X
تبلیغات
پروژه - چدن خاکستری استنیتی(نایرزیست)
چدن خاکستری استنیتی(نایرزیست)

               1- چدنهاي پر آلياژ

1-1- مقدمه

گروه مهمي از چدنهاي آلياژي كه با چدنهاي ريختگي معمولي تفاوت دارند، به نام چدنهاي پرآلياژ يا چدنهاي مخصوص شناخته مي‌شوند.

چدن‌هاي پر آلياژ را جداگانه بررسي مي‌كنيم زيرا مقدار عنصرهاي آلياژي در آنها از 3 درصد بيشتر است و نمي توان آنها را در پاتيل با افزودن عنصرهاي آلياژي به چدنهاي با تركيب شيميايي استاندارد توليد كرد. چدنهاي پر آلياژ معمولا در ريخته گريهايي توليد مي‌شوند كه به تجهيزات لازم براي توليد اين گونه تركيبها مجهزند. اين چدن‌ها را معمولا در كوره‌هاي قوس الكتريكي يا القايي ذوب مي‌كنند . در اين كوره‌ها مي‌توان تركيب شيميايي و دما را به دقت كنترل كرد. چدنهاي پر آلياژ گران قيمت ترند و در شرايط دشوار كاربردي از چدن‌هاي معمولي بهتر كار مي‌كنند. مي‌توان ريخته گريهايي را كه اين گونه چدن‌ها را توليد مي‌كنند به كوره‌هاي عمليات گرمايي و تجهيزات آبدادن با سرمايش مجهز كرد تا از عنصرهاي آلياژي به اقتصاديترين شيوه استفاده شود.

چدن‌هاي آلياژي را معمولا براي كاربرد اقتصادي و رضايت بخش در شرايط خاص انتخاب مي‌كنند. عنصرهاي آلياژي گوناگون و مشخصه‌هاي آنها را در سه نوع وضعيت كاري بررسي مي‌شود:

كار در محيط خورنده

الف- چدن‌هاي نيكل دار                            ب چدن‌هاي پرسيليسيم

كار در دماي  بالا

الف- چدن نيكل دار   ب- چدن‌هاي پر سيليسيم   ج چدن آلومينيم دار    د- چدن سفيد پرکرم

 

  كار در محيطهاي ساينده و فرساينده                                                                 الف- چدن‌هاي سفيد نيكل كروم دار (ناي هارد)          ب- چدن‌هاي سفيد پر كروم موليبدن                         ج- چدن سفيد كروم دار

تركيب شيميايي بسياري از اين چدن‌هاي مخصوص در مشخصات فني استاندارد گنجانيده شده است اما بعضي از آنها تركيب شيميايي اختصاصي دارند. براي دستيابي به سودمندترين خواص بعضي از اين چدن‌ها را عمليات گرمايي مي‌كنند.

                                2-چدن خاكستري آستنيتي ناي ر زيست

از زماني كه اولين نوع چدن آستنيتي تهيه گرديد يعني از حدود پنجاه سال پيش تا كنون انواع زيادي از اين چدن با خواص مطلوب توليد شده است. در حال حاضر انواع مختلفي از اين نوع چدن‌ها با 36-14% نيكل و همچنين مقادير متغيري از عناصر ديگر نظير سيليسيم، منگنز، مس كرم و موليبدن وجود دارد.

گروهي معروف از چدن‌هاي پرآلياژ با نام تجاري ناي رزيست شناخته مي‌شوند و از مدتها پيش به منظور مقاومت در برابر خوردگي توليد شده اند. مقاومت عالي اين چدن‌هاي پركاربرد در برابر خوردگي مديون وجود 5/13 تا 36 درصد نيكل و 8/1تا 6 درصد كرم و در يك نوع 5/5 تا 5/7 درصد مس در آنهاست. از چدن‌هاي ناي رزيست براي حل مسائل خوردگي مربوط به تلمبه كردن حمل و پالايش نفت چاههاي ترش اب شور، بعضي اسيدها و قلياها استفاده مي‌شود. اغلب چدن‌هاي ناي رزيست را مي‌توان به صورت چدن خاكستري يا داكتيل توليد كرد. چدن‌هاي ناي رزيست در مشخصات فني ASTM جداول 1 و 2 گنجانيده شده اند.

در برابر اكسايش در دماي زياد و نيز در محيطهاي خورنده مقاوم اند. وجود نيكل زياد باعث تشكيل پولكهاي گرافيت در حين انجماد حتي در حضور كروم زياد ( تا 6 درصد در چدن نوع 2b) مي‌شود. زياد بودن مقدار نيكل از تبديل زمينه آستنيتي نيز جلوگيري مي‌كند. خواص مكانيكي و فيزيكي چدن‌هاي خاكستري ناي رزيست كه در جدولهاي 3 و 4 ارائه شده است حاكي از ريز ساختار گرافيت پولكي در زمينه آستنيتي است. به طور كلي استحكام كششي در گسترده 170 تا 240 مگان پاسكال خواهد بود، و اگر چه چدن‌هاي خاكستري ناي رزيست پر آلياژند، نبايد تصور كرد كه پراستحكام نيز هستند. معمولا چدن‌هاي ناي رزيست عمليات گرمايي نمي شوند اما در بعضي كاربردها و هنگامي كه قطعات ريختگي بايد در دماي زياد كار كنند آنها را بايد از لحاظ ابعادي پايدار كرد. اين گونه عمليات گرمايي ساختار زمينه آستنيتي را تغيير نخواهد داد.

فازآستنيت در چدن‌ها كاملا مانند فولادها نمي تواند در درجه حرارت معمولي حفظ شود مگر اينكه نقطه Ms با افزايش عناصر مناسب به اندازه مناسبي پايين رود.

براي اين منظور عناصر منگنز نيكل مس يا تركيب كروم + نيكل كه استنيت را پايدار مي‌كند به كار مي‌برند. بعلت مقدار زياد كربن در چدن اگر بخواهيم از گذار كربن به حالت تركيبي با ناپديد شدن گرافيت و سرانجام به دست آمدن چدن سفيد اجتناب شود نبايد عناصر منگنز و كروم كه كربورهاي كمپلكس مي‌دهند بيش از اندازه لازم افزوده شوند. بنابر اين نمي توان يك چدن خاكستري بر طبق فرمول مخصوص فولاد تهيه نمود.

براي اينكه چدن خاكستري استنيتي همراه با كربورهاي آزاد يا بدون آنرا به دست آوريم با در نظر گرفتن اينكه افزايش مسي نبايد از حد حلاليت فراتر رود، و اينكه افزايش منگنز و كروم نبايد ايجاد مقدار زيادر كربور بنمايد، اساسا از عنصر نيكل استفاده مي‌گردد.

دامنه موارد استعمال چدن‌هاي خاكستري استنيتي فقط بعضي از كاربردهاي ويژه را در بر مي‌گيرد انواع ناي رزيست زماني كه مقاومت در برابر خوردگي مورد تقاضاست، مناسب مي‌باشد. انواع غير مغناطيسي در قطعات موتورها و ماشينهايي كه قابليت نفوذ مغناطيسي آنها بايد حداقل باشد به كار مي‌روند نوع minvar داراي ضريب انبساط فوق العاده كوچكي است و نوع أهزقخسهمشم در درجات حرارتي بالا مورد استعمال دارد.

چدن‌هاي آستنيتي بدليل مقاومت در برابر خوردگي وابستگي شديدي به تركيب دارند بنابر اين رعايت حدود تغييرات عناصر در محدوده‌هاي تعيين شده بسيار مهم است. از آنجائيكه سيليسيم از تشكيل كاربيدها جلوگيري نموده و باعث رسوب گرافيت مي‌شود لذا بايستي با در نظر گرفتن محدوده مجاز استاندارد مقدار آنرا به بالاترين حد ممكن رساند. نوع كاربيد تاثير مهمي بر خواص ريخته گري دارد تشكيل كاربيد بيانگر اين نكته است كه در هنگام انجماد گرافيت كمتري رسوب نموده است و در اين صورت ميزان انبساط چدن در قالب كمتر مي‌باشد.

بعلاوه كاربيدهاي يوتكتيك كرم در مراحل انتهاي انجماد نمي توانند بخوبي تغذيه شوند در نتيجه باعث ايجاد خلل و فرخ و همچنين بروز انقباضهاي بين دندريتي در قطعه مي‌شوند بنابر اين از نظر انقباض ناشي از انجماد بهتر است كه ميزان كاربيدها حداقل باشد. در بيشتر چدن‌هاي آوستينتي كرم وجود دارد كه تشكيل كاربيدهاي كرم را مي‌دهد. به هر حال كرم مقاومت در برابر خوردگي و اكسيد شدن را افزايش مي‌دهد و در بعضي موارد براي ايجاد مقاومت سايشي زياد بيش از 3% كرم به آلياژ اضافه مي‌شود. چدن‌هاي آوستنيتي نظير چدن‌هاي خاكستري غير آلياژي نسبت به ضخامت حساس هستند بدين معني كه مقاطع نازكتر نسبت به مقاطع ضخيمتر داراي كاربيدهاي بيشتري هستند. همچنين مقدار كاربيد با افزايش كربن معادل كاهش مي‌يابد.

كربن معادل بايد به نحوي انتخاب شود كه از قابليت ريخته گري تشكيل تخلخل دروني استحكام و ساختمان گرافيت مطلوبترين شرايط بدست آيد، چدن آوستنيتي قادر به توليد ساختمانهاي گرافيتي كامل نظير آنچه كه در چدن‌هاي غير آلياژي ديده مي‌شوند نيستند. كربن معادل طبق فرمول زير قابل محاسبه است:

CE=C%+0.33% Si+0.047% Ni – 0-0055% Ni*Si%

مشخصه مشترك چدن‌هاي استنيتي مختلف مقاومت ضعيف آنها در برابر كشش است. اين مقاومت وقتي كه گرافيت ورقه اي باشد 13 تا 25 كيلوگرم بر ميليمتر مربع و وقتي كه گرافيت كروي باشد 32 تا 45 كيلوگرم بر ميليمتر مربع است. اين امر ناشي از آنست كه زمينه بسيار نرم مي‌باشد. اما با وجود اين اين زمينه بسيار قابل كشش بوده و اين چدن‌ها افزايش طولي قابل اندازه گيري اي را در آزمايش كشش نشان مي‌دهند حتي با گرافيت ورقه اي افزايش طول مربوطه مي‌تواند به 2 تا 3 درصد برسد زماني كه گرافيت كروي باشد اين اعداد به مقدار زيادي بالاتر هستند. حتي اگر خواص مكانيكي اين چدن‌ها هميشه از اهميت قابل ملاحظه اي برخوردار باشد، انتخاب اين چدن‌ها اساسا بعلت خواص كاربردي بسيار ويژه شان توجيه مي‌گردد.

انواع ناي رزيست مقاومت خوبي در برابر خوردگي بوسيله اسيدها يا بوسيله نمكهاي معدني يا آلي، نشان مي‌دهند. مقاومت آنها در بسياري از حالات به طور غير قابل مقايسه اي بهتر از مقاومت يك چدن معمولي با يك چدن كم آلياژ است.

انواع ني رزيست كه داراي مس هستند به استثناي حالت خوردگي توسط بازها و در حالتي كه بايد با تمام قوا از آلوده شدن محصولات مورد عمل بوسيله مس اجتناب شود ترجيح داده مي‌شوند. در كنار اينها بايد متذكر شد كه انواع داراي مقدار كربن كم خواص مكانيكي بهتري داشته و علاوه بر اين نوع 4 در برابر اكسيد شدن در درجات حرارت بالا مقاومت بهتري دارد.

غالب چدن‌هاي استنيتي اصولا بعلت حضور كربورها، مغناطيس ضعيفي هستند،‌قابليت نفوذ مغناطيسي آنها بين 1/1 تا 4/1 واقع شده است در حالي كه چدن خاكستري معمولي كه شديدا مغناطيسي است قابليت نفوذي نزديك به 200 گوس بر ارستد دارد.

براي چدن‌هاي واقعا غير مغناطيسي مانند انواع نوماگ و 556 برعكس قابليت نفوذي پايينتر از 05/1 و گاهي اوقات پايينتر از 03/1 مورد مطالبه است.

يك چنين مقدار پاييني فقط مي‌تواند در غياب كربورها مثلا به كمك تلقيح گرافيتي كننده به دست آيد.

مي دانيم كه آستنيت ضريب انبساط حرارتي اش بزرگتر از فريت است،  در مقابل  در جه سانتيگراد بين صفر و 200 درچه سانتي گراد بر عكس، آستنيت انوار غني از نيكل ضريب انبساط حرارتي فوق العاده ضعيفي دارد.  بين صفر و 200 درجه سانتي گراد) ناي رزيست معمولي (نوع 1)‌ ضريب انبساط حرارتي حدود  درجه سانتي گراد دارد، اين ضريب به تدريج كه مقدار نيكل افزايش مي‌يابد كاهش مي‌پذيرد و در چدني ني‌وار به حداقل خود يعني  بين صفر و 200 درجه سانتي گراد مي‌رسد. از اين خاصيت زماني كه پايداري ابعاد بايد فوق العاده دقيق باشند استفاده  مي‌شود مثلا براي بعضي از قطعات ماشين‌هاي ابزار دقيق و غيره.

چدنNicrosilal  داراي خواص مكانيكي تقريبا رضايت بخش حتي در درجات حرارت بالا مي‌باشد، اين چدن در مقابل اكسيد شدن تا حدود 900 درجه سانتي گراد نيز نسبتا خوب مقاومت مي‌كمند. با وجود اين مقاومت در برابر اكسيد شدن Nicrosilal در درجات حرارت بالا كمتر از مقاومت آلياژ‌هاي غني از كروم ( 12 تا 35 درصد) كه گاهي با فولادها و گاهي با چدن‌ها طبقه بندي مي‌شوند مي‌باشد.

ساختار چدن‌هاي آستنيتي تشريح بسيار ساده اي دارند. اين چدن‌ها از يك زمينه آستنيتي همراه با گرافيت به صورت ورقه اي يا كروي و همراه با كربورهاي اتكتيك تشكيل شده است.

جدول 1_انواع چدن استنیتی

3-  تاثير عناصر آلياژي

1-3-كربن

مقدار كربن معمولا حدود 3-4/2% مي‌باشد. بايد توجه داشت مقدار كربن با افزايش نيكل كاهش مي‌يابد. تقريبا 20 % كربن به ازاي هر 0.2% نيكل. در چدن‌هاي كم كربن آستنيتي، مقدار كربن آزاد كمي كمتر از چدن‌هاي غير آلياژي است.

2-3-مس

مس نسبت به نيكل ارزان است و بهمين خاطر مي‌توان مقداري از آن را جانشين نيكل نمود. ولي اگر قرار باشد قطعه در مجاورت محلولهاي قليايي و مواد غذايي باشد استفاده  از آن مناسب نمي باشد.

3-3-كروم

در چدن‌هاي آستنيتي وجود كرم باعث افزايش سختي و افزايش مقاومت در برابر پوسته شدن حرارتي و نيز افزايش استحكام مي‌شود. در اين نوع چدن‌ها كرم بصورت كاربيد وجود دارد. اگر مقدار كرم كم حدود 1% باشد مي‌تواند بصورت محلول در ساختار چدن وجود داشته باشد كه اين مسئله باعث پايدار شدن آستنيت مي‌گردد. در چدن آستنيتي كرم دار بعلت بالا بودن مقاومت در برابر سايش ماشينكاري مشكل و هزينه آن زياد خواهد بود.

4-3-منگنز

منگنز در حدود 5/1 5/0 % در چدن‌هاي آستنيتي وجود دارد. البته گاهي نيز بخاطر بالا بردن مقاومت در مقابل ضربه در درجه حرارتهاي پايين ممكن است ميزان آن به حدود 7% نيز برسد.

5-3-سيليسيم

بعلت اينكه ساختمان زمينه آستنيتي مي‌باشد سيليسيم در آن اثر چنداني ندارد و بيشتر براي رسوب ورقه‌هاي گرافيتها استفاده و بطور معمول مقدار آن بين 5/2 تا 2/1% مي‌باشد ( نسبت به ضخامت قطعه)، با افزايش ميزان سيليسيم به حدود 5/5 تا 5/4% و كاهش كربن به مقدار 2/2 -6/1 مقاومت درجه حرارت بالا خزش و مقاومت در برابر اكسيد شدن افزايش مي‌يابد. حضور بيشتر از 5/5% سيليسيم، خطر تشكيل فاز ترد سيليكوفريت را در قطعات بوجود مي‌آورد.

6-3-فسفر

فسفر باعث ترد و شكننده شدن قطعات مي‌شود. لذا در تمامي چدن‌هاي آستنيتي عنصري مضر مي‌باشد و مقدار آن به حداكثر 08/0% محدود مي‌گردد.

7-3-ساير عناصر

ساير عناصر بمقدار جزيي وجود دارند كه در ميان آنها مي‌توان از سرب آرسنيك و آنتيموان و بيسموت به عنوان عناصر مضر نام برد.

4-كنترل دقيق متغيرها

تحقيق و تجربه نشان داده است كه تغييرات جزئي در تركيب درجه حرارت و ساير پارامترهاي متغير تاثير زيادي در ساختار زمينه و ميزان تخلخل دارد. بنابر اين هنگام توليد قطعات از چدن‌هاي آستنيتي بايستي كنترل دقيقي روي متغيرها اعمال شود. درجه حرارت بهينه در حدود 80 درجه بالاي درجه حرارت ليكوئيدوس مي‌باشد. مثلا در مورد چدني كه حاوي 20% نيكل و 8/3% كربن معادل مي‌باشد درجه حرارت مناسب حدود 1350 درجه خواهد بود.

 

1-4-اهميت كربن معادل

انتخاب كربن معادل بايد به گونه اي باشد كه مطلوبت ترين شرايط از نظر قابليت ريخته گري، تشكيل تخلخل دروني، استحكام و ساختار گرافيت بدست آيد. مثلا در مورد قطعاتي كه نياز به تغذيه گذاري دارند استفاده از چدن‌هايي كه تركيب آنها باعث بوجود آمدن كمترين درجه حرارت انجماد و بيشترين حد سياليت مذاب مي‌شوند بسيار مفيد است. بنابر اين به ريخته گراني كه چدن آستنيتي توليد مي‌كنند توصيه مي‌شود كه از چدن‌هايي استفاده نمايند كه كربن معادل آنها بالاترين مقدار ممكن را دارد. مشروط بر اينكه كربن معادل مقاطع ضخيمتر از رابطه زير پيروي نمايند.

CE=C%+0.2% Si+0.06% Ni <4.4%

-2-4-مسائل مربوط به تركيب شيميايي

تركيب شيميايي چدن هاي آستنيتي تاثير زيادي روي مقاومت در برابر خوردگي و حرارت و خواص ديگر آنها دارد. بنابر اين بايستي محدوده تعيين شده عناصر آلياژي را دقيقا حفظ نمود. تا كنون بررسيهاي زيادي در مورد دو عنصر كربن و سيليسيم بخصوص تاثير آنها بر روي كربن معادل صورت گرفته است. سيليسيم عنصري است كه باعث رسوب گرافيت مي شود، بنابر اين با توجه به محدوده مجاز، بهتر است از بالاترين حد سيليسيم استفاده نمود تا به اين ترتيب از تشكيل كاربيد جلوگيري شود. ذكر اين نكته ضروري است كه هر نوع كاربيد،‌تاثير به سزايي بر روي خواص قطعه ريختگي دارد. براي مثال تشكيل كاربيد نشان مي دهد كه در هنگام انجماد گرافيت كمتري رسوب كرده و نتيجتا ميزان انبساط چدن در قالب كمتر است. در ضمن كاربيدهاي يوتكتيكي كرم در مراحل نهايي انجامد بخوبي تجزيه نمي شوند در نتيجه باعث به وجود آمدن خلل و فرج و نيز به وجود آمدن انقباض هاي بين دندريتي در قطعه مي شود. در نتيجه از نظر انقباض ناشي از انجماد بهتر است كه ميزان كاربيدها حداقل باشد.

در بعضي از چدن هاي آستنيتي چه با گرافيت ورقه اي و چه با گرافيت كروي، معمولا كرم وجود دارد كه تشكيل كاربيدهاي كرم را تشديد مي نمايد. كرم مي تواند تا ميزان 5/0 % در آستنيت حل شود. بايد توجه داشت كه با تشكيل كاربيد كرم پايدار، تنش تسليم افزايش يافته و سختي زياد مي گردد وجود بيش از 1% كرم در قطعات با ضخامت متوسط باعث كاهش سريع ازدياد طول نسبي و مقاومت در مقابل ضربه خواهد شد با اين حال كرم باعث افزايش مقاومت در برابر خوردگي و اكسيد شدن مي گردد. در جائي كه مقاومت به سايش زيادي مد نظر باشد ممكن است بيش از  3% كرم به آلياژ اضافه شود. بعنوان مثال 20% حجم چدن نشكن آستنيتي (S-Ni-Si-Cr) 30-5-5  راكاربيد تشكيل مي دهد كه به همين علت مقاومت در برابر خوردگي و سايش اين چدن بسيار بالا است و از آن براي ساخت پمپهايي كه مايعات شيميايي شن و ذرات جامد ديگر را انتقال مي دهند استفاده مي گردد.

چدن هاي آستنيتي نظير چدن هاي خاكستري و چدن هاي غير آلياژي با گرافيت كروي، نسبت به ضخامت حساس هستند، بدين معني كه مقاطع نازكتر نسبت به مقاطع ضخيم تر داراي كاربيد بيشتري هستند، همچنين مقدار كاربيد با افزايش كربن معادل كاهش مي يابد.

5-خواص

مجموعه از خواص چدن آستنيتي كه در مقايسه با فلزات ريختگي ديگر بي نظير مي‌باشد شامل موارد زير مي‌باشد:

1- مقاومت در برابر خوردگي

2- خواص خوب انبساطي ( حداقل تغيير ابعاد در اثر تغيير درجه حرارت)

3- مقاومت در برابر حرارت و اكسيداسيون

4- بهبود خواص در درجه حرارتهاي پائين ( دماي تبديل شكست نرم به ترد پائين)

5- استحكام و چقرمگي

6- بهبود مقاومت سايشي

7- قابليت ماشين كاري بالا و مناسب

8- خاصيت غير مغناطيسي مفيد

 

 بعلت اينكه چدن‌هاي آستنيتي نسنت به فولادها، داراي كربن بيشتر و درجه حرارت ريختگي كمتري هستند لذا داراي سطح ريخته گري بهتري مي‌باشند. از آنجائيكه معمولا راندمان ريخته گري قطعات از جنس چدن آستنيتي بالا است لذا مي‌توان آنها را با هزينه‌هاي پائين تر توليد نمود.

6-كاربردهاي چدن ناي رزيست

مقدار نيكل و كروم در انواع مختلف چدنهاي ناي رزيست بسته به محيط كاربرد متغير است. چدنهاي خاكستري ناي رزيست نوع 1 و 1b كه نيكل كم دارند با 5/5 تا 5/7 درصد مس تقويت مي‌شوند تا به خوبي در برابر خوردگي مقاومت كنند. چدن ناي رزيست نوع 1 به سبب مقاومت در برابر خوردگي در سولفريك اسيد رقيق و غليظ هوانداده، شهرت خوبي به دست آورده است. از تلمبه‌هاي دنده اي ساخته شده از چدن ناي رزيست نوع 1 براي انتقال سولفوريك اسيد استفاده مي‌شود. اين چدن آلياژي در آب دريا نيز به خوبي كار مي‌كند.  چدن نوع 1b بيشتر كروم دارد و در نتيجه مقاومت آن در برابر خوردگي فرسايشي بهتر،‌ و سختي و استحكام كششي آن بيشتر است.

چدن خاكستري ناي رزيست نوع 2 شناخته شده ترين چدن در گروه است انتخاب اين چدن غالبا به سبب مقاومت آن در برابر خوردگي در محيطهاي گوناگون و استفاده موفقيت آميز از آن در طيف گسترده اي از كاربردهاست. چدن نوع 2 براي كار در محيطهاي شديدا خورنده بخار و حمل و نقل محلولهاي قليايي سوز آور و امونياكي بسيار مناسب است. هنگامي كه چدن‌هاي ناي رزيست در محيط هيدروژن سولفيد قرار گيرند، لايه اي از سولفيد تشكيل مي‌دهند كه از فلز پايه در برابر خوردگي بيشتر محافظت مي‌كند. آهنگ خوردگي ناچيز اين لايه دليل كاربرد گسترده چدنهاي ناي رزيست در صنعت نفت است. در اين صنعت از چدن‌هاي ناي رزيست براي تلمبه كردن و حمل و نقل نفت خام ترش استفاده مي‌شود.

هر ساله تعداد بسياري قطعات ريختگي چدن ناي رزيست براي كار در آب دريا به ويژه براي تلمه‌ها و شيرها خريداري مي‌شود. در چنين كاربردهايي اين چدن برتريهاي قابل توجهي بر چدن‌هاي غير آلياژ يا كم آلياژ دارد. اين برتريها به ويژه از لحاظ تحمل سرعت زياد سيال و سازگاري گالوانيكي با فلزهاي ناهمجنس اهميت دارد. چدن‌هاي ناي رزيست در برابر فولاد روپينه كاري شده آلياژ‌هاي آلومينيم و چدن خاكستري غير آلياژي همچون كاتد عمل مي‌كنند اما در برابر نوارهاي فولاد زنگ نزن در شريهايي از جنس چدن ناي رزيست با موفقيت استفاده مي‌شود. پروانه‌ها و پره‌هاي از جنس فولاد زنگ نزن در بدنه تلمبه‌ها يي از جنس چدن ناي رزيست بسيار خوب كار مي‌كند

چدن‌هاي ناي رزيست به سبب داشتن مقدار زيادي نيكل در پردازش سديم هيدروكسيدها يا سود سوز آور به ويژه هنگامي كه ميزان الودگي فراورده بايد بسيار اندك باشد به كار مي‌آيند. در اين كاربرد استفاده از چدنهاي نوع D-4, D-3, 3 با 28 تا 32 درصد نيكل ترجيح داده مي‌شود. چدن‌هاي داكتيل ناي رزيست نوع D-2, D-28, D-3, D-4 در برابر فرسايش حفره زايي در شرايط سخت مقاومت عالي دارند. پروانه قايقهاي كوچك و پره تلمبه‌هاي ساخته شده از چدن ناي رزيست نوع D-2 بهتر از انواع برنزي يا فولادي زنگ نزدن 430 كار مي‌كنند.

1-6-چدن‌هاي نيكل دار براي كار در دماهاي زياد

چدن هاي خاكستري نيكل دار قديميترين گروه چدن هاي پر آلياژ براي كار در دماي زياد محسوب مي شوند. از اين چدن هاي آستنيتي مي توان در گستره دمايي 400 تا 820 درجه سلسيوس (750 تا 1500 درجه فارنهايت) به نحو موثر استفاده كرد. اگرچه استحكام كششي چدن هاي خاكستري ناي رزيست در دمايي كمتر از 550 درجه سلسيوس از استحكام كششي چدن هاي كم آلياژ چندان بيشتر نيست اما در دماهاي زياد چدن هاي ناي رزيست برتري قابل توجهي دارند. مقاومت چدن هاي ناي رزيست در برابر اكسايش در دماهاي بالاتر از 600 درجه سلسيوس از مقاومت چدن هاي غير آلياژي و كم آلياژ بسيار بيشتر است. به سبب چسبنده بودن لايه اكسيد تشكيل شده بر روي قطعات چدن ناي رزيست در دماي زياد اين چدن ها براي كاربردهايي از قبيل راهنماي سوپاپ موتور اتومبيلها و چند راهه هاي دود، محفظه توربين گازي وغلتكهاي خمكاري شيشه تخت مناسب اند. غلتكهاي درون كوره ها كه از چدن ناي رزيست ساخته مي شوند با موفقيت در دماهايي نزديك به 700 درجه سلسيوس كار مي كنند، زيرا در برابر اكسايش و شكل دادن تا اين دما مقاوم اند. چدن هاي خاكستري ناي رزيست در مجاورت بخار نيز امتحان خود را پس داده اند. چدن هاي نوع 1،3 و 4 در برابر فرسايش بخار تر در دماهايي تا 500 درجه سلسيوس مقاوم اند. چدن هاي ناي رزيست پر كروم تر،‌يعني 2b,4 (داراي 3 تا 6 درصد كروم) در برابر رشد و اكسايش در مجاورت بخار و در دماهاي تا 600 درجه سلسيوس مقاوم اند. از چدن هاي نوع 2b,3 براي ساختن ديافراگم توربين، شيرها، قطعات شير، و حلقه هاي افشانك براي كار درمجاورت بخار تر استفاده مي شود.

ضريب انبساط خطي چدن هاي ناي رزيست به سبب داشتن زمينه استنيتي از ضريب انبساط خطي چدن هاي پرليتي يا فريتي غير آلياژ يا كم آلياژ بيشتر است. چدن نوع 5 از اين قاعده مستثني است. ضريب انبساط چدن ناي رزيست نوع 1 به ضريب انبساط آلياژ آلومينيم مورد استفاده در ساخت پيستون موتورهاي هواپيما و موتورهاي درونسوز اتوبوسها و كاميونها بسيار نزديك است. از چدن ناي رزيست نوع 1 براي ساختن مغزيهاي شيار فوقاني اين پيستونها استفاده مي شود. اين مغزيها كه سخت تر و در برابر فرسايش مقاومت ترند در برابر مالش و كوبش مداوم رينگ پيستونها در دماهاي زياد از آلياژ هاي آلومينيمي بسيار پايدار ترند. عمر پيستونها را بسيار افزايش مي دهند و عملكرد موتور را بهبود مي بخشند. محفظه هاي توربين گازي و توربوشارژرهاي ساخته شده از چدن ناي رزيست نوع 4 با موفقيت كار كرده اند.

2-6-كاربرد قطعات چدن آوستنيتي

از چدن هاي آوستنيتي براي توليد محصولاتي استفاده مي شود كه بايستي در محيط هاي گوناگون در برابر خوردگي پوسته شدن مقاوم باشند و در درجه حرارتهاي بالا تا 800 درجه سانتيگراد رشد و خزش آنها نسبتا كم باشد. البته اين آلياژ ها بخاطر خواص خوب انبساطي الكتريكي غير مغناطيسي بودن و ساير خصوصيات خوب فيزيكي مصارف بسيار زيادي دارد. همچنين از آن در توليد قطعاتي كه در درجه حرارتهاي زير صفر بكار گرفته مي شود نيز استفاده مي گردد. كاربرد اصلي اين چدن ها در توليد رينگ پيستون هاي موتورهاي ديزلي، پمپ ها و شيرهاي مورد استفاده در صنايع نمك زدايي، شيميايي، نفت و تمام صنايع كه آب يا ساير مايعات خورنده حمل مي نمايند، همچنين براي توليد توربوشارژهاي لوله هاي اگزوز، شيرهاي مقاوم در درجه حرارتهاي بالا، كمپرسورها،‌كليدهاي الكتريكي و پروانه هاي كشتي ها مي باشد.

مقاومت خوب چدن هاي آوستنيتي در برابر خوردگي در آب دريا از مهمترين عواملي است كه استفاده از اين نوع چدن را روز افزون نموده است.

7-عوامل موثر در ريخته گري قطعات چدن آستنيتي

بي عيب بودن قطعات ريختگي از جنس چدن آستنيتي، علاوه بر اينكه به روشهاي راهگاهي وتغذيه گذاري مربوط است معمولا به عوامل ديگري نيز بستگي دارد كه بعضي از آنها از نظر اندازه قطعه ريختگي، استحكام قالب تركيب شيميايي درجه حرارت ريختن و جوانه زايي،‌خود با يكديگر وابستگي دارند. هميشه در نظر داشته باشيد كه چدن هاي آستنيتي با گرافيت ورقه اي از نظر خصوصيات انقباضي و ساير خصوصيات ريخته گري شباهتي با چدن خاكستري نداشته براي قطعات چدن آستنيتي بايستي مناسبترين مدل ساخته شود،‌ انقباض انجماد مدل از جنس چدن آستنيتي 65/0 % مي باشد در حالي كه مقدار آن براي قطعاتي از چدن معمولي 85/0 % مي باشد. بطور كلي تا آنجا كه امكان دارد طراحي يك قطعه چدن آستنيتي بايد داراي مقاطع يكنواخت باشد و در صورتيكه وجود مقاطع ضخيم تغذيه گردد. استحكام و سختي زياد قالب از عوامل بسيار مهم است. قالب بايستي توانايي مقاومت در برابر فشار فرواستاتيكي و فشاري كه در اثر رسو ب گرافيت بوجود مي آيد را داشته باشد.

 

8- مواد اوليه

نوع جنس : Ni – resist چدن خاكستري آستينتي

غامر موجود: فروسيلسیم نيكل- فرو منگز فرروكروم مس -شمش چدن كلاج

9- تجهيزات قالبگيري:

1- بيل ريخته‌گري     2- سرند 3- درجه براي قالبگيري     4- صفحه زير درجه‌اي   5- ماله 6- كوبه 7- كارد و تسمه        8- ابزار قاشقي       9-ابزار باشنه

10- سيخ هوا     11- ميله و پيچ مدل درآور 12- ماسه مناسب(ماسه موجود در کارگاه)

10-تجهيزات ذوب

1- كوره زميني   2- بوته 3- انبر طوق 4- باتيل     5- كمچه دونفره

11-عمليات بار ريزي

ريختن مذاب به داخل قالب مي‌تواند توسط پاتيل يا ملاقه انجام گيرد كه معمولاً بايد نكاتي رعايت شود. اولاً قبل از بارريزي مسير حركت مشخص باشد دوماً انتقال مذاب به قالب با سرعت و در زمان مناسب ريخته شود و از قطع و وصل كردن مذاب در هنگام ريختن خودداري شود و همچنين مذاب باقي‌مانده در ته بوته يا پاتييل بايد كاملاً تخليه شود و تبديل به شمش گردد.

پس از اتمام عمليات بار ريزي بعد از مدتي قطعات را از ماسه درآورده و تميز مي‌كنيم تا ساير آزمايشات شامل تست سختي، متالوگرافي- خوردگي بر روي آن انجام شود.

12-نحوه آزمايش

ابتدا بوته را براي جلوگيري از شك حرارتي پيش گرم كرده و از كوره بيرون آورديم.

سپس جهت شارژ آن را تميز مي‌كنيم و بعد چدن كلاچ را همراه فرومنگز و فرووكروم و نيكل داخل بوته گذاشته و بوته را توسط گيره داخل كوره قرار داديم و درب كوره را توسط دو بوته فرسوده بسته طوري كه شعله به مقدار كمي بيرون بزند تا راندمان حرارتي بالا برود. سپس شير سوخت را باز كرده و همزمان كوره را روشن كرديم پس از زمان يك ساعت و ده دقيقه ذوب آماده شد بعد كوره را خاموش كرده سپس روكش سيم مسي را سوزانده و مس خالص را به مقدار لازم به داخل ذوب اضافه مي‌كنيم همچنين فرو سليس را اضافه كرده و به مدت 15-10 دقيقه به طول انجاميد تا ذوب كامل به دست آمد سپس كوره را خاموش و شير سوخت را بسته و بعد از پوشيدن لباس و كلاه ايمني توسط گيره بوته را از داخل كوره بيرون آورده و داخل كمچه گذاشته سپس بوته را بلند كرده و بارريزي در قالب را انجام داديم.

(براي جلوگيري از ورود سربارخ و آشغال سطح ذوب را توسط كفگير تميز كرديم.)

13-محاسبه شارژ

با توجه به جدول  1  چدن مورد نياز آزمايش نوع 1a مي‌باشد و براي رسيدن به ميزان درصد ردر رنج اين نوع چدن نياز به عناصر : Cr , mn, Cu, Ni, Si مي‌باشد.

براي اضافه كردن اين عناصر Si    Cr , mn,به صورت فرو، درصد Si, cu, %72-75 به صورت خالص و بقيه بار مورد نظر تا سقف 10 كيلو از شمش چدن كلاج (7كيلو) با اين آناليز

 %Si = %1-1.2 , %C =%4 -4.20 %mn=%03-050  مي‌باشند.

1-13محاسبه Si

درصد مورد نياز) )

درصد فرو))  فروسليس

در شمش چدن كلاج si ميزان 1/100=x/7=70 gr

 كل در بارs i   150+ 70=220 gr

 در بارsi ميزان درصد =x/100=0.22/10=%2.2

2-13محاسبه mn

درصد مورد نياز

درصد فرو فرومنگز

ميزان در شمش چدن كلاج =

  در بار mnكل  = 130+30=160  gr

ميزان درصد در بار =

 

3-13محاسه Cr

درصد مورد نياز  فروكروم

درصدر فرو   فروكروم

4-13محاسبه Cu

درصد مورد نياز  

درصد مورد نياز  .    5-13 محاسنه نیکل

6-13محاسبه C

در شمش چدن كلاج Cميزان   =

 در بار C ميزان درصد

7-13محاسبه كربن معادل

CE = %C +% 0.33 Si +% 0.047 Ni - %0.0055 Ni × Si

CE = %2 .8 + %072+%0.7- %0.18 = %4

14- نتايج

1-14ساختار 

پس 1 ج نمونه ساختار آلياژ با توجه به اينكه Ni %15 در آلياژي است زمينه كاملاً آستنيتي و در حضور CR همراه با مقداري كاربيد كروم با رسوب رشته‌هاي كرمي شكل گرافيت ديده شد.

 

2-14سختي

از نمونه چند سختي گرفته شد و نتيجه آن 138 برينل

3-14تست خوردگي

نمونه‌هايي از جنس اين آلياژ و چدن خاكستري موجود در كارگاه جهت مقاايسه در محيطهاي اسيد كلريدريك رقيق  و اسيد سولفوريك غليظ نگه داشته و نتياج زير  حاصل گرديد.

1-اسید سولفوریک غلیظ:

نمونه چدن خاکستری 10/176  گرم در اسید به مدت 120ساعت گذاشته وبه01/176 کاهش وزن   پیدا کرده یا به عبارتی %05/ کاهش وزن ونمونه چدن مورد آزمایش با همین شرایط هیچ تغیری در وزن بوجود نیامد

:..

2-اسید کلریدریک رقیق:

نمونه چدن خاکستری بوزن 41/124گرم بمدت 72ساعت گذاشته وبه 38/124کاهش وزن پیدا کرده یابه عبارتی  %03/کاهش وزن ونمونه چدن استنیتی با همین شرایط هیچ تغیری در وزن بوجود نیامد.

 

 

 

15 - منابع

1- متالورژي كار بردي چدنها جلد اول وجلد دوم، تاليف مرعش مرعشي

2- قطعات ريختگي چدني «خواص مكانيكي» تاليف:گري ف.راف. جان داو و ديگران، ترجمه محمدرضا فضلي

3- متالورژي ساختاري تاليف آلبر ورسي، ژولين ويد، ترجمه فريدون اشرفي، انتشارات دانشگاه آزاد.

 

 



تاريخ : جمعه دوم تیر 1391 | 13:46 | نویسنده : مصطفی حسن نژاد |