جستجو در تالارهای گفتگو

محیط سرد کننده آستنیته کردن آنیل کردن سختی پذیری بازگشت (تمپرینگ) چدن مالیبل

چدن سفید در چدن سفید کربن به شکل سمنتیت وجود دارد که وجود سمنتیت باعث افزایش سختی و استحکام در چدن و کاهش مقاومت به ضربه و انعطاف پذیری چدن می شود. تهیه انواع چدن سفید 1 - افزایش سرعت سرد کردن ( سفید تبریدی ): که این روش برای قطعات کوچک با مدول حجمی کم استفاده می شود که با افزایش سرعت سرد کردن می توان به چدن سفید دست یافت. 2 - با استفاده از عناصر آلیاژی کاربید زا: این روش برای قطعات بزرگ با مدول حجمی زیاد استفاده می شود .عناصر کاربید زا برای چدن سفید آلیاژی عموما بیسموت و بر می باشد که در بعضی از موارد نیز می توان از گوگرد برای سفید کردن چدن استفاده کرد اما به دلیل آن که گوگرد باعث تشکیل فاز فسفید آهن می شود در صنعت از این عنصر کمتر استفاده می شود . اما می توان آن را در داخل قالب های ماسه ای در هنگام مذاب ریزی به مذاب اضافه کرد . در شکل زیر ساختار زمینه چدن سفید هیپر یوتکتیک نشان داده شده است: چدن های سفید کرم دار این چدن ها در واقع به سه دسته تقسیم می شوند: الف :اگر کرم کمتر از 3 درصد باشد : در این شرایط کاربید کمپلکس M3C تشکیل می شود که این کاربید. دارای سختی بالاتری نسبت به کاربید آهن می باشد اما مشابه کاربید آهن به صورت ممتد و پیوسته رسوب می کند و لذا مقاومت به سایش چدن سفید را افزایش داده اما تاثیری در مقاومت به ضربه ندارد ب: اگر کرم بین 7 تا 10 درصد باشد : در این شرایط کاربید تشکیل شده M7C3 می باشد که این کاربید دارای سختی به مراتب بالاتر از M3C می باشد همچنین به شکل غیر پیوسته و بلوکه ای در داخلی دانه ها رسوب می کند و لذا در حین افزایش مقاومت به سایش مقاومت به ضربه چدن سفید را نیز افزایش می دهد. ج: اگر کرم بین 3 تا 7 درصد باشد .: دراین شرایط مخلوط دو کاربید M3C و M7C3 را داریم این نوع چدن سفید کرم دار دارای خواصی در حد فاصل چدن های سفید کرم دار نوع الف و ب می باشد. سختی انواع زمینه در چدن سفید (مقیاس سختی سنجی: ویکرز) پرلیت 340-425 آستنیت 350-400 مارتنزیت پرکربن 770 -800 سمنتیت 840-1100 کاربید M3C 1060 -1240 کاربید M7C 1500-1800 فریت 150 -175 کاربید تنگستن 2400 کاربید وانادیم 2800 نکته: این چدن ها در مواردی استفاده می شوند که مقاومت به سایش بالا همراه با مقاومت به ضربه بالا نیاز باشد . بررسی نشان می دهد که با اضافه کردن کرم به مذاب چدن سفید فاز Fe3C نا پایدار شده و فاز M3C-M7C3 را تشکیل می دهد که با فاز آهن کرم معروف می باشد. عوامل موثر بر خواص مکانیکی چدن سفید 1- نوع کاربید : با توجه به نمودار ذکر شده هر چه از کاربید مستحکم تری استفاده کنیم مقاومت به سایش بهتری نیز خواهیم داشت. 2- شکل کاربید : هر چه شکل کاربید به صورت غیر پیوسته و بلوکه ای تر باشد مقاومت به ضربه بیشتری داریم. 3- اندازه کاربید : هر چه کاربید ها ریزتر و دارای توزیع یکنواخت تری باشند تاثیر آن ها در افزایش خواص مکانیکی بهتر است . 4- ساختار زمینه : هر چه ساختار زمینه پهن تر باشد دارای سختی بیشتری نیز می باشد . نکته : معمولا چدن سفید در صنعت مستقیما قابل استفاده نیست و برای بهبود خواص مکانیکی نیاز به عملیات حرارتی تکمیلی دارد . نکته : یکی از محصولات چدن سفید که از انجام عملیات حرارتی بر روی چدن سفید به دست می آید چدن مالی بل می باشد که چدن مالی بل نسبت به چدن سفید قابلیت ضربه پذیری و چکش خواری بهتری دارد و در عین حال دارای مقاومت به سایش بهتری است همچنین باید در نظر داشت که ترکیب شیمیایی چدن مالیبل مشابه ترکیب شیمیایی چدن سفید است. منبع

روش تهیه چدن مالیبل (چدن چکش خوار) چدنهای مالیبل چدنهایی هستند که دارای قابلیت چکش خواری ،خم شوندگی و استحکامی در حدود فولادهای ساده کربنی هستند،از طریق انجام عملیات حرارتی روی چدن سفید تهیه می شوند. به این صورت که چدن سفید تا درجه حرارت 900 درجه سانتیگراد حرارت داده می شود تا کاربید آهن به کربن و آهن تجزیه شده وذرات گرافیت بصورت شبه کروی بدور یکدیگر تجمع می کنند. تبدیل کاربید اهن به گرافیت شبه کروی دلیل اصلی تغییر چدن سفید به چدنی چکش خوار با خواص مکانیکی اصلاح شده است و در نهایت چدن سفید که سخت وشکننده است چدنی چکش خوار با سختی پایین تر وقابلیت ماشین کاری خوب بدست می آید. چدن مالیبل در ایران اولین بار در سال 1346 جهت ساخت اتصالات آب وگاز مورد استفاده قرار گرفت. شکل زیر ساختار میکروسکوپی چدن مالیبل با زمینه پرلیتی را نشان می دهد. کاربرد چدن مالیبل – چدن چکش خوار چقرمگی مناسب(داشتن استحکام به همراه قابلیت انعطاف بالا)در این نوع چدنها باعث موارد مصرف زیادی برای انها شده که از جمله ساخت قطعاتی نظیر اکسل ،قید ها،پوسته دیفرانسیل،زیر فنری کامیون ها،ابزار های دستی،اتصالات آب وگاز و... شده است. مزیت چدن مالیبل چدن مالیبل دارای استحکام و قابلیت انعطاف بیشتری از چدنهای خاکستری است. محدودیت چدن مالیبل یا چدن چکش خوار محدودیت عمده چدن مالیبل در مقایسه با چدن خاکستری و چدن گرافیت کروی طولانی بودن سیکل عملیات حرارتی ونیاز به تغذیه گذاری بیشتر نسبت به چدن سیفید است. ازآنجایی که برای تولید چدنهای مالیبل ابتدا باید چدن سفید تولید گردد و چدن سفید هنگامی بدست می آید که سرعت انجماد مذاب سریع باشد لذا قطعات تولیدی از نظر ضخامت با محدودیت روبروهستند.به بیان دیگر هر قدر ضخامت بیشتر شود سرعت سرد شدن مذاب کمتر بوده ولذا تولید چدن سفید با مشکل بیشتری روبرو است. ساختار چدن مالیبل-چدن چکش خوار در انواع چدنهای مالیبل ،قسمت اعظم کربن بصورت گرافیت های شبه کروی در زمینه فریتی، پرلیتی و یا مارتنزیتی توزیع شده اند.

در میان آلیاژهای صنعتی، چدنها متنوعترین خواص مکانیکی را با ارزانترین قیمت دارا می باشند. استفاده کامل از دامنه وسیع خواص مزبور مستلزم بررسی دقیق اثرات و نتایج حاصل از اعمال روشهای مختلف عملیات حرارتی بر روی ساختمان و خواص چدنها می باشد. از جمله اهداف عملیات حرارتی چدنها عبارتند از: برطرف کردن تنشهای داخلی بهبود قابلیت ماشینکاری افزایش انعطاف پذیری و تافنس ضربه. افزایش استحکام و مقاومت به سایش. روشهای مختلف عملیات حرارتی چدنها و فولادها، همچنین واژه های استفاده شده در مورد آنها بسیار شبیه به یکدیگر می باشند، اما پنج اختلاف اساسی و مهم بین آنها وجود دارد که عبارتند از: 1- در فولادها، درصد کربن مهمترین پارامتر تعیین کننده درجه حرارت سخت کردن است، درحالی که در چدنها، سیلیسیم عنصر اصلی تعیین کننده محدوده حرارتی فوق می باشد. سیلیسیم محدوده حرارتی بحرانی چدنها را در مقایسه با فولادهای پرکربن افزایش می دهد. از اینرو، به منظور آستنیته شدن کامل درجه حرارت سخت کردن چدنها باید نسبتاً بالا و با توجه به درصد کربن زمینه و درصد سیلیسیم انتخاب شود. 2- چدنها اغلب حاوی مقدار قابل ملاحظه ای منگنز و عناصر آلیاژی دیگر می باشند. در نتیجه از سختی پذیری بالائی برخوردار بوده، بنحوی که اغلب به جای کوئنچ کردن در آب، آنها را در روغن و یا هوا سرد می کنند. 3- قطعات ریختگی اغلب دارای اشکال پیچیده ای بوده که می تواند موجب مشکلات در عملیات حرارتی آنها شود. بر خلاف مقاطع نازک و قسمتهای خارجی که سریع گرم می شوند، مقاطع ضخیم و قسمتهای داخلی براحتی گرم نمی شوند. از اینرو سرعت گرم کردن و زمان نگهداری در درجه حرارت سخت کردن باید بنحوی تنطیم شود که مناسب با شکل پیچیده قطعه باشد. 4- همچنین در ضمن سریع سرد کردن، شکل پیچیده قطعه می تواند منجر به خسارت دیدن آن شود، بدین صورت که تنشهای داخلی زیادی در قطعه به وجود آید و یا اینکه حتی قطعه بشکند. به منظور حذف تنشهای داخلی و احتمال ترک خوردن، بلافاصله پس از کوئنچ کردن باید عملیات حرارتی تمپر کردن بر روی قطعه انجام گیرد. 5- در موقع عملیات حرارتی در کوره های الکتریکی با اتمسفر خنثی نظیر نیتروژن، اکثر قطعات چدنی قادر هستند که اتمسفر محافظ مورد نیاز برای خود را تولید کنند. معهذا در کوره های شعله ای، قطعات چدنی براحتی اکسیده ویا دی کربوره می شوند. قطعات چدنی که شدیداً اکسیده شده باشند می توانند مسئله آفرین باشند، زیرا اکسید تشکیل شده بر روی چدن معمولاً بسیار چسبنده بوده و موجب سایش و خسارت دیدن ابزارهای برش خواهد شد. همانگونه که اشاره شد، سیلیسیم در چدنها، اثر قابل ملاحظه ای بر روی درجه حرارتهای بحراتی دارد، این مطلب برای حالت سرد شدن در شکل زیر نشان داده شده است. در حقیقت سیلیسیم باعث می شود که انجماد، ذوب و نحوه سرد و گرم شدن چدنها از سیستم سه تائی Fe-C-Si پیروی کند. از اینرو استحاله یوتکتوئیدی در چدنها به جای درجه حرارت ثابت، در یک محدوده حرارتی انجام می گیرد. وسعت محدوده حرارتی فوق بستگی به درصد سیلیسیم چدن دارد. در صورتی که منحنیهای شکل زیر به اندازه 33 درجه سانتیگراد (60 درجه فارنهایت) به بالا تغییر مکان داده شوند، منحنیهای مربوط به گرم کردن چدنها به دست می آید. اثر درصد سیلیسیم بر روی محدود حرارتی بحرانی برای چدنهای چکشخوار، خاکستری و نشکن در شرایطی که با سرعتی معادل 5 درجه سانتیگراد (9 درجه فارنهایت) بر ساعت سرد شوند. علاوه بر سیلیسیم عناصر آلیاژی دیگر نظیر منگنز، فسفر، نیکل، مس و... دماهای بحرانی را تغییر می دهند. فسفر و کرم همانند سیلیسیم عمل می کنند، در حالی که نیکل و منگنز باعث کاهش دماهای بحرانی خواهند شد. در این بخش ابتدا اصول کلی و کاربرد روشهای مختلف عملیات حرارتی چدنها مورد بررسی قرار گرفته و سپس عملیات حرارتی انواع چدنها، نظیر چدن خاکستری، چدن نشکن و... مطالعه خواهند شد.

آهن و آلیاژهای آهنی آهن به عنوان یک عنصر خالص، فلزی مناسب برای استفاده های صنعتی به شمار نمی رود. برای تولید فولاد و چدن مقدار کمی عنصر کربن و عناصر فلزی دیگر به آهن خالص اضافه می شود. فرق اساسی بین فولاد و چدن در میزان کربن موجود در آنها است. کربن موجود در فولاد بین صفر تا 2 درصد و کربن موجود در چدن از 2 تا 6.67 درصد است. دیگر عناصر آلیاژی مانند منگنز و کروم به فولاد خصوصیات دیگری مانند مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برار خوردگی و ... را می دهد. فولاد فلز شناخته شده ای برای مردم است و مصارف زیادی در صنعت دارد. خصوصیات آهن و آلیاژهای آن در در جداول زیر نشان داده شده است.