up
Search      menu
صنعت و مکانیک :: مقاله انواع چدن PDF
QR code - انواع چدن

انواع چدن

● اطلاعات کلي
چدن (cast iron) ، آلياژي از آهن- کربن و سيليسيم است که همواره محتوي عناصري در حد جزئي (کمتر از ۰.۱ درصد) و غالبا عناصر آلياژي (بيشتر از ۰.۱ درصد) بوده و به حالت ريختگي يا پس از عمليات حرارتي به کار برده ميشود. عناصر آلياژي براي بهبود کيفيت چدن براي مصارف ويژه به آن افزوده ميشود. آلياژهاي چدن در کارهاي مهندسي که در آنها چدن معمولي ناپايدار است به کار ميروند. اساسا خواص مکانيکي چدن به زمينه ساختاري آن بستگي دارد و مهمترين زمينه ساختار چدنها عبارتند از: فريتي ، پرليتي ، بينيتي و آستينتي. انتخاب نوع چدن و ترکيب آن براساس خواص و کاربردهاي ويژه مربوطه تعيين ميشود.
● طبقه بندي چدنها
چدن ها به دو گروه اصلي طبقهبندي ميشوند، آلياژهايي براي مقاصد عمومي که موارد استعمال آنها در کاربردهاي عمده مهندسي است و آلياژهاي با منظور و مقاصد ويژه از جمله چدنهاي سفيد و آلياژي که براي مقاومت در برابر سايش ، خوردگي و مقاوم در برابر حرارت بالا مورد استفاده قرار ميگيرند.
چدن هاي معمولي (عمومي)
اين چدن ها چزو بزرگترين گروه آلياژهاي ريختگي بوده و براساس شکل گرافيت به انواع زير تقسيم ميشوند:
چدن هاي خاکستري ورقه اي يا لايه اي: چدن هاي خاکستري جزو مهمترين چدن هاي مهندسي هستند که کاربردي زياد دارند نام اين چدن ها از خصوصيات رنگ خاکستري سطح مقطع شکست آن و شکل گرافيت مشتق ميشود.خواص چدن هاي خاکستري به اندازه ، مقدار و نحوه توزيع گرافيتها و ساختار زمينه بستگي دارد. خود اينها نيز به کربن و سيليسيم (C.E.V=%C+%⅓Si+%⅓P) و همچنين روي مقادير جزئي عناصر ، افزودنيهاي آلياژي ، متغيرهاي فرايندي مانند، روش ذوب ، عمل جوانه زني و سرعت خنک شدن بستگي پيدا ميکنند. اما به طور کلي اين چدن ها ضريب هدايت گرمايي بالايي داشته، مدول الاستيستيه و قابليت تحمل شوکهاي حرارتي کمي دارند و قطعات توليدي از اين چدن ها به سهولت ماشينکاري و سطح تمام شده ماشينکاري آنها نيز مقاوم در برابر سايش از نوع لغزشي است. اين خواص آنها را براي ريختگي هايي که در معرض تنشهاي حرارتي محلي با تکرار تنشها هستند، مناسب ميسازد. افزايش ميزان فريت در ساختار باعث استحکام مکانيکي خواهد شد. اين نوع حساس بودن به مقاطع نازک و کلفت در قطعات چدني بدنه موتورها مشاهده مي شود ديواره نازک و لاغر سيلندر داراي زمينهاي فريتي و قسمت ضخيم نشيمنگاه يا تاقانها زمينهاي با پرليت زياد را پيدا ميکند. همچنين در ساخت ماشين آلات عمومي ، کمپرسورهاي سبک و سنگين ، قالبها ، ميل لنگها ، شير فلکههاو اتصالات لولهها و غيره از چدنهاي خاکستري استفاده ميشود.
چدن هاي ماليبل يا چکش خوار: چدن هاي چکش خوار با ديگر چدن ها به واسطه ريخته گري آنها نخست به صورت چدن سفيد فرق ميکنند. ساختار آنها مرکب از کاربيدهاي شبه پايدار در يک زمينهاي پرليتي است بازپخت در دماي بالا که توسط عمليات حرارتي مناسب دنبال ميشود باعث توليد ساختاري نهايي از توده متراکم خوشههاي گرافيت در زمينه فريتي يا پرليتي بسته به ترکيب شيميايي و عمليات حرارتي ميشود. ترکيب به کار برده شده براساس نيازهاي اقتصادي ، نحوه باز پخت خوب و امکان جذب و امکان توليد ريختهگري انتخاب ميشود. مثلا بالا رفتن Si بازپخت را جلو انداخته و موجب عمليات حرارتي خوب و سريعي با سيلکي کوتاه ميشود و در ضمن مقاومت مکانيکي را نيز اصلاح مينمايد. تاثير عناصر به مقدار بسيار کم در اين چدن ها دست آورد ديگري در اين زمينه هستند. Te و Bi تشکيل چدن سفيد در حالت انجماد را ترقي داده، B و Al موجب اصلاح قابليت بازپخت و توام با افزايش تعداد خوشههاي گرافيت ميشود ميزان Mn موجود و نسبت Mn S براي آسان کردن عمل بازپخت ميبايستي کنترل گردد. عناصري از جمله Cu و Ni و Mo را ممکن است براي بدست آوردن مقاومت بالاتر يا افزايش مقاومت به سايش و خوردگي به چدن افزود. دليل اساسي براي انتخاب چدن هاي چکش خوار قيمت تمام شده پايين و ماشينکاري راحت و ساده آنهاست. کاربردهاي آنها در قطعات اتومبيل قطعات کشاورزي ، اتصالات لوله ها ، اتصالات الکتريکي و قطعات مورد استفاده در صنايع معدني است.
چدن هاي گرافيت کروي يا نشکن: اين چدن در سال ۱۹۴۸ در فيلادلفياي آمريکا در کنگره جامعه ريخته گران معرفي شد. توسعه سريع آن در طي دهه ۱۹۵۰ آغاز و مصرف آن در طي سال هاي ۱۹۶۰ روبه افزايش نهاده و توليد آن با وجود افت در توليد چدن ها پايين نيامده است. شاخصي از ترکيب شيميايي اين چدن به صورت کربن ۳.۷% ، سيليسيم ۲.۵% ، منگنز۰.۳% ، گوگرد ۰.۰۱% ، فسفر ۰.۰۱% و منيزيم ۰.۰۴% است. وجود منيزيم اين چدن را از چدن خاکستري متمايز ميسازد. براي توليد چدن گرافيت کروي از منيزيم و سريم استفاده ميشود که از نظر اقتصادي منيزيم مناسب و قابل قبول است. جهت اصلاح و بازيابي بهتر منيزيم برخي از اضافه شوندههايي از عناصر ديگر با آن آلياژ ميشوند و اين باعث کاهش مصرف منيزيم و تعديل کننده آن است. منيزيم ، اکسيژن و گوگرد زدا است. نتيجتا منيزيم وقتي خواهد توانست شکل گرافيتها را به سمت کروي شدن هدايت کند که ميزان اکسيژن و گوگرد کم باشند. اکسيژنزداهايي مثل کربن و سيليسيم موجود در چدن مايع اين اطمينان را ميدهند که باعث کاهش اکسيژن شوند ولي فرآيند گوگردزدايي اغلب براي پايين آوردن مقدار گوگرد لازم است. از کاربردهاي اين چدن ها در خودروسازي و صنايع وابسته به آن مثلا در توليد مفصلهاي فرمان و ديسک ترمزها ، در قطعات تحت فشار در درجه حرارت هاي بالا مثل شير فلکهها و اتصالات براي طرحهاي بخار و شيميايي غلتکهاي خشککن نورد کاغذ ، در تجهيزات الکتريکي کشتيها ، بدنه موتور ، پمپها و غيره است.
چدن هاي گرافيت فشرده يا کرمي شکل: اين چدن شبيه خاکستري است با اين تفاوت که شکل گرافيتها به صورت کروي کاذب ، گرافيت تکهاي با درجه بالا و از نظر جنس در رديف نيمه نشکن قرار دارد. ميتوان گفت يک نوع چدني با گرافيت کروي است که کرههاي گرافيت کامل نشدهاند يا يک نوع چدن گرافيت لايهاي است که نوک گرافيت گرد شده و به صورت کرمي شکل درآمدهاند. ايت چدن ها اخيرا از نظر تجارتي جاي خود را در محدوده خواص مکانيکي بين چدن هاي نشکن و خاکستري باز کرده است.
ترکيب آلياژ موجود تجارتي که براي توليد چدن گرافيت فشرده استفاده ميشود عبارت است از: Mg%۴-۵ ،Ti%۸.۵-۱۰.۵ ، Ca% ۴-۵.۵ ، Al%۱-۱.۵ ، Ce %۰.۲-۰.۵ ،Si%۴۸-۵۲ و بقيه Fe. چدن گرافيت فشرده در مقايسه با چدن خاکستري از مقاومت به کشش ، صلبيت و انعطافپذيري ، عمر خستگي ، مقاومت به ضربه و خواص مقاومت در دماي بالا و برتري بازمينهاي يکسان برخوردار است و از نظر قابليت ماشينکاري ، هدايت حرارتي نسبت به چدن هاي کروي بهتر هستند. از نظر مقاومت به شکاف و ترک خوردگي برتر از ساير چدن ها است. در هر حال ترکيبي از خواص مکانيکي و فيزيکي مناسب ، اين چدن ها را به عنوان انتخاب ايده آلي جهت موارد استعمال گوناگون مطرح ميسازد. مقاومت بالا در مقابل ترکخوردگي آنها را براي قالبهاي شمشريزي مناسب ميسازد. نشان دادن خصوصياتي مطلوب در دماهاي بالا در اين چدن ها باعث کاربرد آنها براي قطعاتي از جمله سر سيلندرها ، منيفلدهاي دود ، ديسکهاي ترمز ، ديسکها و رينگهاي پيستون شده است.
چدن هاي سفيد و آلياژي مخصوص
کربن چدن سفيد به صورت بلور سمانتيت (کربيد آهن ، Fe۳C) ميباشد که از سرد کردن سريع مذاب حاصل ميشود و اين چدن ها به آلياژهاي عاري از گرافيت و گرافيتدار تقسيم ميشوند و به صورتهاي مقاوم به خوردگي ، دماي بالا، سايش و فرسايش ميباشند.
چدن هاي بدون گرافيت: شامل سه نوع زير مي باشد:
چدن سفيد پرليتي: ساختار اين چدنها از کاربيدهاي يکنواخت برجسته و توپر M۳C در يک زمينه پرليتي تشکيل شده است. اين چدنها مقاوم در برابر سايش هستند و هنوز هم کاربرد داشته ولي بينهايت شکننده هستند لذا توسط آلياژهاي پرطاقت ديگري از چدن هاي سفيد آلياژي جايگزين گشتهاند.
چدن سفيد مارتنزيتي (نيکل- سخت): نخستين چدن هاي آلياژي که توسعه يافتند آلياژهاي نيکل- سخت بودند. اين آلياژها به طور نسبي قيمت تمام شده کمتري داشته و ذوب آنها در کوره کوپل تهيه شده و چدن هاي سفيد مارتنزيتي داراي نيکل هستند. Ni به عنوان افزايش قابليت سختي پذيري براي اطمينان از استحاله آستنيتي به مارتنزيتي در طي مرحله عمليات حرارتي به آن افزوده ميشود. اين جدن ها حاوي Cr نيز به دليل افزايش سختي کاربيد يوتکتيک هستند. اين چدنها داراي يک ساختار يوتکتيکي تقريبا نيمه منظمي با کاربيدهاي يکنواخت برجسته و يکپاره M۳C هستند که بيشترين فاز را در يوتکتيک دارند و اين چدنها مقاوم در برابر سايش هستند.
چدن سفيد پرکرم: چدن هاي سفيد با Cr زياد ترکيبي از خصوصيات مقاومت در برابر خوردگي ، حرارت و سايش را دارا هستند اين چدنها مقاومت عالي به رشد و اکسيداسيون در دماي بالا داشته و از نظر قيمت نيز از فولادهاي ضد زنگ ارزان تر بوده و درجاهايي که در معرض ضربه و يا بازهاي اعمالي زيادي نيستند به کار برده ميشوند اين چدنها در سه طبقه زير قرار ميگيرند:
۱) چدنهاي مارتنزيتي با Cr %۱۲-۲۸
۲) چدنهاي فريتي با ۳۴-۳۰% Cr
۳) چدنهاي آستنيتي با ۳۰-۱۵%Cr و ۱۵-۱۰% Niبراي پايداري زمينه آستنيتي در دماي پايين.
طبقه بندي اين چدنها براساس دماي کار ، عمر کارکرد در تنش هاي اعمالي و عوامل اقتصادي است. کاربرد اين چدنها در لولههاي رکوپراتو ، ميله ، سيني ، جعبه در کورههاي زينتر و قطعات مختلف کورهها، قالبهاي ساخت بطري شيشه و کاسه نمدهاي فلکهها است.
چدن هاي گرافيت دار:
چدن هاي آستنيتي: شامل دو نوع (نيکل- مقاوم) و نيکروسيلال Ni-Si ، که هر دو نوع ترکيبي از خصوصيات مقاومت در برابر حرارت و خوردگي را دارا هستند. اگرچه چدن هاي غير آلياژي به طور کلي مقاوم به خوردگي بويژه در محيط هاي قليايي هستند، اين چدنها به صورت برجستهاي مقاوم به خوردگي در محيط هايي مناسب و مختص خودشان هستند. چدن هاي نيکل مقاوم آستنيتي با گرافيت لايهاي که اخيرا عرضه شدهاند از خواص مکانيکي برتري برخوردار بوده ولي خيلي گران هستند. غلظت نيکل و کرم در آنها بسته به طبيعت محيط خورنده شان تغيير ميکند. مهمترين کاربردها شامل پمپهاي دندهاي حمل اسيد سولفوريک، پمپ خلا و شيرهايي که در آب دريا مصرف ميشوند، قطعات مورد استفاده در سيستمهاي بخار و جابهجايي محلولهاي آمونياکي، سود و نيز براي پمپاژ و جابجايي نفت خام اسيدي در صنايع نفت هستند.
چدن هاي فريتي: شامل دو نوع زير ميباشد: چدن سفيد ۵% سيليسيم در سيلال که مقاوم در برابر حرارت ميباشد و نوع ديگر چدن پرسيليسيم (۱۵%) که از مقاومتي عالي به خوردگي در محيطهاي اسيدي مثل اسيد نيتريک و سولفوريک در تمام دماها و همه غلظتها برخوردارند. اما برخلاف چدن هاي نيکل- مقاوم ، عيب آن ، ترد بودن است که تنها با سنگزني ميتوان ماشينکاري نمود. مقاومت به خوردگي آنها در برابر اسيدهاي هيدروکلريک و هيدروفلوريک ضعيف است. جهت مقاوم سازي به خوردگي در اسيد هيدروکلريک ميتوان با افزودن Si تا ۱۸-۱۶% ، افزودن Cr%۵-۳ يا Mo %۴-۳ به آلياژ پايه ، اقدام نمود.
چدن هاي سوزني: در اين چدنها Al به طور متناسبي جانشين Si در غلظت هاي کم ميگردد. چدن هاي آلياژهاي Alدار تجارتي در دو طبقه بندي يکي آلياژهاي تا Al %۶ و ديگري Al%۱۸-۲۵ قرار ميگيرند. Al پتانسيل گرافيتهشدگي را در هر دوي محدودههاي ترکيبي ذکر شده حفظ کرده و لذا پس از انجماد چدن خاکستري بدست ميآيد. اين آلياژ به صورت چدنهاي گرافيت لايهاي ، فشرده و کروي توليد ميشوند. مزاياي ملاحظه شده شامل استحکام به کشش بالا ، شوک حرارتي و تمايل به گرافيته شدن و سفيدي کم ميباشند که قادر ميسازند قطعات ريختگي با مقاطع نازکتر را توليد کرد. چدن هاي با Al کم مقاومت خوبي به پوسته پوسته شدن نشان داده و قابليت ماشينکاري مناسبي را نيز دارا هستند. محل هاي پيشنهادي جهت کاربرد آنها منيفلدهاي دود ، بدنه توربوشارژرها ، روتورهاي ديسک ترمز، کاسه ترمزها ، برش سيلندرها، ميل بادامکها و رينگهاي پيستون هستند. وجود Al در کنار Si در اين نوع چدنها باعث ارائه خواص مکانيکي خوب توام با مقاومت به پوستهشدگي در دماهاي بالا ميشود. اين آلياژها مستعد به تخلخلهاي گازي هستند. آلومينيوم حل شده در مذاب مي توان با رطوبت يا هيدروکربنهاي موجود در قالب ترکيب شده و هيدروژن آزاد توليد کند. اين هيدروژن آزاد قابل حل در فلز مذاب بوده و باعث به وجود آوردن مکهاي سوزني شکل در انجماد ميشود.

● اطلاعات کلي چدن (cast iron) ، آلياژي از آهن- کربن و سيليسيم است که همواره محتوي عناصري در حد جزئي (کمتر از ۰.۱ درصد) و غالبا عناصر آلياژي (بيشتر از ...

● اطلاعات کلي چدن (cast iron) ، آلياژي از آهن- کربن و سيليسيم است که همواره محتوي عناصري در حد جزئي (کمتر از ۰.۱ درصد) و غالبا عناصر آلياژي (بيشتر از ...

● جوشکاري فلزات رنگين با گاز استيلن يا کاربيت ( يا فلزات غير آهني) فلزات غير آهني يا فلزات رنگي به فلزاتي گفته مي شود که فاقد آهن و يا آلياژهاي آن باش ...

ريخته گري ريخته گري يکي از مهمترين فرآيند هاي توليد است ، به طوري که مثلا در ايالات متحده آمريکا که يک کشور توسعه يافته صنعتي مي باشد، ريخته گري از نظ ...

مقصود از اين آلياژها، آلياژهايي است که اجزاي اصلي آن ها را آهن و کربن تشکيل مي دهند. در حدود ۰.۰۱ درصد از کربن حل شده در آهن، تشکيل محلول جامدي را مي ...

امروزه در دنياي قطعات پرسي، استفاده از ابزار با کيفيت براي توليد قطعات، مرغوبيت خطوط تغذيه توليد محصول را در کارخانه­ هاي بزرگ تضمين مي­کند و اعتبار ز ...

● نسبت مايع برگشتي نسبت حجم مايع برگشتي به داخلي و محصول بالايي برج را نسبت مايع برگشتي گويند. از آنجا که محاسبه مايع برگشتي داخلي نياز به محاسبات دقي ...

دانلود نسخه PDF - انواع چدن