چدن نشکن از اضافه‌کردن عناصر منیزیم و سریم به مذاب چدن خاکستری بدست می‌آید. از آنجا که قیمت منیزیم کمتر از سریم میباشد استفاده از این عنصر برای نشکن‌سازی در صنعت متداول شده‌است. مقدار منیزیمی که باید برای نشکن‌سازی به مذاب اضافه‌گردد بین 04/0 تا 06/0 درصدمی‌باشد. فلز منیزیم دارای نقطه ذوب و تبخیر کمی است و میل ترکیبی شدیدی با اکسیژن دارد لذا اضافه کردن آن به مذاب چدن توسط روشهای خاصی انجام‌می‌گیرد. معمولا سعی میگردد که بجای افزودن منیزیم خالص به مذاب، از فرومنیزیم استفاده‌شود. عملیات نشکن کردن مذاب را می‌توان در مراحل مختلف ریخته‌گری انجام داد که در اینجا به توضیح دو روش نشکن‌سازی در داخل پاتیل و نشکن‌سازی در داخل قالب بسنده‌می‌کنیم . نشکن‌سازی در قالب: چدنها
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 . اول : به کارگیری سریم و استفاده از میش متال (50درصد منیزیم ،45درصدلانتانیم و باقی مانده فلزات باقی نادر)
چدن های ضد سایش
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 M7C3دارند 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 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:
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 m7بر 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 کاربیدm7c3 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 m7c3شدند 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 کاربیدهm7c3 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 کاربیدM3c 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 تاMM 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:
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.
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 داکتیل
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
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 صفحه قبل 1 صفحه بعد |
|
|
عضو شوید
عضویت سریع
آمار مطالب
آمار بازدید
