مواد و متالورژی

چدن خاکستری | چدن | انواع چدن | ویژگی چدن ها

آشنایی با چدن‌های خاکستری و خواص آن

چدن خاکستری

در این مقاله به توضیح و شرحی جهت آشنایی بیشتر با چدن‌های خاکستری و توضیح خواص عمومی‌این چدن‌ها می‌پردازیم.

در این نوع چدن کربن به صورت گرافیت ورقه‌ای رسوب می‌کند.

سه پارامتر زیر بر خواص چدن تاثیر می‌گذارد :

  1. شکل گرافیت
  2. نحوه توزیع
  3. اندازه گرافیتها

سه عامل زیر تعیین کننده سه پارامتر قبل می‌باشد :

  1. * ترکیب شیمیایی
  2. * سرعت سرد کردن
  3. * تلقیح چدن (جوانه زایی)

* ویژگیهای چدن خاکستری:

این نوع چدن سختی و استحکام بالایی دارد.

و دارای قابلیت ماشین کاری خوب است.

و همچنین خاصیت الاستیک و جذب ارتعاش بالایی دارد.

معمولا استحکام و سختی این نوع آلیاژها بستگی به ترکیب شیمیایی آنها دارد.

معمولا چدن هایهیپو دارای استحکام و سختی پایین تری هستند.

و از مقاومت به ضربه بالاتریبرخوردارهستند.

اما چدن‌های هیپردارای گرافیت های درشت و غیر یکنواخت و دارای سختی بیشتری هستند.

* انواع فازهای موجود در چدن خاکستری:

  1. فاز فریت:

این فاز وقتی به وجود می‌آید که سرعت سردکردن آهسته باشد و درصد si بالا باشد.

و عموما در چدن‌های هیپر به دلیل آنکه کربن گرافیت زا بوده و باعث تجزیه سمنتیت به کربن و گرافیت می‌شود به وجود می‌آید.

  1. فاز پرلیت:

این فاز هنگامی‌به وجود می‌آید که سرعت سرد کردن بالا باشدو درصد si کم باشد.

و عموما در چدن‌های هیپو به وجود می‌آید.

  1. کاربید آهن (سمنتیت)

این فاز وقتی به وجود می‌آید که سرعت سرد کردن بالا باشد.

به نحوی که سمنتیت فرصت تجزیه شدن را پیدا نکند.

این فاز باعث کاهش خاصیت ماشین کاری شده و مقاومت به ضربه را نیز کاهش می‌دهد.

اما مقاوت به سایش و سختی را افزایش میدهد.

  1. فاز استدیت:

این فاز در چدن‌ها هنگامی‌به وجود می‌آید که درصد فسفر زیاد باشد.

در واقع فاز استدیت، یوتکتیک سه تایی آهن – فسفر – فسفید آهن می‌باشد.

که تشکیل یک یوتکتیک سه تایی را داده که به آن فسفید استدیت گفته میشود.

این فاز دارای نقطه ذوب پایینی در حدود 940 تا 980 درجه سانتی گراد است.

ولذا جزء آخرین اجزایی است که در مذاب منجمد می‌شود.

به همین دلیل است که اینفاز همیشه در مرز دانه‌ها تجمع می‌کند و باعث کاهش خواص مکانیکی می‌شود.

لذا هرچه توزیع استدیت یکنواخت تر شود خواص مکانیکی بهتر می‌شود .

که معمولا توزیع استدیت ویکنواخت سازی آن از طریق عملیلت حرارتی انجام می‌شود .

این عملیات باعث افزایش قابلیت ماشین کاری قطعه می‌شود.

* گرافیت:

گرافیت بر اساس استاندار ASTMبه 5نوع A – B – C – D – E تقسیم می‌شود:

  1. گرافیت نوع A:

گرافیتهای نوع A گرافیتهای رشته‌ای و کشیده‌ای هستند.

که در متالوگرافی قبل از اچ کاری دیده می‌شود.

وهنگامی‌به وجود می‌آید که سرعت سرد کردن پایین و عملیات تلقیح به خوبی انجام شده باشد

این گرافیت بهترین نوع گرافیت در چدن خاکستری بوده و در میان گرافیت‌ها بیشترین قابلیت جذب ارتعاش رو دارد

  1. گرافیت نوع B (گرافیت گل رزی)

در مرکزاین گرافیت گرافیت‌های ریزی وجود دارد که به صورت دایره‌ای شکل رشد کرده‌اند.

و هرچه به سمت بیرون حرکت کرده‌اند کشیده گی این گرافیت بیشتر می‌شو.

د تا در نهایت بهگرافیت نوع Aختم می‌شود.

READ  آشنایی با تکنیک راهگاه گرم در قالب‌های تزریق پلاستیک

این گرافیت هنگامی‌به وجود می‌آید که سرعت سرد کردن بالا باشد.

و عملیات تلقیح به خوبی انجام نشده باشد. این گرافیت باعث ایجاد خواص نامطلوب و کاهش خواص مکانیکی می‌گردد.

  1. گرافیت نوع C (گرافیت نوع کیش)

این نوع گرافیت در چدن‌های هیپر به وجود می‌آید.

و در واقع گرافیت کیش کربنی است که از مذاب جدا شده و بر اثر تجزیه سمنتیت به وجود می‌آید.

و مقاطع درشت به صورت درشت و مقاطع نازک به صورت ستاره‌ای شکل دیده می‌شود.

این نوع گرافیت باعث کاهش خواص مکانیکی شده و کمترین خواص مکانیکی را در بین گرافیت‌ها دارد.

امادارای بیشترین خواص فیزیکی در بین گرافیت‌ها می‌باشد. مانند خواص حرارتی و رسانایی خوب

  1. گرافیت نوع D

شکل وابعاد این نوع گرافیت ریز می‌باشد.

و خواص چدن را تضعیف می‌کند و هنگامی‌به وجود می‌آید که سرعت سرد کردن زیاد باشد.

و تلقیح مناسب نباشد و میزان گوگرد کم باشد.

  1. گرافیت نوع E

این نوع گرافیت به شکل دندریت می‌باشد.

و در لابه لای شبکه‌های دندریتی رشد می‌کند.

و مشابه گرافیت نوع D بوده امادارای ابعاد درشت تری نسبت به نوع D است.

معمولا در شبکه‌های استنیتی رسوب میکند و هنگامی‌به وجود می‌آید که سرعت سرد کردن بالا بوده و تلقیح به خوبی صورت نگیرد

 چدن نشکن

این چدن بعد از جنگ جهانی دوم وارد صنعت شد.

و با توجه به خواص خوب مکانیکی که داشت کاربرد‌های مهمی‌در صنعت پیدا کرد.

و به علت کاربرد بالای آن و استحکام خوب آن رفته رفته جای فولاد را گرفت.

دلایل جایگزینی چدن نشکن به جای فولاد:

1- در این چدن‌ها عمدتا گرافیت به صورت کروی و با ضمینه پرلیتی بوده و برخلاف چدن مالیبل این نوع چدن‌ها قابلیت چکشخواری و انعطاف پذیری بالایی دارند.

2- در مقایسه با چدن‌های مالیبل این نوع چدن‌ها نیاز به سیکل عملیات حرارتی ندارند.

لذا از لحاظ اقتصادی مقرورن به صرفه تر می‌باشند.

همچنین با اضافه کردن عناصر آلیاژی در ضمن ذوب ریزی گرافیت‌های ورقه‌ای به گرافیت‌های کروی تبدیل می‌شود.

در ترکیب شیمیایی این چدن‌ها حدود 0. 03 درصد تا 0. 05 درصد منیزیم وجود داشته و مقدار گوگرد موجود در این چدن‌ها کمتر از 0. 01 درصد می‌باشد

طرز تهیه و ریخته گری این نوع چدن‌ها مشابه چدنها خاکستری می‌باشد.

با این تفاوت که در فرآیند ذوب ریزی با استفاده از عناصر آلیاژی نظیر منیزیم، گرافیت ورقه‌ای تبدیل به گرافیت کروی می‌شود.

نکته: مقدار انبساط مذاب چدن نشکن از چدن خاکستری بیشتر بوده و به همین دلیل در ریخته گری آن تغذیه‌های کوچکتری به کار می‌رود و همچنین در بعضی موارد بدون تغذیه نیز می‌توان ریخته گری را انجام داد.

انواع کوره‌های جهت تولید چدن داکتیل (نشکن):

کوره کوپل و کوره‌های شعله‌ای و کوره‌های الکتریکی را می‌توان جهت تولید چدن نشکن استفاده کرد.

1- کوره کوپل:

در روش کوره کوپل چون نیاز است که مقدار گوگرد را کاهش دهیم و دیگر این که کوره کوپل یکی از روش هایی می‌باشد که به علت استفاده از زغال سنگ بیشترین گوگرد را در مذاب ایجاد می‌نماید.

لذا باید گوگرد زدایی را قبل از کروی کردن گرافیت‌ها انجام داد.

READ  ضد ماده چیست ؟ | پاد ماده | آشنایی با ضدماده

دوبله کردن کوره کوپل:

در این روش ابتدا مذاب تهیه شده در کوره‌های کوپل مقرون به صرفه می‌باشد.

اما به علت بالا بودن میزان گوگرد یک مرحله گوگرد زدایی و یک مرحله اضافه کردن کربن در صورت کم بودن میزان کربن انجام می‌شود.

سپس مذاب را داخل کوره القایی ریخته و مذاب را از نظر ترکیبات شیمیایی کنترل می‌کنند

مواد شارژ برای تهیه چدن نشکن در کوره‌های القایی :

معمولا موادی مانند شمش چدن – قراضه فولاد – فرو آلیاژ‌ها – آهن اسفنجی – برگشتی‌های چدن نشکن – در کوره‌های القایی به عنوان شارژ استفاده می‌کنند.

شمش چدن:

این شمش معمولا تفاوت‌های با شمش چدن خاکستری داشته.

معمولا در تهیه چدن خاکستری از شمش کوره بلند استفاده می‌شود.

که معمولا دارای گوگرد تقریبا زیادی می‌باشد.

شمش چدن جهت تهیه چدن داکتیل معمولا دارای درصد گوگرد پایین تری نسبت به شمش چدن‌های خاکستری می‌باشد.

که این درصد معمولا کمتر از 0. 02 درصد می‌باشد.

این شمش معمولا به شکل سوزن برزیلی و سوری کانادایی ریخته می‌شود.

در این شمش‌های معمولا منیزیم به عنوان عنصر تلقیحی استفاده می‌شود.

و درصد گوگرد را پایین در نظر می‌گیرند تا از تلفات منیزیم جلوگیری شود.

قراضه فولاد:

به علت وجود گوگرد کم در تولید چدن‌های داکتیل کاربرد این نوع چدن‌ها در صنعت بین 40 تا 50 درصد می‌باشد.

و عیب آن بالا بودن نقطه ذوب و کربن آن می‌باشد.

که جهت صرفه جویی درانرژی قراضه‌ها را قبل از ریخته گری پیش گرم می‌کنند

آهن اسفنجی:

محصول کوره‌های غیر مستقیم بوده که از آن در صنعت بین 10 الی 15 درصد استفاده می‌کنند.

و علت استفاده آن کاهش قیمت تمام شده آن می‌باشد.

و عیب کلی آن افزایش درجه حرارت و افزایش مصرف مواد نسوز می‌باشد

برگشتی ها:

این نوع مواد در صنعت در حدود 30 درصد در شارژ کوره استفاده می‌شود

فرو آلیاژ ها:

عموما این نوع مواد شامل فرو سیلیکوم منیزیم و فرو سیلیس می‌باشند.

که در این مواد فروسلیکوم منیزیم به عنوان ماده کروی کننده استفاده می‌شود.

و فرو سیلیسیم به عنوان ماده جوانه زا استفاده می‌شود.

مزایای فرو آلیاژ ها:

1- عموما از تلفات عناصر آلیاژی جلوگیری می‌کنند.

2- فرو سیلیس باعث افزایش سیالیت مذاب می‌شود. و جلوگیری از تشکیل کاربید می‌شود.

3- باعث افزایش جوانه زایی می‌شود.

تهیه و اماده نمودن مذاب که شامل سه مرحله می‌باشد.

1- کنترل درجه حرارت

2- کنترل ترکیب شیمیایی

3- اضافه نمودن مواد کروی کننده


1- کنترل درجه حرارت:

درجه حرارت بالای مذاب باعث حذف مواد پایدار کننده گرافیت می‌شود.

وتاثیر تلقیح را کاهش می‌دهد.

از طرفی درجه حرارت پایین باعث کاهش سیالیت مذاب می‌شود.

درجه حرارت معمولا برای تهیه مذاب در چدن‌های نشکن در حدود دامنه دمایی 1450 تا 1560 می‌باشد.

که انتخاب درجه حرارت بستگی به حجم مذاب و روش کروی سازی و مقدار مواد کروی کننده دارد.

2- کنترل ترکیب شیمیایی:

گوگرد باعث تلفات مواد کروی کننده می‌شود.

و از طرفی باعث پایداری فاز کاربید می‌باشد.

READ  متالورژی | قدیمی ترین هنر و جدیدترین علوم

اگر درصد گوگرد بالا باشد قبل از اضافه کردن مواد کروی کننده گوگرد زدایی انجام می‌شود.

در این حالت گوگرد زدا باید در پاتیل بازی و توسط مواد گوگرد زدا (کاربید کلسیم CaO2 سیانامید کلسیم CaN2O2 –NaCH – Na2Ca5- CaO-CaCO3) می‌باشد.

برای انجام بهتر عملیات گوگرد زدایی دو مورد را باید رعایت کرد.

1- تماس مواد گوگرد زدا با مذاب باید حداکثر ممکن باشد.

2- زمان فعل و انفعال: اگر زمان گوگرد زدایی طولانی باشد باعث ورود مجدد گوگرد از سرباره به مذاب می‌شود لذا پس از گوگرد زدایی باید سریعا عملیات سرباره گیری و پاتیل به پاتیل انجام شود.

3.عناصر کروی کننده:

که این مواد شامل منیزیم، سریم و منیزیم تزریق شده به کک می‌باشد.

منیزیم دارای نقطه ذوب 620 درجه سانتیگراد می‌باشد.

که این عنصر در درجه حرارت 1100 درجه تبخیر می‌شود.

که در این درجه فشار داخلی منیزیم به بیشترین حد خود می‌رسد.

پس از اضافه کردن به مذاب باعث پاشش مذاب می‌شود.

لذا برای اضافه کردن منزیم از آلیاژ‌ها و آمیژن‌های منیزیم استفاده می‌شود.

قابل توجه است که منیزیم می‌تواند به دو شکل استفاده می‌شود.

1- منیزیم فلزی:

در مواقعی استفاده می‌شود که در مواقعی استفاده می‌شود که حجم مذاب کم باشد.

این مواد را می‌توان به اشکال پودر منیزیم – شمش منیزیم و قراضه منیزیم به همراه آهن و بریکتهای منیزیم فشرده استفاده کرد.

2- آلیاژ‌های منیزیم:

که عمدتا به دو گروه تقسیم می‌شوند.

الف: الیاژ‌های نیکل منیزیم:

نیکل به علت خاصیت پرلیت زایی باعث افزایش خواص مکانیکی چدن می‌شود.

که تنها محدودیت استفاد ه ان در صنعت قیمت تمام شده بالای آن می‌باشد.

آلیاژ‌های مختلف نیکل منیزیم عبارتند از آلیاژ 50 درصد نیکل 30 درصد سیلیسیم و 20 درصد منیزیم – 85 درصد نیکل 15 منیزیم – 70 درصد نیکل 30 منیزیم -95 نیکل 5درصد منیزیم.

باید توجه داشت که به علت آن که نیکل دارای قیمت بالایی می‌باشد .

معمولا به جای نیکل از عناصر مشابه آن (مس) برای آلیاژ سازی استفاده می‌کنند.

نکته: معمولا از آلیاژ نیکل منیزیم در روش‌های ساندویچی و پاتیل سرباز استفاده می‌کنند.

ب- آلیاژ‌های منیزیم سیلسیم آهن (فروسیلیکم منزیم):

این نوع آلیاژ‌های در مقایسه با آلیاژ‌های نیکل ارزان تر بوده همچنین سیلیس موجود در این آلیاژ‌ها می‌تواند به عنوان عنصر تلقیح در مذ اب عمل کند.

علاوه بر آن این آلیاژ تاثیر کروی سازی شدید دارد.

لذا این عنصر در صنعت بیشتر به کار می‌رود و ترکیب شیمیایی آن 5 درصد منیزیم و 45 درصد سیلسیم و 50 درصد آهن می‌باشد.

2- روش منیزیم تزریق شده در کک:

این روش کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد و علت آن گوگرد زیاد موجود در کک می‌باشد و این امر باعث می‌شود که میزان مصرف منیزیم در این روش افزایش پیدا کند.

3- سریم:

درجه حرارت تبخیر این عنصر 3000 درجه سانتیگراد بنابراین مشکلات منیزمی‌را در کروی سازی ندارد اما به علت آن که عنصری کمیاب می‌باشد د ر صنعت کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد و عموما از آن در مواردی خاص همراه منیزیم استفاده می‌کنند.

برچسب ها

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

برای امنیت، استفاده از سرویس reCAPTCHA گوگل مورد نیاز است که موضوع گوگل است Privacy Policy and Terms of Use.

من با این شرایط موافق هستم .

بستن
بستن