متالورژی ، علم ناشناخته

برای سربلندی کشورمان ، باید به سرآغاز هایمان پایان دهیم

 
چدن داکتیل
نویسنده : مصطفی زارع - ساعت ۱٠:٤٦ ‎ق.ظ روز ۱۳٩٠/۱٠/۱۱
 

 

چدن داکتیل

  • انواع
  • عملیات حرارتی

 

 

انواع چدن داکتیل :

   سه نوع آ لیاژ چدن داکتیل – آ ستنیتی ( نیکل بالا – Ni ) ، بیا نیتی و فریتی ( سیلیکون – مولیبدنی بالا ) – ساخته شده است تا بتوا ن حالات خاصی فراهم کرد یا بتوان نیاز شرا یط کاری خاص و بسیار شدید را برای    چد ن دا کتیل های مرسوم و آ ستمپرشده ، مرتفع سا خت . در     حا لیکه چدن دا کتیل کنوا نسیونی و آ ستمپر شده دارای در صدهای پا ئین ا لمنت و عناصر آ لیاژی جهت ا یجاد میکروساختار مربوطه می باشد ، آ لیاژچدن داکتیل دارای مقادیر بیشتری آ لیاژ ا ست تا بتواند خوا ص خاص یا ارتقاء یافته ای فراهم کند . مقدار سیلیکون بالا به همراه مولیبدن به چد ن داکتیل فریتی خوا ص مکانیکی عا لی د ر دما های بالا و رزیستا نس و مقاومت بهتری به      اکسیدا سیون دما بالا می دهد . محتوای بالای نیکل چدن داکتیل آ ستنیتی به همراه کروم در گرادهای خاص ، رزیستا نس و مقاومت خوردگی بالا ، خواص مکانیکی عالی در دمای پایین و بالا و گسترش کنترل شده و خواص الکتریکی و مغناطیسی را به همراه دارد. ا ز نوع بیانیتی در جایی استفاده می شود که استحکام بالا و رزیستانس خوب سایش در حالات شبیه ریخته گری یا حرا رت دهی و با کمک یک آ لیاژ3 – 1 درصد(Ni –Mo ) قابل دسترسی می باشد .

 

چدن داکتیل سیلیکون و مولیبدن

    چد ن داکتیل آ لیاژی حاوی 6-4 درصد سیلیکون با 2 درصد مولیبدن یا بدون آن برای رفع نیاز رو به افزودن چدن داکتیل توان بالا و قابل اجرا و کاربرد در مواردی مثل اگزوز ( دود کش ها ) یا بدنه توربو شارژرها ساخته شدند . خواص اولی و اصلی برای چنین کاربردها یی ، عبارتند از : رزیستانس اکسیداسیون ، پایداری و دوام ساختاری ، استحکام و مقاومت به سیکل ترما ل و حرا رتی.  این گرادها ی غیر آ لیاژی ، توا ن خود را برای ساده سازی دما باز می یابند و در سیکل حرارتی متوسط تا شدید عملکرد خوبی از خود نشان می دهند ( و به رشد و اکسیداسیونی که از چدن خاکستری آ لیاژ نشده وجود دارد , برتر و عالی می باشد) چدن داکتیل فریتی در دماهای بالا بدلیل پایداری میکروساختارها , رشد کمتری از خود نشان می دهد . آ لیاژ بندی با سیلیکون و مولیبد ن باعث ا فزا یش چشمگیر عملکرد در دمای بالا برای چدن داکتیل فریتی می شود در حا لیکه بسیاری از مزیت های تولیدی و هزینه ای چد ن داکتیل کنوانسیونی را هم دارا می باشد .

  اثر سیلیکون

سیلیکون باعث تسهیل و سریع عملکرد چدن داکتیل در دمای های بالا می شود, البته با پایدارسازی ماتریکس فریتی و شکل دهی یک لایه سطح سرشار از سیلیکون که از اکسیداسیون ممانعت به عمل می آورد. پایدا ر سازی فاز فریتی , رشد دما بالا را به دو شیوه کاهش می دهد ؛ البته اینکه سیلیکون دمای ا صلی که در آن , فریت به آ ستنیت تبدیل می شود, را بالا می برد . دمای اصلی را حد بالایی دامنه دمای مفید برای چدن داکتیل فریتی فرض می کنند .

 

 بالاتر از ا ین دما , ا نقباض و ا نبساط همراه با تبدیل فریت به آ ستنیت می توا ند باعث تحریف ریخته گری و قا لب ریزی و ترک خوردگی لایه اکسید سطح و کاهش مقاومت اکسیداسیون گردد. دوم اینکه , تمایل فریتی شدن بالای سیلیکون , ماتریکس را در مقابل تشکیل کاربید و پرلیت , پایدار می سازد که به کاهش رشد همراه با دکامپوزیت این فازها در دمای بالا منجر می شود .

 سیلیکون برخواص مکانیکی دمای اطاقی چدن داکتیل , طی سخت سازی محلول جامد ماتریکس فریتی اثر می گذارد . شکل 3-5 نشان می دهد که افزایش میزان و محتوای سیلیکون توان کششی و محصول را بالا می برد و افزایش طول را با کاهش مواجه می سازد و بنابراین , بهترین تترکیب رزیستانس حرارت و خواص مکانیکی با میزان و محتوای سیلیکون در دامنه 6- 4  درصد فراهم می شود . اثر سخت کاری جامد سیلیکون در دمای بالا مثل 1000°F(°C 540 ) باقی می ماند و لی بالاتر از آن , توان کششی آلیاژ سیلیکون بالا کاهش می یابد .

 اثر مولیبدن

 مولیبدن که اثر مفید آ ن بر روی خواص خزش و ا سترس – گسستگی فولادها کاملاً مشخص   ا ست , دارای    ا ثر مشابهی بر روی چد ن دا کتیل می باشد . شکل 6 – 5 و 7 – 5 نشان می دهد که اضافه شدن 5 در صد مولیبدن به چدن داکتیل فریتی ا فزا یش چشمگیری در توا ن های خزش و استرس گسستگی ا یجاد می کند و خوا ص دمایی بالایی ا یجاد می کند که با مورد فولاد حاوی 2 درصد کربن و 6 دصد منیزیوم قا بل مقایسه  می باشد .

 سیلیکون بالا با مولیبدن

 افزودن 2 درصد مولیبدن به 4 درصد چدن دا کتیل سیلیکون ا فزا یش قا بل ملاحظه ای در توان کششی دما بالا , توان فشار , گسستگی و توان خزشی را به دنبال دارد . ا فزودن مولیبد ن بین 1 – 0 درصد به چد ن داکتیل سیلیکون بالا در ا فزای ش رزیستا نس به خستگی گرمای ی موثر نشا ن دا ده ا ست .

 مصارف و کاربردها

 چدن داکتیل سیلیکون ، مولیبدن بالا برای کاربرا ن نهایی و مهندسین ، مزیت هایی شامل هزینه اندک توان دمای بالای مناسب رزیستانس عالی به اکسیداسیون و رشد و عملکرد مطلوب تحت شرایط سیکلی ترمال و حرارتی را فراهم ساخته است . در نتیجه این مواد در کاربرد های حرارت سرویس در دمای °F 1500 – 1200 (° 820 – 650 ) و در جایی که احتما ل سیکل حرارتی متوسط تا شدید می رود ، مناسب نشان داده ا ست.چد ن داکتیل دارای 4 درصد سیلیکون و 6- 8 درصد مولیبدن برای انواع مصارف خودروسازی و بدنه توربو شارژرها ، بکار می رود . آهن سیلیکون بالا و حاوی مولیبدن 1 درصد را برای سا خت دود کش های دما بالا و شیارهای حرارت دهی بکار می برند.

 شرایط و ضروریات محصول

 چدن دا کتیل دارای سیلیکون ، مولیبدن بالا را می توان در هر کارخانه چدن داکتیل دارای کنترل فرآیند عالی انجام داد و قبل ا ز آ ن نکا ت زیر را باید لحا ظ کرد :

کربن : میزان کربن باید در دامنه بین 3.4 – 2.5 درصد نگه داشته شود . با ا فزا یش اندازه قطعه و مقدا ر سیلیکون باید مقدار کربن را کم کرد.

 سیلیکون : براسا س نوع کاربرد مصرف ، مقدار سیلیکون بین 3.7 تا 6 درصد تغییر می یابد . افزا یش مقدا ر سیلیکون رزیستانس اکسیداسیون را ا رتقاء می دهد و توا ن را دمای کم تا متوسط بالا می برد ولی سختی و ماشین پذیری آنرا کم می کند . 

 مولیبدن : مقدار مولیبدن بیش از 2 درصد را می توان مورد ا ستفاده قرا ر داد . ا فزا یش میزان مولیبدن ، توان دما بالا را سرعت می بخشد و ماشین پذیری آنرا بهتر می کند ولی سختی را کم می کند و ممکن است برای تشکیل کاربد مرز دانه ای تفکیک شود . دیگر عناصر ثابت سازی کاربیدی و پرلیتی باید تا حد امکان پائین باشد تا ضمانت کند که یک ماتریکس فریتی عاری از کاربید بدست آید .

 کلینکر کردن نرما ل و ذرات تلقیحی را اید بکار برد ولی دمای ریختن باید برا ی چدن داکتیل عادی ، بیشتر باشد . میزان افزودن کف باره به شیوه های ریختن و  gating خوب نیاز دارد و قا لب ریزی و ریخته گری را باید به دقت اجرار کرد تا از گسستگی و شکستگی جلو گیری شود و تما قالب ریزیها و ریخته گریها را باید با حرارت انجتم داد تا سختی و استحکام ، ارتقاء یابد . ریخته گری را با یک آ نیل نیمه ا صلی انجام می دهند – 4 ساعت در دمای ºC 790  - °F 1450 و کوره تا  (ºC 200 ) °F 400 خنک می شود – ولی اگر ماتریکس ، حاوی مقادیر قابل توجهی کاربید و پرلیت باشد آنگاه به یک آنیل کامل احتیاج می شود . ماشین پذیری نیز مشابه با چدن داکتیل پرلیت / فریت و با مقدار سختی BHN 230- 200 می باشد .

 عملیات حرارتی چدن نشکن 

خلاصه:

مهمترین عملیات حرارتی که روی چدن نشکن انجام می شود و هدف از انجام آنها : 

     عملیات حرارتی که در دمای پایین برای کاهش یا آزاد کردن تنش های داخلی باقی مانده پس از ریخته گری انجام می شود.

   ● آنیل کردن

      عملیات حرارتی که برای بهبود انعطاف پذیری و چقرمگی ، کاهش سختی و حذف کاربیدها انجام می شود.        

    ● نرماله کردن

   عملیات حرارتی که به منظور بهبود استحکام به همراه کمی انعطاف پذیری انجام می شود .   

  ● سخت کردن و تمپر کردن

   عملیات حرارتی که به منظور افزایش سختی یا بهبود استحکام و بالا بردن نسبت تنش (تنش تسلیم) انجام می شود .    

   ● آستمپر کردن

  عملیات حرارتی که به منظور بدست آمدن ساختاری با استحکام بالا به همراه کمی انعطاف پذیری و مقاومت به سایش عالی انجام می شود .                 

     ● سخت کردن سطحی به وسیله ی القاء ، شعله یا لیزر

     عملیات حرارتی که به منظور مقاوم به سایش ساختن و سخت کردن موضعی سطح انتخاب شده انجام می شود .

  در این مقاله عملیات آنیلینگ ، نرماله کردن ، آستمپر کردن ، کونچ کردن و تمپر کردن چدن نشکن شرح داده می شود.

 

     آستنیته کردن چدن نشکن[B]

  هدف معمول آستنیته کردن این است که تا حد امکان زمینه ی آستنیتی با مقدار کربن یکسان قبل از پروسه ى حرارتى تولید شود. به عنوان مثال در چدن نشکن هیپریوتکتیک برای آستنیته کردن  باید از دماى بحرانى کمی بالاتر برویم به طورى که دماى آستنیته در منطقه ى دو فازى ( آستنیت و گرافیت ) باشد. دماى آستنیته کردن به وسیله ى عناصر آلیاژى موجود در چدن نشکن تغییر مى کند .                   

 

با افزایش دمای آستنیته کردن می توان آستنیت تعادلی حاوى کربن که در حال تعادل با گرافیت است را افزایش داد. که این پارامتر قابل انتخاب است( در زمان محدود). کربن موجود در زمینه ی آستنیتی کنترل دمای آستنیته کردن را مهم ساخته که این دما به منظور جلو بردن واکنش به مقدار زیادی به کربن موجود در زمینه ی آستنیتی بستگی دارد ، این ساختار مخصوصاً برای آستمر کردن ساخته می شود ، سختی پذیری (قابلیت آستمپر کردن ) به میزان زیادی به کربن موجود در زمینه و در واقع به عناصر الیاژی موجود در چدن نشکن بستگی دارد ، میکرو ساختار اصلی و سطح مقطع قطعه تعیین کننده ی زمان مورد نیاز برای آستنیته کردن می باشند

مراحل بعد از آستنیته کردن هنگامی که مورد اهمیت باشند عبارتند از : آنیل کردن ، نرماله کردن ، کونچ و تمپر  کردن و آستمپر کردن.                  

 

آنیلینگ چدن نشکن

هنگامی که حداکثر انعطاف پذیری و قابلیت ماشینکاری عالی مورد نیاز باشد و استحکام بالا مورد نیاز نباشد ، عموماً چدن نشکن آنیل فریتی می شود . بدین گونه که میکروساختار به فریت متحول می شود و کربن اضافی به صورت  می باشد، اگر ماشینکاری عالی مورد  60-40-18 نوع ASTM کروی رسوب می کند. این عملیات حرارتی ساخته ی  نیاز باشد باید مقدار منگنز ، فسفر و عناصر آلیاژی از قبیل کرم و مولیبدن درحد امکان پایین باشد زیرا باعث آهسته کردن پروسه ی آنیل می شوند .                  

نحوه ی آنیل کردن توصیه شده برای چدن نشکن آلیاژی و چدن نشکن با کاربید یوتکتیک و بدو ن کاربید یوتکتیک در پایین شرح داده شده است :                                                                                                               

آنیل کامل برای چدن نشکن با 2%-3% سیلیسیم و بدون کاربید یوتکتیک :                                                            

گرم کردن تا دمای 870- 900 درجه ی سانتی گراد و نگهدار ی در این دما به مدت 1 ساعت در ازای هر اینچ ضخامت ،سپس سرد کردن در کوره با سرعت   55 درجه سانتی گراد در ساعت تا دمای 345 درجه ی سانتی گراد سپس سرد کردن در هوا.      

 

      آنیل کامل در صورت وجود کاربید یوتکتیک :

گرم کردن تا دمای900C-870C و نگهداری در این دما برای 2 ساعت و بیشتر از این زمان برای ضاخمت های زیاد ، سپس سرد کردن در کوره با سرعت 110C/hتا دمای 700Cو نگهداری در این دما برای 2 ساعت ، سپس سرد کردن در کوره تا دمای 345Cبا سرعت 55C/h ، سپس سرد کردن در هوا .


 آنیل کردن زیر منطقه ی بحرانی برای تبدیل پرلیت به فریت:                                                                              

گرم کردن قطعات تا دمای705C-720Cونگهداری در این دما به مدت 1 ساعت در ازای هر اینچ ضخانت ، سپس سرد کردن در کوره با سرعت55C/h تا دمای 345C و سپس سرد کردن در هوا .

وقتی که در چدن نشکن عناصر آلیاژی وجود داشته باشد از سرد کردن سرتاسری قطعه جلوگیری می شود و کاهش درجه حرارت از نقطه ی بحرانی تا400C ادامه می یابد و سرعت سرد کردن از55C/h کمتر می باشد .

 

به هر حال برخی عناصر در شکل کاربید خود اگر تجزیه ناپذیر باشند به شکل کاربید اولیه که بسیار سخت است می باشندکه این حالت بیشتر در کرم می باشد ، به عنوان مثال% 0.25 کرم باعث تشکیل کاربید اولیه ی بین نشینی می شود که در اثر عملیات حرارتی تا دمای 925C و نگهداری در مدت2h-20h حتی نیز از بین نمی رود . زمینه ی حاصل از رسوب پرلیت ، زمینه ی فریتی با کاربید می باشد که فقط 5% ازیاد طول دارد . 

 

نمونه های دیگری از عناصر که به شکل کاربید در چدن نشکن وجود دارند عبارتند از مولیبدن بیشتر از 0.3% و وانادیم وتنگستن در مقدیر بیش از 0.05%.    

سختی پذیری چدن نشکن     

          سختی پذیری چدن نشکن یک پارامتر مهم تعیین کننده ی واکنش ثابت آهن برای نرماله کردن ، کونچ کردن و تمپرکردن یا آستنیته کردن می باشد.                                                                                                            

    سختی پذیری معمولاً به وسیله ی آزمایش جامینی تعیین می شود ، که در آن از یک میله با اندازه ی استاندارد (قطر 1 اینچ و ارتفاع 4 اینچ) استفاده می شود که آن را آستنیته می کنند سپس یک سر آن را به وسیله ی آب سرد می کنند ، نوسان در سرعت سرد کردن باعث بی ثباتی (متفاوت بودن) در میکروساختار می شود که سختی آنها تغییر می کند سپس آنها را تعیین و ثبت می کنند.

 

زمینه ی با کربن بالا باعث بالا رفتن دمای آستنیته کردن و در نتیجه ی آن باعث افزایش سختی پذیری می شود (منحنی جامینی فاصله ی زیادی تا پایان سرد کردن پیدا می کند ) و همچنین قطعه حداکثر سختی بالاتری پیدا می کند.

    هدف از اضافه کردن عناصر آلیاژی به چدن نشکن افزایش سختی پذیری است ، منگنز و مولیبدن برحسب وزن اضافه شده به چدن نشکن نسبت به مس و نیکل عناصر بسیار موثری در افزایش سختی هستند.

     در هر حال همانند فولاد افزودن ترکیب نیکل - مولیبدن یا مس - مولیبدن یا مس - نیکل - منگنز  نسبت به اینکه این عناصر را به صورت جداگانه به چدن اضافه کنیم ، تاثیر بیشتری خواهند داشت.

        بنابراین برای ریخته گری مقاطع زیاد که نیاز به سختی و آستمر زیاد دارند معمولاً از ترکیب ان عنصر استفاده می کنند . سیلیسیم صرف نظر از تاثیری که روی زمینه ی حاوی کربن دارد تاثیر زیادی روی سختی پذیری ندارد .

 

 نرماله کردن چدن نشکن                                

نرماله کردن (سرد کردن در هوا در جریان آستنیته کردن) به طور قابل توجهی می تواند باعث بهبود استحکام کششی شود.و امکان استفاده در ساخت چدن نشکن ASTM نوع 30-70-100 وجود دارد .

 میکروساختار حاصل از نرماله کردن به ترکیب شیمیایی چدن و سرعت سرد کردن بستگی دارد سختی تحمیل شده به  وسیله ی ترکیب شیمیایی قطعه به موقعیت منطقه ی زمان - دمای دیاگرام CCT بستگی دارد .

سرعت سرد کردن به حجم قطعه ی ریختگی بستگی دارد ولی شاید بیشتر تحت تاثیر دما و جریان هوای اطراف قطعه ی در حال سرد شدن باشد .

اگر چدن حاوی مقدار زیادی سیلیسیم نباشد و دست کم حاوی مقدار مناسبی منگنز(یا بالاتر0.5 %-0.3%) باشد به طور کلی نرماله کردن ، ساختار پرلیت ظریف تولید خواهد کرد . قطعات سنگین در صورتی که نیاز به نرماله شدن داشته باشند برای بدست آوردن ساختاری کاملاً پرلیتی و سختی پذیری بیشتر بعداز نرماله کردن حاوی عناصر الیاژی از قبیل مولیبدن و نیکل و منگنز اضافی هستند . قطعا ت سبک چدن های آلیاژی ممکن است بعد از نرماله کردن حاوی ساختارمارتنزیتی یا بینیتی باشند

 

دمای نرماله کردن معمولاً بین870C-940C می باشد و زمان استاندارد نگهداری 1h برای هر اینچ ضخامت و نگهداری به مدت 1h به عنوان حداقل در این دما کافی است .برای چدن های حاوی عناصر آلیاژی به دلیل کاهش نفوذ کربن در آستنیت زمان بیشتری نیاز است به عنوان مثال قلع و آنتیموان برای گرافیت های کروی ، به طور موثری از حل شدن کربن در زمینه ی حاوی گرافیت کروی جلوگیری می کنند .

 گاهی اوقات بعد از نرماله کردن ، قطعات را به منظور دست یافتن به سختی مورد نظر و حذف تنش های باقی مانده در اثر تفاوت سرعت سرد کردن در قسمتهای مختلف قطعه به دلیل اختلاف اندازه ی مقطع، قطعه ی ریختگی را تمپرمی کنند.

 تمپر کردن قطعات بعد از نرماله کردن برای دستیابی به چقرمگی بالا و مقاومت به ضربه می باشد. تاثیر تمپر کردن در سختی و استحکام کششی به ترکیب شیمیایی چدن و میزان سختی بدست آمده از نرماله کردن بستگی دارد.

تمپر کردن شامل حرارت دادن مجدد تا دمای425C-650C و نگهداری در این دما به مدت1h برای هر اینچ ضخامت از مقطع می باشد . این دما برای دستیابی به مشخصات گوناگون در مدت بالای رنج معمول، متفاوت می باشد.

 

کونچ و تمپر کردن چدن داکتیل

  قطعا ت تجاری قبل از کونچ و تمپرکردن معمولاً در دمایی بین845C-925C آستنیته می شوند.برای به حداقل رساندن تنش و جلوگیری از ترک خوردن قطعه برای کونچ متوسط روغن ترجیحاً از روغن استفاده میشود ولی برای قطعات با اشکال ساده از آب یا آب نمک استفاده می شود و قطعا ت  پیچیده را به منظور جلوگیری از ترک خوردن در حین کونچ، در روغن پیش گرم شده تا دمای 80C-100Cکونچ می کنند . 

   تاثیرکونچ کردن درآب مکعبی ازجنس چدن نشکن که تا دمای آستنیته گرم شده بود بدست آمدن سختی بالایی(55-75HRC)    بوده است. دمای آستنیته کردن دراین مکعب بین 845C-870C   بوده است . در دمایی بالاتر از 870C   مقدار زمینه ی حاوی کربن (آستنیت) بیشتری بدست خواهد آمد به همین دلیل مقدار آستنیت بیشتری(پس از کونچ  کردن) حفظ خواهد شد که در نتیجه ی این امر سختی کاهش پیدا می کند .

       قطعا ت بعد از کونچ شدن باید تمپر شوند تا تنش حاصل از کونچ شدن آزاد گردد. سختی حاصله بعد از تمپر کردن بهعناصر آلیاژی موجود ، دمای تمپر کردن و به همان اندازه زمان تمپر کردن بستگی دارد .

 تمپر کردن در دمای 450C - 600C باعث کاهش سختی می شود که میزان آن به عناصر آلیاژی موجود،سختی اولیه وزمان تمپر بستگی دارد . سختی ویکرز چدن نشکن کونچ شده به وسیله ی دما و زمان تمپر کردن تغییر می کند .

 تمپر کردن چدن نشکن از یک فرآیند دو مرحله ای تشکیل می شود. مرحله ی اول همانند فرآیند فولادها رسوب دادن کاربیدها است . مرحله ی دوم (معمولاً به وسیله ی کاهش سختی در زمان طولانی تر مشخص می شود) جوانه زنی و رشد گرافیت ثانویه که حاصل از مصرف شدن کاربیدها می باشد. کاهش سختی به همراه تشکیل گرافیت ثانویه همانند کاهش استحکام کششی و به همان اندازه کاهش استحکام خستگی می باشد. هر آلیاژی با در صد مشخص (عناصر) داری درجه حرارت تمپر مفید خواهد بود.

 

     آستمپر کردن چدن نشکن      

  هنگامی که استحکام مناسب به همراه انعطاف پذیری مورد نظر باشد، عملیات حرارتی کننده اجازه می دهد ساختار آستمپر شده از آستنیت و فریت تولید گردد. زمینه ی آستمپر شده باعث بهبود قابل توجه استحکام کششی و انعطاف پذیری می شود که در هر نوع چدن داکتیل ممکن می باشد. برای بدست آوردن آن خواص مطلوب نیاز است که به اندازه ی سطح مقطع ، زمان و درجه حرارت داده شده به قطعه در خلال آستنیته و آستمپرکردن دقت و توجه کافی شود .                                                                          

  اندازه سطح مقطع و عناصر آلیاژی    

  با افزایش سطح مقطع سرعت کاهش درجه حرارت بین دمای آستنیته و دمای آستمپر کردن تغییر می کند . آستمپر کردن  یا شامل کونچ کردن در روغن داغ 240C  ، کونچ کردن به وسیله ی جریان نیتریت / نیترات،کونچ کردن توسط جریان هوا (فقط برای قطعات نازک یا قسمت های کوچک) و برای نوع ابزار کونچ کردن در حمام سرب.      

 

به منظور جلوگیری از واکنش محصولات در درجه حرارت بالا (مثل پرلیت در مقاطع ضخیم) باید آنها را در حمام نمک کونچ کرد . سختی به وسیله ی کونچ کردن در آب یا افزودن عناصر آلیاژی (مثل مس ، نیکل ، منگنز ، یا مولیبدن ) که باعث تسهیل سختی پذیری پرلیت می شوند . این نکته مهم است مه بدانیم عناصر فوق باعث به وجود آمدن جدایش در هنگام انجماد می شوند که این امر برای قابلیت آستمپر شدن و در نتیجه ی آن برای خواص مکانیکی مضر خواهد بود. انعطاف پذیری و مقاومت به ضربه پارامترهایی هستند که شدیداً تحت تاثیر قرار می گیرند .

 

منگنز و مولیبدن بیشترین تاثیر را در سختی پذیری پرلیت دارند اما به منظور افزایش آهن یا تعدیل کاربیدها همیشه موجب سگرگاسیون و سرد شدن ناحیه ی بین سلولی در قطعه می شوند . در صورتیکه مس و نیکلبه همان اندازه تاثیری در سختی

 

پذیری ندارند ولی باعث جدا شدن گرافیت کروی در زمینه میشوند و از به وجود آمدن کاربیدهای مضرجلوگیری می کنند.  ترکیبی از این عناصر به اندازه ی مساوی به دلیل تاثیر آنها در سختی پذیری به قطعه افزوده می شود.

دما و زمان آستنیته کردن

معمولاً شکل شماتیک دیاگرام نشان می دهد که با افزایش دمای استنیته کردن ، زمینه ی حاوی کربن (آستنیت) نیز افزایش می یابد. زمینه ی فعلی حاوی کربن ، به شکل مخلوط  شدن عناصر موجود در زمینه ، مقدار آنها و موقعیت آنها در زمینه بستگی دارد (سگرگاسیون) .

 

مهمترین عامل تعیین کننده در زمینه ی حاوی کربن در چدن داکتیل سیلیسیم موجود در آن است ، با افزایش سیلیسیم برای دمای آستنیته ی معیین مقدار کربن موجود در زمینه کاهش می یابد. دمای آستنیته بین845C-925C معمولاً مناسب است و زمان آستنیته کردن برای کربن گیری مجدد تمام زمینه تقریباً 2 ساعت کافی می باشد.

 

دمای استنیته کردن کاملاً تحت تاثیر مقدار کربن موجود در زمینه می باشد که اثر مهم آن در سختی پذیری می باشد. دمای آستنیته ی بالا و مقدار کربن بالا باعث افزایش سختی پذیری می شود . که باعث کاهش سرعت دگرگونی آستنیت همدما می شود .

 

زمان و دمای آستپمر کردن

دمای آستمپر کردن اولین پارامتر تعیین کننده ی میکروساختار نهایی در قطعه و در نتیجه ی آن سختی و استحکام محصول آستمر شده است . با افزایش دمای آستمپر کردن ، سختی و مقاومت به ضربه ی متفاوتی خواهیم داشت.

 

دستیابی به حداکثر انعطاف پذیری در دمای معیین آستمپر کردن ، تابع حساس زمان می باشد . افزایش اولیه ی ازیاد طول نسبی در مرحله ی (1) رخ می دهد و پیشرفت ازیاد طول نسبی در مرحله ی نهایی اتفاق می افتد که در آن نقطه ی شکست

 

آستنیت حداکثر می باشد . آستمپر کردن مجدد فقط به منظور کاهش انعطاف پذیری در مرحله ی (2)واکنش که در نتیجه ی  تجزیه ی ساختار به تعادل بینیت می باشد . زمان آستمپر کردن از 4-1 ساعت متفاوت می باشد


 
 
چدن نایهارد نیکل سخت
نویسنده : مصطفی زارع - ساعت ۱٢:٢٢ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/۳٠
 


    

             چدن نایهارد  (نیکل سخت)

نخستین خانواده چدنهای پر آلیاژ که بیشترین اهمیت را کسب کردند چدن نایهارد بودند با زمینه مارتنزینی، کاربیدی، کربن در آنها از 5/2% تا 6/3% متغیر می‌باشد. در چدن نایهارد وجود عنصر نیکل است که به منظور به تعویق افتادن تشکیل پرلیت و کاهش سرعت بحرانی سرد شدن در رنج 3/3% تا5/0 به کار می‌رود که نتیجتاً مارتنزیت به همراه مقداری آستنیت باقیمانده در زمینه ساختار به وجود می‌آید. کروم در رنج %5/3 4/1% اضافه می‌شود، برای حصول اطمینان از اینکه مازاد کربن آلیاژ به جرم کاربیدهای پایدار می‌سازد و همچنین از خاصیت گرافیت زایی نیکل نیز جلوگیری به عمل می‌آید. ترکیب کاربیدها به علاوه مارتنزیت زمینه‌ای با مقاومت سایشی خوبی ایجاد می‌کند. تعیین درصد عناصر آلیاژی در چدن نایهارد بستگی دارد به ابعاد قطعه و خواصی که از آن انتظار می‌رود. زمانیکه مقاومت سایشی خوب و ضربه‌پذیری پایین مورد نظر باشد کاربیدهای درشت‌تر انتخاب شده و نتیجتاً درصد کربن بین 6/3 -3/3% انتخاب می‌شود و زمانیکه قطعه در معرض بارهای ضربه‌ای قرار می‌گیرد کربن بین 2/3-7/2% متغیر خواهد بود. درصد عناصر بستگی به سرعت سرد شدن و ضخامت قطعه دارد برای قطعات با ضخامت 1 تا 2 اینچ سیکل بین 2/4 4/3% برای به تعویق انداختن در تبدیل پرلیتی و اطمینان از تبدیل کامل مارتنزیتی ضروری است. چنانچه ضخامت قطعه بالاتر باشد نیکل از 5/5 4% مورد استفاده قرار می‌گیرد تا پرلیت تشکیل شود.

در چدن نایهارد نوع II چنانچه درصد نیکل پایین باشد پرلیت تشکیل می‌شود و چنانچه مقدار نیکل زیاد باشد به پایداری استنیت کمک می‌کند. تفاوت اصلی در بین 4 آلیاژ چدن نایهارد در کاربردد آنهاست.


مقاومت به ضربه نوع D بسیار بالاتر از سه مورد قبل (A, B, C) می‌باشد. SI در آن بالاست و نقش کمک کردن به تشکیل کاربید را تسریع می‌کند چون حلالیت کربن در گاما را کاهش می‌دهد. چدن نایهارد بوفور در عملیات خرد کردن، پودر کردن، نورد کردن، و حمل مواد به کار برده می‌شوند. دو گروه عمده چدن نایهارد وجود دارند، چدنهای با 4% نیکل و چدنهای با 6% نیکل و 9% کروم که معمولاً به چدن نایهارد 2 و 4 موسوم‌اند. نوع 2 چدن نایهارد شامل کاربیدهای یوتکتیکی M3C  لدبوریتی است و بنابراین دارای چقرمگی کمی است در صورتیکه نوع 4 چدن نایهارد عمدتاً شامل کاربیدهای ناپیوسته M7C3  است و در نتیجه چقرمگی چدن نایهارد 4 بیشتر است. ر نوع 2 چقرمگی کمتری دارد عمدتاً در تولید غلطکهای فلز کاری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

متالورژی و کاربرد چدن نایهارد نوع 4 تقریباً مشابه چدنهای پرکروم است. اما مشاهده شده است  که در کاربردهای خاص مانند گلوله‌های آسیاب و جدار پوسته آسیابهای سیمان با قطر زیاد که قطعات ریختگی در آن هم تحت سایش و هم ضربات مکرر سنگین قرار دارند چدن نایهارد 4 مقاومت لازم برای شکست را ایجاد نمی‌کند. به طور کلی مقاومت شکست چدنهای پرکروم بیش از چدن نایهارد 4 است. مشخصه‌ای که سبب ارجحیت بارز چدن نایهارد 4 در مقایسه با چدنهای پرکروم می‌شود قابلیت سختی‌پذیری عالی آن است.

 

محدودیت استفاده از چدن نایهارد مخصوصاً در نوع 2، مربوط به شبکه پیوسته کاربید آهن می‌شود که دانه‌های آستینت رادر خود احاطه کرده است و باعث تردی آن می‌گردد. همچنین در مقاطع ضخیم چدن نایهارد را نمی‌توان تولید نمود زیرا امکان به وجود آمدن گرافیت آزاد و کاهش مقاومت به سایش وجود دارد. دیگر اینکه در چدن نایهارد سختی فاز کاربید آهن از کاربیدهای آلیاژی کمتر است. سمانتیت یا کاربید آهن را می‌توان با کاربیدهای دیگر جایگزین نمود به این طریق این امکان وجود دارد که چدنی تولید نمود که فاز کاربید آن از سمانتیت سخت تر بوده و از نظر ساختاری نیز خواص مکانیکی بهتری را عاید نماید.

ساختمان سطح مقطع و تاثیر آن روی خواص مکانیکی چدن نایهارد:

عواملی که روی خواص چدن نایهارد مخصوصاً بر روی سختی ضربه‌پذیری آن اثر می‌گذارند عبارتند از:

·        نوع کاربید

·        شکل و اندازه کاربیدها

·        اندازه دانه‌ ها

·        ساختمان زمینه

 

فازهای کاربیدی در چدن نایهارد

ترکیب شیمیایی تمام چدن نایهارد طوری انتخاب می‌شود که بیشتر ساختار به صورت کاربید یوتکتیک و آستنیت جامد شود. مقدار کاربید یوتکتیک که تشکیل می‌شود و نیز ساختار زمینه به ترکیب شیمیایی چدن بستگی دارند.

چدن نایهارد نوع 2 دارای ساختار لدبوریتی خاصی است که در آن کاربید M3C در برابر زیر ساختار پیوسته حضور دارد. ساختار کاربیدی علاوه بر اینکه محل مساعدی برای شروع ترک است مسیر بهتری برای اشاعه ترک نیز است. بر عکس چدن نایهارد نوع 4 دارای ساختار یوتکتیکی است که در آن کاربیدهای نوع M7C3 به طور ناپیوسته حضور دارند. مزیت این نوع ساختار کاربیدی این است که گر چه کاربید M7C3  به اندازه M3C  ترد است ولی ترکهایی که در آن ایجاد می‌شوند قبل از این که وارد زمینه به مراتب نرمتری شوند نمی‌توانند خیلی اشاعه پیدا کنند و به این دلیل چدن نایهارد نوع 4 مقاومت به وضوح بیشتری به شکست دارند تا نوع چدن نایهارد 2.

کاربیدهای نوع M7C3  نسبت به کاربیدهای M3C از سختی بیشتری برخوردارند ضمن این که کاربیدهای نوع M7C3 ساختار ظریفتر را ایجاد می‌نماید که منجر به سختی‌پذیری بهتر می‌گردد. کاربیدهای M3C عموماً دارای شبکه پیوسته هستند که باعث می‌شوند در مقایسه با کاربیدهای M7C3 ضربه‌پذیری و سختی کمتری داشته باشند.

تمام عناصر آلیاژی موجب افزایش درصد حجمی فاز کاربید در چدن نایهارد می‌شوند. اما تاثیر این عناصر در مقایسه با اثر خود کربن جزئی است. دامنه حجمی کاربید در نوع 4 چدن نایهارد کلی چدن نایهارد دخالت دارد.

 

تاثیر شکل و اندازه کاربیدها در چدن نایهارد

معمولاً ریزتر بودن کاربیدها و یک‌نواختی آنها نیز خواص ضربه را بهتر می‌کند لذا استفاده از روشهای انجماد سریع و اضافه کردن پاره‌ای مواد تلقیحی نظیر فرونیتانیوم یا فروکروم کربن به ذوب می‌‌تواند ساختاری ظریفتر و یکنواخت‌تر را ترغیب نماید. البته اخیراً با روشهای دیگری نظیر عملیات حرارتی خاص و یا کنترل ترکیب آنالیز توانسته‌اند شکل کاربیدها را نیز کنترل نماید.

 اندازه دانه‌ها در چدن نایهارد

هر قدر اندازه دانه‌ها کوچکتر باشند مقاومت به ضربه چدن نایهارد را بهبود می‌بخشد.

 

ساختمان زمینه چدن نایهارد:

ساختار زمینه توسط آلیاژی کردن صحیح قطعه با توجه به اندازه آن کنترل می‌شود. چدن نایهارد درحالت ریخته شده فاقد گرافیت بوده و دارای ساختار شامل کاربیدهای یوتکتیکی با زمینه‌ای که آستنیت در آن غالب است می‌باشند. در صورتیکه عناصر آلیاژی به مقدار کافی موجود نباشند ممکن است به جای آستنیت مقادیری پرلیت نرمتر یا گرافیت به وجود آید. انجام عملیات آلیاژی کردن سبب ایجاد مقادیر زیادی آستنیت باقیمانده بعد از عملیات حرارتی می‌شود. به منظور ایجاد حداکثر سختی و مقاومت به سایش چدن نایهارد عملیات حرارتی انجام می‌شود تا زمینه‌ای با ساختار مارتنزیت فاقد آستنیت باقمیمانده ایجاد شود. بهترین ترکیب شیمیایی چدن نایهارد به ابعاد قطعه زیختگی و خواص مورد نظر بستگی داشته و معمولاً در دامنه زیر قرار دارد:

 

کربن              3/3-6/2%

سیلیسم           2-5/1%

منگنز            8/0-6/0%

کروم                   9-8%

نیکل              5/5-8/4%

مولیبدن          1-5/0%

 

با در نظر گرفتن این مطلب که %si  + 0/3 % Cr از 1/4 بزرگتر است. مطمئناً توسط این ترکیب به جای کاربیدهای لدبوریتی، کاربیدهای ناپیوسته تشکیل می‌شوند.

علاوه بر کاربیدها آنچه خواص مکانیکی چدن نایهارد را تحت تاثیر قرار می‌دهد مابقی ساختار است. جهت حصول بهتر مقاومت سایش بهتر است زمینه مارتنزیتی به دست بیاید منتهی محدودیتهای نظیر عدم اطلاع دقیق از نحوه خروج حرارت از قطعه و تاثیر تغییر ضخامت و ترکیب شیمیایی و ... باعث عدم توفیق ریخته‌گران در به دست آوردن زمینه مارتنزیتی می‌باشد. مشکل این است که در هنگام سرد کردن تبدیل آستنیت به پرلیت صورت گرفته و حضور پرلیت در جوار کاربید به شدت  از مقاومت فرسایشی قطعه می‌کاهد و کروم به تنهایی برای جلوگیری از این تحول کافی نمی‌باشد لذا از عناصر آلیاژی مولیبدن، مس و نیکل جهت کاهش سرعت بحرانی سرد شدن می‌توان استفاده نمود.

 

مساله دیگر این است که به دلیل حلالیت زیاد کربن در آستنیت امکان باقی ماندن مقداری آستنیت باقی مانده تا درجه حرارت محیط وجود دارد. در مورد آستنیت باقیمانده دو نظر وجود دارد: در حالیکه صرفاً مقاومت سایشی مطرح است و ضربه وجود ندارد آستنیت باقیمانده نامطلوب تلقی می‌شود زیرا سختی مجموعه کمتر می‌شود و در مواردی که سایش توام با ضربه شدید وجود دارد کار سختی در لایه تماس صورت گرفته در حالی که میان قطعه دارای انعطاف بیشتری است در چنین صورت وجود مقداری آستنیت باقی مانده مجاز خواهد بود که مقدار آن باید زیر 5% درچدن نایهارد باشد.

 

اثر عناصر آلیاژی در چدن نایهارد

کربن: سختی به مقدار زیاد توسط مقدار کاربیدهای موجود، که خود به مقدار کربن بستگی دارد کنترل می‌شود. در کاربردهایی که حداکثر سختی و مقاومت به بارگذاری ضربه‌ای از اهمیت ثانوی برخوردار است از کربن به مقدار 3/3% استفاده کرد ولی در جایی که ضربات تکراری اعمال می‌شود  باید مقدار کربن در دامنه 6/2 تا 9/2 باشد. جدول زیر اثر مقدار کربن را بر عمر سختی ناشی از ضربه در چدن نایهارد نوع 4 نشان می‌دهد.


چقرمگی تحت ضربات تکراری (عمر خستگی ضربه‌ای) بر حسب تعدا ضربات لازم برای شروع شکست در یک گلوله چدن نایهارد به قطر mm60 که مکرراً از ارتفاع m7 بر روی یک سندان فولادی شیب‌دار می‌افتد ارزیابی شده است.

جهت حصول حجم مناسب از کاربیدهای m7c3  و ایجاد سختی‌پذیری لازم در چدن نایهارد مقدار آن

Grade 2A  Bs2/3 – 7/2% و B2 Grade   Bs% 6/3 -2/3 انتخاب می‌شود. ازدیاد کربن باعث ازدیاد مقدار کاربید شده که سختی قطعه را افزایش می‌دهد و همچنین تردی را نیز زیادتر می‌کند. در مقادیر ماقبل یوتکتیک (اگر مقدار کربن یوتکتیک برای 7% کروم حدود 2/3 است) ابتدا مذاب آستنیت جدا شده در تحول یوتکتیک مابقی ذوب به کاربید m7c3  و آستنیت تبدیل می‌شود که نهایتاً زمینه دارای کاربیدهای محصور در زمینه آستنیت است. در حوالی کربن یوتکتیک ساختمان یکنواختی از کاربید m7c3 و آستنیت یوتکتیکی ظاهر می‌شود اما چنانچه مقدار کربن بیشتر از یوتکتیک باشد از مذاب کاربیدهای m7c3 جدا شده که دانه‌های یوتکتیکی را احاطه کرده است. چنانچه مقدار کربن خیلی پایین باشد با تشکیل کاربید کروم درصد کربن آستنیت‌ به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد و لذا در تبدیلات بعدی نخواهد توانست سختی‌پذیری کافی را داشته باشد.


کرم:

چنانچه درصد آن پایین باشد (حوالی 3% ) پیدایش کاربیدهای نوع M3c را ترغیب می‌کند و چنانچه درصد کرم به حوالی 10% برسد کاربیدهای m7c3  تشکیل می‌شود. با افزایش درصد آن نقطه یوتکتیک به سمت چپ متمایل شده و منطقه آستنیت نیز کوچکتر می‌شود. به این لحاظ حد حلالیت کربن در آستنیت نیز کاهش می‌یابد. همچنین کروم دیاگرام T.T.T  را به سمت راست و خط مارتنزیت استارت (Ms) را هم پایین می‌برد. وجود مقدار کروم بیش از حد طوری که سبب تشکیل کاربید کرم بسیار نرم‌تر M23c6 شود ضرورت ندارد. سیلیسیم (si) به علت گرافیت‌زایی خیلی کم مورد استفاده قرار می‌گیرد و مقدار آن بین 2- 5/1% است. اخیراً مطلبی در مورد تاثیر si بر نوع کاربیدها در چدن نایهارد نوع 4 ذکر شده که حاوی 5% نیکل، 8% کرم، و 5/3% کربن بوده و کاربیدهایی از نوع M3c، m7c3 با si  35/0% بودند اما موقعیکه si به %95/1 رسید کاربیدها همگی تبدیل به m7c3 شدند که مطلوبترند. اثر دیگر آن این است که درجه حرارت شروع و تحول مارتنزیتی (ms) را افزایش می‌دهد. Si موجب کاهش حلالیت کربن در آستنیت و در نتیجه بالا رفتن درصد کربن در کاربیدها و تشکیل آنها به m7c3 شده است. si موجب پایداری کاربیده m7c3 شده و بنابراین مقدار کرم مورد نیاز برای ایجاد ساختار کاربیدی ناپیوسته را کاهش می‌دهد اما وجود سیلیسیم همراه با آهنگ سرد شدن آهسته وجود کربن به مقدار زیاد، موجب تشکیل گرافیت آزاد می‌شود. به طور کلی SI به تسریع تبدیل مارتنزیتی کمک می‌کند.

 

منگنز:

جزء پایدار کنند آستنیت است. MN هم در زمینه و هم در کاربید می‌تواند حل شود که باعث کاهش سختی و افزایش آستنیت باقی مانده می‌شود. حل شدن منگنز در کاربید سختی آنرا افزایش می‌دهد. در این مورد گزارش داده شده است که کاربید M3c بوجود نیامده است. از این رو کاهش سختی کاربید ارتباطی با تغییر نوع کاربید ندارد و می‌توان انتظار داشت که با ورود MN به کاربید m7c3 سختی آن کاهش یافته است. سختی فاز زمینه همراه با کاهش فاز کاربید مقاومت سایش قطعه را به دنبال دارد.

 

وانادیوم: وانادیوم از عناصر کاربیدزای قوی می‌باشد. اضافه شدن کروم به زمینه به طور موثر مانع از پرلیتی شدن زمینه می‌شود و پیدایش زمینه آستنیتی را ترغیب می‌نماید. وانادیوم می‌تواند جایگزین کروم در کاربید شده و کروم را وارد زمینه کند.

 

مس:

 مس معمولاً به عنوان عنصری که سختی‌پذیری را افزایش می‌دهد، باعث افزایش سختی و افزایش آستنیت باقی مانده  می‌شود و همچنین مقاومت به خوردگی را کاهش می‌دهد. برای قطعات ضخیم مس معمولاً برای جلوگیری از تشکیل پرلیت به کار می‌رود.  مس Ms را پایین می‌آورد.

 

مولیبدن:

مولیبدن سختی و سختی‌پذیری آلیاژ را بالا می‌برد تاثیر چندانی روی mS ندارد. در چدنهای سفید تا حدود 3% به کار می‌رود. چنانچه بیش از 4% حضور یابد کاربیدهای نوع M4C مشاهده می‌شود که این نوع کاربیدها باعث افزایش سختی می‌شود و مقاومت به یش را کم می‌کند و مقاومت به ضربه‌ و خوردگی را افزایش می‌دهد. با مولیبدن کمتر به ندرت از 3% تجاوز نماید کاربیدهای ظریف محصور شده مشاهده می‌شود که کاربیدهای یوتکتیکی یا M2C و یاM6C هستند. سرعت بحرانی سرد شدن را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد که اطمینان از تحول مارتنزیت در موقع سخت کردن را در مقاطع ضخیم بیشتر نماید.

 

مولیبدن باعث باقیماندن درصد بیشتری آستنیت تا درجه حرارت محیط می‌شود ولی مکانیزم آن با عناصری که  را وسیع می‌کنند مانند Ni (نیکل) و منگز MN متفاوت می‌باشد. عناصر اخیر MS را نیز به میران قابل توجهی کاهش می‌دهند در حالی که مولیبدن تاثیر قابل توجهی روی درجه حرارت Ms ندارد. مولیبدن سرعت رسوب کاربید ثانویه را از آستنیت تقلیل می‌دهد لذا باقیماندن کربن در محلول بیشتر در آستنیت آن را پایدار می‌نماید. مولیبدن دارای اثر ایجاد تاخیر در تشکیل پرلیت می‌باشد. وجود مقادیر بیشتر مولیبدن، استفاده از مقادیر بیشتر کربن را مجاز می‌کند. چون حلالیت مولیبدن در m7C3  محدود است اثر مولیبدن بر سختی حداقل می‌باشد.

 

نیکل:

نیکل در بالابردن قابلیت سختی‌پذیری ضروری است. از تشکیل پرلیت جلوگیری کرده و بعد از عملیات حرارتی سبب ایجاد ساختار مارتنزیتی می‌شود و مقدار مورد نیاز آن به آهنگ سرد شدن و ضخامت قطعه ریختگی بستگی دارد. برای مقاطع به ضخامت تا MM 50 دامنه مقدار نیکل از 4/4% الی %8/4 درصد است. در صورتی که مقدار نیکل قطعات ضخیم‌تر بین 5 الی 6 درصد قرار دارد. نیکل بیش از حد ممکن است سبب ایجاد آستنیت باقیمانده بعد از عملیات حرارتی و ورقه ورقه شدن سطح در حین کار شود.

 

گوگرد (S):

 چنانچه گوگرد توسط منگز خنثی شده باشد موجب پایداری کاربید، می‌شود ولی در مواردی که مقاومت به شوک مهم باشد گوگرد  متناسب با مواد خام مصرفی و نحوه عمل ذوب تا حد امکان پایین نگه داشته می‌شود.

 

فسفر (P):

چنانچه مقدار فسفر از 2/0 تجاوز کند موجب تردی ماده شده لذا باید تاحد امکان پایین نگه داشته شود.

 

به طور کلی در مورد ترکیب شیمیایی می‌توان گفت:

·        انتخاب ترکیب شیمیایی برای گرفتن حداکثر سختی توام بادرصد کنترل شده‌ای از آستنیت باقیمانده برای حفظ  (چقرمگی) و قابلیت کار سختی‌پذیری بعدی صورت می‌گیرد.

·        تعیین مقدار کمی تاثیر عناصر روی پارامترهای فوق دقیقاً نیست و بهترین روش برای نیل به بهترین شرایط کیفی ریختن آلیاژ و اصلاح ترکیب آن تا گرفتن شرایط ایده‌آل می‌باشد.

·        درصدر کربن کنترل کننده مقدار کاربیدهاست و می‌تواند در حدودی که ساختمان اولیه مورد نظر را از میزان وجود کاربید تامین نماید تغییر کند.

·        عناصر پایدار کننده آستنیت سختی‌پذیری را افزایش می‌دهند و روی سختی یا تاثیری ندارند یا اثر کمی می‌گذارند اما MS  را به مقدار قابل توجهی کاهش می‌دهند.

·        افزایش مزان کروم سختی‌پذیری را بالا می‌برد و MS  را نیز بالا می‌برد لیکن برای

·        برای سختی‌ تاثیر منفی دارد زیرا مقدار کربن زمینه را کاهش می‌دهد.

 

مولیبدن تنها عنصری است که سختی و سختی‌پذیری را بالا می‌برد  در حالی که تاثیر کمی روی درجه حرارت MS دارد.

 

تجهیزات ذوب در چدن نایهارد

چدن نایهارد ممکن است در کوره‌های الکتریکی یا دوار یا بوته‌ای تولید شوند. برای تولید آنها از مواد نسوز اسیدی و یا بازی استفاده می‌شود. اما فقط کوره‌های الکتریکی قادر به ارائه ترکیب صحیحی از فاز کنترل دما است. با کوره‌ها معمولاً شامل چدن خام، قراضه فولاد، نیکل، فروکروم، فروسیلیسم و فرو مولیبدن است. انجام عملکربوره شدن در ذوب کوره الکتریکی امری متداول است. برای تهیه بار ارزان قیمت‌تر ممکن است باری شامل چدن خام، قراضه فولاد، فولاد زنگ نزن مورد استفاده قرار گیرند.

 

دمایی که برای ریختن چدن نایهارد توصیه می‌شود در دامنه‌ 0C1370 -0C1340 است. فلز باید مستقیماًٌ به درون سر تغذیه ریخته شود طوری که سرعت آن برابر این که سطح فلز را در بالای کانال فرعی در راهباره نگه دارد، کافی باشد.

عملیات ذوب چدن در کوره‌ القایی بدون هسته برای چدن نایهارد:

 

مشخصات و مقدار مواد مختلفی که به کوره القایی شارژ می‌شود، بستگی به نوع و کیفیت چدن نایهارد تولیدی دارد. خواص فیزیکی و شیمیایی مواد شارژ کوره از قبیل اندازه چگالی، تمیزی و عاری از اکسیده بودن و پوشش‌های فلزی و غیز فلزی و درجه آلودگی می‌تواند بر مواد زیر اثر بگذارد.

·        کیفیت چدن نایهارد تولید شده

·        میزان سرعت ذوب چدن نایهارد

·        حجم سربارخ تولید شده چدن نایهارد

·        طول عمر نسوز کوره القایی

·        معرف انرژی الکتریکی

 

به علت وجود تلاطم در ذوب مواد آلیاژی به سرعت و با کمترین افت جذب ذوب می‌شود. این مطلب در زمانی که کربن به ذوب اضافه می‌شود، تفاوت می‌کند. بدین صورت که به دلیل پایین‌تر بودن وزن مخصوص آن نسبت به مذاب چدن کربن تمایل زیادی به روی سطح مذاب آمدن دارد. با نشستن کربن روی سطح مذاب چون که در تماس با کربن است اشباع می‌شود. این مذاب اشباع شده بر اثر تلاطم به کنار رفته و مذاب اشباع نشده جای آن را می‌گیردو سپس این مذاب نیز به نوبه خود از کربن اشباع می‌شود و به این ترتیب کربن در داخل مذاب حل می‌شود. باید دقت داشت که کربن به روی سطح مذاب تمیز ریخته شود و نه روی سرباره که در غیر این صورت کربن به صورت منواکسید کربن از دست می‌رود. کارآیی عمل کربن  دهی به ذوب بستگی به دمای ذوب ترکیب شیمیایی و نیز زمان و شرایط افزودن کرنبن دارد. هنگامیکه قراضه به کوره ریخته می‌شود. بهترین راه افزودن کربن ریختن تدریجی آن است. پس از رسیدن میزان کربن به درصد مورد نظر بایستی سیلیس و دیگر آلیاژها را به حد مطلوب خود برسانیم.

ملاحظات خاک نسوز کوره برای چدن نایهارد

در حال حاضر ماسه ی سیلیسی بهترین عایق کوره برای ذوب چدن نایهارد در کوره‌های القایی است. مهمترین علت آن است که این خاک از نظر شیمیایی مناسب‌ترین تطابق را با سرباره اسیدی تولید شده در ذوب چدن نایهارد دارد.

عمر این عایق کوره متاثر از دمای متوسط کار آن و درصد کربن و سیلیسیم ذوب است. دمای متوسط نیز به نوبه خود وابسته به دمای ذوب‌ریزی، اندازه ذوب‌گیری در هر نوبت و مواد افزودنی به کوره است.

رابطه کلی فعل و انفعالات برای خاک سیلیسیمی به شکل زیر است:

(در ذوبCo +Si2 (در خاک نسوز) Sio2 + (در ذوب) C2

همانطور که مشاهده می‌گردد، این فعل و انفعال در هر زمان دو طرفه یا برگشت‌پذیر است. زمانیکه سرعت فعل و انفعال در هر دو طرف برابر شود، به شرایط تعادل رسیده و در هیچ طرف واکنش موثری مشاهده نخواهد شد.

 

قالبگیری چدن نایهارد

اجزاء مخلوط ماسه قالب‌گیری

به علت فراوانی ماسه با درصد سلیسی بالا و خاک رس کم و دشواری ساخت قطعات ریختگی چدنی بزرگ با ماسه‌های چسبدار طبیعی، استفاده از ماسه‌های مصنوعی (با درصد سیلیس بالا و در نتیجه ندرجه دیرگدازی بالا) مطرح شده است.

محدودیت اصلی ماسه‌های مصنوعی در مقابله ماسه‌های طبیعی بالا بودن قیمت اولیه آنها (حدود 5/2 تا 7 برابر) است.

 

یک مقایسه ساده مابین ماسه تر و ماسه خشک نشان می‌دهد که ماسه خشک خواص برتر و بهتری مثل استحکام طبیعت بیشتر و پایداری حرارتی بهتر وارد و ضمناً به دلیل عدم وجود آب اضافی در آن، احتمال ایجاد عیوبی که ناشی از تبخیر آب است به شدت کاهش می‌یابد. بنابراین در عمل ابتدا ماسه با آب کافی مخلوط می‌شود و قالبگیری با استفاده از خصوصاً جذب و قابلیت شکل‌پذیری مناسب یک مخلوط‌تر انجام می‌گیرد و سپس قالب خشک می‌شود  تا خو اص مطلوب ایجاد گردد.

پودر سلیس و اکسید آهن بهطور گشترده‌ا برای افزایش استحکام گرم و بالا بردن مقاومت در برابر سایش به کار می‌رود. قیر اغلب به منظور کسب استحکام بیشتر و اصلاح سطح تمام شده نهایی قطعه به مخلوط اضافه می‌شود.



 
 
چدن سفید
نویسنده : مصطفی زارع - ساعت ٧:٠٤ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٢۱
 

          

                 چدن سفید

    چدنی که در آن تمامی کربن موجود به حالت ترکیب و به صورت سمنتیت وجود دارد. ساختمان چدن سفید به صورت زیر است:

    1-چدن سفید یوتکتیکی لدبوریت(P+Fe3C) 2-چدن سفید هیپویوتکتیکی پرلیت + لدبوریت(Ld+P) 3-چدن هیپویوتکتیکی سمنتیت + لدبوریت(Ld+Fe3C) سطح مقطع چدن سفید به صورت سیاه و سفید است ، نواحی سیاه رنگ پرلیت و سفیدها لدبوریت یوتکتیکی می باشند.این چدن چندان مصارف صنعتی نداشته و اکثرا برای ساخت چدن مالیبل از آن استفاده می شود. چدن سفید محتوی کربن و سیلسیم کمی بوده و لذا دارای سیالیت کم ، تمایل به انقباض و ترک های حرارتی گرم و سرد زیاد می باشد.علاوه بر آن قطعات ریختگی چدن سفید در جریان انجماد و سرد شدن دارای تنش های پسماند زیادی هستند. استفاده از تغذیه و مبرد در چدن های سفید به خصوص در قسمت های ضخیم قطعه به منظور پرهیز از ایجاد حفره های ریز و درشت انقباض ضروری است. اگر چدن سفید را آلیاژی کنیم مبدل به یکی از پرمصرفترین چدن های خانواده چدن های آلیاژی می شود.که عمدتا به عنوان قطعات مقاوم در برابر سایش و هم چنین به عنوان قطعات مقاوم در مقابل اکسیداسیون و حرارت کابرد دارد. چدن های سفید غیر آلیاژی و کم آلیاژی که کاربید آنها از نوع سمانتیت است طی گذشت زمان های طولانی به دلیل مقاومت آنها در مقابل سایش ( که از سخت بودن فاز سمانتیت ناشی می شود)مورد استفاده قرار گرفته و هم اکنون نیز جهت پاره ای از مصارف محدود صنعتی کاربرد دارد. در حالی که در شرایط کاری شدید سایش و ضربه عملکرد آنها محدود نیست. محدودیت آنها مربوط به شبکه پیوسته کاربید آهن می شود که دانه های آستنیت را در خود احاطه کرده است و باعث تردی زیاد آنها می شود. تولید چدن سفید در مقاطع ضخیم با مشکل روبرو است زیرا امکان به وجود آمدن گرافیت آزاد و کاهش مقاومت به سایش وجود دارد. به وسیله آلیاژی کردن می توان سمنتیت ، یا همان کاربید آهن را در چدن های سفید با کاربید های دیگر جایگزین کرد. زمانی که یک عنصر کاربیدزا در حد معینی وارد آلیاژ شود ، سمنتیت را ناپایدار نموده ، به گونه ای که با کاربید های دیگر جایگزین می شود. به این طریق این امکان وجود دارد که چدن های سفیدی را تولید نمود که فاز کاربید آنها از سمانتیت سخت تر بوده و از نظر ساختاری نیز خواص مکانیکی بهتری را حاصل نماید. شکل و نحوه توزیع کاربید ها را می توان با توجه به میزان کربن معادل تغییر کند. عواملی که روی خواص مکانیکی چدن های سفید از جمله سختی ، ضربه پذیری اثر می گذارند عبارت اند از: نوع کاربید - شکل و اندازه کاربیدها اندازه دانه ساختار زمینه نوع کاربید : به عنوان مثال کاربید هایی از نوع M7C3 نسبت به کاربید های M3C ( هر دو ناشی از اضافه کردن عنصر کروم ) از سختی بیشتری بر خوردار بوده ، ضمن آنکه ساختمان ظریف تری را ایجاد می کند که منجر به ضربه پذیری بهتری می شود . در چدن های سفید بدون آلیاژ که کاربید ها از نوع Fe3C هستند و در چدن های سفید کم آلیاژ با کروم حدود %3 کاربید هایی از نوع M3C و از %3 تا حدود %10 مخلوط M3C ، M7C3 و در حوالی % 10 کاملا کاربید ها به نوع M7C3 تغییر می یابند. کاربید های M3C عموما دارای شبکه پیوسته و خشن هستند که هم سختی پایین تری از M7C3 دارند و هم ضربه پذیری آنها کمتر است. شکل و اندازه کاربید ها : هر قدر اندازه دانه ها کوچکتر ، باشد مقاومت به ضربه را بهبود می بخشند . اصولا ریز بودن کاربید ها و یک نواختی آنها نیز خواص ضربه پذیری را بهتر می کند . لذا استفاده از روش های انجماد سریع و اضافه کردن پاره ای مواد تلقیحی نظیر فرو تیتانیم و یا فرو کروم کم کربن به ذوب می توان ساختاری ظریف تر و یک نواخت تر را ترغیب نماید. ساختار زمینه : جهت حصول بهترین مقاومت در مقابل سایش ، بهتر ایت زمینه مارتنزیتی به دست بیاید . در هنگام سرد کردن تبدیل آستنیت به پرلیت صورت گرفته و حضور پرلیت در جوار کاربید به شدت از مقاومت فرسایشی قطعه می کاهد و کروم به تنهایی برای جلوگیری از این تحول کافی نمی باشد ، لذا از عناصر آلیاژی نظیر مولیبدن ، مس ، نیکل جهت کاهش سرعت بحرانی سرد شدن می توان استفاده نمود.هم چنین به دلیل حلالیت زیاد کربن در آستنیت امکان باقی ماندن مقداری آستنیت باقی مانده تا درجه حرارت محیط وجود دارد. در جایی که مقاومت سایشی مطرح است و ضربه وجود ندارد ، آستنیت باقی مانده نامطلوب تلقی می شود ، زیرا سختی را کاهش می دهد ؛ اما در مواردی که سایش توام با ضربه شدید وجود دارد مقادیری آستنیت باقی مانده مجاز است. شرح آزمایش : در آزمایش فوق ابتدا از مدل گوه ای شکل (دارای سطح مقطعی از نازک به ضخیم ) از قالب ماسه ای تهیه گردید و پس از ذوب ریزی قطعه تهیه شده از قالب خارج گردید و تا دمای محیط سریعا سرد گردید . قطعه مذکور از قسمت طولی برش خورد و از سه ناحیه با ضخامت های مختلف مورد عملیات متالوگرافی قرار گرفت که نتایج آن در ادامه مذکور است.

    در قسمت1ما دارای گرافیت بین دندریتی هستیم و در قسمت2دارای گرافیت نوع A و در قسمت3دارای گرافیت گل بوته ای هستیم.(ما از نایتال و بزرگنمایی 100 استفاده کردیم) و این در حالی است که ما چدن سفید داریم و می دانیم که در چدن سفید هیچ گونه گرافیتی را نداریم ، پس این گرافیت های موجود در چدن ما ممکن است به خاطر این باشد که بعد از ریختگری ما قطعه را سریعا در آب سرد نکردیم.که در این صورت کربن ها فرصت یافته اند تا به شکل گرافیت در آیند . در ضمن نتیجه سختی سنجی نمونه چدن سفید با راکول C به قرار زیر است: در قسمت نوک سختی نمونه 49.9 می باشد . و قسمت وسط نمونه سختی 47.3 را به ما داد.هم چنین نتیجه سختی سنجی انتهای قطعه 45.53 می باشد


 
 
چدن های ضد سایش
نویسنده : مصطفی زارع - ساعت ٥:٥٠ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 


     چدن های ضد سایش
و مقاومت سایشی می شود . عنصری که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد کروم است و کاربید آن بیشتر به صورت M7 C3    می باشد . در خرد کننده ها قطعاتی که تحت سایش هستند باید نه تنها در مقابل سایش بلکه در مقابل تنشهای دینامیکی هم که می تواند منجر به شکستهای ناگهانی شود مقاومت کنند . قطعاتی که در معرض تنشهای سنگین هستند مشکل بزرگی را به وجود می آورند و ان اینکه قطعه باید دو خاصیت متناقض را در کنار هم داشته باشد که عبارت است از مقاومت سایشی و چقرمگی .کربن مهمترین عاملی است که روی مقاوت سایشی و چقرمگی آلیاژهای آهنی به طور همزمان ولی در خلاف جهت هم اثر می گذارد . با افزایش مقدار کربن تأثیر آن روی مقاومت سایشی بیشتر میشود انتخاب ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی برای کسی که در صدد یافتن راهی برای بهینه کردن مقاومت سایشی و چقرمگی باشد از بیشترین اهمیت برخوردار است .جهت بدست آوردن سختی پذیری کافی است برای ضخامت مشخص مقدار عنصر آلیاژی مناسب انتخاب شود . ساختار میکروسکوپی این گروه از چدن های سفید شامل کاربیدهای آهن - کروم یوتکتیک ناپیوسته و کاربیدهای ثانویه غنی از کروم در زمینه ای از آستنیت یا محصولات استحاله آن می باشد . به کمک عملیات حرارتی می توان زمینه ی آستنیتی ، مارتنزیتی ، بینیتی و یا پرلیتی به دست آورد .

اثر ساختار میکروسکوپی
بیشترین مقاومت سایشی این چدن ها نتیجه ی مستقیم ساختار میکروسکوپی آنهاست . اغلب فرآیندهای سایشی را می توان یک عمل برشی یا فراشی تعریف نمود . نظیر عملیات ماشین کاری که یک ذره ساینده به سطح فلز فرو رفته و خطوط سایش و تغییر شکل ایجاد کرده و ذراتی را از سطح جدا می کند . براده هایی که از محل سایش به دست آمده اند حاوی ذرات بسیار ریزی هستند که از قلم تراش در حین عملیات ماشین کاری جدا شده اند . برای عملی شدن مکانیزم سایش کاملاً ضروری است که وسیله ی ساینده از فلز سخت تر باشد . اگر این وسیله نرمتر باشد فرآیند بیشتر به خوردگی و اکسیداسیون شبیه خواهد بود و فقط سایش ناچیزی انجام می گیرد .

انتخاب زمینه
بهترین زمینه ای که می توان انتخاب کرد مارتنزیت پر کربن و سختی است که سختی آن ناشی از کاربیدهای ثانویه ی پراکنده می باشد . دومین انتخاب خوب می توان آستنیت ناپایدار کارسختی پذیر باشد . بهترین اتحاد بین استحکام و چقرمگی را می توان براساس ساختار میکروسکوپی توضیح داد . در چدن های سفید پر کروم کاربیدها در زمینه پراکنده شده اند که این برخلاف حالتی است که در چدن های سفید کم آلیاژ لدبوریتی وجود دارد . در این حالت ساختار را می توان به صورت زمینه ای از سمنتیت با محصولات گوناگون استحاله آستنیت که فاز ترد کاربید بر استحکام و چقرمگی غلبه کرده است توصیف نمود . افزایش مقدار کربن حجم کاربیدها را در ساختار افزایش می دهد از آنجایی که این کاربیدها سختی و مقاومت سایشی بالایی دارند افزایش کربن موجب افزایش مقاومت سایشی نیز می شود . به هر حال اگر مقدارکربن از مقدار یوتکتیک زیادتر شود کاربیدهای اولیه ی زیادی تشکیل خواهد شد که اینها ترد بوده و تحت ضربه ذرات ساینده منجر به شکست می شوند و در نتیجه باعث افزایش کاهش وزن در اثر سایش می گردند و این با یک کاهش در چقرمگی و خواص میکانیکی همراه است تنها در حالت هایی که سطح چه در مقیاس میکروسکوپی و چه در مقیاس ماکروسکوپی تحت ضربه و تنشهای مکانیکی پایینی باشد مقدار کربن هیپریوتکتیک مفید خواهد بود . هرچه زمینه نرمتر باشد مقاومت سایشی آن کمتر شده و تمایل کاربیدها برای خارج شدن از زمینه افزایش خواهد یافت . اثر نامطلوب دیگری که به وجود آمدن زمینه ی نرم در پی دارد پایین بودن استحکام تسلیم می باشد ممکن است چنین زمینه هایی نتوانند ساپورت و پشتوانه کافی برای کاربیدها را در جهت مقاومت در برابر تنشهای مکانیکی وارده ایجاد کنند و نتیجتاً کاربدها در اثر اعمال تنش برشی توأم با سایش بشکنند . در این رابطه خصوصاً پرلیت مهم است و اگر مقدار پرلیت 10 %  و یا کمتر باشد ممکن است اثرات زیان آوری روی مقاومت سایشی داشته باشند .

ذوب و ریخته گری چدن های پر کروم
چدن های پر کروم را می توان در انواع کوره های الکتریکی و کوره های سوختی تولید کرد . چدن های پر کروم معمولاً به صورت آرام ذوب می شوند و به جز حالتی که نیاز به کاهش کربن باشد نیازی به دمش اکسیژن نیست . برای ذوب در کوره های القایی که تلاطم خوبی دارند دماهای بالا لازم نیست و معمولاً اگر دمای نهایی به 1480 درجه سانتیگراد برسد کافی خواهد بود . در کوره های قوس الکتریکی برای اطمینان هموژن شدن ترکیب مذاب و برای افزایش سرعت حل شدن کربن و عناصر آلیاژی که بعد از ذوب به کوره اضافه می شود عموماً از دماهای نهایی تا 1565 درجه سانتیگراد استفاده می شود .

ریختن فلز مذاب
برای تولید قطعات چدنی پر کروم ، کنترل دقیق دماهای بارریزی بسیار مهم است . جهت جلوگیری از کشیدگی و عیوبی نظیر نفوذ مذاب و ماسه سوزی لازم است که از دماهای بارریزی پایین استفاده شود . دمای بارریزی قطعاتی که ضخامت آنها کمتر ازmm  10 باشد ، دمای 1350 تا 1400 درجه ی سانتیگراد انتخاب می شود . در این دما لایه ی اکسید تشکیل شده بر روی فلز مذاب باعث می شود که مذاب غلیظ به نظر آید ولی در واقع سیالیت بسیار عالی دارد .

کاربرد چدن های مقاوم در مقابل سایش :
مصرف این نوع چدن ها در تولید قطعاتی نظیر بوشها ، سیلندرها ، بوش سیلندرها ، کاسه چرخ و ... می باشد . به منظور افزایش مقاومت در مقابل سایش چدن ها معمولاً از عناصری نظیر کروم و مولیبدن استفاده میگردد . مصارف دیگر چدن های مقاوم در برابر سایش در ساخت قالب های حدیده مربوط به کشش سیم ، گلوله ها و زره آسیاب ها ، غلطک نوارهای نقاله و پمپ های ضد سایش می باشد .

ب : چدن های ضد سایش نیکل دار
چدن های نیکل سخت به وفور در عملیات خرد کن ، پودر کردن ، نورد کردن و حمل مواد به کار برده می شود . دو گروه عمده ی چدن نیکل سخت وجود دارد :

چدن های با 4% نیکل و چدن های با 6% نیکل و 9% کروم که معمولاً به نیکل سخت 2 و 4 موسوم اند . نوع 2 چدن نیکل سخت شامل کاربدهای یوتکتیکی M3C لدبوریتی است و بنابراین دارای چقرمگی کمی است ، در صورتی که نوع 4 نیکل سخت عمدتاً شامل کاربیدهای ناپیوسته M7C3  است و در نتیجه چقرمگی نیکل سخت 4 بیشتر است . چدن نیکل سخت 2 چقرمگی کمتری دارد و عمدتاً در تولید غلطک های فلز کاری مورد استفاده قرار می گیرد . متالورژی و کاربرد چدن های نیکل سخت 4 تقریباً مشابه چدن های پر کروم است اما مشاهده شده است که در کاربردهای خاصی مانند گلوله های آسیاب و جداره پوسته ی آسیاب های سیمان با قطر زیاد که قطعات ریختگی در آن هم تحت سایش و هم ضربات مکرر سنگین قرار دارند . نیکل سخت 4 مقاومت لازم برای شکست را ایجاد نمی کند ، به طور کلی مقاومت شکست چدن های پر کروم بیش از چدن های نیکل سخت 4 است . مشخصه ای که سبب ارجحیت بارز چدن های نوع نیکل سخت 4 در مقایسه با چدن های پر کروم می شود ، قابلیت سختی پذیری عالی آن است .

فاز های کاربیدی در چدن های نیکل سخت
ترکیب شیمیایی تمام چدن های نیکل سخت طوری انتخاب می شود که بیشتر ساختار به صورت ترکیب یوتکتیک و آستنیت جامد شود . مقدار کاربید یوتکتیک که تشکیل می شود  و نیز ساختار زمینه به ترکیب شیمیایی چدن بستگی دارند .                                                                               چدن نیکل سخت نوع 2 دارای ساختار لدبوریتی خاصی است که در آن کاربید M3C در برابر ریز ساختار پیوسته حضور دارد اما چدن نیکل سخت نوع 4 دارای ساختار یوتکتیکی است که در آن کاربیدهای نوع M7C3 به طور ناپیوسته حضور دارد . مزیت این نوع ساختار کاربیدی این است که اگرچه کاربید  M7C3 ترد است ولی ترک هایی که در آن ایجاد می شوند قبل از اینکه وارد زمینه به مراتب نرمتری شوند نمی توانند خیلی اشاعه پیدا کنند . به این دلیل چدن نیکل سخت 4 نسبت به چدن های نیکل سخت 2 مقاومت به وضوح بیشتری به شکست دارند .با در نظر گرفتن این مطلب که :   Si% + 0.3 %Cr  از4.1 بزرگتر است ، مطمئناً توسط این ترکیب به جای کاربیدهای لدبوریتی ، کاربیدهای ناپیوسته تشکیل می شوند .

 چدن های مقاوم در برابر خوردگی
مقاومت خوردگی چدن خاکستری بوسیله ی افزودن مقادیر محسوس نیکل ، کروم و مس ، به تنهایی یا مجموعاً ، یا سیلیس بیش از 3 % افزایش می یابد . به طور نرمال تا 3 % سیلیسیم در همه ی چدن ها موجود است ، در درصدهای بالاتر ، سیلیسیم به عنوان یک عنصر آلیاژی به حساب می آید و باعث تشکیل لایه ی محافظ سطحی که در معرض محیط از اکسید شدن لایه های زیری محافظت  می نماید . مقادیر کم مولیبدن را می توان در چدن های پر سیلیس اضافه نمود .افزایش نیکل به چدن خاکستری مقاومت در مقابل اسیدهای احیاء کننده را بهبود بخشیده و همچنین مقاومت آن را در برابر بازها نیز بالا می برد . کروم با تشکیل یک لایه ی محافظ مقاومت در برابر اسیدهای اکسید کننده را افزایش می دهد . ولی در محیط های احیاء کننده کمتر مورد استفاده قرار می گیرد .

1 ) چدن های مقاوم به خوردگی سیلیسیم بالا
چدن های پر سیلیسیم و مولیبدن دار تا مقدار 5/3 % در بسیاری از جاها برای حمل اسید های خورنده استفاده می شود . با مقدار سیلیسیم 5/14 % یا بیشتر ، این نوع چدن ها مقاومت بالایی نسبت به اسید سولفوریک گرم 30 % پیدا می کنند . افزایش سیلیسیم تا مقدار 5/16 % در چدن خاکستری باعث کاهش خوردگی آن در برابر اسیدهای گرم سولفوریک و نیتریک شده و در تمام غلظت های آن ﻣﺆثر می باشد . چدن خاکستری با 14 % سیلیس در برابر خورندگی اسید کلریدریک مقاومت کمتری دارد ولی می توان با افزودن 5/3 % مولیبدن این مقاومت را بهبود داد همچنین می توان با افزودن تا مقدار 17 % سیلیس این مقاومت را بالا برد . این چدن ها در تماس با محلولهای شامل نمک مس یا گاز مطوب کلرین مقاومت مفیدی دارند ، همچنین در برابر اسیدهای آلی و در هر غلظت و درجه حرارتی مقاوم می باشند . چدن های پر سیلیس از خواص مکانیکی ضعیفی برخوردار هستند و مخصوصاً مقاومت پایینی نسبت به شوک های مکانیکی و حرارتی دارند . ریخته گری آنها مشکل بوده و غیر قابل ماشین کاری و براده برداری هستد .استفاده ی قابل توجه این چدن به خاطر مقاومت برجسته ی آن نسبت به اسیدها می باشد .این چدن ها برای لوله کشی در کارخانه های شیمیایی و آزمایشگاه ها به کار برده می شوند .

2 ) چدن های مقاوم به خوردگی پر کروم
چدن های پر کروم با مقدار کروم 20 نا 35 % نظیر چدن های پر سیلیس در مقابل اسیدهای اکسید کننده مقاوم به خوردگی خوبی دارند اما در برابر اسیدهای احیاء کننده مقاوم نیستند . این چدن ها به طور قابل اطمینانی برای استفاده در مقابل اسیدهای ضعیف تحت حالت های اکسیداسیون ، محلول های نمک ، محلول های اسید آلی و برای قرار گرفتن در معرض اتمسفر عمومی به کار میروند مقاومت در مقابل خوردگی چدن های پر کروم نسبت به اسید نیتریک استثنایی است . این چدن در برابر تمام غلظت های بالای 95 % اسید فوق در درجه حرارت محیط مقاوم است . میزان خوردگی آن  در سال کمتر از 12 /0 میلی متر است و همین میزان برای تمام درجه حرارت های تا نقطه ی جوش و برای غلظت های تا 70 % نیز صادق است . چدن های پر کروم با مقدار کربن کمتر از 1 % برای دیگ های آنیلینگ سرب ، روی و آلومینیوم ، زنجیرهای انتقال دهنده و دیگر قسمت های تحت خوردگی در درجه حرارت های بالا رضایت بخش هستند .چدن های پر کروم با مقدار 30 تا 35 % کروم برای شرایط محیط های شدید خورندگی اسید ها مورد استفاده قرار می گیرند . این چدن ها یک مقاومت مفید به همه ی غلظت های اسید های سولفوره در درجه حرارت های تا 80 درجه سانتیگراد ، محلول سولفیت در کارخانه کاغذ سازی ، محلول های سفید کننده در درجه حرارت های محیط ، سولفت آلومینیوم سرد در غلظت های تا 5 % و بعضی نمک ها که هیدرولیز می شوند تا محلول های اسیدی بدهند دارند ، این چدن ها در برابر تمام غلظت های اسید فسفریک 60 % در درجه حرا رت های تا نقطه ی جوش و غلظت های 85 % تا 80 درجه سانتیگراد مقاوم هستند . این چدن ها همچنین مقاومت خوبی در مقابل آب دریا و آب های معدنی که دارای مجلول های اسیدی می باشند دارند . چدن های پر کروم خواص مکانیکی بهتری نسبت به چدن های پر سیلیس دارا هستند و وقتی که مقدار کروم و کربن به طور مناسبی بالانس باشند به آسانی عملیات حرارتی می شوند .

3 ) چدن های آوستینیتی
چدن های آوستینیتی خانواده ای از چدن ها هستند که به دلیل مقاومت در برابر خوردگی وابستگی شدیدی به ترکیب شیمیایی دارند بنابراین رعایت حدود تغییرات عناصر در محدوده های تعیین شده بسیار مهم است . از آنجایی که سیلیسیم از تشکیل کاربیدها جلوگیری نموده و باعث رسوب گرافیت می شود لذا بایستی با در نظر گرفتن محدوده ی مجاز استاندارد مقدار آن را به بالاترین حد ممکن رساند . نوع کاربید تأثیر مهمی بر خواص ریخته گری دارد ، تشکیل کاربید بیانگر این نکته است که در هنگام انجماد گرافیت کمتری رسوب نموده است و در این صورت میزان انبساط چدن در قالب کمتر می باشد . بعلاوه کاربید های یوتکتیک کروم در مراحل انتهای انجماد نمی توانند به خوبی تغذیه شوند در نتیجه باعث ایجاد خلل و فرج و همچنین بروز انقباض های بین دندریتی در قطعه    می شوند بنابراین از نظر انقباض ناشی از انجماد بهتر است که میزان کاربید ها حداقل باشد . دربیشتر چدن های آوستینیتی کروم وجود دارد که تشکیل کاربید های کروم را می دهد . به هر حال کروم مقاومت در برابر خوردگی و اکسید شدن را افزایش می دهد و در بعضی موارد برای ایجاد مقاوم سایشی زیاد بیش از 3 % کروم به آلیاژ اضافه می شود . چدن آوستینیتی نظیر چدن های خاکستری غیر آلیاژی نسبت به ضخامت حساس هستند بدین معنی که مقاطع نازک تر نسبت به مقاطع ضخیم تر دارای کاربید های بیشتری هستند . همچنین مقدار کاربید با افزایش کربن معادل کاهش می یابد .

عوامل ﻣﺆثر در ریخته گری قطعات چدن آوستینیتی
بی عیب بودن ریختگی از جنس چدن آوستینیتی ، علاوه بر اینکه به روش های راهگاهی و تغذیه - گذاری مربوط است معمولاً به عومل دیگری نیز بستگی دارد که بعضی از آنها از نظر اندازه ی قطعه ی ریختگی ، استحکام قالب ، ترکیب شیمیایی ، درجه حرارت ریختن و جوانه زایی ، خود با یکدیگر وابستگی دارند . همیشه در نظر داشته باشید که چدن های آوستینیتی با گرافیت ورقه ای از نظر خصوصیات انقباضی و سایر خصوصیات ریخته گری شباهتی با چدن خاکستری ندارد .

کاربرد قطعات چدن آوستینیتی
از چدن های آوستینیتی برای تولید محصولاتی استفاده می شود که بایستی در محیط های گوناگون در مقابل خوردگی ، پوسته شدن مقاوم باشند و در درجه حرارت های بالا تا 800 درجه سانتیگراد رشد و خزش آنها نسبتاً کم باشد البته این آلیاژها به خاطر خواص خوب انبساطی ، الکتریکی ، غیر مغناطیسی بودن وسایر خصوصیات خوب فیزیکی مصارف بسیار زیادی دارد . همچنین از آن در تولید قطعاتی که در درجه حرارت های زیر صفر به کار گرفته می شود نیز استفاده می گردد . کاربرد اصلی این چدن ها در تولید رینگ پیستون های موتورهای دیزلی ، پمپ ها و شیرهای مورد استفاده در صنایع نمک زدائی ، شیمیایی ، نفت و تمام صنایع که آب سایر مایعات خورنده حمل     می نماید ، همچنین برای تولید توربو شارژهای لوله های اگزوز ، شیرهای مقاوم در درجه حرارت های بالا ، کمپرسورها ،کلید های الکتریکی و پروانه های کشتی ها می باشد . مقاومت خوب چدن های آوستینیتی در برابر خوردگی در مقابل آب دریا ، از مهمترین عواملی است که استفاده از این نوع چدن را روز افزون نموده است .



خلاصه ای از نقش عناصر در چدن ها
1 - آلومینیوم ایجاد فریت را ترغیب می کند و مقدار 025/0 گرافیت زاست .
2 - آنتیموان پایدار کننده پرلیت است .
3 - بیسموت پایدار کننده ضعیف پرلیت می باشد .
4 - بر بالای 15/0 درصد پایدار کننده قوی پرلیت است .
5 - کروم ، قویترین کاربید زاست همچنین ایجاد کننده پرلیت است .
6 - مس در مقدار کم گرافیت زاست و بعد از قلع ، پرلیت زای خوبی است .
7 - منگنز کاربید زاست و همچنین باعث ایجاد پرلیت می شود .
8 - تلریم نگهدارنده ی قوی پرلیت است .
9- تیتانیم زیر 25/0 درصد پیدایش گرافیت را تسهیل میکند .
10 - نیکل ایجاد کننده ضعیف پرلیت است ، پیدایش گرافیت و فریت را تسهیل می کند .
11 - وانادیم کاربیدزای قوی است و همچنین پرلیت زای قوی نیز می باشد .


 
 
چدن نشکن
نویسنده : مصطفی زارع - ساعت ٥:۳٩ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/٢/٦
 


          چدن نشکن

چدن های نشکن یا چدن های با گرافیت کروی ، خا نواده ای از چدن ها هستند و همانطور که از اسمشان پیداست شکل گرافیت درآن ها کروی است. همین کروی بودن گرافیت ها ، باعث افزایش استحکام و چقرمگی در مقایسه با چدن های با گرافیت ورقه ای می گردد .

 ریخته گری چدن نشکن :
 اصولاً چدن نشکن با افزودن منیزیم Mg در مذاب تولید می شود.اصولاً چدن نشکن در مقاسیه با چدن با گرافیت ورقه ای ، تمایل به تبرید بیشتری دارد و برای بدست آوردن ساختار عاری از کاربید مخصوصاً در مقاطع نازک ، لازم است جوانه زایی با آلیاژ سیلیسیم انجام شود.

اندازه گرافیت می تواند روی خواص مکانیکی تاثیر بگذارد . اندازه گرافیت ها به دو پارامتر بستگی دارد :

1-  آهنگ سرد شدن یا اندازه سطح مقطع . چون مقاطع نازک سریع سرد   می شوند ، تعداد بیشتری گرافیت کروی خواهند داشت .

2-  جوانه زنی باآلیاژ سیلیسیم، افزایش تعداد گرافیت های کروی و کاهش تمایل به تبریدی بودن مخصوصاً در مقاطع نازک را باعث می شود. افزایش مقدار جوانه زا باعث افزایش تعداد گرافیت های کروی می شود .

تاثیر عناصر آلیاژی در گرافیت کروی :
 تولید چدن نشکن یا چدن با گرافیت کروی عموماً با اضافه کردن مقادیرجزئی منیزیم به عنوان عنصری کروی کننده به مذابی

که دارای ترکیب شیمیایی مشابه چدن خاکستری می باشد انجام می گیرد ، منیزیم تنها عنصری نیست که می تواند نقش کروی کننده داشته باشد . عناصری نظیر کلسیم ، پتاسیم ، لیتیم ،لانتانیم ،و برلیم نیز می توانند ترغیب کننده گرافیت کروی باشند و دلیل استفاده از منیزیم به خاطر جنبه اقتصادی آن است .

عناصر بازدارنده گرافیت کروی نیز وجود دارند . از قبیل گوگرد ،سرب ،تیتانیم،اکسیژن،هیدروژن،ازت و...
 مقدار منیزیمی که می تواند وجود گرافیت های کروی را تضمین کند بسته به مقدار اکسیژن و گوگرد محتوای مذاب بین 0.03  تا 0.06  % میباشد در جه حرارت مناسب برای افزودن منیزیم به مذاب چدن معمولاً بین 1480 تا 1550 درجه می باشد .

نقش منیزیم در کروی کردن گرافیت ها :علت کروی شدن گرافیت ها مربوط به وجود مقدار کم ولی مشخص از عنصر منیزیم می باشد یا عناصر دیگر که باید در مرحله خاصی به مذاب چدن با ترکیب شیمیایی مشخص اضافه گردند . در چدن های نشکن تشکیل گرافیت های کروی را می توان در دو مرحله مجزا ( مرحله رشد و جوانه زنی ) قرار داد .جوانه زنی می تواند به دو صورت هموژن با خودی یا به شکل هیتروژن یا غیر خودی انجام گیرد .

نظریه کروی شدن گرافیت :
درموردرشد نقش عناصر کروی کننده زیاد می باشد . طبق نظریاتی اغلب محققین ضمن اعتقاد به جوانه زنی هیدروژن معتقدند که رشد گرافیت ها برروی جوانه های موجود از مرکز به سمت خارج انجام می گیرد .طبق نظریه رشد شاخه ای اعتقاد بر این است پس از تشکیل جوانه کریستال های گرافیت به صورت کاملاً دندریتی و شاخه ای رشد می کنند . یعنی از هر یک از جوانه های گرافیت چندین شاخه جدا می شود و این عمل تکرار می یابد .رشد این گرافیت ها مشابه رشد گرافیت ورقه ای می باشد ،منتها در مورد گرافیت ورقه ای تشکیل شاخه ها کمتر ، ولی در مورد گرافیت کروی به دلیل وجود عناصر کروی کننده تشکیل شاخه ها بیشتر است . در مورد نظریه حباب باید گفت که با نزدیک شدن به درجه حرارت انجماد مذاب ، اکسید های مختلف در مذاب شروع به رسوب کردن می نمایند . عناصر کروی کننده از طریق کم نمودن میزان اکسیژن موجود در مذاب مقدارواندازه حباب های گازی Co  را کنترل نموده و در نتیجه از متلاشی شدن آن ها جلوگیری مینماید که این امر با تاثیری که عناصر کروی کننده دارند . نهایتاً موجب کروی شدن گرافیت ها می شود ، یعنی گرافیت ها بر روی سطوح حباب ها گاز Co   می زندو رشد تا پر شدن کامل حباب از گرافیت ادامه می یابد .

جوانه زنی یا تلقیح در چدن با گرافیت کروی : این مرحله از مراحل ویژه و مهم در تولید چدن نشکن است که طی آن مواد ویژه ای در مقادیر کم و در آخرین مراحل ذوب به منظور کاهش تمایل به تشکیل کاربید و ترغیب تشکیل گرافیت به مذاب چدن افزوده می شود . این  جوانه ها در چدن نشکن عموماً آلیاژ فرو سیلیسیم می باشد که می تواند با وجود مقادیر کمی از عناصر نظیر Ca- Al-Cr-Br-  اثر بخشی بیشتری داشته باشند .

عوامل موثر در کروی شدن گرافیت :
 عوامل موثر در کروی شدن گرافیت ها : اصولا ًبه منظور دستیابی به گرافیت های کروی علاوه بر شارژ مناسب ذوب به روش صحیح و درجه حرارت فوق گداز مناسب اصلاح ترکیب ذوب از نظر میزان عناصر جوانه زنی مناسب ،مقدار عناصر کروی کننده یا منیزیم باقی مانده در مذاب عواملی محسوب می گردد که در کروی کردن گرافیت ها موثر می باشند .اشکال مختلف گرافیت کروی ، با وجود شرایط ذکر شده با اشکال مختلفی در چدن نشکن به وجود می آیند و به دلیل اینکه حداکثر قابلیت فرم پذیری و بیشترین میزان مقاومت در مقابل ضربه با وجود ساختارهایی که حاوی گرافیت های کاملاً کروی می باشد ، حاصل خواهد شد لذا بسته به شرایط تولید ممکن است شکل گرافیت ها از حالت کروی کاملا ً خارج گشته و به صورت های نا منظم در ساختار میکروسکپی چدن های نشکن ظاهر گردد .این اشکال از گرافیت های کروی به ترتیب زیر می باشد ؛1- گرافیت های نامنظم که گرافیت هایی هستند غیر کروی ودارای ظاهری نامنظم که تاثیر نامطلوبی بر خواص چدن نشکن دارند .دلیل تشکیل این نوع گرافیت :1- کم بودن جوانه ها و طولانی بودن زمان نگه داری مذاب پس از جوانه زنی  2- کمبود میزان منیزیم باقی مانده 3- به کارگیری مواد شارژ بسیار خالص ، زیرا وجود مقدارکمی عناصر نظیر مس ، آنتیموان ،آرسنیک و سریم باعث بهسازی شکل گرافیت ها می شود.

 2- گرافیت های فشرده ، گرافیت هایی هستندکه به صورت ورقه ای کوتاه و ضخیم می باشند و عواملی چون پایین بودن میزان منیزیم باقی مانده ، جوانه زنی نا مناسب ، انجماد سریع در قسمت های نازک به خاطر وجود عناصری مثل تیتانیم که باید مقدار تیتانیم درحد کمتر از 0.04 درصد باشد.

 3- گرافیت های چانگ یا خپل : این گرافیت ها شکل ظریفی از گرافیت بوده که در مقاطع قطعات ریختگی ظاهر می شود و شباهت به گرافیت های نوع E در چدن های خاکستری دارند.

عوامل به وجود آورنده :

اول : به کارگیری سریم و استفاده از میش متال (50درصد منیزیم ،45درصدلانتانیم و باقی مانده فلزات باقی نادر)

دوم : مواد شارژ با خلوص بالا و کربن معادل بالا

4- گرافیت های ستاره ای : این نوع گرافیت ظاهر غیر کروی ،دارای شاخ وبرگ تیز،می باشد که دلایلی مثل ناکافی بودن میزان منیزیم ،وجود مقادیری کمی از عناصری نظیر سرب ، بیسموت ، آنتیموان در ترکیب چدن نشکن است .


 
 
چدن‌ها
نویسنده : مصطفی زارع - ساعت ٥:٤٤ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٠/۱/٢۸
 

چدن‌ها

چدن (cast iron) ، آلیاژی از آهن- کربن و سیلیسیم است که همواره محتوی عناصری در حد جزئی (کمتر از ۰٫۱ درصد) و غالبا عناصر آلیاژی (بیشتر از ۰٫۱ درصد) بوده و به حالت ریختگی یا پس از عملیات حرارتی به کار برده می‌شود. عناصر آلیاژی برای بهبود کیفیت چدن برای مصارف ویژه به آن افزوده می‌شود. آلیاژهای چدن در کارهای مهندسی که در آنها چدن معمولی ناپایدار است به کار می‌روند. اساسا خواص مکانیکی چدن به زمینه ساختاری آن بستگی دارد و مهمترین زمینه ساختار چدن‌ها عبارتند از: فریتی ، پرلیتی ، بینیتی و آستینتی. انتخاب نوع چدن و ترکیب آن براساس خواص و کاربردهای ویژه مربوطه تعیین می‌شود.

چدن ها به دو گروه اصلی طبقه‌بندی می‌شوند، آلیاژهایی برای مقاصد عمومی که موارد استعمال آنها در کاربردهای عمده مهندسی است و آلیاژهای با منظور و مقاصد ویژه از جمله چدنهای سفید و آلیاژی که برای مقاومت در برابر سایش ، خوردگی و مقاوم در برابر حرارت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.


چدن های معمولی
این چدن ها چزو بزرگترین گروه آلیاژهای ریختگی بوده و براساس شکل گرافیت به انواع زیر تقسیم می‌شوند:

چدن های خاکستری ورقه ای یا لایه ای
چدن های خاکستری جزو مهمترین چدن های مهندسی هستند که کاربردی زیاد دارند نام این چدن ها از خصوصیات رنگ خاکستری سطح مقطع شکست آن و شکل گرافیت مشتق می‌شود.خواص چدن های خاکستری به اندازه ، مقدار و نحوه توزیع گرافیت‌ها و ساختار زمینه بستگی دارد. خود این‌ها نیز به کربن و سیلیسیم (C.E.V=%C+%⅓Si+%⅓P) و همچنین روی مقادیر جزئی عناصر ، افزودنی‌های آلیاژی ، متغیرهای فرایندی مانند، روش ذوب ، عمل جوانه زنی و سرعت خنک شدن بستگی پیدا می‌کنند. اما به طور کلی این چدن ها ضریب هدایت گرمایی بالایی داشته، مدول الاستیستیه و قابلیت تحمل شوکهای حرارتی کمی دارند و قطعات تولیدی از این چدن ها به سهولت ماشینکاری و سطح تمام شده ماشینکاری آنها نیز مقاوم در برابر سایش از نوع لغزشی است. این خواص آنها را برای ریختگی هایی که در معرض تنش‌های حرارتی محلی با تکرار تنشها هستند، مناسب می‌سازد. افزایش میزان فریت در ساختار باعث استحکام مکانیکی خواهد شد. این نوع حساس بودن به مقاطع نازک و کلفت در قطعات چدنی بدنه موتورها مشاهده می شود دیواره نازک و لاغر سیلندر دارای زمینه‌ای فریتی و قسمت ضخیم نشیمنگاه یا تاقان‌ها زمینه‌ای با پرلیت زیاد را پیدا می‌کند. همچنین در ساخت ماشین آلات عمومی ، کمپرسورهای سبک و سنگین ، قالب‌ها ، میل لنگ‌ها ، شیر فلکه‌هاو اتصالات لوله‌ها و غیره از چدنهای خاکستری استفاده می‌شود.

چدن های مالیبل یا چکش خوار
چدن های چکش خوار با دیگر چدن ها به واسطه ریخته گری آنها نخست به صورت چدن سفید فرق می‌کنند. ساختار آنها مرکب از کاربیدهای شبه پایدار در یک زمینه‌ای پرلیتی است بازپخت در دمای بالا که توسط عملیات حرارتی مناسب دنبال می‌شود باعث تولید ساختاری نهایی از توده متراکم خوشه‌های گرافیت در زمینه فریتی یا پرلیتی بسته به ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی می‌شود. ترکیب به کار برده شده براساس نیازهای اقتصادی ، نحوه باز پخت خوب و امکان جذب و امکان تولید ریخته‌گری انتخاب می‌شود. مثلا بالا رفتن Si بازپخت را جلو انداخته و موجب عملیات حرارتی خوب و سریعی با سیلکی کوتاه می‌شود و در ضمن مقاومت مکانیکی را نیز اصلاح می‌نماید. تاثیر عناصر به مقدار بسیار کم در این چدن ها دست آورد دیگری در این زمینه هستند. Te و Bi تشکیل چدن سفید در حالت انجماد را ترقی داده، B و Al موجب اصلاح قابلیت بازپخت و توام با افزایش تعداد خوشه‌های گرافیت می‌شود میزان Mn موجود و نسبت Mn/S برای آسان کردن عمل بازپخت می‌بایستی کنترل گردد. عناصری از جمله Cu و Ni و Mo را ممکن است برای بدست آوردن مقاومت بالاتر یا افزایش مقاومت به سایش و خوردگی به چدن افزود. دلیل اساسی برای انتخاب چدن های چکش خوار قیمت تمام شده پایین و ماشینکاری راحت و ساده آنهاست. کاربردهای آنها در قطعات اتومبیل قطعات کشاورزی ، اتصالات لوله ها ، اتصالات الکتریکی و قطعات مورد استفاده در صنایع معدنی است.

چدن های گرافیت کروی یا نشکن
این چدن در سال ۱۹۴۸ در فیلادلفیای آمریکا در کنگره جامعه ریخته گران معرفی شد. توسعه سریع آن در طی دهه ۱۹۵۰ آغاز و مصرف آن در طی سال های ۱۹۶۰ روبه افزایش نهاده و تولید آن با وجود افت در تولید چدن ها پایین نیامده است. شاخصی از ترکیب شیمیایی این چدن به صورت کربن ۳٫۷% ، سیلیسیم ۲٫۵% ، منگنز۰٫۳% ، گوگرد ۰٫۰۱% ، فسفر ۰٫۰۱% و منیزیم ۰٫۰۴% است. وجود منیزیم این چدن را از چدن خاکستری متمایز می‌سازد. برای تولید چدن گرافیت کروی از منیزیم و سریم استفاده می‌شود که از نظر اقتصادی منیزیم مناسب و قابل قبول است. جهت اصلاح و بازیابی بهتر منیزیم برخی از اضافه شونده‌هایی از عناصر دیگر با آن آلیاژ می‌شوند و این باعث کاهش مصرف منیزیم و تعدیل کننده آن است. منیزیم ، اکسیژن و گوگرد زدا است. نتیجتا منیزیم وقتی خواهد توانست شکل گرافیتها را به سمت کروی شدن هدایت کند که میزان اکسیژن و گوگرد کم باشند. اکسیژن‌زداهایی مثل کربن و سیلیسیم موجود در چدن مایع این اطمینان را می‌دهند که باعث کاهش اکسیژن شوند ولی فرآیند گوگردزدایی اغلب برای پایین آوردن مقدار گوگرد لازم است. از کاربردهای این چدن ها در خودروسازی و صنایع وابسته به آن مثلا در تولید مفصل‌های فرمان و دیسک ترمزها ، در قطعات تحت فشار در درجه حرارت های بالا مثل شیر فلکه‌ها و اتصالات برای طرحهای بخار و شیمیایی غلتکهای خشک‌کن نورد کاغذ ، در تجهیزات الکتریکی کشتی‌ها ، بدنه موتور ، پمپ‌ها و غیره است.

چدن های گرافیت فشرده یا کرمی شکل
این چدن شبیه خاکستری است با این تفاوت که شکل گرافیت‌ها به صورت کروی کاذب ، گرافیت تکه‌ای با درجه بالا و از نظر جنس در ردیف نیمه نشکن قرار دارد. می‌توان گفت یک نوع چدنی با گرافیت کروی است که کره‌های گرافیت کامل نشده‌اند یا یک نوع چدن گرافیت لایه‌ای است که نوک گرافیت گرد شده و به صورت کرمی شکل درآمده‌اند. ایت چدن ها اخیرا از نظر تجارتی جای خود را در محدوده خواص مکانیکی بین چدن های نشکن و خاکستری باز کرده است. ترکیب آلیاژ موجود تجارتی که برای تولید چدن گرافیت فشرده استفاده می‌شود عبارت است از: Mg%4-5 ،Ti%8.5-10.5 ، Ca% 4-5.5 ، Al%1-1.5 ، Ce %0.2-0.5 ،Si%48-52 و بقیه Fe. چدن گرافیت فشرده در مقایسه با چدن خاکستری از مقاومت به کشش ، صلبیت و انعطاف‌پذیری ، عمر خستگی ، مقاومت به ضربه و خواص مقاومت در دمای بالا و برتری بازمینه‌ای یکسان برخوردار است و از نظر قابلیت ماشینکاری ، هدایت حرارتی نسبت به چدن های کروی بهتر هستند. از نظر مقاومت به شکاف و ترک خوردگی برتر از سایر چدن ها است. در هر حال ترکیبی از خواص مکانیکی و فیزیکی مناسب ، این چدن ها را به عنوان انتخاب ایده آلی جهت موارد استعمال گوناگون مطرح می‌سازد. مقاومت بالا در مقابل ترک‌خوردگی آنها را برای قالبهای شمش‌ریزی مناسب می‌سازد. نشان دادن خصوصیاتی مطلوب در دماهای بالا در این چدن ها باعث کاربرد آنها برای قطعاتی از جمله سر سیلندرها ، منیفلدهای دود ، دیسکهای ترمز ، دیسکها و رینگهای پیستون شده است.

چدن نسوز
این نوع از چدن ها به گروهی از آلیاژهی آهنی گفته میشود که شرایط کاری آنها در محیط گرم ودر درجات حرارتی تا حدود ۱۱۰۰ درجه سانتی گراد می باشد در چنین درجات حرارتی چدن ها نبایستی اکسیده شده وتحمل نیرو های مکانیکی را نیز دارا باشند. در هنگامی که حد اکثر درجه حرارت ۶۰۰ درجه سانتی گراد باشد این نوع چدن ها حتی میتوانند تحت شرایط دینامیکی( همان نیروهای سیکلی یا متحرک بر قطعه ) به خوبی کار کنند نیکل کرم و مولیبدن از مهمترین عناصری هستند که دراین نوع چدن هاوجود دارد دارند . علاوه بر مسئله مقاوم بودن این نوع چدن ها در مقابل اکسیداسیون بایستی در اثر حرارت دیدن باد نکرده وترک نخورند. میزان باد کردگی و رشد چدن ها در درجه حرارتی بالای۴۰۰ درجه سانتی گراد زیاد بوده می تواند تا ۱۰ درصد نیز برسد علت رشد وباد کردگی چدن ها به دلیل تجزیه شدن سمنتیت به آهن وگرافیت در اثر حرارت است که توام با رشد وباد کردگی قطعات خواهد بود لذا برای جلوگیری از این مشکل از عناصری نظیر مولیبدن مس و کرم و فسفر استفاده می گردد به طور کلی منظور از افزودن عناصر آلیاژی حفظ استحکام چدن در درجه حرارت کار قطعه – اکسیده نشدن وعدم رشد و باد کردن چدن می باشند مهمترین عنصر آلیاژی و ارزانترین آن کرم می باشد. چدن هایی که دارای ۲۰ درصد کرم هستند می توانند تا درجات حدود ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد کار نموده وچدن هایی که دارای ۳۵ درصد کرم هستند تا درجه حرارت ۱۱۵۰ درجه سانتی گراد اکسیده نمی شوند.

تر کیبات مربوط به این نوع چدن ها
کربن ۲تا۶/۲ – سیلسسیم حدود ۱ – تا ۵/۱ در صد نیکل – کرم ۱۸ تا ۲۳ مس حدود۵/۱ – گوگرد کمتر از ۰۶/۰ – فسفر حدود۱/۰ درصد مقدار کرم در این نوع چدن ها را می توان تا ۳۵ درصد نیز افزایش داد نمونه ای دیگر از ترکیب این نوع چدن ها : کربن ۱تا ۲ – سیلیسیم ۵/۰ تا ۲/۲ – منگنز حد اکثر ۲۵/۰ گوگرد ۰۵/۰ – فسفر حد اکثر ۱/۰ وکرم ۳۰ تا ۳۴ درصد در تولید این نوع چدن ها از فروتیتا نیم یا فروکرم به عنوان جوانه زا استفاده می شود انواع دیگر چدن هابژی مقاوم در مقابل حرارت چدن های پر سیلیسیم می باشد این نوع چدن ها در شرایطی مصرف می گردند که درجه حرارتی کار بالا تر از ۹۰۰ درجه سانتی گراد نباشد .

ترکیبات نمونه ای از این نو ع چدن ها : کربن ۲/۲ تا ۳/۲- سیلیسیم ۵/۴ ت ۵/۵ – منگنز ۱تا ۵/۱ نیکل ۱۸ تا ۲۲ کرم ۸/۱ تا ۵/۴

چدن های سفید و آلیاژی مخصوص
کربن چدن سفید به صورت بلور سمانتیت (کربید آهن ، Fe3C) می‌باشد که از سرد کردن سریع مذاب حاصل می‌شود و این چدن ها به آلیاژهای عاری از گرافیت و گرافیت‌دار تقسیم می‌شوند و به صورتهای مقاوم به خوردگی ، دمای بالا، سایش و فرسایش می‌باشند.

چدن های بدون گرافیت
شامل سه نوع زیر می باشد:

چدن سفید پرلیتی
ساختار این چدنها از کاربیدهای یکنواخت برجسته و توپر M3C در یک زمینه پرلیتی تشکیل شده است. این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند و هنوز هم کاربرد داشته ولی بی‌نهایت شکننده هستند لذا توسط آلیاژهای پرطاقت دیگری از چدن های سفید آلیاژی جایگزین گشته‌اند.

چدن سفید مارتنزیتی (نیکل- سخت)
نخستین چدن های آلیاژی که توسعه یافتند آلیاژهای نیکل- سخت بودند. این آلیاژها به طور نسبی قیمت تمام شده کمتری داشته و ذوب آنها در کوره کوپل تهیه شده و چدن های سفید مارتنزیتی دارای نیکل هستند. Ni به عنوان افزایش قابلیت سختی پذیری برای اطمینان از استحاله آستنیتی به مارتنزیتی در طی مرحله عملیات حرارتی به آن افزوده می‌شود. این جدن ها حاوی Cr نیز به دلیل افزایش سختی کاربید یوتکتیک هستند. این چدنها دارای یک ساختار یوتکتیکی تقریبا نیمه منظمی با کاربیدهای یکنواخت برجسته و یکپاره M3C هستند که بیشترین فاز را در یوتکتیک دارند و این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند.

چدن سفید پرکرم
چدن های سفید با Cr زیاد ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر خوردگی ، حرارت و سایش را دارا هستند این چدنها مقاومت عالی به رشد و اکسیداسیون در دمای بالا داشته و از نظر قیمت نیز از فولادهای ضد زنگ ارزان تر بوده و درجاهایی که در معرض ضربه و یا بازهای اعمالی زیادی نیستند به کار برده می‌شوند این چدنها در سه طبقه زیر قرار می‌گیرند:

چدنهای مارتنزیتی با Cr %12-28
چدنهای فریتی با ۳۴-۳۰% Cr
چدنهای آستنیتی با ۳۰-۱۵%Cr و ۱۵-۱۰% Niبرای پایداری زمینه آستنیتی در دمای پایین. طبقه بندی این چدنها براساس دمای کار ، عمر کارکرد در تنش های اعمالی و عوامل اقتصادی است. کاربرد این چدنها در لوله‌های رکوپراتو ، میله ، سینی ، جعبه در کوره‌های زینتر و قطعات مختلف کوره‌ها، قالب‌های ساخت بطری شیشه و کاسه نمدهای فلکه‌ها است.

چدن های گرافیت دار
چدن های آستنیتی
شامل دو نوع (نیکل- مقاوم) و نیکروسیلال Ni-Si ، که هر دو نوع ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر حرارت و خوردگی را دارا هستند. اگرچه چدن های غیر آلیاژی به طور کلی مقاوم به خوردگی بویژه در محیط های قلیایی هستند، این چدنها به صورت برجسته‌ای مقاوم به خوردگی در محیط هایی مناسب و مختص خودشان هستند. چدن های نیکل مقاوم آستنیتی با گرافیت لایه‌ای که اخیرا عرضه شده‌اند از خواص مکانیکی برتری برخوردار بوده ولی خیلی گران هستند. غلظت نیکل و کرم در آنها بسته به طبیعت محیط خورنده شان تغییر می‌کند. مهمترین کاربردها شامل پمپهای دنده‌ای حمل اسید سولفوریک، پمپ خلا و شیرهایی که در آب دریا مصرف می‌شوند، قطعات مورد استفاده در سیستم‌های بخار و جابه‌جایی محلول‌های آمونیاکی، سود و نیز برای پمپاژ و جابجایی نفت خام اسیدی در صنایع نفت هستند.

چدن های فریتی
شامل دو نوع زیر می‌باشد: چدن سفید ۵% سیلیسیم در سیلال که مقاوم در برابر حرارت می‌باشد و نوع دیگر چدن پرسیلیسیم (۱۵%) که از مقاومتی عالی به خوردگی در محیطهای اسیدی مثل اسید نیتریک و سولفوریک در تمام دماها و همه غلظتها برخوردارند. اما برخلاف چدن های نیکل- مقاوم ، عیب آن ، ترد بودن است که تنها با سنگ‌زنی می‌توان ماشینکاری نمود. مقاومت به خوردگی آنها در برابر اسیدهای هیدروکلریک و هیدروفلوریک ضعیف است. جهت مقاوم سازی به خوردگی در اسید هیدروکلریک می‌توان با افزودن Si تا ۱۸-۱۶% ، افزودن Cr%5-3 یا Mo %4-3 به آلیاژ پایه ، اقدام نمود.

چدن های سوزنی
در این چدنها Al به طور متناسبی جانشین Si در غلظت های کم می‌گردد. چدن های آلیاژهای Alدار تجارتی در دو طبقه بندی یکی آلیاژهای تا Al %6 و دیگری Al%18-25 قرار می‌گیرند. Al پتانسیل گرافیته‌شدگی را در هر دوی محدوده‌های ترکیبی ذکر شده حفظ کرده و لذا پس از انجماد چدن خاکستری بدست می‌آید. این آلیاژ به صورت چدنهای گرافیت لایه‌ای ، فشرده و کروی تولید می‌شوند. مزایای ملاحظه شده شامل استحکام به کشش بالا ، شوک حرارتی و تمایل به گرافیته شدن و سفیدی کم می‌باشند که قادر می‌سازند قطعات ریختگی با مقاطع نازک‌تر را تولید کرد. چدن های با Al کم مقاومت خوبی به پوسته پوسته شدن نشان داده و قابلیت ماشینکاری مناسبی را نیز دارا هستند. محل های پیشنهادی جهت کاربرد آنها منیفلدهای دود ، بدنه توربوشارژرها ، روتورهای دیسک ترمز، کاسه ترمزها ، برش سیلندرها، میل بادامکها و رینگهای پیستون هستند. وجود Al در کنار Si در این نوع چدنها باعث ارائه خواص مکانیکی خوب توام با مقاومت به پوسته‌شدگی در دماهای بالا می‌شود. این آلیاژها مستعد به تخلخل‌های گازی هستند. آلومینیوم حل شده در مذاب می توان با رطوبت یا هیدروکربنهای موجود در قالب ترکیب شده و هیدروژن آزاد تولید کند. این هیدروژن آزاد قابل حل در فلز مذاب بوده و باعث به وجود آوردن مک‌های سوزنی شکل در انجماد می‌شود.


چدن خاکستری
Cast iron ، آلیاژهای آهن ، کربن و سیلیکون هستند که در آن ، کربن بیشتری نسبت به مورد موجود در محلول جامد آستنیت د دمای یوتکتیک ، وجود دارد . در چدن خاکستری، کربنیکه آستنیت از حل پذیری فراتر می رود به عنوان گرافیت ورقه ای بارش می یابد. چدن خاکستری معمولاً حاوی ۲٫۵ تا ۴ درصد C ، ۱ تا ۳ درصدSi و مواد اضافی منگنز برحسب میکروساختار مربوطه ( تا ۱٫ ۰ درصد Mn در چدن خاکستری و تا ۱٫۲ درصد در پرلیت ) می باشد. فسفر و سولفور نیز در مقادیر اندکی به عنوان ناخالصی های مازاد، موجود هستند .

کامپوزیت چدن خاکستری را باید به گونه ای انتخاب نمود که سه شرط ساختاری پایه را برطرف کند :

● توزیع و شکل گرافیتی لازمه
● ساختار عاری از کاربید ( بدون مبرد )
● ماتریکس لازمه
برای چدن متدا ول ، ا لمنت و عناصر ا صلی کامپوزیت شیمیایی ، کربن و سیلیکون هستند . مقدار بالای کربن ، مقدار گرافیت یا Fe3C را بالا می برد . کربن بالا و محتوای سیلیکونی ، پتانسیل گرا فیتی کردن آ هن را و قا بلیت ریختگی آ نرا ، بالا می برد . اثر ترکیبی کربن و سیلیکون روی ساختار را معمولاً با تساوی کربن (CE ) در نظر می گیرند :

S % ) × ۰٫۴ + (Mn % ) × ۰٫۰۲۷ – (P % ) × ۳۳٫ ۰ + (Si % ) × ۰٫۳ + C % = CE)

اگرچه ا فزایش کربن و سیلیکون و مقدار آنها ، پتانسیل گرافیتی سازی را بالا می برد و در نتیجه تمایل تبرید را کاهش می دهد، ولی ا ستحکام به شکل معکوس ، تحت تاثیر قرار می گیرد . ا ین حا لت ، بدلیل ارتقاء فریت و سختی پرلیت است . مقدار منگنز به عنوان تابعی از ماتریکس مطلوب ، تفاوت می یابد ، معمولاً می توان آنرا تا ۱٫ ۰ در صد برای چدن فریتی و تا ۱٫۲ درصد برای چدن پرلیتی ، مشاهده کرد چرا که منگنز یک ارتقاء دهنده پرلتی قوی است . ا ثر سولفور باید با اثر منگنز ، بالانس و تعدیل شود. بدون وجود منگنز در چدن سولفید آهن ناخواسته ( FeS ) در مرزدانه ها تشکیل خواهد شد. اگر مقدار میزان سولفور با منگنز تعادل گردید ، آ نگاه سولفید منگنز ( MnS ) تشکیل می شود که اثر مخرب ندارد چرا که درون دانه ها توزیع می شود. نسبت بهینه و مطلوب بین منگنز و سولفور برای یک ساختار فاقد FeS و ماکزیمم مقدار فریت ، عبا رت ا ست ا ز :

۱۵ . ۰ + (S ) × ۷ . ۱ = (%Mn % )

المنت و عناصر اندک دیگری مثل آلومینیم ، آنتیموا ن ، آرسنیک ، بیسموت ، روی، منیزیم ، سریوم و کلسیم می توانند به شکل قابل ملاحظه ای مورفولوژی ( رخت شناسی ) گرافیتی و میکروساختا رهای ماتریکس را تغییر دهند .

بطور کلی ، عناصر و ا لمنت های آ لیاژی را می توان به سه طبقه تقسیم بندی کرد: سیلیکون و آ لومینیوم ، پتانسیل گرا فیتی شدن را برای تغییر و تبدیل یوتکتوئید و یوتکتیک افزایش می دهد و تعداد ذات گرافیت را بالا می برد . آ نها در ماتریکس یک سری محلول حاوی کلوئید می سازند. از آنجا که آنها نسبت فریت / پرلیت را بالا می برند ، استحکام و سختی را کاهش می دهند .

نیکل ، مس ، قلع ، پتانسیل گرا فیتی شدن را طی تغییر و تبدیل یوتکتیک ، ا فزایش می دهد ولی آنرا طی تبدیل یوتکتوئید کاهش می دهد ، بنابرا ین نسبت پرلیت / فریت را بالا می برد . ا ین اثر ثانویه بدلیل بازنشستگی پراکنش کربن است . این ا لمنت ها و عناصر در ماتریکس ، محلول های جامد می سازند آ ز آنجا که آنها مقدار پرلیت را بالا می برند ،استحکام و سختی نیز بالا می رود . کرم ، مولیبدن ، تنگستن و وا نادیوم پتانسیل گرا فیتی سازی در هر مرحله را کاهش می دهند . بنابرا ین مقدار کاربید و پرلیت را ا فزایش می دهند . بطور ا صولی آ نها در کاربید متمرکز می شوند و یک سری کاربید های نوع nc (FeX ) می سازند ولی محلول جامد aFe را هم آ لیاژ می کنند . تا زما نیکه تشکل کاربد روی ندا ده ا ست ، ا ین عناصر و ا لمنت ها ، ا ستحکام و سختی را افزایش می دهند . در بالاتر از یک سطح خاص ، هر کدام ا ز اینها جامد شد ن یک ساختار دارای Fe3C ( ساختار مخطط ) را تعیین می کنند که دارای ا ستحکام کمتر ولی سختی بالاتر می باشد . بطور کلی می توان اینگونه فرض کرد که خواص زیر چدن خاکستری با افزایش استحکام کششی از کلاس ۲۰ به کلاس ۶۰ افزایش می یابد :

● تمام استحکام ها ، شامل استحکام در دمای بالا رفته
● قابلیت ماشینی شدن تا پرداخت کاری ظریف
● مدول کش سانی
● رزیستانس سایش

از سوی دیگر ، خواص دیگر با افزایش استحکام کششی ، کاهش می یابد به شکلی که چدن دارای استحکام کم اغلب از چدن استحکام بالا بهتر عمل می کند . ا لبته زمانیکه این خواص مهم باشند :

● قابلیت ماشینی شدن
● رزیستانس شوک حرارتی
● ظرفیت damping
● قابلیت ریخته گری شدن در قطعات نازک

تولید موفقیت آمیز یک ریخته گری چدن خاکستری به سیال بودن فلز مذاب و نرخ و میزان خنک شوندگی بستگی دارد که تحت تاثیر حداقل ضخامت قطعه و تنوع آن ، قرار می گیرد .

طراحی قالب ریزی و ریخته گری
اغلب برحسب حساسیت قطعه شرح می دهند . این امر ، تلاشی است یرای ارتباط دهی خواص در بخشهای اصلی ریخته گری با ارات ترکیبی کامپوزیت و نرخ میزان خنک شوندگی . تمامی این فاکتورها به یکدیگر مرتبط هستند و می توان آنها را در یک عنوان کلی مطرح نمود یعنی قابلیت ریخته شدن که برای چدن خاکستری می تواند در یک mold ، حفره دارای نسبت مشخص حجم / مکان و خواص مکانیکی مطابق با نوع آهن ریخته شونده ، تولید شود . افت های حاصل ا ز جریان غلط ، بسته شدن سرد و یا گوشه های گرد . اغلب به فقدان سیالیت فلزی نسبت می یابد و ارتباط پیدا می کند که قرار ا ست ریخته شود . شرایط قا لب ، سرعت و میزان ریختن و دیگر متغییرهای جریانی برا برو سیال بودن آهن خاکستری صنعتی ، عمدتاً به مقدار و میزان سوپر حرارت بالاتر از دمای یخ زدن ( مایع ) وا بسته است . با کاهش میزان کل کربن ، دماهای مایع ، افزایش می یابد . و سیال بودن در یک دمای ریختن ، با کاهش مواجه می شود . سیال بودن را معمولاً به شکل طول جریان در یک قا لب تست سیا ل نوع کروی ، اندازه گیری می کنند .

اهمیت رابطه بین سیا ل بودن ، مقدار کربن و دمای ریختن زمانی واضح می شود که مشخص گردد درجه بندی در ا ستحکام طبقه ASTM چدن خاکستری تا حد زیادی به تفاوت و ا ختلاف کربن ( ۳٫۶۰ ~ تا ۳٫۸۰ در صد برای کلا س ۲۰ ؛ ۲٫۷۰ ~ تا ۲٫۹۵ درصد برای کلاس ۶۰ ) وابسته ا ست . بنابراین سیا ل بودن این چدن ها به معیار حد ماکزیمم دمای ریختن ، ارتباط می یابد . میکروساختار معمولی چدن خاکستری ، ماتریکسی از پرلیت با گرافیت فلسی پراکنش یافته کلی می باشد. شیوه کارخانه می تواند به گونه ای تنوع داشته باشد که هسته ای شدن و رشد گرافیت فلسی در ا لگویی انجام گردد که به تسریع و خواص مورد نظر، بیانجامد. مقدار، اندازه و توزیع گرافیت ها نیز حائز اهمت هستند . خنک شوندگی که خیلی هم سریع است می تواند آهن به اصطلاح مبرد شده بسازد که در آن کربن مازادی به شکل کاربیدهای بزررگ ، مشاهده می شود . خنک شوندگی در سرعت و میزان پایین تر می تواند چدن خالدار ایجاد کند که در آن ، کربن به شکل سیمانی اولیه ( کاریبد آهن ) و گرافیت ، ظاهر می شود .

گرافیت ورقه ای یکی از هفت نوع ( شکل یا فرم ) گرافیت شک گرفته در ۲۴۷ A ASTM است . گرافیت ورقه ای به پنج گروه تقسیم بندی می شود ( ا لگوها ) که آنها را با حروف ، نشان می دهند : از A تا E . اندازه گرافیت با مقایسه یک چارت اندازه ASTM مشخص می شود که ظاهرهای عادی فلس های هشت اندازه مختلف را در بزرگنمایی α ۱۰۰ نشان می دهد .

گرافیت ورقه ای نوع A ( جهت گیری پراکنده ) برای اکثر مصارف و کاربردها مناسب است . در اندازه های حدوسط فلس ، نوع گرافیت فلسی A ، به دیگر انواع در کاربردهای دارای سایش خاص مثل سیلندرهای موتورهای احتراق درونی ، عا لی تر و برتر هستند . گرا فیت ورقه ا ی نوع A ( ا لگوی روزت ) ، خاص خنک شوندگی سریع است . مثل حالت متداول قطعات نازک ( حدود mm 10 ) و در امتداد قعات قطور تر و بعضی مواقع از تلقیح ضعیف ، حاصل می شوند .

فلس ها ی بزرگ نوع C در چدن و آهن های هایپر یوتکتیک فرم می یابند . این فلس های بزرگ ، رزیستانس و مقاومت به شوک حرارتی را با افزایش هدایت گرنایی و کاهش مدول الاستیک تسهیل و تسریع می کنند . از سو یدگر ، فلس های بزرگ به پرداخت های سطحی خوب در قطعات مکانیکی یا استحکام بالا ، یا رزیستانس تماسی خوب ، جوابگویی و هدایت ( رسانایی ) ندارند .

فلس های کوچک و با شکل درونی دندریتی دارای جهت گیری در نوع D ، یک پرداخت ماشینی شده ظریفی را با تقلیل حفره دار شدن سطح فراهم می سازد ولی به دست آوردن یک ماتریکس پرلیت با ین نوع گرافیت ، مشکل می باشد . نوع D ممکن است نزدیک سطوح خنک شده یا در قطعات نازک شکل گرفته باشد . به شکل متناوب ، این گرافیت ها با یک ماتریکس فریت ، احاطه شده اند و در قالب ریزی و ریخته گری ، m نقطه نرم را ایجاد می کنند .

نوع E به شکل درون دندریتی است که به جای جهت گیری پراکنده دارای جهت گیری ترجیحی است . نوع E ، علیرغم نوع D می تواند با ماتریکس پرلیت همراه باشد و بنابراین ، یک ریختگری را اجاد می کند که خواص سایشی آن به خوبی مورد یک ریختگری حاوی نوع گرافیت A در یک ماتریکس پرلو.یت می باشد . در واقع کاربردها و مصارف متعددی وجود دارد که در ان نوع فلس تا زمانیکه به شرایط خواص مکانیکی رسیده باشیم از اهمیت بالایی برخور دار نیستند .

چدن خاکستری یکی از قدیمی ترین فر آورده های ریخته گری فروز است . علیرغم رقابت با مواد جدید تر و ارتقاء انرژی آنها ، چدن خاکستری را هنوز برای آن کاربردها مارفی بکار می برند که خواص آن ، ثابت نموده است برای این کاربرد بسیار مناسب است . چدن خاکستری پس از فولاد نوری پر مصرف ترین ماده فلزی جهت امور مهندسی است . در سال ۱۹۶۷ تولید چدن خاکستری بیش از ۱۴ میلیون تن و یا دو و نیم برابر حجم و مقدار دیگر انواع قالب ریزی و ریخته گری ها ترکیبی بود . دلایل متعددی برای معروفیت و کاربرد وسیع آن وجود دارد .

چدن خاکستری دارای خواص متعدد و مطلوبی است که مواد دیگر ، آنها را ندارند و هنوز در مان ارزان ترین مواد موجود و در دسترس مهندسین می باشد . ریختگری چدن خاکستری در کاخانه هایی صورت می گیرد که سرمایه گذاریهای خوبی انجام داده اند . هدف از این متن ، برانگیختن توجه سما به سوی خواص و شاخصه های چدن خاکستری ات که این ماده را بسیار مفید کرده است . چدن خاکستری یک از آسانترین قالب ریزیهای تمام فلزات را در کارخانه دارد و دارای پایین ترین دمای رختن فروس و فلزات است که ان امر در سیال بودن بالای آن و قابلیت ریختگری به شکل های متنوع مشهود است . بدلیل حالت خاصی طی مراحل آخر جامد شدن دارای پارگی جامد اندک و یا در بعضی موارد ، فاقد پارگی مایع یه جامد است به گونه ای که بنظر می رسد قالب ریزی ، سریعاً به دست می آید . برای اکثر مصارف و کاربردها ، چدن خاکستری را در شرایط قطعه خام آن بکار می برند که این کار ، تولید را ساده می سازد . چدن خاکستری دارای کیفیت ماشینی شدن عالی است و این حالت سطحی با خواص سایشی عالی فراهم می کند . رزیستانس چدن خاکستری به خط انداختن و خراشیدگی با ماتریکس مناسب و ساختار گرافیتی خوب ، از مشهوریت و معروفیت بالایی برخور دار است .

ریختگریهای چدن خاکستری را می توان در هر پروسه کارخانه ای معین انجام داد . جالب تر اینکه علیرغم این واقعیت که چدن خاکستری یک ماده قدیم و با مصرف بالا در ساخت و سازهای مهندسی است ولی متالورژی ماده را تا چند سال اخیر ، درستی و دقت ، مشخص نکرده بودند . خواص مکانیکی چدن خاکستری نه تنها با کامپوزیت آن مشخص است بلکه شدیداً تحت تاثیر شیوه اجراء و کار کارخانه ، خصوص سرعت و میزان خنک شوندگی در ریختگری ، می باشد . تمام کربن در چدن خاکستری ، غیر از مقدار ترکیب شده با آهن برای تشکیل پرلت در ماتریکس به عنوان گرافیت و به شکل فلس هایی با اندازه و شکل متنوع می اشد . وجود همین فلس هایی شکل گرفته در جامد شدن است که خواص و شاخصه های آهن خاکستری را ایجاد می کند . در ضمن وجود این فلس ها خواص مطلوب را به چدن خاکستری می دهد .

متالوژی چدن خاکستری

مک کنزی در مقاله سال ۱۹۴۴ خود از چدن به عنوان ” فولاد به اضافه گرافیت ” اشاره کرد . اگرچه تعریف ساده وی هنوز هم بکار می رود. ولی خواص چدن خاکستری تحت تاثیر مقدار گرافیت موجود ، شکل ، اندازه و توزیع گرافیت پوسته ای می باشد . اگرچه ماتریکس به فولاد شباهت دارد ولی مقدار سیلیکون بالا ، به همراه سرعت خنک شوندگی بر مقدار کربن در ماتریکس اثر می گذارد . چدن خاکستری به دسته ای آلیاژهای سیلیکونی کربن بالا متعلق است که آهن های حبه ای و چکش خوار را نیز در برمی گیرد . به استناء منیزیم و دیگر المنت ها و عناصر دانه ای شونده در آهن حبه ای می توان با واریاسیون هایی در شیوه ذوب و تولید ، هر سه ماده از یک کامپوزیت و ترکیب تولید نمود . علیرغم مصرف بالای چدن خاکستری ، متالوژی آن از سوی کاربران و مصرف کنندگان زیادی دقیقاً شناخته نشده است و حتی بعضاً تولیدکنندگان نیز از آن اطلاع دقیقی ندارند . یکی از اولین و کامل ترین مباحث متالوژی چدن خاکستری را می توان در کتب مربوطه مشاهده کرد . تازه ترین مرور و بررسی متاوژی چدن و تشکیل گرافیت از سوی ویزر و همکارانش ارائه شده است . در اینجا برای جلوگیری از دو گانه شدن اطلاعات فقط حالات ضروری ترمالوژی چدن خاکستری را به بحث می گذاریم .

ترکیبات و کامپوزیت
چدن خاکستری با دامنه وسیعی از ترکیبات ، ساخته و تولید می شود . کارخانجات دارای شراط مشابه ، ممکن است جهت بهره مندی و سود بیشتر و یا صرفه جویی در هزینه مواد خام موجود و ماهیت کلی نوع ریخته گری حاصله در کارخانه خود ، از ترکیبات متنوعی استفاده کنند به همین دلیل ، آخال ترکیبات و مواد شیمیایی در مشخصات محصول خریداری شونده جهت قالب ریزی باید تا حد ممکن بر طرف شود چراکه این امر نکته مهمی در تولید به شمار می آید . دامنه کامپوزیت هایی که ممکن است در ریخته گری چدن خاکستری مشاهده شود می تواند اینگونه باشد : منیزیم ۲٫۷۵ تا ۴٫۰۰ درصد ؛ منگنز ۰٫۲۵ تا ۱٫۵۰ درصد ؛ سولفور ۰٫۰۲ تا ۲۰٫ ۰ درصد ؛ فسفر ۰٫۰۲ تا ۷۵٫ ۰ درصد . یک یا چند مورد از عناصر آلیاژی زیر نیز ممکن است در مقادیر مختلفی وجود داشته باشد . مولیبدن ، مس ، نیکل ، وانادیوم ، تیتانیوم ، قلع ، آنتیمون و کرم . نیتروژن نیزبین ۲۰ تا ppm 92 وجود دارد .