تحقیق چدنهای پر آلیاژ

مقدمه

نخستین خانواده چدنهای پر آلیاژ كه بیشترین اهمیت را كسب كردند چدنهای نایهارد بودند با زمینه مارتنزینی، كاربیدی، كربن در آنها از 5/2% تا 6/3% متغیر می‌باشد. در این چدنها تشكیل عنصر اساسی است كه به منظور به تعویق افتادن تشكیل پرلیت است و كاهش سرعت بحرانی سرد شدن در رنج 3/3% تا5/0 به كار می‌رود كه نتیجتاً مارتزیت به همراه مقداری آستیت باقیمانده در زمینه ساختار به وجود می‌آید. كروم در رنج %5/3 – 4/1% اضافه می‌شود، برای حصول اطمینان از اینكه مازاد كربن آلیاژ به جرم كاربیدهای پایدار می‌سازد و همچنین از خاصیت گرافیت زایی نیكل نیز جلوگیری به عمل می‌آید. تركیب كاربیدها به علاوه مارتنزیت زمینه‌ای با مقاومت سایشی خوبی ایجاد می‌كند. تعیین درصد عناصر آلیاژی در چدنهای نایهار بستگی دارد به ابعاد قطعه و خواصی كه از آن انتظار می‌رود. زمانیكه مقاومت سایشی خوب و ضربه‌پذیری پایین مورد نظر باشد كاربیدهای درشت‌تر انتخاب شده و نتیجتاً درصد كربن بین 6/3 -3/3% انتخاب می‌شود و زمانیكه قطعه در معرض بارهای ضربه‌ای قرار می‌گیرد كربن بین 2/3-7/2% متغیر خواهد بود. درصد عناصر بستگی به سرعت سرد شدن و ضخامت قطعه دارد برای قطعات با ضخامت 1 تا 2 اینچ سیكل بین 2/4 – 4/3% برای به تعویق انداختن در تبدیل پرلیتی و اطمینان از تبدیل كامل مارتنزیتی ضروری است. چنانچه ضخامت قطعه بالاتر باشد نیكل از 5/5 – 4% مورد استفاده قرار می‌گیرد تا پرلیت تشكیل شود.

در نایهارد نوع II چنانچه درصد نیكل پایین باشد پرلیت تشكیل می‌شود و چنانچه مقدار نیكل زیاد باشد به پایداری استنیت كمك می‌كند. تفاوت اصلی در بین 4 آلیاژ چدنهای نایهارد در كاربردد آنهاست. در جدول زیر كه بر اساس ASTM است مشخصات كلی این 4 كلاس متفاوت نایهارد با هم مقایسه شده است:

 

M5%

%cr

% Ni

%mn

%si

%T.c

Tape

Specify no

Specifying body

Min

 

4/1

5/3

 

 

3

A

A532

Fe3c

 

 

(fecr)7c3

 

 

 

 

Astm

Max

1

4

5

3/1

8/0

6/3

Min

 

4/1

5/3

 

 

5/2

B

Max

1

4

5

3/1

8/0

3

Min

 

1/1

7/2

 

 

9/2

C

Max

1

5/1

4

3/1

8/0

7/3

Min

 

7

5

 

1

5/2

D

Max

1

11

7

3/1

2/2

6/3

مقاومت به ضربه نوع D بسیار بالاتر از سه مورد قبل (A, B, C) می‌باشد. SI در آن بالاست و نقش كمك كردن به تشكیل كاربید را تسریع می‌كند چون حلالیت كربن در گاما را كاهش می‌دهد. چدنهای نیكل- سخت بوفور در عملیات خرد كردن، پودر كردن، نورد كردن، و حمل مواد به كار برده می‌شوند. دو گروه عمده چدن نیكل سخت وجود دارند، چدنهای با 4% نیكل و چدنهای با 6% نیكل و 9% كروم كه معمولاً به نیكل سخت 2 و 4 موسوم‌اند. نوع 2 چدن نیكل سخت شامل كاربیدهای یوتكتیكی M3C  لدبوریتی است و بنابراین دارای چقرمگی كمی است در صورتیكه نوع 4 چدن نیكل سخت عمدتاً شامل كاربیدهای ناپیوسته M7C3  است و در نتیجه چقرمگی نیكل سخت 4 بیشتر است. چدن نیكل سخت نوع 2 چقرمگی كمتری دارد عمدتاً در تولید غلطكهای فلز كاری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

متالورژی و كاربرد چدنهای نیكل- سخت نوع 4 تقریباً مشابه چدنهای پركروم است. اما مشاهده شده است  كه در كاربردهای خاص مانند گلوله‌های آسیاب و جدار پوسته آسیابهای سیمان با قطر زیاد كه قطعات ریختگی در آن هم تحت سایش و هم ضربات مكرر سنگین قرار دارند نیكل سخت 4 مقاومت لازم برای شكست را ایجاد نمی‌كند. به طور كلی مقاومت شكست چدنهای پركروم بیش از چدنهای نیكل سخت 4 است. مشخصه‌ای كه سبب ارجحیت بارز چدنهای نوع نیكل سخت 4 در مقایسه با چدنهای پركروم می‌شود قابلیت سختی‌پذیری عالی آن است.

محدودیت استفاده از این نوع چدنها مخصوصاً در نوع 2، مربوط به شبكه پیوسته كاربید آهن می‌شود كه دانه‌های آستینت رادر خود احاطه كرده است و باعث تردی آن می‌گردد. همچنین در مقاطع ضخیم این نوع چدنها را نمی‌توان تولید نمود زیرا امكان به وجود آمدن گرافیت آزاد و كاهش مقاومت به سایش وجود دارد. دیگر اینكه سختی فاز كاربید آهن از كاربیدهای آلیاژی كمتر است. سمانتیت یا كاربید آهن را می‌توان با كاربیدهای دیگر جایگزین نمود به این طریق این امكان وجود دارد كه چدنی تولید نمود كه فاز كاربید آن از سمانتیت سخت تر بوده و از نظر ساختاری نیز خواص مكانیكی بهتری را عاید نماید.

ساختمان سطح مقطع و تاثیر آن روی خواص مكانیكی:

عواملی كه روی خواص این گونه چدنها مخصوصاً بر روی سختی ضربه‌پذیری آن اثر می‌گذارند عبارتند از:

مکانیک