تکنولوژی ساخت ( ماشین ابزار )
High feed towards technology, iran is the best
درباره وبلاگ


به نام خدا
این وبلاگ درراستای تحقق نیاز های آموزشی و کاربردی در زمینه صنعت ساخت و تولید کشور و نیز آشنایی علاقمندان با این صنعت مادر فعالیت دارد. تمامی مطالب این وبلاگ بصورت اختصاصی و کاملا معتبر میباشند. حتی الامکان سعی میکنم مطالب جدید و به روز رو در وبلاگ قرار بدم. درصورت داشتن هرگونه سوال یا نظر و پیشنهاد میتوانید با شماره من ( 09906125821 ) و یا قسمت تماس با مدیر با من در ارتباط باشید.

مدیر وبلاگ : علی خوب بخت
نویسندگان
شنبه 19 مرداد 1398 :: نویسنده : علی خوب بخت

اثر عناصر آلیاژی بر چدن خاکستری

سیلیسیوم : در بین عناصر آلیاژی قوی ترین عامل گرافیت زا به شمار می رود. این عنصر احتمالا با آهن ترکیب Fe3Si تشکیل داده و از خود ، گرافیت آزاد به جای گذاشته که بیشترین مقدار موثر آن حدود ۳% است.

نیکل : نیز به گرافیته شدن کمک می کند ولی تاثیر آن تنها به اندازه نصف تاثیر سیلیسیوم می باشد. نیکل وزن مخصوص چدن را زیاد کرده و از میزان تخلخل آن به نحو قابل توجهی می کاهد. نیکل همراه با کمی سیلیسیوم با تغییر ساختار پرلیت درشت به پرلیت ریز و نهایتا به مارتنزیت ، زمینه چدن را به طور یکنواخت سخت و مقاوم می سازد ، به ریز شدن دانه کمک کرده و پراکندگی گرافیت را در یک حالت بسیار ریز افزایش می دهد و در نتیجه استحکام و سختی را بهبود می بخشد. این عنصر در ترکیبات چدن با عناصری نظیر کروم جهت حصول یکنواختی ریخته گری قطعات با ضخامت متغیر ، کاربرد وسیعی دارد.

کروم : کاربید های پایداری تشکیل داده و به تشکیل پرلیت لایه ای و سخت تر کمک می کند. بنابراین استحکام ، سختی و مقاومت به فرسایش را افزایش می دهد. در مقادیر ۱٫۵-۱ درصد مقاومت به نرم شدن و اکسیده شدن را زیاد می کند و از گرافیته شدن قسمت های نازک تر جلوگیری می کند.

مولیبدن : هنگام سرد کردن ، سرعت تبدیل آستنیت به پرلیت را کاهش داده و در نتیجه پرلیت بسیار ریزی تشکیل می دهد که به نحو قابل توجهی استحکام ، سختی و عمر خستگی را زیاد می کند. مولیبدن موثرترین عنصر آلیاژ دهنده برای افزایش استحکام چدن بوده و یکنواختی ساختاری در قطعات سنگین را زیاد می کند و سختی  پذیری را بهبود می بخشد.

مس : تشکیل گرافیت را تسریع می کند ولی فقط حدود یک پنجم قدرت گرافیت کنندگی سیلیسیوم را دارد ، مقاوم کننده متوسط زمینه چدن بوده و نقاط سمنتیتی حجیم را تجزیه می کند. سختی چدن هایی را که خاصیت تبریدی زیادی دارند کم می کند ولی در چدن های خاکستری معمولی باعث افزایش سختی ، مقاومت به سایش و خوردگی می شود.

وانادیم : به نحو موثری به ریزتر شدن ذرات چدن کمک کرده و سختی چدن و پایداری کاربید را زیاد می کند. همچنین سختی تبریدی ، سفتی و مقاومت به سایش را افزایش می دهد.

فسفر : که مقدار آن در چدن خاکستری اصولا بین ۰٫۸-۰٫۰۲% می باشد. فسفر سیالیت ذوب را افزایش می دهد و در مقادیر بالاتر از ۰٫۱۵% اغلب به صورت اجزای یوتکتیک (استدیت) با نقطه ذوب ۹۸۰-۹۵۰ درجه سانتی گراد یافت می شود. به علت وضعیت جدایی یا تفکیکی استدیت معمولا الگوی سلولی با مشخصه اندازه سل یوتکیتیک که در طول انجماد توسعه پیدا می کند به خود می گیرد. مقدار فسفر اضافی سبب افزایش سختی و استحکام کششی می شود و شکنندگی چدن ها به علت تشکیل استدیت بالا می رود.

ترکیب شیمیایی مذاب و سرعت سرد شدن مبنای اصلی در تعیین خواص چدن خاکستری می باشد. چدن های خاکستری با نام آلیاژ آهن-کربن-سیلیسیوم-فسفر شناخته می شوند و هر کدام این عناصر روی ساختار میکروسکوپی خواص مکانیکی و سختی اثرات مهمی دارند. با افزایش میزان کربن در مذاب ، استحکام و سختی قطعه ریختگی کاهش می یابد زیرا مقدار گرافیت بیشتر و اندازه آن درشت تر می شود. از طرف دیگر ، نگهداری ذوب در دما های بالا و یا دما های ریخته گری به علت تاثیر روی نوع ، شکل و پراکندگی گرافیت ، اثرات قابل توجهی بر خواص مکانیکی قطعه ریختگی دارد.

دسته بندی چدن های خاکستری

معمولا چدن ‌های خاکستری را بر مبنای حداقل استحکام کششی که در یک اندازه مقطع معین به‌ دست می‌آید دسته ‌بندی می ‌کنند. بیشتر چدن ‌های خاکستری طبق ASTM با مشخصات A48 دسته‌بندی می‌شوند ، که دارای گروه‌ هایی با استحکام کششی ۲۰۰۰۰ تا psi ۶۰۰۰۰ می‌باشند (جدول زیر). مشخصات دیگر برای محصولات خاص به‌ کار می‌رود. استحکام چدن ‌های خاکستری بیشتر به ساختار زمینه و اندازه ، توزیع و نوع رشته‌های گرافیت بستگی دارد.

بر مبنای مقدار کربن ، چدن‌ های خاکستری را به‌ صورت هیپو یوتکتیک و هایپر یوتکتیک دسته‌بندی می‌کنند. مثلا ؛ چدن خاکستری با%۲Si دارای ترکیب یوتکتیکی با ۳٫۶%C است. هر چدن خاکستری با کمتر از۳٫۶C % و %۲Si به‌عنوان هایپو یوتکتیکی ، و چدنی با بیش از ۳٫۶C % و %۲Si به‌ عنوان هایپر یوتکتیکی دسته‌بندی می ‌شود.

 

گروه

حداقل استحکام کششی psi
۲۰A۲۰۰۰۰
۳۰A۳۰۰۰۰
۴۰A۴۰۰۰۰
۵۰A۵۰۰۰۰
۶۰A۶۰۰۰۰

 

خواص چدن خاكستری از ابعاد , مقدار , و توزیع پولك های گرافیت , و سختی نسبی فلز زمینه در پیرامون گرافیت, تأثیر می پذیرد. این عوامل را می توان با كنترل مقدار كربن و سیلیسیم فلز مذاب و آهنگ سرمایش قطعه ریختگی تنظیم كرد. هرچه چدن آهسته تر سرد شود و مقدار كربن و سیلیسیم آن بیشتر باشد, تمایل به ایجاد پولك های بیشتر و بزرگتر گرافیت, ساختار زمینه نرم تر , و استحكام كمتر افزایش می یابد. گرافیت پولكی خواص بی همتایی به چدن خاكستری می بخشد كه از جمله می توان به ماشینكاری پذیری عالی در ترازهایی از سختی با بیشترین مقاومت در برابر سایش , توانایی مقاومت در برابر برهم سایی, و میرایی لرزه عالی ناشی از خطی نبودن رابطه تنش- كرنش در تنش های نسبتاً كم اشاره كرد.

چندین عامل بر هسته زایی و رشد پولك های گرافیت تأثیر می گذارند. مقدار گرافیت و نیز ابعاد و توزیع آن تأثیر مهمی برخواص چدن دارند.

در سیستم آهن-كربن پایدار ، تمامی كربن بصورت گرافیت ظاهر می‌شود.

انواع چدن‌ های خاكستری از نظر شكل گرافیت

  • چدن‌ های خاكستری با گرافیت كلوخه‌ای یا شكوفه‌ای یا چدن‌ های مالیبل یا چكش‌خوار
  • چدن خاكستری با گرافیت ورقه‌ای یا فلسی یا پولكی
  • چدن خاكستری با گرافیت كروی یا چدن داكتیل یا SG و یا چدن نشكن
  • چدن خاكستری چشم گاوی ( این نوع چدن ما بین خاكستری و سفید می‌ باشد كه به علت گرافیت های نسبتاً بزرگ در بین فاز روشن رنگ فریت به این اسم مشهور است )

در سیستم آهن كربن ناپایدار نمی‌توان گفت تمام كربن به صورت گرافیت آزاد رسوب می‌كند چون شرایط تبرید و انجماد در نوع چدن حاصل نقش دارد.

انواع چدن‌ها از نظر فاز زمینه

  • زمینه فریتی
  • زمینه فریتی-پرلیتی
  • زمینه پرلیتی
  • زمینه مارتنزیتی
  • زمینه آستنیتی
  • زمینه بینیتی

 ۴- چدن داكتیل

این چدن را گاهی به نام چدن با گرافیت كروی یا SG نیز می شناسند. در چدن داكتیل می توان به تركیبی غیر متعارف از خواص دست یافت زیرا در این نوع چدن , گرافیت به جای پولك های جداگانه به صورت كره یا گویچه ظاهر می شود. این شیوه انجماد با افزودن مقداری اندك , ولی كاملاً معین از منیزیم به چدن مذابی با تركیب شیمیایی مناسب به دست می آید. چدن پایه ازلحاظ دارا بودن بعضی عنصر های فرعی كه مانع تشكیل گرافیت كروی می شوند ، محدودیت زیادی دارد

زیاد بودن مقدار كربن وسیلیسیم در چدن داكتیل از لحاظ فرایند ریخته گری مزایایی در بر دارد , اما گویچه های گرافیت بر خواص مكانیكی تأثیر جزئی می گذارند. رابطه تنش كرنش در چدن داكتیل همانند چدن چكش خوار خطی است و این نوع چدن گستره وسیعی از استحكام تسلیم را ارائه می كند و همان گونه كه از نام آن بر می آید داكتیل است. قطعات ریختگی چدن داكتیل در گستره وسیعی از ابعاد مختلف ومقاطع گوناگون , از بسیار نازك تا بسیار ضخیم , تولید می شوند.

رده های مختلف این نوع چدن با تنظیم ساختار زمینه در پیرامون گرافیت , به حالت سیاه تاب یا با انجام عملیات گرمایی تولید می شوند. بین رده های معمولی این نوع چدن , از لحاظ تركیب شیمیایی تفاوت اندكی وجود دارد, و این گونه تنظیم ها را برای بهبود ریزساختار زمینه مطلوب انجام می دهند. برای تنظیم ساختار زمینه چدن داكتیل در حالت سیاه تاب یا آماده سازی آن برای عملیات گرمایی می توان عنصر های آلیاژی را به چدن افزود. چدن های داكتیل و چدن های داكتیل آلیاژی با تركیب شیمیایی خاص , خواص غیر متعارفی دارند كه در كاربردهای ویژه به كار می آیند.

۵- چدن با گرافیت فشرده

گرافیت موجود در این نوع چدن به صورت پولك های كلفت دیده می شود كه در درون هر سلول به یكدیگر متصل اند. این ساختار گرافیت و خواص ناشی از آن , حالتی بینابین چدن خاكستری و چدن داكتیل است. شكل گرافیت فشرده مدت هاست كه شناخته شده و آن را شبه پولك , پولك متراكم , شبه گره ای , و گرافیت كرم مانند نیز می نامند. فرایند تولید این نوع چدن مشابه چدن داكتیل و مستلزم كنترل دقیق متالورژیكی و افزودن عناصر خاكی كمیاب است , اما تولید چدن با گرافیت فشرده مستلزم افزودن عنصر آلیاژی دیگری از قبیل تیتانیم نیز هست تا تشكیل گرافیت كروی به حداقل برسد. چدن با گرافیت فشرده , استحكام كششی بیشتری دارد و تا حدودی نیز داكتیل است. با افزودن عنصر های آلیاژی , یا انجام عملیات گرمایی می توان ساختار زمینه این چدن را تنظیم كرد.

۶- چدن های آلیاژی

این دسته از چدن ها شامل چدن های سفید آلیاژی , چدن های خاكستری آلیاژی , و چدن های داكتیل آلیاژی است. چدن های چكش خوار پر آلیاژ نمی شوند زیرا وجود عناصر آلیاژی مانع از انجام فرایند چكش خواری می شود. چدن های با گرافیت فشرده هنوز عمر چندانی ندارند و نمی توان نقش آنها را در عرصه چدن های آلیاژی ارزیابی كرد.

چدن های آلیاژی در مواردی كه مستلزم مقاومت فوق العاده در برابر سایش , گرما, یا خوردگی است, به كار می روند. به علاوه هنگامی كه خواص فیزیكی غیر متعارف , از قبیل انبساط گرمایی اندك , یا خواص غیر مغناطیسی در نظر باشد از این چدن ها استفاده می شود. قطعات ریختگی چدن آلیاژی به وسیله ریخته گری هایی تولید می شوند كه در این زمینه تخصص دارند, زیرا افزودن۳ تا ۳۰ درصد عنصر آلیاژی به چدن مذاب مستلزم در اختیار داشتن تجهیزات ذوب , فنون ریخته گری , و كنترل كیفیت ویژه است. شناسایی و تعیین خواص ویژه  مورد نیاز در چدن های آلیاژی غالباً بسیار دشوار است, بنابراین همواره آنها را بر اساس تركیب شیمیایی مشخص می كنند. خواص مكانیكی مورد نظر را نیز , در مواردی كه اهمیت داشته باشند , می توان مشخص كرد. چدن های آلیاژی را بر اساس نوع كاربرد غیر متعارف و مشخصه های ویژه آنها دسته بندی می‌كنند.

تغییر كربن معادل در چدن های خاكستری

مقدار گرافیت های ورقه ای مهم ترین عاملی است كه بر روی استحكام و خواص دیگر چدن خاكستری تأثیر می گذارد و تغییر در مقدار آن ها علت اصلی تغییر استحكام چدن هاست كه با استاندارد انگلیسی BS1452 مشخص شده و تا ردیف های ۲۶۰ و یا ۳۰۰ تغییر می كند.

ساختار زمینه در صورتی پرلیتی كامل است كه مقدار سیلیسیم كمتر یا مقدار منگنز زیادتر باشد و به همین ترتیب بر اثر وجود مقادیر بسیار كم و جزئی از عناصر پایدار كننده پرلیت از قبیل : آرسنیك , كرم , مس , نیكل و قلع در مواد اولیه یا قراضه های برگشتی می توان زمینه ای كاملاً پرلیتی به دست آورد.

در مورد چدن هایی كه دارای استحكام كمتری هستند , ساختار زمینه دارای اهمیت كمتری نسبت به نوع گرافیت ها در چدن است, در صورتی كه در چدن های با استحكام و مقاومت زیاد , نوع ساختار زمینه اهمیت زیادی دارد به طوری كه در چنین مواردی سعی می شود تا ساختارهایی كاملاً پرلیتی و یا بینیتی تولید گردد.

تأثیر تغییر ضخامت در ساختار میكروسكوپی چدن خاكستری

به همان ترتیب كه در استاندارد BS1452:1977 نشان داده شده است , با افزایش ضخامت قطعه در چدن خاكستری , استحكام افت می كند و به همین دلیل معمولاً یك نمونه میله ای با قطر ۳۰ میلی متر به عنوان مرجع برای استحكام و ساختار مورد استفاده قرار می گیرد.

تلقیح مواد گرافیت زا در چدن خاكستری

تلقیح یك ماده جوانه زا در چدن خاكستری عبارت است از اضافه كردن مقدار كمی از آن ماده به منظور آزاد شدن گرافیت ها از حالت تركیبی سمنتیت كه در این حال سلول های یوتكتیكی در ساختار چدن افزایش پیدا كرده و هم چنین فوق تبرید در حین انجماد نیزكاهش می یابد.

در حقیقت تلقیح و اضافه كردن مواد گرافیت زا به عنوان كاتالیزور باعث سریع تر جدا شدن گرافیت ها از حالت تركیبی گردیده و اغلب در چدن های با استحكام بیشتر و كربن كمتر مورد استفاده قرار می گیرد و در نتیجه گرافیت های آزاد به ویژه در مقاطع نازك تر قطعه به سهولت ایجاد می شود ولی در صورت عدم استفاده از چنین موادی كاربیدها و به ویژه سمنتیت در جداره خارجی و قسمت های نازك تر قطعه به وجود می‌آید.

به طور كلی مواد جوانه زا اغلب به صورت تركیبات آلیاژی شامل عنصر جوانه زاست كه به طور مثال مواد جوانه زایی كه در چدن ها مورد استفاده قرار می گیرد, معمولاً سیلیسیم و كلسیم سیلیسید است كه از عنصر سیلیسیم غنی است, هم چنین در مورد چدن ها از SMZ نیز استفاده می شود.

یك ماده جوانه زای مناسب عبارت از ماده ای است كه افزودن مقادیر كمی از آن بدون آن كه تغییر قابل ملاحظه ای در تركیب شیمیایی آلیاژ كند اثر مناسب و كافی بر روی ساختار داخلی ایجاد كند.

استحكام چدنی كه قبل از تلقیح یك ماده جوانه زا دارای ساختاری گرافیتی است, معمولاً پس از تلقیح به دلایل زیر افزایش می یابد :

الف) افزایش در تعداد سلول های یوتكتیكی

ب) گرافیت های فوق تبرید اغلب همراه با فریت هستند و در صورت ایجاد گرافیت های بدون جهت در این حالت, اغلب زمینه به صورت كاملاً پرلیتی می گردد كه در نتیجه استحكام را افزایش می دهد.

ج) مواد جوانه زای سیلیسیم دار معمولاً حاوی آلومینیم هستند و وجود آلومینیم در چدن های پرلیتی باعث ازدیاد در استحكام آنها می گردد.

چدن سفید

تمام كربن یوتكتیكی در چدن های غیر آلیاژی قطعاتی كه در حین انجماد در قالب های ماسه ای دارای ضخامت های نازك و متوسطی بوده و حاوی مقدار سیلیسیم كمتری باشند, بدون استفاده از تلقیح مواد جوانه زا به كاربید آهن تبدیل می گردند. چنین چدن هایی دارای مقاطع شكست سفید بوده و به چدن های سفید موسوم هستند.

این نوع چدن ها به صورت غیر آلیاژی و نیز همراه با مقادیر قابل توجهی از عناصر كاربیدزا مانند كرم یا وانادیم مورد استفاده قرار می گیرند. مقاومت در مقابل ساییدگی و سایش چدن های سفید دلیل اصلی استفاده از این نوع چدن ها در صنعت محسوب می گردد.

چدن مختلط

در صورتی كه تركیب شیمیایی چدنی كه در یك قالب ماسه ای ریخته گری می گردد در حد وسط یك چدن خاكستری و چدن سفید قرار گیرد ، دارای ساختاری مخلوط از گرافیت و كاربید آهن (یوتكتیكی) خواهد بود كه به چدن مخلوط مشهور است. این نوع چدن دارای سطح مقطع شكست مخلوط از سفید و خاكستری بوده و در بسیاری موارد به عنوان یك چدن مقاوم در مقابل سایش نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

به همین ترتیب , در یك حالت دیگر و در شرایطی كه سرعت سرد شدن قسمت های مختلف یك قطعه به دلیل اختلاف ضخامت متفاوت باشد در این صورت مقطع نازك تر دارای ساختار چدن سفید و مقطع ضخیم تر به صورت ساختار یك چدن خاكستری منجمد می گردد و در نتیجه حد وسط دو مقطع مورد نظر ساختار مخلوط از دو نوع ساختار را خواهد داشت.

موارد استفاده

برای ساخت پل ، لوله‌ها ، درپوش چاه‌ های خیابان ، ماشین آلات و بسیاری چیزهای دیگر تا زمان جایگزین شدن استیل استفاده می‌شد. شكل توسعه یافته اش به عنوان خرپای سقف ، شاقول كردن ، خطوط گازی و هم چنین پنجره‌ های دكوراتیو استفاده می‌شده است.

معایب و مزایا

چدن دارای مزیت‌ها و معایبی در معماری است. در فشرده سازی قوی و در كشش و خمش ضعیف است. مقاومت و سختی آن مخصوصاً در حرارت بالا (هنگام آتش‌سوزی) بسیار پایین می‌آید.


-----------------------------------
موفق و پیروز باشید




نوع مطلب : مهندسی مواد - کلیدفولاد، اطلاعات فنی، 
برچسب ها :
لینک های مرتبط :
نظرات پس از تایید نشان داده خواهند شد.


آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :
Free counters!
 
 
 
شبکه اجتماعی فارسی کلوب | Buy Mobile Traffic | سایت سوالات