کمک
- شروع کننده موضوع arash2215
- تاریخ شروع
سلام به دوستان عزیز
من به شدت به یک مطلب درمورد متالوگرافی چدن سفید هیپو دارم ممنون میشم اگر کسی میتونه کمکم کنه
برای حل مشکلتون به این کتاب مراجعه کنید: Asm Metals Handbook Volume 09 - Metallography And Microstruct
یک توضیح کوتاه هم بهتون می دم بدردتئن می خوره:
در چدن سفید کربن به شکل سمنتیت وجود دارد که وجود سمنتیت باعث افزایش سختی و
استحکام درچدن وکاهش مقاومت به ضربه و انعطاف پذیری چدن می شود
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:
stainless steel
عضو جدید
شاید بدردت بخوره:
متالوگرافی
مقدمه:
اصولاً مي توان گفت كه متالوگرافي عبارتست از بررسي و مطالعه ي ساختار داخلي فلزات و ساير مواد از جمله پليمرها، سراميك ها و غيره كه گروهي نيز آن را علم ماده شناسي مي نامند.
تاريخچه ي اين علم از كشف دانشمند بزرگي به نام سوربي Sorby مبني بر امكان پوليش و اچ كردن سطوح مختلف فلزي و مشاهده ي جزئيات ساختماني آن ها با چشم مسلح و يا غير مسلح آغاز مي شود.پس از آن نيز اين علم به سرعت جاي خود را به عنوان يكي از پايه هاي اساسي متالورژي باز نموده و تا به امروز كه با پيدايش ميكروسكوپ هاي الكتروني پيشرفته بشر قادر به تجزيه و تحليل دقيق اجزاء تشكيل دهنده ي فازهاي مختلف در شبكه ي ساختماني مواد گوناگون مي باشد، اين جايگاه را به خوبي حفظ نموده است.
به طور كلي مطالعات متالوگرافي علاوه بر اطلاعات گسترده اي كه در زمينه ي تركيب شيميايي و خواص مختلف ماده به ما مي دهد، ساختمان كريستالي آن را نيز برايمان آشكار ساخته و اطلاعات ارزشمندي در رابطه با تاريخچه ي كار مكانيكي يا عمليات حرارتي انجام شده بر روي آن نيز در اختيار ما قرار مي دهد.
بنابراين به جرأت مي توان گفت كه دانشمندان و مهندسين امروز بدون دانستن اصول مدرن متالوگرافي و استفاده ي بهينه از اين علم قادر به حل مسائل روزمره خود نخواهند بود و امروزه چه در فعاليت هاي تحقيقاتي و پژوهشي اين علم از جمله ابزارهاي مهم كار هر مهندس و پژوهش گري به شمار مي رود.
چدن ها
چدن ها از خانواده اي از آلياژ هاي آهني با خواص کاملاً متنوعي بوده که اکثراً به روش ريخته گري شکل داده مي شوند.بر خلاف فولادها که حاوي کمتر از 1 و 2 درصد ( و معمولاً کمتر از 1 درصد) کربن هستند.چدن ها معمولاً داراي 2 تا 4 درصد کربن و 1تا 3 درصد سيليسيم مي باشند.اغلب عناصر آلياژي ديگر( فلز يا غير فلز) براي کنترل ترکيب شيميايي، ساختمان ميکروسکوپي و خواص مکانيکي( به چدن ها اضافه مي شوند.برخي از ويژگي چدن ها که آنها را از فولادها متمايز مي سازند عبارتند از : ارزاني قيمت، نقطه ذوب پايين، سياليت بالا، پايين بودن ميزان انقباض در موقع انجماد و سرد شدن، مقاومت به ضربه پايين، انعطاف پذيري کم، قابليت جذب ارتعاش، مقاومت به سايش و عدم حساسيت در برابر شيارهاي سطحي.خواص چدن ها به ساختمان ميکروسکوپي زمينه و نحوه توزيع کربن در آن بستگي بسياردارد.
3-1-متالورژيچدنها
اساساً چدن ها از آهن خام که محصول کوره بلند بوده و معمولاً داراي 2 %تا4% c، حداکثر %5/3 Si، حداکثر 2 p،% و 4/0 S % مي باشد تهيه مي شوند.
براي اين کار آهن خام با ترکيب شيميايي مزبور را همراه با درصد مشخصي از چدن و يا آهن قراضه فولاد ذوب کرده، پس ازتنظيم ترکيب شيميايي به کمک عناصر ديگري که به مذاب اضافه مي کنند آن را در شکل هاي مختلف مورد نظر ريخته گري مي کنند.خواص مکانيکي چدن ها نظير سختي و استحکام بستگي شديد به ساختمان ميکروسکوپي دارد.
3-2-اشکالمختلفگرافيت
1- گرافيت کروي که در چدن هاي داکتيل يا نشکن وجود دارد
2-گرافيت کروي در شرايطي که کاملاً کروي نشده باشد
3-گرافيت تمپر شده که در چدن هاي ماليبل يا چکشخوار ديده مي شود
4-گرافيت فشرده يا کرمي شکل مخصوص چدن ها با گرافيت فشرده
5-گرافيت خرچنگي که فرم تغيير شکل يافته گرافيت کروي است
6-گرافيت کروي نا منظم که جزء گروه گرافيت هاي کروي است.در اينجا رشته هاي گرافيت از مرکز کره بيرون زده شده اند
7- گرافيت لايه اي، ورقه اي و يا رشته اي که مربوط به چدن هاي خاکستري مي باشد.اين نوع گرافيت بر اساس نحوه توزيع به پنج دسته تقسيم مي شود:
اشکال مختلف گرافيت بر اساس استاندارد ASTM-A-247
3-3-انواعچدنها
چدن ها را با توجه به ساختمان ميکروسکوپي آنها تقسيم مي کنند
چدن سفيد- چدن خاکستري- چدن نشکن با گرافيت کروي که به چدن داکتيل يا چدن SG موسوم است- چدن ماليبل يا چکش خوار و چدن با گرافيت فشرده.
براي بهبود خواص مکانيکي به هر يک از چدن هاي فوق مي توان مقدار کمي عناصرآلياژي اضافه کرد بدون آنکه کلاس و طبقه بندي چدن ها تغيير کند.
تحت شرايطي که ترکيب شيميايي آلياژ و سرعت سردشدن به نحوي باشد که تمامي کربن موجود به صورت سمانتيت درآيد، گفته مي شود چدن سفيد بدست آمده است.با توجه به ظاهر سطح مقطع شکست و به علت وجود توده هاي سمانتيت در سطح مقطع شکست که براق است و حالت دانه اي دارد به اين نوع چدن ها، چدن سفيد گفته مي شود.اين نوع چدن ها استحکام فشاري بسيار زياد، مقاومت به سايش عالي و سختي بالايي دارد.
ترکيب شيميايي:
کربن (3.6- 1.8 ) ، سيليسيم(1.9- 0.5) ، منگنز(0.8- 0.25) ، گوگرد( 0.2- 0.06)، فسفر(0.2- 0.06)
3-3-1-تشکيلچدنسفيد
گرايش انجماد چدن به حالت سفيد به وسيله سرعت سرد کردن لازم که باعث سرد کردن فلز مذاب به زير درجه حرارت منطقه اي که در آن يوتکتيک چدن سفيد مي تواند منجمد شود تعيين مي گردد.براي سرعت سرد کردن معين ، نحوه ه انجمادچدن مي تواند بستگي به عمليات انجام گرفته بر روي مذاب داشته باشد.اگر چدن فوق گرما ديده باشد و يا براي زمان طولاني قبل از ريخته گري نگه داشته شده باشد احتمالاً تمايل بيشتري به مادون انجماد دارد و تمايل بيشتري براي انجمادبه صورت چدن سفيد نشان مي دهد.اگر مذاب چدن قبل از ريخته گري تلقيح شود براي يک ساعت معين ميزان سفيد شدن کمتري خواهدداشت و تمايل بيشتري به چدن خاکستري پيدا مي کند.عکس های گرفته شده در آزمایشگاه در قسمت بعدی با بزرگنمایی 100، 400 و 1000 دیده می شود.
3-3-1-1-بررسيساختارچدنسفيد
تصوير ميکروسکوپی چدن سفيد هيپو يوتکتيک،نواحی پرليتی (دندريتی شکل ) و يوتکتيک لدبوريتی کاملاً مشخص است.
3-3-2 -چدنخاکستري
در اين چدن هنگام شکست مقطعي، شکست عمدتاً در امتدادلايه هاي گرافيت پيش مي رود و سطح مقطع شکست خاکستري رنگ ديده مي شود؛ به همين دليل به اين نوع چدن، چدن خاکستري گفته مي شود.خواص چدن هاي خاکستري تحت تاثير اندازه، مقداروتوزيع گرافيت هاي لايه هاي تغيير مي کند.ساختار گرافيت در چدن هاي خاکستري ممکن است در اثر تغييرات ذوب، جوانه زني، سرعت انجماد ئ تاثير بعضي از عناصر هر چند جزئي( ولي بحراني) تغيير زيادي پيدا کند.مهمترين خواص چدن هاي خاکستري نقطه ذوب پايين سياليت زياد، انقباض کم در حين انجماد، مقاومت در برابر سايش، قابليت جذب ارتعاش، قيمت ارزان، قابليت ماشينکاري عالي، انعطاف پذيري و مقاومت به ضربه بسيار کم مي باشد.
ترکيب شيميايي:
کربن(4- 2.4) ، سيليسيم(3- 1) ، منگنز(1- 0.2) ، گوگرد(0.25- 0.2) ، فسفر(1- 0.2)
3-3-2-1-انواعتوزيعگرافيتلايهايدرچدنخاکستري:
طبق استاندار ASTM-A247 نحوه توزيع ورقه هاي گرافيت در ساختمان ميکروسکوپي چدن هاي خاکستري به پنج دسته تقسيم مس شود.
توزيع نوع A : در اين نوع لايه هاي گرافيت به طور يکنواخت در زمينه پخش مي شوند ولي داراي جهات خاصي نمي باشند.اين نوع توزيع اکثرا ً در چدنهاي خاکستري با ضخامت زياد يا متوسط ديده مي شود براي بيشتر کاربردها مطلوب است.در کاربردهاي سايشي نظيرسيلندرهاي موتورهاي احتراق داخلي گرافيت نوع Aبا اندازه هاي متوسط نسبت به انواع ديگر مزيت دارد.
توزيع نوع B : در اين حالت توزيع گرافيت هاي لايه اي به توزيع گل رزي معروف است و معمولاً در چدن هاي با ترکيب شيميايي نزديک به يوتکتيک که انجماد آن ها با تعداد معدودي جوانه انجام مي گيرد ديده مي شود.در مرکز هر مجموعه گرافيت، لايه ها نازک و ظريف مي باشند.علت اين امر تحت انجماد موقتي است که در شروع انجماد به وجودمي آيد.پس با آزاد شدن گرماي نهان انجماددرجه حرارت مذاب افزايش يافته وتحت انجماد موقتي از بين مي رود.بنابراين ادامه انجماد در درجه حرارت معمولي انجام گرفته و در نتيجه لايه هاي گرافيت خارجي درهر مجموعه ضخيمتر و درشت تر خواهند شذد.از نظر ابعاد، اين نوع توزيع گرافيت در مقاطع نارک (در حدود 10 ميليمتر) و بر روي سطوح مفاطع متوسط ديده مي شودو گاهي نيزناشي از عملکرد ضعيف جوانه زاها مي باشد.
توزيع نوع C : در اين نوع توزيع لايه هاي ضخيم، بزرگ و مستقيم گرافيت کيش همراه با لايه هاي نلزک و کوچکتر گزافيت در ساختمان ديده مي شود.گرافيت نوع c در چدن هاي هايپريوتکتيک يعني در شرايطي که گرافيت قبل از شروع انجماد يوتکتيک در مذاب شروع شود، ديده مي شود.اين نوع گرافيت باعث افزايش قابليت هدايت حرارت و کاهش مدول الاستيک چدن مي شود.در نتيجه تنش هاي حرارتي را کاهش داده و مقاومت چدن دربرابر شوک هاي حرارتي را زياد مي کند.از سوي ديگر در مواردي که کيفيت خوب سطوح قطعات ماشينکاري شده و يا استحکام و مقاومت به ضربه نسبتاً خوب مورد نظر باشد گرافيت کيش مناسب نمي باشد.
توزيع نوع D : در اين نوع توزيع لايه هاي گرافيت به صورت رسوب بين دندريتي تشکيل شده و داراي جهات خاصي نمي باشد.اين نوع اغلب در آلياژهايي ديده مي شود که خيلي سريع سرد شده و در نتيجه انجماددر درجه حرارت زير دماي تعادلي انجماد انجام مي گيرد.براي اين کار آلياژ مورد نظر بايد به اندازه کافي سيليسيم داشته باشد تااز تشکيل کاربيد جلوگيري شود.نواحي عاري از گرافيت در اين ساختمان ناشي از دندريت هاي آستنيت قبل از شروع استحاله يوتکتيک مي باشد.اين امر نشان مي دهدکه آلياژفوق بايد هيپويوتکتيک باشد، ولي در عين حال اين نوع گرافيت در آلياژهاي يوتکتيک سريع سرد شده نيز بدست مي آيد.
در واقع تحت انجماد در آلياژهاي يوتکتيک منجر به تغيير مکان نمودار تعادلي شده به نحوي که حتي د رآلياژ مزبور(يوتکتيکي) فاز آستنيت اوليه ظاهر مي شود.در يک سختي يکسان خواص کششي چدن هاي خاکستري با گرافيت نوع D نسبت به گرافيت نوع Aبه مراتب بالاتر مي باشد ولي تهيه زمينه کاملاًپرليتي با اين نوع گرافيت نسبتاً مشکل است.علت اين امر مربوط مي شئود به مسافت بسيار کوتاه براي نفوذ کربن و نشستن برروي گرافيت ها.از جمله کاربردهاي اين نوع گرافيت عبارتست از ساخت قالب هاي دائم.وجود اين نوع گرافيت باعث بهبود کيفيت سطوح قطعات ماشينکاري شده خواهد شد.
توزيع نوع E : دراين نوع توزيع لايه هاي بسيار نازک و کوچک گرافيت، همانند نوع D، در بين ساختمان دندريتي اوليه محبوس شده و بنابراين به رسوبات بين دندريتي موسوم هستند ولي بر خلاف نوعD، در اين نوع توزيع گرافيت ها داراي جهات خاصي نمي باشند.توزيع نوعE درچدن هايي که درصدکربن آن ها پايين بوده(آستنيت اوليه در آن ها زياد باشد) و با سزعت هاي معمولي سرد شده باشند ديده مي شود.بر خلاف نوعD، اين نوع گرافيت را مي توان در زمينه پرليتي بدست آورد.
3-2-5-بررسيساختارچدنخاکستري
تصوير ميکروسکوپی نمونه ی چدن خاکستری در شرايط پوليش شده.شکل سمت راست نمونه اچ نشده است.به توزيع يکنواخت ورقه های گرافيت توجه شود.شکل سمت چپ اچ شده است.
3-3-3-چدنباگرافيتکروي(چدننشکن)
اين نوع چدن از نظر ترکيب شيميايي شبيه به چدن خاکستري مي باشد ولي درصد گوگردو فسفرآن کمتر مي باشدودر حين انجماد گرافيت ها به جاي ورقه اي شدن به شکل کروي رسوب مي کنند.همين کروي بودن گرافيت ها باعث افزايش استحکام و چقرمگي در مقايسه با چدن هاي خاکستري مي شود.چدن هاي نشکن همانند چدن هاي خاکستري سياليت بالا، نقطه ذوب پايين، قابليت ماشينکاري خوب و مقاومت سايش عالي ( به علت وجود گرافيت) دارند.مزيت عمده چدن هاي نشکن بر چدنهاي خاکستري استحکام و انعطاف پذيري بالا مي باشد.مزيت ديگر مدول الاستيسيته زياد مي باشد.براي توليد چدن با گرافيت کروي و زمينه فريتي معمولاً از عمليات حرارتي کمک گرفته مي شود.
ترکيب شيميايي:
کربن(4-3)، سيليسيم(2.8- 1.8)، منگنز(1- 0.1)، گوگرد(0.03- 0.01)، فسفر(0.1-0.01)
3-3-3-1-توليدچدنباگرافيتکروي
چدن نشکن با افزودن منيزيم در مذاب توليد مي شود.چون منيزيم دردماي بالا تبخير مي شود معمولاً از آلياژهاي منيزيم استفاده مي شود.براي کروي کردن گرافيت هاي قطعاتي که در قالب هاي ماسه اي توليد مي شود مقدار(0.07- 0.04) درصد منيزيم باقيمانده در قطعات ريخته شده کافي مي باشد.افزودن سريم به مقدار جزئي در آلياژ منيزيم شکل گرافيت را بهبود مي بخشد براي کروي نمودن گرافيت ها به منيزيم احتياج داريم که اگرميزان منيزيم از حد مورد نظر کمي کمترباشد، گرافيت هاي فشرده با استحکام و چقرمگي پايين تري بدست مي آيد.اگر مقدار باقيمانده باز هم کمترباشد فقط گرافيت ورقه اي توليدمي شود.اندازه گرافيت هاي کروي مي تواند رو ي خواص مکانيکي تاثير بگذارد.اندازه گرافيتدها به دو پارامتر بستگي دارد:
آهنگ سرد شدن يا اندازه سطح مقطع.
جوانه با آلياژ سيليسيم، افزايش تعداد گرافيت هاي کروي و کاهش تمايل به تبريدي بودن مخصوصاً در مقاطع نازک را باعث مي شود.افزايش مقدار جوانه زا باعث افزايش تعداد گرافيت هاي کروي مي شود.
3-3-3-2-کاربردچدننشکندرصنعت
چدن نشکن يک ماده مهم مهندسي است.رشد و توسعه توليد قطعات چدن نشکن در صنايع مختلف اهميت اين ماده را ثابت مي کند.عمده ترين مصرف قطعات چدن نشکن در صنعت لوله سازي و خوردو سازي است.لوله رلزي با روش ريخته گزي گريز از مرکز انجام مي شود.براي بالا بردن مقاومت لوله در برابر خوردگي، سطوح داخلي و خارجي لوله را توسط پوشش هاي مقاوم در مقابل خوردگي مي پوشانند.از نظرخواص چدن نشکن در مقايسه با فولاد داراي مزايايي مي باشد.وزن مخصوص آن تا حدود 10% کمتر از فولاد است.قابليت ريختگي آن به مراتب آسان و مقاومت در برابر خوردگي بهتري دارد.ميل لنگ خودرو يکي از موفق ترين قطعات ريختگي چدن نشکن مي باشد.از اين نوع چدن همچنين در ساخچرخ دنده ها استفاده مي شود.موادي که براي چرخ دنده ها به کار برده مي شودبايد دقيقاًداراي خواصي از قبيل استحکام، مقاومت به سايش و قابليت سختي پذيري مناسب باشد.خواص ديگر مانند قابليت جوشکاري و ماشينکاري و حساسيت دربرابر ترک و توزيع تنش تحت لرزش و ارتعاش و همچنين کاهش هزينه، از مسائل اساسي و مهم هستند.خواص متنوع چدن هاي نشکن، دليل استفاده ار آن ها براي تهيه چرخ دنده ها مي باشد.بخصوص در کارهايي که حفظ شکل دنده الزامي مي بتشد مانند زماني که فشار بسيار زيادي بين سطوح درگير به وجودمي ايد ومقاومت به سايش حائز اهميت زيادي مي باشد.
متالوگرافی
مقدمه:
اصولاً مي توان گفت كه متالوگرافي عبارتست از بررسي و مطالعه ي ساختار داخلي فلزات و ساير مواد از جمله پليمرها، سراميك ها و غيره كه گروهي نيز آن را علم ماده شناسي مي نامند.
تاريخچه ي اين علم از كشف دانشمند بزرگي به نام سوربي Sorby مبني بر امكان پوليش و اچ كردن سطوح مختلف فلزي و مشاهده ي جزئيات ساختماني آن ها با چشم مسلح و يا غير مسلح آغاز مي شود.پس از آن نيز اين علم به سرعت جاي خود را به عنوان يكي از پايه هاي اساسي متالورژي باز نموده و تا به امروز كه با پيدايش ميكروسكوپ هاي الكتروني پيشرفته بشر قادر به تجزيه و تحليل دقيق اجزاء تشكيل دهنده ي فازهاي مختلف در شبكه ي ساختماني مواد گوناگون مي باشد، اين جايگاه را به خوبي حفظ نموده است.
به طور كلي مطالعات متالوگرافي علاوه بر اطلاعات گسترده اي كه در زمينه ي تركيب شيميايي و خواص مختلف ماده به ما مي دهد، ساختمان كريستالي آن را نيز برايمان آشكار ساخته و اطلاعات ارزشمندي در رابطه با تاريخچه ي كار مكانيكي يا عمليات حرارتي انجام شده بر روي آن نيز در اختيار ما قرار مي دهد.
بنابراين به جرأت مي توان گفت كه دانشمندان و مهندسين امروز بدون دانستن اصول مدرن متالوگرافي و استفاده ي بهينه از اين علم قادر به حل مسائل روزمره خود نخواهند بود و امروزه چه در فعاليت هاي تحقيقاتي و پژوهشي اين علم از جمله ابزارهاي مهم كار هر مهندس و پژوهش گري به شمار مي رود.
چدن ها
چدن ها از خانواده اي از آلياژ هاي آهني با خواص کاملاً متنوعي بوده که اکثراً به روش ريخته گري شکل داده مي شوند.بر خلاف فولادها که حاوي کمتر از 1 و 2 درصد ( و معمولاً کمتر از 1 درصد) کربن هستند.چدن ها معمولاً داراي 2 تا 4 درصد کربن و 1تا 3 درصد سيليسيم مي باشند.اغلب عناصر آلياژي ديگر( فلز يا غير فلز) براي کنترل ترکيب شيميايي، ساختمان ميکروسکوپي و خواص مکانيکي( به چدن ها اضافه مي شوند.برخي از ويژگي چدن ها که آنها را از فولادها متمايز مي سازند عبارتند از : ارزاني قيمت، نقطه ذوب پايين، سياليت بالا، پايين بودن ميزان انقباض در موقع انجماد و سرد شدن، مقاومت به ضربه پايين، انعطاف پذيري کم، قابليت جذب ارتعاش، مقاومت به سايش و عدم حساسيت در برابر شيارهاي سطحي.خواص چدن ها به ساختمان ميکروسکوپي زمينه و نحوه توزيع کربن در آن بستگي بسياردارد.
3-1-متالورژيچدنها
اساساً چدن ها از آهن خام که محصول کوره بلند بوده و معمولاً داراي 2 %تا4% c، حداکثر %5/3 Si، حداکثر 2 p،% و 4/0 S % مي باشد تهيه مي شوند.
براي اين کار آهن خام با ترکيب شيميايي مزبور را همراه با درصد مشخصي از چدن و يا آهن قراضه فولاد ذوب کرده، پس ازتنظيم ترکيب شيميايي به کمک عناصر ديگري که به مذاب اضافه مي کنند آن را در شکل هاي مختلف مورد نظر ريخته گري مي کنند.خواص مکانيکي چدن ها نظير سختي و استحکام بستگي شديد به ساختمان ميکروسکوپي دارد.
3-2-اشکالمختلفگرافيت
1- گرافيت کروي که در چدن هاي داکتيل يا نشکن وجود دارد
2-گرافيت کروي در شرايطي که کاملاً کروي نشده باشد
3-گرافيت تمپر شده که در چدن هاي ماليبل يا چکشخوار ديده مي شود
4-گرافيت فشرده يا کرمي شکل مخصوص چدن ها با گرافيت فشرده
5-گرافيت خرچنگي که فرم تغيير شکل يافته گرافيت کروي است
6-گرافيت کروي نا منظم که جزء گروه گرافيت هاي کروي است.در اينجا رشته هاي گرافيت از مرکز کره بيرون زده شده اند
7- گرافيت لايه اي، ورقه اي و يا رشته اي که مربوط به چدن هاي خاکستري مي باشد.اين نوع گرافيت بر اساس نحوه توزيع به پنج دسته تقسيم مي شود:
اشکال مختلف گرافيت بر اساس استاندارد ASTM-A-247
3-3-انواعچدنها
چدن ها را با توجه به ساختمان ميکروسکوپي آنها تقسيم مي کنند
چدن سفيد- چدن خاکستري- چدن نشکن با گرافيت کروي که به چدن داکتيل يا چدن SG موسوم است- چدن ماليبل يا چکش خوار و چدن با گرافيت فشرده.
براي بهبود خواص مکانيکي به هر يک از چدن هاي فوق مي توان مقدار کمي عناصرآلياژي اضافه کرد بدون آنکه کلاس و طبقه بندي چدن ها تغيير کند.
تحت شرايطي که ترکيب شيميايي آلياژ و سرعت سردشدن به نحوي باشد که تمامي کربن موجود به صورت سمانتيت درآيد، گفته مي شود چدن سفيد بدست آمده است.با توجه به ظاهر سطح مقطع شکست و به علت وجود توده هاي سمانتيت در سطح مقطع شکست که براق است و حالت دانه اي دارد به اين نوع چدن ها، چدن سفيد گفته مي شود.اين نوع چدن ها استحکام فشاري بسيار زياد، مقاومت به سايش عالي و سختي بالايي دارد.
ترکيب شيميايي:
کربن (3.6- 1.8 ) ، سيليسيم(1.9- 0.5) ، منگنز(0.8- 0.25) ، گوگرد( 0.2- 0.06)، فسفر(0.2- 0.06)
3-3-1-تشکيلچدنسفيد
گرايش انجماد چدن به حالت سفيد به وسيله سرعت سرد کردن لازم که باعث سرد کردن فلز مذاب به زير درجه حرارت منطقه اي که در آن يوتکتيک چدن سفيد مي تواند منجمد شود تعيين مي گردد.براي سرعت سرد کردن معين ، نحوه ه انجمادچدن مي تواند بستگي به عمليات انجام گرفته بر روي مذاب داشته باشد.اگر چدن فوق گرما ديده باشد و يا براي زمان طولاني قبل از ريخته گري نگه داشته شده باشد احتمالاً تمايل بيشتري به مادون انجماد دارد و تمايل بيشتري براي انجمادبه صورت چدن سفيد نشان مي دهد.اگر مذاب چدن قبل از ريخته گري تلقيح شود براي يک ساعت معين ميزان سفيد شدن کمتري خواهدداشت و تمايل بيشتري به چدن خاکستري پيدا مي کند.عکس های گرفته شده در آزمایشگاه در قسمت بعدی با بزرگنمایی 100، 400 و 1000 دیده می شود.
3-3-1-1-بررسيساختارچدنسفيد
تصوير ميکروسکوپی چدن سفيد هيپو يوتکتيک،نواحی پرليتی (دندريتی شکل ) و يوتکتيک لدبوريتی کاملاً مشخص است.
3-3-2 -چدنخاکستري
در اين چدن هنگام شکست مقطعي، شکست عمدتاً در امتدادلايه هاي گرافيت پيش مي رود و سطح مقطع شکست خاکستري رنگ ديده مي شود؛ به همين دليل به اين نوع چدن، چدن خاکستري گفته مي شود.خواص چدن هاي خاکستري تحت تاثير اندازه، مقداروتوزيع گرافيت هاي لايه هاي تغيير مي کند.ساختار گرافيت در چدن هاي خاکستري ممکن است در اثر تغييرات ذوب، جوانه زني، سرعت انجماد ئ تاثير بعضي از عناصر هر چند جزئي( ولي بحراني) تغيير زيادي پيدا کند.مهمترين خواص چدن هاي خاکستري نقطه ذوب پايين سياليت زياد، انقباض کم در حين انجماد، مقاومت در برابر سايش، قابليت جذب ارتعاش، قيمت ارزان، قابليت ماشينکاري عالي، انعطاف پذيري و مقاومت به ضربه بسيار کم مي باشد.
ترکيب شيميايي:
کربن(4- 2.4) ، سيليسيم(3- 1) ، منگنز(1- 0.2) ، گوگرد(0.25- 0.2) ، فسفر(1- 0.2)
3-3-2-1-انواعتوزيعگرافيتلايهايدرچدنخاکستري:
طبق استاندار ASTM-A247 نحوه توزيع ورقه هاي گرافيت در ساختمان ميکروسکوپي چدن هاي خاکستري به پنج دسته تقسيم مس شود.
توزيع نوع A : در اين نوع لايه هاي گرافيت به طور يکنواخت در زمينه پخش مي شوند ولي داراي جهات خاصي نمي باشند.اين نوع توزيع اکثرا ً در چدنهاي خاکستري با ضخامت زياد يا متوسط ديده مي شود براي بيشتر کاربردها مطلوب است.در کاربردهاي سايشي نظيرسيلندرهاي موتورهاي احتراق داخلي گرافيت نوع Aبا اندازه هاي متوسط نسبت به انواع ديگر مزيت دارد.
توزيع نوع B : در اين حالت توزيع گرافيت هاي لايه اي به توزيع گل رزي معروف است و معمولاً در چدن هاي با ترکيب شيميايي نزديک به يوتکتيک که انجماد آن ها با تعداد معدودي جوانه انجام مي گيرد ديده مي شود.در مرکز هر مجموعه گرافيت، لايه ها نازک و ظريف مي باشند.علت اين امر تحت انجماد موقتي است که در شروع انجماد به وجودمي آيد.پس با آزاد شدن گرماي نهان انجماددرجه حرارت مذاب افزايش يافته وتحت انجماد موقتي از بين مي رود.بنابراين ادامه انجماد در درجه حرارت معمولي انجام گرفته و در نتيجه لايه هاي گرافيت خارجي درهر مجموعه ضخيمتر و درشت تر خواهند شذد.از نظر ابعاد، اين نوع توزيع گرافيت در مقاطع نارک (در حدود 10 ميليمتر) و بر روي سطوح مفاطع متوسط ديده مي شودو گاهي نيزناشي از عملکرد ضعيف جوانه زاها مي باشد.
توزيع نوع C : در اين نوع توزيع لايه هاي ضخيم، بزرگ و مستقيم گرافيت کيش همراه با لايه هاي نلزک و کوچکتر گزافيت در ساختمان ديده مي شود.گرافيت نوع c در چدن هاي هايپريوتکتيک يعني در شرايطي که گرافيت قبل از شروع انجماد يوتکتيک در مذاب شروع شود، ديده مي شود.اين نوع گرافيت باعث افزايش قابليت هدايت حرارت و کاهش مدول الاستيک چدن مي شود.در نتيجه تنش هاي حرارتي را کاهش داده و مقاومت چدن دربرابر شوک هاي حرارتي را زياد مي کند.از سوي ديگر در مواردي که کيفيت خوب سطوح قطعات ماشينکاري شده و يا استحکام و مقاومت به ضربه نسبتاً خوب مورد نظر باشد گرافيت کيش مناسب نمي باشد.
توزيع نوع D : در اين نوع توزيع لايه هاي گرافيت به صورت رسوب بين دندريتي تشکيل شده و داراي جهات خاصي نمي باشد.اين نوع اغلب در آلياژهايي ديده مي شود که خيلي سريع سرد شده و در نتيجه انجماددر درجه حرارت زير دماي تعادلي انجماد انجام مي گيرد.براي اين کار آلياژ مورد نظر بايد به اندازه کافي سيليسيم داشته باشد تااز تشکيل کاربيد جلوگيري شود.نواحي عاري از گرافيت در اين ساختمان ناشي از دندريت هاي آستنيت قبل از شروع استحاله يوتکتيک مي باشد.اين امر نشان مي دهدکه آلياژفوق بايد هيپويوتکتيک باشد، ولي در عين حال اين نوع گرافيت در آلياژهاي يوتکتيک سريع سرد شده نيز بدست مي آيد.
در واقع تحت انجماد در آلياژهاي يوتکتيک منجر به تغيير مکان نمودار تعادلي شده به نحوي که حتي د رآلياژ مزبور(يوتکتيکي) فاز آستنيت اوليه ظاهر مي شود.در يک سختي يکسان خواص کششي چدن هاي خاکستري با گرافيت نوع D نسبت به گرافيت نوع Aبه مراتب بالاتر مي باشد ولي تهيه زمينه کاملاًپرليتي با اين نوع گرافيت نسبتاً مشکل است.علت اين امر مربوط مي شئود به مسافت بسيار کوتاه براي نفوذ کربن و نشستن برروي گرافيت ها.از جمله کاربردهاي اين نوع گرافيت عبارتست از ساخت قالب هاي دائم.وجود اين نوع گرافيت باعث بهبود کيفيت سطوح قطعات ماشينکاري شده خواهد شد.
توزيع نوع E : دراين نوع توزيع لايه هاي بسيار نازک و کوچک گرافيت، همانند نوع D، در بين ساختمان دندريتي اوليه محبوس شده و بنابراين به رسوبات بين دندريتي موسوم هستند ولي بر خلاف نوعD، در اين نوع توزيع گرافيت ها داراي جهات خاصي نمي باشند.توزيع نوعE درچدن هايي که درصدکربن آن ها پايين بوده(آستنيت اوليه در آن ها زياد باشد) و با سزعت هاي معمولي سرد شده باشند ديده مي شود.بر خلاف نوعD، اين نوع گرافيت را مي توان در زمينه پرليتي بدست آورد.
3-2-5-بررسيساختارچدنخاکستري
تصوير ميکروسکوپی نمونه ی چدن خاکستری در شرايط پوليش شده.شکل سمت راست نمونه اچ نشده است.به توزيع يکنواخت ورقه های گرافيت توجه شود.شکل سمت چپ اچ شده است.
3-3-3-چدنباگرافيتکروي(چدننشکن)
اين نوع چدن از نظر ترکيب شيميايي شبيه به چدن خاکستري مي باشد ولي درصد گوگردو فسفرآن کمتر مي باشدودر حين انجماد گرافيت ها به جاي ورقه اي شدن به شکل کروي رسوب مي کنند.همين کروي بودن گرافيت ها باعث افزايش استحکام و چقرمگي در مقايسه با چدن هاي خاکستري مي شود.چدن هاي نشکن همانند چدن هاي خاکستري سياليت بالا، نقطه ذوب پايين، قابليت ماشينکاري خوب و مقاومت سايش عالي ( به علت وجود گرافيت) دارند.مزيت عمده چدن هاي نشکن بر چدنهاي خاکستري استحکام و انعطاف پذيري بالا مي باشد.مزيت ديگر مدول الاستيسيته زياد مي باشد.براي توليد چدن با گرافيت کروي و زمينه فريتي معمولاً از عمليات حرارتي کمک گرفته مي شود.
ترکيب شيميايي:
کربن(4-3)، سيليسيم(2.8- 1.8)، منگنز(1- 0.1)، گوگرد(0.03- 0.01)، فسفر(0.1-0.01)
3-3-3-1-توليدچدنباگرافيتکروي
چدن نشکن با افزودن منيزيم در مذاب توليد مي شود.چون منيزيم دردماي بالا تبخير مي شود معمولاً از آلياژهاي منيزيم استفاده مي شود.براي کروي کردن گرافيت هاي قطعاتي که در قالب هاي ماسه اي توليد مي شود مقدار(0.07- 0.04) درصد منيزيم باقيمانده در قطعات ريخته شده کافي مي باشد.افزودن سريم به مقدار جزئي در آلياژ منيزيم شکل گرافيت را بهبود مي بخشد براي کروي نمودن گرافيت ها به منيزيم احتياج داريم که اگرميزان منيزيم از حد مورد نظر کمي کمترباشد، گرافيت هاي فشرده با استحکام و چقرمگي پايين تري بدست مي آيد.اگر مقدار باقيمانده باز هم کمترباشد فقط گرافيت ورقه اي توليدمي شود.اندازه گرافيت هاي کروي مي تواند رو ي خواص مکانيکي تاثير بگذارد.اندازه گرافيتدها به دو پارامتر بستگي دارد:
آهنگ سرد شدن يا اندازه سطح مقطع.
جوانه با آلياژ سيليسيم، افزايش تعداد گرافيت هاي کروي و کاهش تمايل به تبريدي بودن مخصوصاً در مقاطع نازک را باعث مي شود.افزايش مقدار جوانه زا باعث افزايش تعداد گرافيت هاي کروي مي شود.
3-3-3-2-کاربردچدننشکندرصنعت
چدن نشکن يک ماده مهم مهندسي است.رشد و توسعه توليد قطعات چدن نشکن در صنايع مختلف اهميت اين ماده را ثابت مي کند.عمده ترين مصرف قطعات چدن نشکن در صنعت لوله سازي و خوردو سازي است.لوله رلزي با روش ريخته گزي گريز از مرکز انجام مي شود.براي بالا بردن مقاومت لوله در برابر خوردگي، سطوح داخلي و خارجي لوله را توسط پوشش هاي مقاوم در مقابل خوردگي مي پوشانند.از نظرخواص چدن نشکن در مقايسه با فولاد داراي مزايايي مي باشد.وزن مخصوص آن تا حدود 10% کمتر از فولاد است.قابليت ريختگي آن به مراتب آسان و مقاومت در برابر خوردگي بهتري دارد.ميل لنگ خودرو يکي از موفق ترين قطعات ريختگي چدن نشکن مي باشد.از اين نوع چدن همچنين در ساخچرخ دنده ها استفاده مي شود.موادي که براي چرخ دنده ها به کار برده مي شودبايد دقيقاًداراي خواصي از قبيل استحکام، مقاومت به سايش و قابليت سختي پذيري مناسب باشد.خواص ديگر مانند قابليت جوشکاري و ماشينکاري و حساسيت دربرابر ترک و توزيع تنش تحت لرزش و ارتعاش و همچنين کاهش هزينه، از مسائل اساسي و مهم هستند.خواص متنوع چدن هاي نشکن، دليل استفاده ار آن ها براي تهيه چرخ دنده ها مي باشد.بخصوص در کارهايي که حفظ شکل دنده الزامي مي بتشد مانند زماني که فشار بسيار زيادي بين سطوح درگير به وجودمي ايد ومقاومت به سايش حائز اهميت زيادي مي باشد.