پروژه 24

دانلود جزوه آموزشی آشنایی با چدن خاکستری Gray Cast Iron

تعداد صفحات: 68

فرمت: PDF

چدن‌ خاکستری (Gray Cast Iron) سیال‌ ترین آلیاژ آهنی بوده و مقاطع پیچیده و نازک را می ‌توان از آن تولید کرد. اگر ترکیب شیمیایی چدن در گستره چدن خاکستری و آهنگ انجماد مناسب و درستی باشد، کربن موجود در آهن به هنگام انجماد جدا شده و رشته‌های گرافیتی را تشکیل می‌دهند(شکل زیر). این چدن هادر سختی ‌هایی که مقاومت سایش خوب دارند دارای تراش ‌پذیری عالی هستند. سطح شکست چدن خاکستری به رنگ خاکستری دوده‌ای است و از این رو چدن خاکستری نامیده می‌شوند.

چدن خاکستری دارای ویژگی‌های متعدد و مفیدی بوده و برای ریخته گری در اشکال پیچیده و در ابعاد کوچک و بزرگ هنوز مورد علاقه مهندسان طراح می ‌باشد. امروزه، به علت ارزانی و سادگی انجام کار، حدود ۷۵% وزنی تمام قطعات ریختگی از چدن خاکستری است. در این نوع چدن، گرافیت رشته ‌ای موجب ایجاد خواص ویژه‌ای مانند؛ تراش‌ پذیری عالی در سختی هایی که مقاومت سایشی بالاست، مقاومت به ‌خوردگی سایشی با روغنکاری محدود، و قدرت جذب ارتعاش عالی می شود. وقتی استحکام فشاری، پایداری ابعاد، و قرار گرفتن دقیق تحت تنش مورد نیاز باشد، چدن خاکستری با فولادهای پر استحکام قابل مقایسه است.

مقدار، اندازه، شکل و پراکندگی گرافیت یا کاربید، مبانی اصلی تعیین کننده خواص استحکامی چدن های خاکستری می باشند و کنترل آنها اهمیت زیادی در تولید چدن خاکستری دارد. ساختار گرافیت در چدن های خاکستری ممکن است در اثر تغییرات ذوب، جوانه زایی، سرعت انجماد و تاثیر بعضی از عناصر هر چند جزیی تغییر زیادی پیدا کند. گرافیت می تواند به صورت ورقه های درشت یا ریز به صورت پراکنده به وجود آید.

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: کاربیدهای 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 کدوام این عناصر روی ساختار میکروسکوپیف 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 دماهای بالا و یا دماهای ریخته گری به علت تاثیر روی نوع، شکل و پراکندگی گرافیت، اثرات قابل توجهی بر خواص مکانیکی قطعه ریختگی دارد