ریخته گری چدن

ریخته گری چدن

ریخته‌گری فرآیند تولیدی است که در آن مواد مایع، اغلب فلز، در قالبی حاوی یک حفره توخالی به شکل دلخواه ریخته می‌شود و سپس اجازه می‌دهد تا جامد شود. این تکنیک در تولید اشکال پیچیده ای که دستیابی به آنها با روش های دیگر دشوار یا غیراقتصادی است، مفید است. بخش جامد شده که به عنوان ریخته‌گری شناخته می‌شود، می‌تواند برای دستیابی به خواص نهایی
مطلوب، تحت عملیات تکمیلی مختلفی قرار گیرد . ریخته‌ گری فن شکل‌ دادن فلزات و آلیاژها از طریق ذوب ، ریختن مذاب در محفظه‌ای به نام قالب و آنگاه سرد کردن و انجماد آن مطابق شکل محفظه قالب است. این روش قدیمی‌ترین فرایند شناخته شده برای بدست آوردن شکل مطلوب فلزات است. اولین کوره‌های ریخته‌گری از خاک رس ساخته می‌شدند و لایه‌هایی از مس و چوب به تناوب در آن چیده میشد . در ادامه به بررسی ویژگی های چدن ها و انواع آنها میپردازیم . به دلیل وجود کلمات اختصاصی در متن بهتر است قبل از مطالعه به این مطلب مراجعه کنید

ریخته گری چدن اصفهان

چدن

چدن ، آلیاژی از آهن ، کربن و سیلیسیوم است که میزان سیلیسیوم ، کربن و شکل کربن موجود ، آن را از فولادها متمایز میکند . کربن در فولادها به صورت نیمه پایدار وجود داشته و در چدن ها به صورت پایدار (گرافیت) به استثنی چدن سفید (کربن در چدن سفید به صورت نیمه پایدار کاربید آهن) وجود دارد . چدن ها در مقایسه با فولادها دارای مقادیر بالاتر سیلیسیوم و کربن هستند و بر اساس شکل و نحوه حضور کربن در ساختار زمینه آلیاژ ، نامگذاری می شوند . تفاوت دیگر چدن ها با فولادها حضور محصول یوتکتیکی در چدن ها است که در فولادها به دلیل وجود کربن کمتر از 2.1% استحاله یوتکتیکی رخ نمیدهد
به دلیل وجود کلمات اختصاصی در متن بهتر است قبل از مطالعه به این مطلب مراجعه کنید


در چدن ها همیشه مقادیری از فسفر و گوگرد وجود دارد که به عنوان ناخالصی از آنها یاد می شود و به علت ایجاد خواص نامطلوب همیشه سعی در حذف و یا پایین نگه داشتن مقدار این عناصر می شود . تشکیل فاز گرافیت یا سمنتیت در آلیاژهای آهنی فارغ از مقدار کربن ، کنترل نحوه انجماد ، سرعت سرد کردن و تاثیر عناصر آلیاژی به مقدار انرژی آزاد سیستم بستگی دارد

مزایای چدن ها

هزینه تولید پایین
در تولید چدن به دلیل نیاز کمتر و در مواردی عدم نیاز به تصفیه و استفاده از قراضه و همچنین کوره های کلاسیک ، نظیر بوته ای و دوار ، هزینه تولید بسیار پایین تر از قطعات فولادی قرار دارد ضمن اینکه اکثر ماسه های طبیعی برای قطعات چدنی از نقطه زینتر مناسبی برخوردار است و جز در
موارد خاص نیاز به استفاده از ماسه مصنوعی و تحمیل هزینه اضافی ندارد
نقطه ذوب و دمای ریخته گری مطلوب
عدم حساسیت به زبری سطوح
مناسب برای واحدهای کوچک ریخته گری
قابلیت جذب ارتعاش بالا
به دلیل وجود گرافیت ، قابلیت جذب ارتعاش بالایی در چدن ها داریم که بالاترین آن مربوط به چدن با گرافیت ورقه ای و کمترین مربوط به چدن با گرافیت کروی است
مقاومت به سایش مطلوب
سیالیت مناسب
استحکام فشاری بالا
انقباض حجمی پایین به دلیل حضور گرافیت
قابلیت ماشین کاری مناسب
انعطاف در روش های ریخته گری
خواص مکانیکی ثابت بین 20 تا 350 درجه سانتیگراد
حساسیت فاقی بسیار پایین
تمرکز تنش کم

معایب چدن ها


هر چند چدن ها دارای مزایای بسیاری هستند اما معایب و محدودیت هایی نیز دارند از جمله
محدودیت در جوشکاری
استحکام کششی پایین
محدودیت در برشکاری با شعله
مقاومت به ضربه پایین(به استثنی چدن نشکن)
محدودیت در شکل دهی مکانیکی
چدن ها به دلیل خواص مکانیکی ضعیف ، قابلیت شکل دهی از طریق اکستروژن و نورد را ندارند

ریخته گری چدن اصفهان

نام گذاری چدن ها

همانطور که اشاره شد نام گذاری چدن ها بر اساس شکل و نحوه حضور کربن صورت می پذیرد . البته چدن ها را میتوان براساس ساختار زمینه نیز طبقه بندی کرد . منظور از نحوه حضور کربن ، حضور به صورت آزاد (گرافیت) و یا ترکیبی (کاربید آهن) است که شامل دسته های زیر می شود
چدن سفید ، چدن خاکستری ، چدن مالیبل یا چکش خوار ، چدن داکتیل (نشکن) ، چدن با گرافیت فشرده ، چدن خالدار و چدن آلیاژی

در جدول زیر درصد عناصر مختلف در انواع چدن نشان داده شده است

چدن با گرافیت فشردهچدن نشکنچدن مالیبل چدن خاکستری چدن سفید نام عنصر
2.5-43-42.2-2.92.5-41.8-3.6کربن
1-31.8-2.80.9-1.91-30.5-1.9سیلیسیوم
0.2-10.1-10.15-1.20.2-10.25-0.8منگنز
0.01-0.030.01-0.030.02-0.20.02-0.250.06-0.2گوگرد
0.01-0.10.01-0.10.02-0.20.02-10.06-0.2فسفر

در جدول زیر خصوصیات انواع چدن ها با یکدیگر مقایسه شده است 

فولاد با 0.3% کربن چدن نشکن چدن مالیبل چدن خاکستری چدن سفید خصوصیات
41213قابلیت ریخته گری
32210قابلیت ماشینکاری
21354قابلیت اعتماد
42214جذب ارتعاش
42210سختی پذیری سطحی
11230مدول الاستیسیته
12350مقاومت به ضربه
52431مقاومت به سایش
41212مقاومت به خوردگی
31450نسبت مقاومت به وزن
42313هزینه ساخت

خواص چدن ها تحت تاثیر ساختار گرافیت ، فاز زمینه ، سرعت انجماد و عناصر آلیاژی میباشند . برای شناخت و تشخیص نوع چدن و طبعا خواص مکانیکی و خصوصیات فیزیکی مورد انتظار ، بررسی نوع ساختار گرافیت ، برای پی بردن به خواص آن نوع چدن به کار میرود . در جدول زیر و شکل ضمیمه آن به بررسی انواع گرافیت و مورفولوژی آن پرداخته شده است

ساختار گرافیت در چدن ها

شکل گرافیت موجب تعیین برخی خواص مانند مقاومت به ضربه ، استحکام ، مقاومت به سایش ، انتقال حرارت ، چقرمگی ، استحکام کششی ، فشاری و چقرمگی در قطعات چدنی میگردد

مشخصات گرافیتها در یک چدن و تصویر گرافیت ها یک چدن طبق استاندارد

مشخات گرافیت شماره گرافیت بر اساش astmشماره گرافیت بر اساس iso
گرافیت ورقه ای چدن خاکستریVIII
گرافیت خرچنگیVII
گرافیت کرمی شکل یا فشردهIVIII
گرافیت برفکی چدن مالیبلIIIIV
گرافیت کروی نامنظمVIIV
گرافیت کروی کاملI,IIVI
ریخته گری چدن|ساختار گرافیت در چدنهای مختلف

لازم به ذکر است که تشکیل کاربید آهن ، تحت تاثیر عواملی نظیر سرعت سرد شدن قالب ، عناصر آلیاژی ، استفاده از مواد جوانه زا یا تلقیح و حذف ناخالصی ها است که در جریان تهیه مذاب و بارریزی بایستی مورد توجه باشد . مضاف بر اینکه افزودن فر سیلیسیم به مذاب چدن جهت بهبود به سیالیت و قابلیت ریخته گری نقش مفیدی را ایفا می کند و سبب بهبود جوانه زایی و افزایش کیفیت گرافیت از نظر تعداد و پراکندگی در ساختار نیز می گردد

فاز زمینه

فاز زمینه معمولا حاصل محلول جامد بین نشینی کربن و آهن است که بسته به فضای بین نشینی و پارامتر شبکه ، حلالیت کربن در این ساختار ها متغیر است . البته عناصر آلیاژی و نحوه انجماد نیز بر ساختار نهایی تاثیرگذار هستند . گاهی جوانه زنی گرافیت منجر به تشکیل فریت در نواحی اطزاف گرافیت میشود ؛ به این صورت که نواحی اطراف جوانه گرافیت ، تهی از کربن میشود (کربن این مناطق جذب گرافیت میشود) مانند ساختار پرلیتی چدن داکتیل که در آن هاله ای از فریت ، اطراف گرافیت کروی را احاطه کرده و به ساختار چدن چشم گاوی مشهور است

ریخته گری چدن|ساختار چشم گاوی در چدن داکتیل

معمولا ساختارهای فریتی ، پرلیتی و آستنیتی در زمینه چدن ها در خلال انجماد تشکیل میشود  و برای میل به سایر ساختارهای زمینه بایستی با انجام عملیات حرارتی ، زمینه تشکیل آنها را فراهم نمود . تفاوت عمده ساختارهای زمینه در ساختار کریستالی فاز زمینه ، خلاصه میشود که خود بر مقدار حلالیت کربن ، نفوذ عناصر آلیاژی ، خاصیت مغناطیسی و خواص مکانیکی آلیاژ اثر خواهد گذاشت

سرعت انجماد

همانطور که میدانیم خواص چدن تحت تاثیر فاز زمینه و شکل گرافیت متغیر است . سرعت انجماد عاملی است که هر دو این مولفه ها را تحت تاثیر خود قرار میدهد . با افزایش سرعت سرد شدن ، اندازه فاز گرافیت کاهش یافته و در صورت حضور عناصر کاربیدزا و افزایش بیش از حد این سرمایش ، موجب تشکیل سمنتیت خواهد شد . کاهش اندازه دانه و گرافیت های موجود در ساختار ، دلیلی برای افزایش خواص مکانیکی است
سرعت انجماد از طرق دیگری نیز خواص مکانیکی را تحت الشعاع قرار میدهد . میدانیم نفوذ اتم ها وابسته به فاصله اتمی است . با این که نفوذ ، در سه ناحیه شبکه کریستالی ، سطح آزاد و مرزدانه ها امکان وقوع دارد ، در میابیم که افزایش سرعت سرد شدن ، باعث ریزدانگی قطعات شده و در اثر ریزدانگی ، مرزدانه افزایش یافته ؛ لذا مکانهای مستعد برای نفوذ اتمی را افزاش داده ایم . در مرزدانه ها به دلیل عدم انطباق دانه ها سرعت نفوذ ، نسبتا بالا است . این مهم در برخی عملیات های بعدی که بر پدیده نفوذ برای دستیابی  به خواص مورد نظر قرار دارد ، اهمیت دو چندان پیدا میکند ؛ مانند سختکاری{{مجموعه فرایندهایی جهت افزایش سختی در سطح آلیاژهای آهنی از طریق نفوذ کربن ، نیتروژن ، بور و ...}} به وسیله شعله یا القای جریان مغناطیسی که موجب افزایش مقاومت به سایش در سطح قطعات میگردد
اما در ساختارهایی نظیر پرلیت که از لایه های متناوب فریت و سمنتیت تشکیل شده اند ، افزایش زمان سرد شدن موجب رشد این لایه ها شده و محصول نهایی ، پرلیت ضخیم است که خواص مکانیکی پایینتری از پرلیت ظریف دارد که در سرعت بالاتری سرد شده است

عناصر آلیاژی

جدا از بهبود و تقویت خواصی نظیر قابلیت ماشینکاری ، سیالیت و مقاومت به خوردگی ، برخی عناصر آلیاژی ، بر موقعیت نقاط بحرانی در نمودار آهن - کربن اثر گذاشته و سبب تغییر در این محدوده و نقاط میشوند . عناصری نظیر وانادیم ، کروم ، تنگستن که فریت زا بوده ، موجب افزایش نقطه یوتکتوئید و گسترش ناحیه فازی فریت میشوند و از آن طرف نیکل و منگنز کاهش نقطه یوتکتوئید را به دنبال دارند و باعث پایداری آستنیت در دمای محیط میگردند
یکی از محدودیت های چدن های گرافیتی ، این است که نمیتوان به ساختاری دانه ریز در مورد این آلیاژها دست یافت ، زیرا چنین ساختاری مستلزم سرمایش سریع خواهد بود که موجب تشکیل کاربیدهای تبریدی میشود . لذا برای بهبود این دست محدودیتها از عناصر گرافیتزا در مقاطع نازک یا قسمتهایی که نیاز است سریعتر سرد شوند{{گاهی برای جهت دادن به انجماد نیاز داریم قسمتهایی از قالب سریعتر سرد شوند که برای میل به این منظور قالبهای هوا گرد و آبگرد ،  مورد استفاده قرار میگیرند}} ، استفاده میشود تا توانایی سفید شدن در آلیاژ را تضعیف نمایند
افزودن سیلیسیوم و یا عناصر گرافیت زا موجب تغییر یوتکتیک و یوتکتوئید آلیاژ شده و منجر به سمت چپ رفتن این نقاط در نمودار میشود . ممکن است که دو چدن با کربن معادل یکسان دارای خواص ریخته گری و مکانیکی یکسان نباشند . برای روشن شدن بهتر این موضوع لازم است که طبق رابطه محاسبه کربن معادل ، تاثیر سیلیسیوم بر کربن ، معادل 1/3 تاثیر کربن بر کربن معادل است . تاثیر سیلیسیوم بر آلیاژ ، کاهش سختی و افزایش انعطاف و در نهایت فریتی کردن زمینه است . اما کربن ، گاما ژن بوده و ضمن افزایش سیالیت و سختی ، زمینه تشکیل کاربید را فراهم میکند . نتیجتا نمیتوان یکسان بودن کربن معادل را معیاری برای تناسب خواص دو آلیاژ قرار داد

ریخته گری اصفهان|نمودار کربن - آهن

بررسی تاثیر عناصر آلیاژی در چدن ها

برای درک بهتر تاثیر عناصر آلیاژی در چدن ها باید این را اضافه کرد که استفاده از عناصر آلیاژی ، موجب تغییر خواص و ساختار زمینه خواهد شد . به عنوان مثال ، حضور سیلیسیوم در چدن خاکستری ، تشکیل گرافیت ورقه ای را ترغیب میکند و همچنین منیزیوم در چدن های داکتیل(نشکن) ایجاد گرافیت کروی را تسهیل میکند
عناصر آلیاژی از چند دهم درصد تا 60% در ترکیب چدن ها برای نیل به اهدافی نظیر افزایش قابلیت کار در درجه حرارت های بالا ، مقاومت به سایش ، مقاومت به خوردگی و مقاومت به اکسیداسیون به کار گرفته میشوند
حضور برخی عناصر در چدن ها میتواند خواسته یا ناخواسته در اثر وجود در سنگ معدن و یا اضافه شدن در مراحل استخراج و استحصال باشد . خواص و تاثیرات این عناصر میتواند مفید یا مضر قلمداد شود . حضور سیلیسیوم اغلب مفید و حضور گوگرد و فسفر که به همراه آهن در مراحل استخراج تا ذوب حضور دارند ، مضر میباشد . برای شناخت بهتر خواصی که تحت تاثیر افزودن این مواد قرار دارند به شرح مختصر آنها در جدول زیر میپردازیم

تاثیر عناصر آلیاژی مختلف بر چدن ها

اثر عنصر بر واکنش یوتکتوئیداثر عنصر در انجمادنوع عنصر
امکان تشکیل فریت و گرافیت را افزایش میدهدگرافیت زای قویآلمینیوم
تثبیت کننده قوی پرلیت استدر مقادیر کم تاثیر چندانی نداردآنتیموان
اثر متوسطی در تثبیت پرلیت داردباعث تشکیل سمنتیت میشود ولی خودش کاربید تشکیل نمیدهدبیسموت
باعث تشکیل گرافیت میشودگرافیت زای قوی استبور (تا 0.15%)
تثبیت کننده قوی پرلیت استتثبیت کننده کاربید استبور (بیش از 0.15%)
تشکیل و تثبیت پرلیتتثبیت کننده کاربید است و باعث تشکیل کاربیدهای کمپلکس بسیار پایدار میشودکرم
امکان تشکیل پرلیت را افزایش میدهدگرافیت زای متوسطمس
باعث تشکیل پرلیت میشودکاربید زای متوسطمنگنز
تشکیل دهنده و تثبیت کننده قوی پرلیتکاربید زای متوسطمولیبدن
تشکیل دهنده متوسط پرلیتگرافیت زایینیکل
امکان تشکیل فریت و گرافیت را افزایش میدهدگرافیت زای قویسیلیسیوم
تثبیت کننده متوسط پرلیتتشکیل دهنده قوی کاربید است ولی باعث پایداری کاربید نمیشودتلوریوم
تثبیت کننده پرلیتدر محدوده پایین اثر چندانی ندارد ، گرافیت زای متوسطقلع
تشکیل فریت و گرافیت را افزایش میدهدگرافیت زاییتیتانیم (کمتر از 0.25%)
تثبیت پرلیتتشکیل کاربید پایدار تیتانیوم خواهد دادتیتانیم (بیشتر از 0.25%)
تشکیل پرلیت را شدیدا می افزایدتشکیل دهنده قوی کاربیدوانادیوم

منبع : شناخت چدن ها ، علی حسین چاهخویی

در این مطلب به طور خلاصه و تخصصی به بررسی ساختار چدن ها و عوامل مؤثر بر آن 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

شماره تماس

03152370469


نشانی

اصفهان ، شهرک صنعتی رازی (رنگ سازان) ، فاز 2 ، خیابان سوم ، پلاک 470

 Web Site  Building Software