بررسی ریخته گری چدن
چدن ریختگی
مقدمه :
عنوان چدن ریختگی مشخص کننده دسته بزرگی از فلزات است . فلزاتی که در این دسته قرار دارند از نظر خواص با یکدیگر تفاوتهای فاحش دارند . عنوان چدن ریختگی ، همانند عنوان فولاد که مشخص کننده دسته دیگری از فلزات است ، یک عبارت کلی است . فولادها و چدنها در اصل آلیاژ آهن هستند که با کربن ساخته شده اند اما فولاد همواره کمتر از دو درصد کربن داشته و معمولاً درصد کربن آنها از یک درصد بیشتر نمی شود . درحالیکه چدنها بیش از دو درصد کربن دارند. چدنها ی ریختگی گذشته از کربن باید دارای مقادیر قابل توجهی از سیلیسیم باشند که عموماً میزان آن از یک تا سه درصد متغیر است .
تفاوتهای مذکور اختیاری و دلخواه نیست اما همین امر ریشه متالورژیکی و عامل موثری است که سبب میشود خواص مفید و متفاوتی در این دو دسته از گروه فلزات آهنی پدید آید .
امید است این پروژه سهمی در پیشبرد صنعت وتکنولوژی ریخته گری چدن در ایران داشته باشد و مورد استفاده دیگر دانشجویان نیز قرار گیرد .
تقسیم بندی انواع چدنها :
چدن سـفید :
در چدنهای سفید کربن به شکل کاربید آهن یا سمانتیت ظاهر می شود . کاربید آهن ترکیب شیمیایی کربن موجود در مذاب همراه با آهن می باشد بصورت مجموعه ای از اجزاء سخت و شکننده می باشند که به آنها سمانتیت نیز گفته میشود ، کاربید آهن یا سمانتیت تعیین کننده خواص نهایی ریز ساختار می باشد . به همین دلیل چدن سفید اساساً آلیاژی سخت و شکننده است . سطح مقطع شکست این چدن به رنگ سفید بوده و استحکام فشاری زیادی خواهد داشت .
از خواص دیگر این آلیاژها مقاومت عالی در برابر سایش و نیز سختی زیاد را می توان نام برد . در این چدنها سرعت سرد شدن مذاب بسیار زیاد است که برای این منظور معمولاً ریخته گری این نوع چدن در قالب مبرد دار انجام می شود . مبرد مورد استفاده در انجماد این آلیاژها معمولاً از جنس گرافیت یا آهن می باشد در قسمتهای نازک و یا گوشه های تیز از یک قطعه با این جنس یا پره های نازکی که از این جنس استفاده می شود . معمولاًو به طور حتم چدن سفیدتشکیل خواهد شد .
چدن چکشخوار ( مالیبل Malleable ) :
در این چدنها کربن بشکل گرافیت در نقاط مختلف تجمع نموده و شکلهای نا منظمی شبیه به کلوخه را ایجاد می کنند این چدن از نظر ترکیب شیمیایی شبیه به چدن سفید بوده و قطعات چدن چکش خوار را در ابتدا می توان از چدن سفید تهیه نمود بدین صورت که ابتد ا چدن سفید ریخته گری شده و سپس با انجام یک عملیات حرارتی کربن را به صورت گرافیت کروی در زمینه راسب ( رسوب ) می کنند . ضخامت قطعه های چدن چکش خوار معمولاً محدود و ضخامت کمی دارند مزیت این چدنها قابلیت چکش خواری ، نرمی و قابلیت تراشکاری مناسب می باشد .
چدن خاکستری :
در این چدنها ، کربن به شکل گرافیت می باشد ، این چدنها در صنعت بیشترین کاربرد را به خود اختصاص می دهند و به آنها چدن ریختگی می گویند که البته برای این نوع چدن عنوان نا مناسبی می باشد سطح مقطع چدن خاکستری به رنگ خاکستری بوده که این رنگ ناشی ازرسوب ( ورقه های ) نازک گرافیتی در آن می باشد .
از نظر خواص مکانیکی ، سختی بالایی دارند و مقاومت فشاری زیاد و نیز قابلیت تراشکاری خوبی از خود نشان می دهند . از خواص دیگر این چدنها قابلیت جذب ارتعاش می باشد . ورقه های گرافیت در این چدنها می توانند به شکلها و فرمهای مختلفی ظاهر شوند . هر یک از انواع گرافیت تمایل به افزایش خواص معینی از این چدنها دارند .
چدن نشکن ـ داکتیل ( چدن با گرافیت کروی ) :
کربن دراین چدنها به صورت گرافیت کروی شکل ظاهر میشود . ترکیب شیمیایی این چدنها شبیه ترکیب شیمیایی چدن خاکستری میباشد ، فقط وجود مقدار عنصر گوگرد در این چدنها بسیار حساسیت دارد .
افزودن مقدار کمی از عنصر منیزیم( Mg ) به چدن مذاب باعث کروی شدن گرافیت و تولید چدن نشکن خواهد شد . بالا بودن مقدار کربن و سیلیسیم باعث افزایش محفوظ ماندن مزایای فرآیند ریخته گری و قابلیت ماشینکاری در این چدنها میشود .
مدول الاستیک چدن نشکن زیاد است و استحکام تسلیم آن در محدوده خوبی قرار دارد ، از طرفی انعطاف پذیری این آلیاژها بسیار خوب است .
وجود گوگرد د ر این چدنها باعث اتلاف منیزیم به شکل سولفورید منیزیم Mgs می شود بنابراین مقدار گوگرد در این آلیاژها نباید از 03/0% بیشتر باشد .
ضخامت مقطع تاثیر بسیار محدودی برخواص آن دارد . ضخامت این چدن بطور کلی اثری بر میزان سختی آن نخواهد داشت .
انواع مختلف چدنهای داکتیل یا نشکن باخواص مکانیکی متفاوت و ریز ساختارهای مختلف وجود دارند . از نظر ترکیب شیمیایی معمولاً تفاوتی بین انواع مختلف این چدن وجود ندارد ، مگر اینکه جهت کاربردهای از پیش تعیین شده وطراحی های از قبل صورت گرفته عمداً اختلاف در ترکیب شیمیایی ایجاد گردد ، این تغییرات ترکیب شیمیایی به منظور بهبود ساختمان میکروسکوپی قطعه صورت می گیرد .
5) چدن با گرافیت فشرده :
در این چدنها گرافیت به شکل ورقه های ضخیم و کرمی شکل خواهد بود که هر یک از این ورقه ها با یک دانه موجود در زمینه فلز ارتباط دارد این چدنها از نظر خواص در بین خواص چدن خاکستری و خواص چدن نشکن قرار دارند . شکل گرافیت فشرده تحت عناوین :
1 ) شبه ورقه ای 2) ورقه متراکم 3) نیمه کروی 4) گرافیت کرمی شکل
قرار دارد .
zn ) :
شمشهای روی با درجه خلوص 7/98 تا 5/99 درصد روی در
استانداردهای مختلف بین المللی تهیه میشوندو همواره حاوی ناخالصیهایی
از قبیل مس ، کادمیوم ، آهن ، سرب و گاهی قلع و آنتیموان می باشند .
در ذوب آلومینیوم معمولاً از شمشهای روی با درجه خلوص 9/99
استفاده می شود تا میزان ناخالصیها ، به خصوص آهن تقلیل یابد . نقطه
ذوب روی 419 درجه سانتیگراد و وزن مخصوص آن 1/7 گرم بر سانتیمتر مکعب است .
منیزیم ( mg ) :
در مواقعی که درصد کمی از منیزیم مورد نیاز باشد ، می توان مستقیماً منیزیم رابه مذاب آلومینیوم اضافه نمود که شمشهای آن با درجه
خلوص 9/99 حاوی ناخالصیهایی از قبیل آهن ، سدیم ، آلومینیوم ، پتاسیم ، مس و نیکل می باشند . نقطه ذوب منیزیم650 درجه سانتیگراد
و وزن مخصوص آن 74/1 و در شمشهای 5/2 تا 15 کیلو گرمی تهیه می شود .
سیلیسیم ( si ) :
این عنصر به دو صورت سیلومین و یا سیلیسیم کریستالیزه به
آلومینیوم اضافه می شود.ترکیبات سیلومینی با 10 تا 13 درصد سیلیسیم
وجود دارد . شمش سیلیسیم کریستالیزه با درجه خلوص 5/99 تا 9/99
درصد سیلیسیم همراه ناخالصیهایی از قبیل آهن ، آلومینیوم دارای نقطه
ذوبی حدود 1400 درجه سانتیگراد و وزن مخصوص آن 4/2 می باشد .
منگنز ، مس ، آهن ، نیکل ، کروم مستقیماً به مذاب آلومینیوم اضافه نمیگردند و در مورد این عناصر معمولاً ازآمیژانها استفاده میکنند .
شمشهای دوباره ذوب ( ثانویه ) و قراضه :
شمشهای ثانویه که از ذوب و تصفیه قراضه هاوآلیاژهای برگشتی
تهیه میشوند معمولاً از کنترل کیفی مطلوب برخوردارند و حاوی مقداری
ناخا لصیهای معمولی در آلومینیوم مانند مس ، آهن و سیلیسیم هستند .
قراضه ها و قطعات برگشتی بایستی به دقت از نظر ترکیب شیمیایی کنترل ودسته بندی شوند . استفاده مستقیم ازقراضه هاو قطعات
کوچک ( براده ، پلیسه و اضافات تراشکاری ) به دلیل افزایش سطح تماس و شدت اکسید اسیون عملاً نامطلوب میباشد و ترجیحاً این قطعات
را تحت نیروی پرسهای هیدرولیکی فشرده و در بلوکه های مختلف به کار می برند . برگشتیها همچنین آغشته به روغن گریس ، رطوبت و ...
می باشند که بایستی قبل از استفاده و ذوب دقیقاً تمیز و از کثافات روغن
بر کنار باشند و معمولاً از دستگاههای دوار و خشک کننده در این مورد
استفاده می کنند .
از آنجا که قراضه ها معمولاً ترکیبات ناشناخته ای دارند ، اغلب
ترجیح داده می شود که آنها را در کارگاه ریخته گری ذوب و پس از
کنترل و آنالیز کیفی مورد استفاده قرار دهند .
آلیاژ سازها ( Hardeners ) :
این عناصر که به نامهای Master alloys و Temper alloys
نیز نامیده می شوند به مقدار زیادی در صنایع ریخته گری آلومینیوم به
کارمیروند ، زیرا آلومینیوم با نقطه ذوب کم اغلب قادربه ذوب و پذیرش
مستقیم عناصر با نقطه ذوب بالا نیست ( مس 1083 ، نیکل 1455 ،
سیلیسیم 1415 ، آهن 1539 و تیتانیم 1660 درجه سانتیگراد ) .