انواع ریخته گری آهن

انواع ریخته گری آهن

در این فصل انواع مختلف ریخته گری آهن مورد بحث قرار خواهد گرفت.

ریخته گری آهن خاکستری

ویژگی چدن خاکستری ریزساختار گرافیکی آن است که می تواند باعث شکستگی مواد شود و ظاهری خاکستری داشته باشد. این یکی از رایج ترین نوع چدن و ​​همچنین مواد ریخته گری رایج بر اساس وزن است. اکثر چدن های خاکستری دارای تجزیه شیمیایی 2.5 تا 4 درصد کربن، 1 تا 3 درصد سیلیکون و بقیه ترکیبی از آهن هستند.

این نوع چدن در مقایسه با فولاد استحکام کششی کمتر و مقاومت کمتری در برابر ضربه دارد. مقاومت فشاری آن با فولاد کربن کم و متوسط ​​قابل مقایسه است.

تمام این خواص مکانیکی توسط شکل پوسته گرافیت و اندازه ورقه های گرافیتی که در ریزساختار چدن خاکستری وجود دارد کنترل می شود.

ریخته گری آهن سفید

این نوع آهن دارای سطوح شکستگی است که به دلیل وجود رسوب کاربید آهن به نام سمنتیت سفید است. کربن موجود در چدن سفید از مذاب به عنوان سیمانیت فاز پایدار رسوب می کند تا به صورت گرافیت. این امر با محتوای سیلیکون کمتر به عنوان عامل گرافیتی و سرعت خنک‌سازی سریع‌تر حاصل می‌شود. پس از این بارش، سمنتیت به صورت ذرات بزرگ تشکیل می شود.

در طول رسوب کاربید آهن، رسوب، کربن را از مذاب اصلی می کشد، بنابراین مخلوط را به سمت چیزی که به یوتکتیک نزدیکتر است، می برد. فاز باقیمانده کاهش آهن به آستنیت کربن است که پس از سرد شدن به مارتنزیت تبدیل می شود.

این کاربیدهای یوتکتیک حاوی آنقدر بزرگ هستند که نمی توانند مزیت سخت شدن بارش را فراهم کنند. در برخی از فولادها ممکن است رسوبات سمنتیت بسیار کوچکتری وجود داشته باشد که ممکن است با ممانعت از حرکت نابجایی ها از طریق ماتریس فریت آهن خالص، تغییر شکل پلاستیک را حمل کند. آنها یک مزیت دارند زیرا سختی حجیم چدن را صرفاً به دلیل سختی و کسر حجمی خود افزایش می دهند. این باعث می‌شود که سختی توده‌ای با قاعده‌ای از مخلوط‌ها تخمین زده شود.

این سختی در هر صورت به بهای چقرمگی ارائه می شود. چدن سفید را می توان به طور کلی به عنوان سیمان طبقه بندی کرد، زیرا کاربید بخش بزرگتری از مواد را تشکیل می دهد. آهن سفید برای استفاده در اجزای ساختاری بسیار شکننده است، اما به دلیل سختی خوب، مقاومت در برابر سایش و هزینه کم، می توان از آن به عنوان سطح سایش پمپ های دوغاب استفاده کرد.

سرد کردن قطعات ریخته گری ضخیم با سرعت بیشتری سخت است که برای جامد شدن مذاب به عنوان چدن سفید کافی است، با این حال می توان از خنک شدن سریع برای جامد کردن جهنمی از چدن سفید استفاده کرد و پس از آن باقیمانده آن باقی خواهد ماند. با سرعت کمتری خنک شود و در نتیجه هسته ای از چدن خاکستری تشکیل شود. این قالب گیری به دست آمده، ریخته گری سرد نامیده می شود و دارای مزایای داشتن سطح سخت اما با فضای داخلی سخت تر است.

آلیاژهای آهن سفید با کروم بالا توانایی ریخته گری عظیم حدود 10 تنی پروانه را برای ریخته گری شن و ماسه داشتند. این به دلیل این واقعیت است که کروم سرعت خنک‌سازی مورد نیاز برای تولید کاربیدها را از طریق ضخامت‌های بیشتر مواد کاهش می‌دهد. کاربیدهایی با مقاومت سایشی عالی نیز توسط عناصر کروم تولید می شوند.

ریخته گری چکش خوار

چدن چکش خوار به عنوان یک ریخته گری آهن سفید شروع می شود، سپس در دمای حدود 950 درجه سانتی گراد به مدت دو یا یک روز عملیات حرارتی می شود و سپس برای مدت زمان مشابه خنک می شود.

سپس کربن موجود در کاربید آهن به دلیل این فرآیند گرمایش و سرمایش به گرافیت و فریت به اضافه کربن تبدیل می‌شود. این فرآیند کم است، اما کشش سطحی را قادر می‌سازد تا گرافیت را به‌جای ورقه‌ای به ذرات کروی تبدیل کند.

کروی ها نسبتاً کوتاه هستند و به دلیل نسبت ابعاد کم آنها از یکدیگر دورتر هستند. آنها همچنین دارای سطح مقطع کمتر، ترک در حال انتشار و فوتون هستند. برخلاف پولک‌ها، آن‌ها حاوی مرزهای صاف هستند که در کاهش مشکلات تمرکز تنش که در چدن خاکستری یافت می‌شود، سهیم هستند. در مجموع، خواص موجود در چدن چکش خوار بیشتر شبیه خواص فولادی است که ماهیت ملایمی دارد.

ریخته گری چدن داکتیل

این چدن که گاهی به آن چدن گره‌دار نیز گفته می‌شود، گرافیت خود را به شکل گره‌های بسیار ریز دارد که گرافیت دارای لایه‌هایی است که هم‌مرکز هستند و در نتیجه گره‌ها را تشکیل می‌دهند. با توجه به این، خواص ازچدن داکتیلفولاد اسفنجی است که هیچ اثر غلظت تنش تولید شده توسط ورقه های گرافیت ندارد.

مقدار غلظت کربن موجود در آن حدود 3 تا 4 درصد و سیلیکون حدود 1.8 درصد تا 2.8 درصد است. مقادیر کمی از 0.02 درصد تا 0.1 درصد منیزیم و تنها 0.02 درصد تا 0.04 درصد سریم زمانی که به این آلیاژها اضافه می شود، سرعت رشد بارش گرافیت را از طریق اتصال به لبه های خطوط گرافیت کاهش می دهد.

به دلیل کنترل دقیق سایر عناصر و زمان‌بندی مناسب در طول فرآیند، کربن می‌تواند به‌عنوان ذرات کروی شکل از هم جدا شود. ذرات حاصل شبیه چدن چکش خوار هستند، اما قطعات را می توان با مقاطع بزرگتر ریخته گری کرد.

عناصر آلیاژی

خواص چدن تغییر کرده و در عناصر آلیاژی یا آلیاژهای مختلف در چدن اضافه می شود. در راستای کربن، عنصر سیلیکون قرار دارد زیرا توانایی خروج کربن از محلول را دارد. درصد کمتری از سیلیکون نمی تواند به طور کامل به این هدف برسد زیرا به کربن اجازه می دهد در محلول باقی بماند، بنابراین کاربید آهن تشکیل می شود و همچنین چدن سفید تولید می شود.

درصد یا غلظت بیشتری از سیلیکون قادر است کربن را از محلول خارج کند و سپس گرافیت را تشکیل دهد و همچنین چدن خاکستری تولید کند. سایر عوامل آلیاژی که ذکر نشده اند عبارتند از منگنز، کروم، تیتانیوم و سپس وانادیم. اینها با سیلیکون مقابله می کنند، همچنین باعث حفظ کربن و در نتیجه تشکیل کاربیدها می شوند. نیکل و عنصر مس دارای مزیت هستند زیرا استحکام و ماشین کاری را افزایش می دهند، اما نمی توانند مقدار کربن تشکیل شده را تغییر دهند.

کربنی که به شکل گرافیت است باعث نرمی آهن می شود و در نتیجه اثر انقباض را کاهش می دهد، استحکام را کاهش می دهد و چگالی موجود را کاهش می دهد. گوگرد عمدتاً در صورت وجود یک آلاینده است و سولفید آهن را تشکیل می دهد که از تشکیل گرافیت جلوگیری می کند و همچنین سختی را افزایش می دهد.

عیب تحمیل شده توسط گوگرد این است که چدن مذاب را چسبناک می کند که باعث ایجاد نقص می شود. برای رفع و از بین بردن اثرات گوگرد، منگنز به محلول اضافه می شود. این کار به این دلیل انجام می شود که وقتی این دو با هم ترکیب می شوند به جای سولفید آهن، سولفید منگنز تشکیل می دهند. سولفید منگنز حاصل سبکتر از مذاب است و تمایل دارد از مذاب خارج شده و وارد سرباره شود.

مقدار تقریبی منگنز مورد نیاز برای از بین بردن اثرات گوگرد 1.7 واحد گوگرد و 0.3 درصد اضافی به آن اضافه می شود. افزودن بیش از این مقدار منگنز منجر به تشکیل کاربید منگنز می شود و این امر باعث افزایش سختی و سردی می شود مگر در آهن خاکستری که تا 1 درصد منگنز می تواند استحکام و چگالی موجود را افزایش دهد. نیکل یکی از عمومی ترین عناصر آلیاژی است زیرا تمایل به پالایش پرلیت و ساختار گرافیت دارد، بنابراین چقرمگی را بهبود می بخشد و اختلاف سختی بین ضخامت های مقطع را یکنواخت می کند.

کروم در مقادیر کم برای کاهش گرافیت آزاد و ایجاد سرما به آن اضافه می شود. این به این دلیل است که کروم یک تثبیت کننده کاربید قدرتمند است و در برخی موارد می تواند همراه با نیکل کار کند. برای کروم نیز، می توان مقدار کمی قلع را جایگزین کرد. مس در ملاقه یا کوره به ترتیب 0.5 تا 2.5 درصد اضافه می شود تا به کاهش سرما، گرافیت تصفیه شده و افزایش سیالیت دست یابد. همچنین می‌توان مولیبدن را به ترتیب از 0.3 تا 1 درصد اضافه کرد تا باعث افزایش سرما، پالایش گرافیت و اصلاح ساختار پرلیت شود.

معمولاً برای تولید آهن‌های با استحکام بالا با نیکل، مس و کروم به آن اضافه می‌شود. عنصر تیتانیوم اضافه می شود تا به عنوان یک گاز زدا و یک اکسید کننده عمل کند و سیالیت را افزایش دهد. نسبت 0.15 تا 0.5 درصد عنصر وانادیم به چدن اضافه می شود و به تثبیت سیمانیت کمک می کند تا سختی را افزایش دهد و در برابر سایش و اثرات حرارت مقاومت کند.

زیرکونیوم به تشکیل گرافیت کمک می کند و به نسبت 0.1 تا 0.3 درصد اضافه می شود. این عنصر همچنین به اکسید زدایی و افزایش سیالیت کمک می کند. در ذوب آهن چکش خوار، برای افزایش مقدار سیلیسیم که می توان اضافه کرد، بیسموت را در مقیاس 0.002 درصد تا 0.01 درصد می ریزند. در آهن سفید عنصر بور اضافه می شود که به تولید آهن چکش خوار کمک می کند و اثر درشت شدن عنصر بیسموت را کاهش می دهد.