جهت مشاوره و استعلام قیمت تماس بگیرید : 09121504568

ضایعات ذوبی

چدن دسته ای از آلیاژهای آهن – کربن با محتوای کربن بیش از ۲ درصد است. سودمندی آن از دمای ذوب نسبتا پایین آن ناشی می شود. ترکیبات آلیاژی هنگام شکسته شدن بر رنگ آن تأثیر می‌گذارند: چدن سفید دارای ناخالصی‌های کاربید است که به ترک‌ها اجازه عبور مستقیم می‌دهد، چدن خاکستری دارای ورقه‌های گرافیتی است که یک ترک عبوری را منحرف می‌کند و با شکستن مواد، ترک‌های جدید بی‌شماری ایجاد می‌کند، و چدن شکل‌پذیر کروی است. گرافیت "ندول" که مانع از پیشرفت بیشتر ترک می شود.

کربن (C)، از 1.8 تا 4 درصد وزنی، و سیلیکون (Si)، 1 تا 3 درصد وزنی، عناصر اصلی آلیاژی چدن هستند. آلیاژهای آهن با محتوای کربن کمتر به عنوان فولاد شناخته می شوند.

چدن به جز چدن های چکش خوار تمایل به شکننده بودن دارد. چدن ها با نقطه ذوب نسبتا پایین، سیالیت خوب، قابلیت ریخته گری، ماشین کاری عالی، مقاومت در برابر تغییر شکل و مقاومت در برابر سایش، تبدیل به یک ماده مهندسی با طیف وسیعی از کاربردها شده اند و در لوله ها، ماشین آلات و قطعات صنعت خودرو مانند سیلندر استفاده می شوند. سر، بلوک سیلندر و جعبه گیربکس. در برابر آسیب اکسیداسیون مقاوم است اما جوشش سخت است.

قدیمی ترین مصنوعات چدنی مربوط به قرن 5 قبل از میلاد است و توسط باستان شناسان در منطقه فعلی جیانگسو در چین کشف شد. چدن در چین باستان برای جنگ، کشاورزی و معماری مورد استفاده قرار می گرفت. در طول قرن 15، چدن برای توپ در بورگوندی، فرانسه، و در انگلستان در دوران اصلاحات مورد استفاده قرار گرفت. مقدار چدن مورد استفاده برای توپ ها نیاز به تولید در مقیاس بزرگ داشت. اولین پل چدنی در طول دهه 1770 توسط آبراهام داربی سوم ساخته شد و به عنوان پل آهنی در Shropshire انگلستان شناخته می شود. در ساخت ساختمان ها نیز از چدن استفاده می شد.
تولید
چدن از آهن خام که محصول ذوب سنگ آهن در کوره بلند است ساخته می شود. چدن را می توان مستقیماً از چدن ذوب شده یا با ذوب مجدد آهن خام، اغلب همراه با مقادیر قابل توجهی آهن، فولاد، سنگ آهک، کربن (کک) و انجام اقدامات مختلف برای حذف آلاینده های نامطلوب تهیه کرد. فسفر و گوگرد ممکن است از آهن مذاب سوخته شود، اما کربن را نیز می سوزاند که باید جایگزین شود. بسته به کاربرد، محتوای کربن و سیلیکون به سطوح مورد نظر تنظیم می شود که ممکن است به ترتیب بین 2-3.5٪ و 1-3٪ باشد. در صورت تمایل، قبل از اینکه فرم نهایی با ریخته گری تولید شود، عناصر دیگری به مذاب اضافه می شوند.

چدن گاهی اوقات در نوع خاصی از کوره بلند معروف به کوپولا ذوب می شود، اما در کاربردهای مدرن، بیشتر در کوره های القایی الکتریکی یا کوره های قوس الکتریکی ذوب می شود. کوره یا ملاقه.
عناصر آلیاژی

نمودار متاپایدار آهن – سمنتیت
خواص چدن با افزودن عناصر آلیاژی یا آلیاژهای مختلف تغییر می کند. در کنار کربن، سیلیکون مهمترین آلیاژ است زیرا کربن را از محلول خارج می کند. درصد کم سیلیکون به کربن اجازه می دهد تا در محلول کاربید آهن باقی بماند و چدن سفید تولید شود. درصد بالایی از سیلیکون باعث خروج کربن از محلول گرافیت و تولید چدن خاکستری می شود. سایر عوامل آلیاژی، منگنز، کروم، مولیبدن، تیتانیوم و وانادیم با سیلیکون مقابله می کند، باعث حفظ کربن و تشکیل آن کاربیدها می شود. نیکل و مس استحکام و ماشین کاری را افزایش می دهند، اما مقدار گرافیت تشکیل شده را تغییر نمی دهند. کربن به شکل گرافیت منجر به آهن نرم‌تر، کاهش انقباض، کاهش استحکام و کاهش چگالی می‌شود. گوگرد که عمدتاً یک آلاینده است در صورت وجود، سولفید آهن را تشکیل می دهد که از تشکیل گرافیت جلوگیری می کند و سختی را افزایش می دهد. مشکل گوگرد این است که چدن مذاب را ویسکوز می کند که باعث نقص می شود. برای مقابله با اثرات گوگرد، منگنز اضافه می شود زیرا این دو به جای سولفید آهن به سولفید منگنز تبدیل می شوند. سولفید منگنز سبکتر از مذاب است، بنابراین تمایل دارد از مذاب خارج شده و وارد سرباره شود. مقدار منگنز مورد نیاز برای خنثی سازی گوگرد 1.7 × محتوای گوگرد + 0.3 درصد است. اگر بیش از این مقدار منگنز اضافه شود، کاربید منگنز تشکیل می شود که باعث افزایش سختی و سرد شدن می شود، مگر در آهن خاکستری که تا 1 درصد منگنز باعث افزایش استحکام و چگالی می شود.

نیکل یکی از رایج‌ترین عناصر آلیاژی است زیرا ساختار پرلیت و گرافیت را اصلاح می‌کند، چقرمگی را بهبود می‌بخشد و تفاوت‌های سختی بین ضخامت‌های مقطع را یکنواخت می‌کند. کروم در مقادیر کم برای کاهش گرافیت آزاد، ایجاد سرما و به دلیل اینکه یک تثبیت کننده کاربید قدرتمند است، اضافه می شود. نیکل اغلب به همراه اضافه می شود. مقدار کمی قلع را می توان به عنوان جایگزینی برای 0.5٪ کروم اضافه کرد. مس در ملاقه یا در کوره به ترتیب 0.5-2.5٪ اضافه می شود تا سردی را کاهش دهد، گرافیت را تصفیه کند و سیالیت را افزایش دهد. مولیبدن به ترتیب 0.3-1٪ برای افزایش سرما و اصلاح ساختار گرافیت و پرلیت اضافه می شود. اغلب به همراه نیکل، مس و کروم اضافه می شود تا آهن های با استحکام بالا را تشکیل دهد. تیتانیوم به عنوان گاز زدا و اکسید کننده اضافه می شود، اما سیالیت را نیز افزایش می دهد. 0.15-0.5٪ وانادیم به چدن اضافه می شود تا سمنتیت را تثبیت کند، سختی را افزایش دهد و مقاومت در برابر سایش و گرما را افزایش دهد. 0.1-0.3٪ زیرکونیوم به تشکیل گرافیت، اکسید زدایی و افزایش سیالیت کمک می کند.

در ذوب آهن چکش خوار، بیسموت در مقیاس 0.002-0.01 درصد اضافه می شود تا میزان سیلیکون اضافه شود. در آهن سفید، بور برای کمک به تولید آهن چکش خوار اضافه می شود. همچنین اثر درشت کنندگی بیسموت را کاهش می دهد


 آهن خاکستری
چدن خاکستری با ساختار گرافیتی آن مشخص می شود که باعث می شود شکستگی مواد ظاهر خاکستری داشته باشد. این پرکاربردترین چدن و ​​پرمصرف ترین مواد ریخته گری بر اساس وزن است. اکثر چدن ها دارای ترکیب شیمیایی 2.5-4.0٪ کربن، 1-3٪ سیلیکون و بقیه آهن هستند. چدن خاکستری استحکام کششی و مقاومت ضربه ای کمتری نسبت به فولاد دارد، اما مقاومت فشاری آن با فولاد کم و متوسط ​​کربن قابل مقایسه است. این خواص مکانیکی توسط اندازه و شکل تکه‌های گرافیتی موجود در ریزساختار کنترل می‌شود و می‌توان آن را طبق دستورالعمل‌های ارائه شده توسط ASTM مشخص کرد.

چدن سفید
چدن سفید سطوح شکسته سفید را به دلیل وجود رسوب کاربید آهن به نام سمنتیت نشان می دهد. کربن موجود در چدن سفید با محتوای سیلیکون کمتر (عامل گرافیت کننده) و سرعت سرد شدن سریعتر، به جای گرافیت، به صورت سمنتیت فاز متقابل، Fe3C، از مذاب رسوب می کند. سمنتیتی که از مذاب رسوب می کند به صورت ذرات نسبتاً بزرگی تشکیل می شود. همانطور که کاربید آهن رسوب می کند، کربن را از مذاب اصلی خارج می کند و مخلوط را به سمت مذابی که به یوتکتیک نزدیکتر است حرکت می دهد و فاز باقیمانده آستنیت آهن-کربن پایین تر است (که در هنگام خنک شدن ممکن است به مارتنزیت تبدیل شود). این کاربیدهای یوتکتیک بسیار بزرگتر از آن هستند که مزیتی را که سخت شدن رسوبی نامیده می شود را فراهم کنند (مانند برخی از فولادها، جایی که رسوبات سمنتیتی بسیار کوچکتر ممکن است با ممانعت از حرکت نابجایی ها از طریق ماتریس فریت آهن خالص، [تغییر شکل پلاستیک] را مهار کنند). در عوض، آنها سختی حجیم چدن را صرفاً به دلیل سختی بسیار بالا و کسر حجمی قابل توجه خود افزایش می دهند، به طوری که سختی حجیم را می توان با قاعده ای از مخلوط ها تقریب زد. در هر صورت، آنها سختی را به قیمت سختی ارائه می دهند. از آنجایی که کاربید بخش بزرگی از مواد را تشکیل می دهد، چدن سفید را می توان به طور منطقی به عنوان سرمت طبقه بندی کرد. آهن سفید برای استفاده در بسیاری از اجزای ساختاری بسیار شکننده است، اما با سختی و مقاومت سایشی خوب و هزینه نسبتاً کم، در کاربردهایی مانند سطوح سایش (پروانه و پیچ) پمپ های دوغاب، آسترهای پوسته و میله های بالابر در توپ استفاده می شود. آسیاب‌ها و آسیاب‌های آسیاب خودزا، گلوله‌ها و حلقه‌ها در پودرهای زغال‌سنگ، و دندانه‌های سطل حفاری بکهو (اگرچه فولاد مارتنزیتی با کربن متوسط ​​ریخته‌گری شده برای این کاربرد رایج‌تر است).

سرد کردن قطعات ریخته گری ضخیم به اندازه کافی برای جامد شدن مذاب به عنوان چدن سفید در تمام طول کار دشوار است. با این حال، خنک‌سازی سریع می‌تواند برای جامد کردن پوسته چدن سفید مورد استفاده قرار گیرد، پس از آن باقیمانده به آرامی سرد می‌شود تا هسته‌ای از چدن خاکستری تشکیل شود. ریخته گری حاصل که ریخته گری سرد نامیده می شود، دارای مزایای سطح سخت با فضای داخلی تا حدودی سخت تر است.

آلیاژهای آهن سفید با کروم بالا به ریخته گری های عظیم (مثلاً یک پروانه 10 تنی) امکان ریخته گری شن و ماسه را می دهند، زیرا کروم سرعت خنک سازی لازم برای تولید کاربیدها را از طریق ضخامت بیشتر مواد کاهش می دهد. کروم همچنین کاربیدهایی با مقاومت سایشی قابل توجه تولید می کند. شکل اصلی این کاربیدها، کاربیدهای یوتکتیک یا اولیه M7C3 هستند که "M" نشان دهنده آهن یا کروم است و بسته به ترکیب آلیاژ می تواند متفاوت باشد. کاربیدهای یوتکتیک به صورت دسته هایی از میله های شش ضلعی توخالی تشکیل می شوند و عمود بر صفحه پایه شش ضلعی رشد می کنند. سختی این کاربیدها در محدوده 1500-1800HV می باشد.
چدن چکش خوار
مقاله اصلی: آهن چکش خوار
آهن چکش خوار به عنوان یک ریخته گری آهن سفید شروع می شود که سپس به مدت یک یا دو روز در حدود 950 درجه سانتیگراد (1740 درجه فارنهایت) عملیات حرارتی می شود و سپس طی یک یا دو روز سرد می شود. در نتیجه کربن موجود در کاربید آهن به گرافیت و فریت به علاوه کربن تبدیل می شود. فرآیند آهسته به کشش سطحی اجازه می‌دهد تا گرافیت را به‌جای ورقه‌ها، به ذرات کروی تبدیل کند. به دلیل نسبت ابعاد کمتر، کروی ها نسبتاً کوتاه و دور از یکدیگر هستند و سطح مقطع کمتری نسبت به ترک یا فونون در حال انتشار دارند. آنها همچنین بر خلاف پولک ها دارای مرزهای صاف هستند که مشکلات تمرکز تنش موجود در چدن خاکستری را کاهش می دهد. به طور کلی، خواص چدن چکش خوار بیشتر شبیه خواص فولاد نرم است. محدودیتی برای اندازه گیری یک قطعه در آهن چکش خوار وجود دارد، زیرا از چدن سفید ساخته شده است.

چدن داکتیل
مقاله اصلی: چدن داکتیل
چدن گره‌دار یا داکتیل که در سال 1948 توسعه یافت، گرافیت خود را به شکل گره‌های بسیار ریز دارد که گرافیت به شکل لایه‌های متحدالمرکز گره‌ها را تشکیل می‌دهد. در نتیجه، خواص چدن انعطاف پذیر مانند فولاد اسفنجی بدون اثرات غلظت تنش است که ورقه های گرافیت ایجاد می کند. درصد کربن موجود 3-4٪ و درصد سیلیکون 1.8-2.8٪ است. مقادیر کوچک 0.02 تا 0.1٪ منیزیم و فقط 0.02 تا 0.04٪ سریم اضافه شده به این آلیاژها باعث کاهش رشد رسوب گرافیت با اتصال به لبه ها می شود. از صفحات گرافیتی همراه با کنترل دقیق سایر عناصر و زمان بندی، این اجازه می دهد تا کربن به عنوان ذرات کروی شکل در هنگام جامد شدن مواد جدا شود. خواص شبیه به آهن چکش خوار است، اما قطعات را می توان با مقاطع بزرگتر ریخته گری کرد.

نظرات ثبت شده

نظری درباره این مطلب ثبت نشده است ، شما نفر اول باشید

نظر خود را به اشتراک بگزارید ایمیل شما در سایت نمایش داده نخواهد شد

جهت مشاوره و استعلام قیمت تماس بگیرید
09121504568