چدن های نشکن یا چدن های با گرافیت کروی ، خانواده ای از چدن ها هستند و همانطور که از اسمشان پیداست ، شکل گرافیت در آنها کروی است . همین گرافیت ها باعث افزایش استحکام و چقرمگی در مقایسه با چدن های با گرافیت ورقه ای میشود . اصولا چدن داکتیل با افزودن منیزیوم در مذاب تولید میشود . برای کروی شدن گرافیت های قطعاتی که در قالب ماسه ای تولید میشوند ، مقدار 4-7 درصد منیزیوم در قطعات ریخته گری شده کافی است . در این مطلب که ادامه مقاله قبلی است به جوانه زایی و تلقیح و روش های افزودن منیزیوم به مذاب میپردازیم
به دلیل وجود کلمات اختصاصی در متن بهتر است قبل از مطالعه به این مطلب مراجعه کنید
تشکیل فاز گرافیت با جوانه زنی شروع و با رشد ادامه مییابد، تا زمانی که قطعه کاملا منجمد شود. ایده آل ترین حالت برای انجماد و جوانه زنی حالت جوانه زنی هموژن{{جوانه زنی هموژن به فرآیندی اطلاق میشود که در آن جوانه زنی بدون کمک عوامل خارجی در مذاب مانند ناخالصیهایی نظیر اکسیدها، نیتریدها، سیلیکاتها، کلرورها و... صورت میگیرد و حتی دیواره قالب نیز نقشی در فرایند انجماد نداشته باشد. در این نوع جوانه زنی و انجماد امکان به وجود آمدن هسته برای تمام قسمتهای مذاب یکسان است}}است که این حالت در عمل دشوار بوده پس انجماد و جوانه زنی در حالت هتروژن{{جوانه زنی در حالت هتروژن فرایندی است برعکس حالت هموژن با کمک عوامل خارجی، ناخالصیها و در نظر داشتن نقش دیواره قالب و... در فرایند انجماد و در این حالت مناطق حضور ناخالصی و نابجاییها و دیواره قالب بر دیگر مناطق مذاب رای تشکیل هسته و جوانه زنی ارجحیت و شانس بیشتری دارند}}در مذاب صورت خواهد گرفت بلاخذ که حضور ناخالصیهای فلزی در مذاب اجتناب ناپذیر است. در مورد چدنهای نشکن میتوان نحوه تشکیل گرافیتهای کری را به این صورت مورد تحلیل قرار داد
کمترین انرژی سطحی مربوط به شکل کروی است (کرههای گرافیت) و جوانههای گرافیت برای اینکه به پایداری برسند ترجیح میدهند که شکل کروی را برای رشد انتخاب کنند زیرا به دلیل پایین بودن انرژی سطحی حالت کروی در پایدارترین حالت ممکن قرار خواهند گرفت این موضوع در عملیات حرارتی کروی سازی{{یک سری عملیات سیکلی گرم و سرد کردن حساب شده در آلیاژهای آهنی (با کمتر از 2% درصد کربن) برای افزایش قابلیت ماشین کاری که منجر به تجزیه شبکههای سمنتیت به سمنتیتهای کروی میشود}}نیز مشهود است، اما این ابهام وجود دارد که چرا در چدنهای خاکستری گرافیت به صورت لایهای است که باید گفت در حضور ناخالصیها و ترجیح جوانهزنی و رشد بروی ناخالصیها همچنین عدم رشد یکنواخت در تمامی جهات در حضور ناخالصیها شکل نهایی گرافیت نمیتواند کروی باشد با تلقیح مذاب چدن نشکن بخش عمدهای از ناخالصیها به وسیله منیزیم و یا سریم، کلسیم و... از بین خواهد رفت.
ماده جوانهزا بایستی یک سری خصوصیات را دارا باشد تا بهترین کارایی را در عمل کروی کردن گرافیتها را انجام دهد با در نظر داشتن مواردی از قبیل در دسترس بودن، قیمت و جنبههای اقتصادی، بازدهی در عمل کروی کردن در مجموع منیزیم گزینه مناسبتری از نظر عملی برای تلقیح و جوانهزایی مذاب چدن نشکن است
عناصر بازدارنده از کروی شدن گرافیت شامل گوگرد، فسفر، سرب، اکسیژن، هیدروژن میباشند که در تهیه مواد اولیه برای شارژ و تهیه مذاب بایستی دقت داشت شارژ و نوع شمش انتخابی حاوی کمترین میزان از این عناصر باشد حتی اتمسفر کوره و محصولات احتراق در کورههایی با سوخت فسیلی میتواند موجب تشکیل ناخالصی در مذاب گردد. لذا ویژگیهای ماده کروی کننده گرافیت را میتوان این طور خلاصه کرد
* چگالی ماده کروی کننده بایستی نزدیک به مذاب باشد تا در تمام مذاب شناور شده و در مذاب به راحتی پخش شود تا واکنش به صورت کامل انجام شود
* نقطه ذوب ماده کروی کننده نیز بایستی نزدیک به نقطه ذوب مذاب باشد تا از پرت و تبخیر شدن در صورت کمتر بودن نقطه ذوب جلوگیری شود و در صورتی که نقطه ذوب ماده کروی کننده به مقدار زیادی بالاتر از مذاب باشد واکنشی صورت نخواهد گرفت
* قابلیت انحلال در مذاب را داشته باشد و منجر به تشکیل ترکیبات مضر در مذاب نگردد
* استفاده از آن به لحاظ عملی راحت و مقرون به صرفه باشد
با توجه به خصوصیات ذکر شده عنصری مثل منیزیم با توجه به فشار بخار بالا، اختلاف چگالی و نقطه جوش پایین منیزیم نسبت به نقطه ذوب چدن برای تلقیح مناسب نبوده لذا بایستی از ترکیبی استفاده کرد تا این نواقص را برطرف ساخته و موجب بهبود کیفیت مذاب شود. از همین رو از فروسیلیکو منیزیم FeSiMg برای تلقیح مذاب چدن در نشکن سازی استفاده میشود که ضمن رفع نواقص افزودن منیزیم بر کربن معادل و سیالیت فلز مذاب نیز اثرات مثبتی را به بار خواهد آورد. در شکل زیر تفاوت عملیات جوانهزایی در چدن نشکن نشان داده شده است
جوانه زایی کامل موجب کاهش انقباضات، کاهش کاربیدهای زمینه، افزایش مقاومت به ضربه، یکنواختی خواص مکانیکی در سراسر قطعه و ریزدانگی در قطعه خواهد شد. تلقیح ناقص میتواند تحت تاثیر چند عامل مانند میرایی، افزایش فوق ذوب بیش از حد، کمبود میزان جوانهزا و حضور بیش از حد ناخالصی در مذاب باشد
لازم است که میزان منیزیم باقی مانده در مذاب بین 04/0 الی 06/0 درصد باشد تا عملیات کروی کردن به صورت کامل صورت گیرد. بازیابی منیزیم بسته به روش تلقیح و مقدار ناخالصیهای مذاب میتواند متفاوت باشد . رابطه محاسبه منیزیم باقیمانده در مذاب
در صنعت روشهای مختلفی برای کروی سازی گرافیت در چدنهای نشکن به کار میرود. تفاوت این روشها در بازدهی روش و یا ماده تلقیحی میتواند متغیر باشد البته شرح همه روشهای تلقیح از حوصله کتاب خارج بوده و به برخی اشاره خواهد شد
* روش افزودن در سیستم راهگاهی
* روش ساندویچی
* روش غوطه وری
* روش روریزی
* و...
دراین روش با در نظر گرفتن یک محفظه برای ماده کروی کننده در سیستم راهگاهی و انجام عمل بارریزی عمل کروی کردن گرافیتها انجام میشود. با عبور مذاب از سیستم راهگاهی واکنش شروع به انجام میکند و چون واکنش در درون قالب انجام میشود خطراتی نظیر پاشش مذاب کمتر اپراتور بارریز را تهدید میکند. در طراحی محفظه حاوی ماده کروی کننده باید به نکات زیر دقت داشت
* راه عبور مذاب را مسدود نکند
* شلاکه گیری به درستی در سیستم راهگاهی انجام شود
* واکنش به صورت یکنواخت تا آخرین حجم از مذاب عبوری انجام شود
* راندمان ریخته گری را بیش از حد افزایش ندهد
* موجب تلاطم و آشفتگی مذاب نشود
* گوشههای تیز در سیستم راهگاهی و محفظه مواد کروی کننده برای جلوگیری از جذب هوا و سهولت عبور مذاب حذف و پخ داده شود
میزان بازیابی منیزیوم در این روش نسبت به سایر روش ها بالاتر بوده و به بیش از 90% میرسد . همچنین چون در آخرین مرحله از ورود مذاب به قالب ، با منیزیوم ترکیب میشود ، مشکل زمان میرایی وجود نخواهد داشت
این روش نیز در داخل پاتیل قابلیت اجرا دارد به این صورت که در کف پاتیل یا بوته محفظهای تعبیه شده یا قرار میدهند و ماده کروی کننده را در آن قرار میدهند و روی آن را با پوششی نظیر براده آهن خاک نسوز و... میپوشانند تا از انجام سریع واکنش به محفض ورود مذاب به پاتیل جلوگیری کنند، سپس پاتیل را از مذاب پر کرده و پوشش مواد کروی کننده را کنار میزنند تا واکنش شروع به انجام کند
بایستی دقت داشت برای انجام واکنش و جوانه زایی به صورت کامل و یکنواخت استفاده از پاتیلای بهتر است که ارتفاع بلندتری نسبت به قطرش داشته باشد به دلایل زیر
* به علت چگالی پایین منیزیم در مسیر حرکت به سمت بالا با مذاب بیشتر در تماس بوده و واکنش بیشتری صورت میپذیرد
* کاهش سطح تماس مذاب که موجب کاهش جذب گاز هوا و اکسیداسیون میشود
* کاهش اتلاف حرارت از سطح مذاب
* کاهش پاشش مذاب به بیرون
این روش با توجه به سهولت انجام و بازیابی مناسب ماده کروی کننده مورد استفاده در واحدهای صنعتی و کارگاهی میباشد
در این روش از یک درپوش محافظ و یک میله که به انتها آن محفظه حاوی منیزیم یا ماده کروی کننده وجود دارد استفاده میشود. به این صورت که پس از استقرار پاتیل، درپوش بروی سر پاتیل قرار گرفته و میله که در دل درپوش قرار دارد در مذاب قرار میگیرد و با جابجایی میله واکنش به صورت یکنواخت در تمام مذاب انجام میشود
محفظهای در انتها میله قرار دارد به نحوی بایستی از انجام سریع واکنش جلوگیری کند زیرا باعث میرایی ماده جوانهزا میشود. ضمن اینکه بتواند ماده کروی کننده را در تماس مذاب قرار دهد تا واکنش صورت پذیرد برای انجام این مهم در محفظه روزنههایی ایجاد میکنند. در این روش بازیابی نسبتا بالا بوده و خطر پاشش مذاب به علت وجود درپوش بر روی پاتیل وجود ندارد
در این روش مراحل کار خیلی ساده قابل انجام است به این صورت که ماده کروی کننده را در داخل پاتیل که از قبل پیشگرم شده ریخته و مذاب را بروی آن می ریزند
میزان بازیابی در این روش پایین بوده 20 ـ 30% و بایستی طبق توضیحات قبل پاتیلای را برای این روش در نظر داشت که ارتفاع بلندتری نسبت به قطرش داشته باشد و به موجب همین میزان بازدهی افزایش خواهد گرفت
در این روش احتمال پاشش مذاب بالاست چون بروی پاتیل درپوش محافظی وجود ندارد
میزان استفاده از منیزیم به مقدار گوگرد و ناخالصیهای مذاب بستگی دارد چنانچه مقدار ناخالصیها زیاد باشد و منیزیم باقیمانده به مقدار کافی وجود نداشته باشد شاهد حضور گرافیت فشرده در ریز ساختار خواهیم بود و اگر مقدار منیزیم بیش از حد باشد سبب افزایش هزینه و بر ریز ساختار تاثیر خواهد گذاشت
عموما میزان منیزیم باقیمانده در مذاب بایستی بین 04/0 الی 06/0% باشد تا عمل کروی کردن با موفقیت انجام شود فرمول محاسبه درصد منیزیم باقیمانده به شرح ذیل است که با توجه به روش و ناخالصیهای موجود در مذاب متغیر میباشد
با در نظر داشتن خواصی نظیر قابلیت ماشین کاری، مقاومت به ضربه، سختی، استحکام، مقاومت کششی و فشاری مناسب و ارزانی قیمت در مقایسه با فولادها از چدن داکتیل در ساخت چرخدندهها و غلطکهای نورد گرم در تولیدات لوله با روش گریز از مرکز، قطعات اکسل، توپی چرخ، میل لنگ، انگشتی سوپاپ و... مورد استفاده قرار میگیرد
در این مطلب به طور خلاصه و تخصصی به بررسی روشهای مختلف اضافه کردم منیزیوم به مذاب برای تولید چدن داکتیل(نشکن) پرداختیم . مجموعه ما مفتخر است با بهره گیری از تجربیات ارزشمند و موفق نزدیک به 30 سال و همکاری با شرکت ها و هولدینگ های معتبر و با دراختیار داشتن پرسنل با تجربه و مجرب و با رعایت استانداردهای کیفی با شتابی بیشتر از گذشته بتواند در برآورده شدن نیاز صنایع کشور سهیم باشد . ریخته گری انواع چدن ، چدن خاکستری ، چدن داکتیل (نشکن) ، چدن نایهارد(ضد سایش) و چدن های آلیاژی