יציקת מתכות
ויעש את הים מוצק עשר באמה משפתו עד שפתו עגול סביב וחמש באמה קומתו וקוה שלשים באמה יסוב אותו סביב: ופקעים מתחת לשפתו,סביב סובבים אותו עשר באמה מקפים את הים סביב שני טורים הפקעים יצוקים ביציקתו.
מלכים א',ז,24,23.
בככר הירדן יצקם המלך במעבה האדמה בין סוכות ובין צרתן.ויעש שלמה את כל הכלים מרב מאד מאד לא נחקר משקל הנחושת.
מלכים א',ז,47,46.
הקדמה
מאת:עמרם אברהם
היציקה הינה אחת מטכנולוגיות היצור הקדומות בהן ייצר האדם את מוצריו,
החל מתקופת הנחושת הקדומה (אשר נחקרה ע"י פרופ' רוטנברג ממוזיאון הארץ, ראה- מקראנט , בשיתוף עם פרופ' מנחם במברגר מהמעבדה ליציקה בטכניון ואנוכי כותב מאמר זה-ראה תמונה ). בימינו,בעת בה טכנולוגיות היציקה הפכו למדע, באשר לשיטות ,לציוד ולסגסוגות ,כתלות בצרכים ההנדסיים (תכונות מכאניות,כימיות ופיסיקליות) ,בצרכים הטכניים והכלכליים,לא ניתן לראות את האנושות בלעדיה.
קיים מגוון רחב מאד של מתכות אותן ניתן לצקת, החל מיצקות הברזל למיניהן,סגסוגות פלדה,סגסוגות עילאיות,סגסוגות אלומיניום ,סגסוגות נחושת,סגסוגות מגנזיום,סגסוגות אבץ,סגסוגות כסף,זהב לסוגיו ועוד...כאשר לכל אחד מהם מייחדים את שיטת היציקה הרלוונטית בהתאם לאמור לעיל. את הרכבם הכימי ניתן לבדוק באמצעות ספקטורומטר המצוי בבתי היציקה.
בחלוקת היציקה לקבוצות ע"פ חומרים קיימת הבחנה בין סגסוגות ברזליות לבין סגסוגות אל ברזליות מאחר ומדובר ביישומים שונים עקב תכונות שונות . כושר היציקה של סגסוגת תלוי במספר גורמים כגון ,טמפרטורת היתוך,
איזור ההיתוך (דיאגראמת הפאזות בהתאם להרכב),מתח פנים,זרימות,ספיחת גזים,התכווצות בעת התמצקות,הומוגניות המבנה.
בחלוקה ע"פ טכנולוגיות , קיימות מספר שיטות יציקה והן:
1.יציקה בדפוסי חול.
2.יציקה בדפוסי קבע.
3.יציקת לחץ(לחץ נמוך,לחץ גבוה).
4.יציקה רצופה.
5.יציקה צנטריפוגלית.
6.יציקה בשיטת השעווה הנעלמת .
מתוך שיטות אלה ניתן להבחין ב-3 סוגי תווכים הבאים במגע עם המתכת הנוזלית:
דפוסי חול, תבניות מתכת ,דפוסים מחומרים קראמיים, כאשר לכל תווך
קצב מעבר חום שונה ובהתאם לסוג הסגסוגת הנוצקת קצב התמצקות ספציפי,הדיוק וטיב פני השטח מתקבלים בהתאם לפני שטח הדפוס .( טכנולוגיות ייצור) .
ע"פ חלוקה לדפוסי יציקה ,ניתן להבחין בדפוסים מתכלים (דפוסי חול,דפוסים קראמיים) ובדפוסים "בלתי מתכלים " (תבניות) העשויים יצקת ברזל/פלדות כלים ,לשימוש מחזורי .
כל שיטת יציקה מצריכה הערכות שונה עקב השוני באופי היציקה וברוב המקרים לא תמצאנה שתי שיטות תחת קורת גג אחת. תכנונם של דפוסים ,לאחר בחירת השיטה והסגסוגת ,(כתלות בכמות ובתכונות הנדרשות), מצריך תשומת לב רבה והתייחסות למשתני כושר היציקה של הסגסוגת,מורכבות גיאומטרית,טיפולים נלווים לאחר היציקה (טיפולים תרמיים,עיבוד שבבי,ציפוי) ,בכדי ליצור משטר זרימה מתאים בעת היציקה אשר יבטיח קבלת יצוק איכותי ללא פגמים.
בכדי להדגיש את חשיבות תכנון הדפוס, נתייחס ליציקות פלדה בדפוסי חול בה נוצרים שינויים נפחיים בטווח ההתמצקות המשפיעים על אזורים עבי דופן וגורמים להתכווצות ולהיווצרות חללים, בכדי למונעם יש לתכנן מעברים הדרגתיים בשינויי עובי הדופן ובמידה ואין אפשרות כזו להוסיף מעלנים (risers) בחלק הדפוס העליון המשמשים כ"מיכלי" נוזל נוסף. במקרים אחרים להכניס גופים מתכתיים לצורך קירור מקומי של אזורים כאלה בחלק הדפוס התחתון.
הדבר נכון לגבי כל סגסוגת בעלת טווח התמצקות רחב.
דפוסים קראמיים ,לאחר יצורם בתהליך ממושך ,מחוממים לפני היציקה לטמפרטורה גבוהה של כ-1000 מעלות c ,בכדי לשרוף את שאריות השעווה מתוך הדפוס, למנוע הלם תרמי וסידוק עם היציקה ולאפשר מילוי עוביי דופן דקים.
בתבניות ליציקת לחץ מקררים את התבניות במהלך התהליך,מאחר וקצב העבודה גבוה וכמות החם המצטברת עולה, על מנת לקבל פני שטח טובים ולא צפודים יש לקרר את התבנית לטמפרטורת עבודה מבוקרת בהתאם לגיאומטריה, לנפח ולמסה של הגוף. במקרים מסוימים יש צורך בקירור וחימום בו זמנית.
מזה מספר שנים קיימות תוכנות מחשב המסייעות בתכנון דפוסים ותבניות, בבקרת מערכות יצורם ובבקרת תהליכי היציקה בשיטות השונות ועדיין נשאר כר קטן לניסוי וטעייה,היות והאינטראקציה בין מותך לדפוס/תבנית, מצויה בגדר אומנות טכנולוגית. אמצעי ההתכה כוללים תנורי קשת,תנורי אינדוקציה,תנורי התנגדות ותנורי גז,זאת, כתלות בכמויות ההתכה הנדרשות ,שיטת היציקה וסוג הסגסוגת.
הטיפול במותך מהווה יסוד חשוב בקבלת יצוק "בריא" בהתאם לסגסוגת, לפני היציקה,שכן, ברוב המקרים יש לכסות את המותך בחומרים מונעי חמצון בעת ההתכה וההחזקה בטמפרטורת היציקה,ולנקות סיגים ותחמוצות לפני השפיכה על מנת שאלה לא יכנסו לדפוס כזיהומים ויפגעו באיכות היצוק. בחלק מהסגסוגות יש לבצע עידון גרעינים והוצאת גזים הנסחפים למותך.
בהתכת ויציקת סגסוגות מגנזיום משתמשים בגזי הגנה, כדי למנוע את התלקחות המתכת בטמפרטורת ההתכה ,מסיבה זו קיימת העדפה בבחירת מכונות ההזרקה ביציקות לחץ של סגסוגות מגנזיום למכונות מסוג ה"תא החם" (hot chamber), מהיות כור ההתכה ומערכת ההזרקה יחידה סגורה אחת אשר כמעט אינה מאפשרת מגע עם האוויר בתוספת ההגנה לעיל. ביציקת לחץ של סגסוגות אלומיניום לא ניתן להשתמש במכונות מסוג "התא החם", מאחר והאלומיניום המותך תוקף ברזל .בתהליך זה משתמשים במכונות הזרקה מסוג "התא הקר" (cold chamber),בו אין קשר בין המותך בכור ההתכה/החזקה העשוי מ-silicon carbide, לבין מערכת ההזרקה.
בחלק משיטות היציקה (יציקות לחץ ויציקה בקליפות קראמיות של סגסוגות אלומיניום) משתמשים במערכות ואקום בכדי לגרום לזרימה טובה יותר של המותך במעברי התבנית,דבר המאפשר מילוי יעיל בעוביי דופן דקים ומונע לכידת אויר ביצוק.
ביציקת תכשיטי זהב יוצקים את המותך במכונה צנטריפוגליות, לדפוס גבס ,המצוי תחת ואקום, מאותה סיבה.
ביציקת סגסוגות עילאיות מתיכים את החומר ויוצקים את המותך לדפוס קראמי תחת ואקום גבוה, בכדי למנוע שריפתם של יסודות מסגסגים חיוניים.
ביציקת להבי טורבינה למנועי סילון מסגסוגות עילאיות, יש ונדרשים מבני התגבשות עמודיים,או, חד גבישיים ,לשיפור התכונות המכאניות בטמפרטורות עבודה גבוהות.,על כן, משתמשים בנוסף לתנור ההתכה באינדוקציה גם בתנור החזקה הממוקם מתחתיו ומוחזק בטמפרטורת ההתכה,
הדפוס הקראמי נמצא בתוכו ובסיסו דפון על פלטת קירור הממוקמת מחוץ לתנור ההחזקה,(המערכת כולה נמצאת תחת ואקום גבוה) , המטרה היא לגרום למפל טמפרטורות חד ביצוק, בכיוון ההתמצקות תוך כדי יציאה איטית ושוות מהירות מתנור ההחזקה אשר תגרום להתגבשות כיוונית.
בכדי לקבל מבנה חד גבישי יש צורך "להרוג" את מוקדי ההתגבשות המיותרים
המתקבלים במבנה עמודי ולאפשר התגבשות גרעין אחד בלבד,הדבר נעשה באמצעות בניית "זנב חזיר" בקליפה הקראמית באזור הקירור.
לאחר היציקה והניקוי מעבירים את היצוקים טיפול תרמי כתלות בסוג הסגסוגת ובהתאם לתכונות המכאניות ,הפיסיקליות והכימיות הנדרשות .יצוקים אחרים ממשיכים את דרכם כיצוק (as cast) לעבוד נוסף (עיבוד שבבי,ליטוש וציפוי,צביעה) ,עד לקבלת המוצר הסופי.
בתיאור נושא היציקה נגעתי רק באפס קצה קצהו של תחום היציקה,שכן כל תג ותו מצריכים ספר בפני עצמו.
שיחזור הפקת נחושת מהתקופה הכלכוליתית
קרא את המאמר בהרחבה 
