσότερη δύναμη), πυρίμαχο σκαφίδιο ανά κράμα, ρύθμιση υποδοχής δακτυλίου (οπή σκαφιδίου-κορυφή κώνου), επιλογή κράματος και βάρους (3-4 g/δόντι ευγενή, 2,5 g βασικά, όχι επαναχύτευση στα βασικά, 50 % νέο στα ευγενή), επιλογή αρτύματος κράσεως αν χρειάζεται.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 5 — Οπτικά σημάδια ετοιμότητας

Ερώτηση: Με ποια οπτικά σημάδια θα καταλάβουμε ότι το κράμα είναι έτοιμο για χύτευση;

Απάντηση:

• Στην τήξη με ανοιχτή φλόγα (αναγωγικός κώνος) το ομοιόμορφο κόκκινο-πορτοκαλί χρώμα είναι σημάδι σωστής διαδικασίας (τότε ρίχνεται το άρτυμα, στα χρυσοκράματα). Το κράμα θερμαίνεται 30-50 °C πάνω από τη θερμοκρασία τήξης «Liquidus» (πάνω από την οποία όλο το κράμα είναι ρευστό). Επειδή είναι αδύνατο να ελεγχθεί η θερμοκρασία τήξης, υπάρχουν εμπειρικά ορισμένα οπτικά σημάδια που πιστοποιούν τη ρευστότητα και δηλώνουν ότι το κράμα είναι έτοιμο για χύτευση (σελ. 107): α) Στα χρυσοκράματα και στα παλλαδιούχα η θέρμανση πρέπει να δώσει μια άσπρη φωτεινότητα, που να μοιάζει με τη φωτεινότητα του ήλιου. β) Στα βασικά κράματα, μετά την αλλοίωση του σχήματος των κύβων ή των κυλίνδρων και τη στρογγυλοποίηση των γωνιών τους, αυτοί κάθονται και ενώνονται· μετά από αυτό το σημείο ορισμένοι κατασκευαστές προτείνουν να συνεχίσουμε τη θέρμανση για 4 ακόμη δευτερόλεπτα πριν από τη χύτευση, ενώ άλλοι επισημαίνουν ότι πρέπει να αναμένουμε μια λαμπρότητα από το κράμα «σαν το μάτι του ταύρου» (bull eye). Τότε ο δακτύλιος μεταφέρεται με λαβίδα από τον φούρνο στην υποδοχή και χωρίς καθυστέρηση απελευθερώνεται ο βραχίονας της φυγοκέντρου.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Χρυσοκράματα-παλλαδιούχα: άσπρη φωτεινότητα σαν του ήλιου. Βασικά: οι κύβοι-κύλινδροι στρογγυλοποιούνται, κάθονται και ενώνονται — μετά 4 s ακόμη ή λαμπρότητα «μάτι του ταύρου» (bull eye). Πριν από αυτά: ομοιόμορφο κόκκινο-πορτοκαλί στη θέρμανση.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 6 — Ηλεκτρικές συσκευές vs ανοιχτή φλόγα

Ερώτηση: Γιατί η τεχνική της χύτευσης με ηλεκτρικές συσκευές πλεονεκτεί της τεχνικής χύτευσης με ανοιχτή φλόγα;

Απάντηση:

• Στις ηλεκτρικές (ηλεκτρονικές) συσκευές το κράμα τήκεται μέσα σε χοάνες από γραφίτη που θερμαίνονται με ηλεκτρικό ρεύμα, και η είσοδος του τήγματος στο καλούπι γίνεται με φυγόκεντρο ή με δημιουργία κενού και πίεση ατμοσφαιρικού αέρα (αναποδογύρισμα του δακτυλίου) (σελ. 108). Η τεχνική αυτή πλεονεκτεί της χύτευσης με ανοιχτή φλόγα, γιατί η θερμοκρασία είναι ελεγχόμενη και προγραμματίζεται εκ των προτέρων ανάλογα με τη θερμοκρασία «Liquidus» του κράματος. Έτσι αποφεύγεται η υπερθέρμανση του κράματος και κατ' επέκταση η εξάτμιση κρίσιμων στοιχείων από τη μάζα του· η εξάτμιση οδηγεί σε μεταβολή της σύνθεσης του κράματος με επιπτώσεις στις μηχανικές ιδιότητές του, στον μεταλλοκεραμικό δεσμό κ.λπ. Με τη φλόγα, αντίθετα, η θερμοκρασία τήξης δεν μπορεί να ελεγχθεί και βασιζόμαστε σε εμπειρικά οπτικά σημάδια, με κίνδυνο υπερθέρμανσης (ή πρόωρης χύτευσης), πρόσληψης αερίων-άνθρακα και εξάρτησης από τη ρύθμιση της φλόγας. (Σημείωση: τα κράματα παλλαδίου δεν πρέπει να τήκονται σε χοάνες γραφίτη αλλά σε κεραμικές ή χαλαζία.)

Σύνοψη: (ενδεικτική) Γιατί η θερμοκρασία είναι ελεγχόμενη-προγραμματισμένη κατά το Liquidus του κράματος → αποφεύγεται η υπερθέρμανση και η εξάτμιση κρίσιμων στοιχείων, που θα άλλαζε τη σύνθεση με επιπτώσεις στις μηχανικές ιδιότητες και τον μεταλλοκεραμικό δεσμό.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 7 — Συσκευές χύτευσης τιτανίου

Ερώτηση: Τι γνωρίζετε για τις συσκευές χύτευσης του τιτανίου;

Απάντηση:

• Οι αρχικές προσπάθειες χύτευσης τιτανίου (πριν από ~δύο δεκαετίες) με τη συμβατική φυγοκεντρική συσκευή απέτυχαν: το υψηλό σημείο τήξης του τιτανίου (1668 °C) απαιτεί πυροχώματα ανθεκτικά σε αυτή τη θερμοκρασία και ταυτόχρονα χημικά αδρανή ως προς το τιτάνιο (μαγνησίας), ενώ η υψηλή χημική συγγένειά του με το O₂ και το N₂ απαιτεί αδρανή προστατευτική ατμόσφαιρα κατά την τήξη για την αναστολή της μόλυνσης από τον αέρα (σελ. 109). Έτσι οι σύγχρονες συσκευές τήκουν το τιτάνιο με ανάπτυξη ηλεκτρικού τόξου ή με επαγωγικά ρεύματα κάτω από προστατευτική ατμόσφαιρα αδρανούς αερίου. Χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες: α) Τήξη με ηλεκτρικό τόξο και χύτευση υπό πίεση αερίου — τήξη με ηλεκτρικό τόξο παρουσία συνήθως αργού, και το τήγμα οδηγείται στον δακτύλιο με την επιτάχυνση της βαρύτητας και την πίεση του υπερκείμενου αερίου· β) Τήξη με ηλεκτρικό τόξο και φυγοκεντρική χύτευση· γ) Επαγωγική τήξη με υψίσυχνα ρεύματα και χύτευση υπό πίεση αερίου.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Λόγω τήξης 1668 °C και συγγένειας με O₂-N₂, το τιτάνιο τήκεται με ηλεκτρικό τόξο ή επαγωγικά ρεύματα σε αδρανή ατμόσφαιρα (αργό), σε ειδικά πυροχώματα· τρεις κατηγορίες: τόξο + χύτευση υπό πίεση αερίου (βαρύτητα+πίεση), τόξο + φυγοκεντρική, επαγωγική τήξη + πίεση αερίου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 8 — Κανόνες αποφυγής ελαττωματικών χυτών

Ερώτηση: Ποιοι είναι οι σπουδαιότεροι κανόνες που πρέπει να τηρούνται για την αποφυγή ελαττωματικών χυτών;

Απάντηση:

• Αν δεν τηρηθούν αυστηρά ορισμένοι κανόνες προκύπτουν ελαττωματικά χυτά (μεταλλικά σφαιρίδια από φυσαλίδες, πόροι, ημιτελής χύτευση, «φτερά» — εικ. 7.5). Οι σπουδαιότεροι κανόνες (σελ. 109-111): α) Χρησιμοποίηση κεριών που δεν αφήνουν κατάλοιπα για το ομοίωμα. β) Σωστή και επαρκής τοποθέτηση αγωγών χύτευσης· χρήση αγωγών εξαερώσεως. γ) Επιλογή του κατάλληλου πυροχώματος και σωστή ανάμιξή του με το υγρό. δ) Αποφυγή πρόωρης θέρμανσης του πυροχώματος (πριν την πήξη του) και αυστηρή τήρηση των οδηγιών του κατασκευαστή για το πρόγραμμα αποκήρωσης-προθέρμανσης. ε) Οι παλιοί αγωγοί και κώνοι σε ξεχωριστά σημειωμένα δοχεία — αποφυγή ανακατέματος διαφορετικών τύπων κραμάτων ή ίδιου τύπου διαφορετικών εταιριών. στ) Τα ευγενή κράματα να μην τήκονται με φλόγα οξυγόνου-ασετιλίνης (πολύ υψηλή θερμοκρασία, πρόσληψη υδρογόνου και άνθρακα). ζ) Τα κράματα παλλαδίου να τήκονται πάντα σε κεραμικές χοάνες ή χαλαζία (σε γραφίτη προσλαμβάνουν άνθρακα σε υψηλό ποσοστό). η) Κατάλληλη ρύθμιση της συσκευής χύτευσης και της φλόγας, χρήση μόνο του αναγωγικού κώνου, άρτυμα κράσης όπου χρειάζεται. θ) Αποφυγή υπερθέρμανσης αλλά και πρόωρης χύτευσης (πριν ρευστοποιηθεί)· μετά την έξοδο του δακτυλίου από τον φούρνο, χύτευση χωρίς χρονική καθυστέρηση.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Κεριά χωρίς κατάλοιπα· σωστοί αγωγοί + εξαέρωση· κατάλληλο πυρόχωμα-σωστή ανάμιξη· όχι πρόωρη θέρμανση, τήρηση προγράμματος· παλιοί αγωγοί-κώνοι σε ξεχωριστά δοχεία, όχι ανάμιξη κραμάτων· ευγενή όχι με ασετιλίνη· παλλάδιο σε κεραμικές/χαλαζία χοάνες· σωστή ρύθμιση, αναγωγικός κώνος, άρτυμα· όχι υπερθέρμανση ή πρόωρη χύτευση, άμεση χύτευση.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ερώτηση 9 — Μέτρα προστασίας και υγιεινής

Ερώτηση: Ποια μέτρα προστασίας και υγιεινής πρέπει να τηρούνται κατά τα στάδια αποκήρωσης-προθέρμανσης και χύτευσης;

Απάντηση:

• Κατά την § 7.5 (σελ. 111): 1. Η αποκήρωση-προθέρμανση και η χύτευση πρέπει να γίνονται σε έναν ιδιαίτερο χώρο του εργαστηρίου — κατά προτίμηση σε ξεχωριστό δωμάτιο. 2. Η ύπαρξη ισχυρού απορροφητήρα θεωρείται απαραίτητη για την απομάκρυνση των αναθυμιάσεων του κεριού, αλλά και των ατμών που δημιουργούνται από την εξάτμιση των μετάλλων κατά τη χύτευση. 3. Κατά τα στάδια της χύτευσης και συγκόλλησης πρέπει πάντα να φορούμε προστατευτικά γυαλιά, πυριάντοχα γάντια και κατάλληλη μάσκα για προστασία από τις εισπνοές των ατμών των μετάλλων (υψηλές θερμοκρασίες, εκτίναξη τήγματος). 4. Ο φούρνος αποκήρωσης-προθέρμανσης πρέπει, για λόγους εργονομίας, να είναι δίπλα στη συσκευή χύτευσης, ώστε με το ένα χέρι να κρατάμε το φλόγιστρο και με το άλλο να φέρνουμε τον δακτύλιο με τη λαβίδα από τον φούρνο στη συσκευή — έτσι και δεν χάνεται πολύτιμος χρόνος από την έξοδο του δακτυλίου μέχρι τη χύτευση.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ιδιαίτερος χώρος/ξεχωριστό δωμάτιο, ισχυρός απορροφητήρας (αναθυμιάσεις κεριού, ατμοί μετάλλων), προστατευτικά γυαλιά-πυριάντοχα γάντια-μάσκα, φούρνος δίπλα στη συσκευή χύτευσης (εργονομία, χωρίς απώλεια χρόνου).

Κριτήρια αξιολόγησης: