محصولات متالورژی آهنی به طور گسترده ای در بسیاری از بخش های اقتصاد ملی استفاده می شود و فلزات آهنی همیشه در مهندسی ساخت و ساز و مکانیک مورد تقاضا است. متالورژی به لطف پتانسیل فنی بالای خود برای مدت طولانی با موفقیت در حال توسعه بوده است. محصولات چدن و ​​فولاد بیشتر در تولید و در زندگی روزمره استفاده می شود.

چدن و ​​فولاد هر دو از گروه فلزات آهنی هستند؛ این مواد آلیاژی از آهن و کربن هستند که خواص منحصر به فردی دارند. تفاوت بین فولاد و چدن، خواص و ویژگی های اصلی آنها چیست؟

فولاد و مشخصات اصلی آن

فولاد نشان می دهد آلیاژ تغییر شکل یافته آهن و کربن، که همیشه حداکثر تا 2% است و همچنین عناصر دیگر. کربن یک جزء مهم است زیرا به آلیاژهای آهن استحکام می بخشد و همچنین سختی می دهد و در نتیجه نرمی و شکل پذیری را کاهش می دهد. عناصر آلیاژی اغلب به آلیاژ اضافه می شوند که در نهایت منجر به فولاد آلیاژی و پر آلیاژ می شود، زمانی که ترکیب حاوی حداقل 45 درصد آهن و بیش از 2 درصد کربن نباشد و 53 درصد باقیمانده مواد افزودنی باشد.

فولاد مهمترین ماده در بسیاری از صنایع است که در ساختمان سازی مورد استفاده قرار می گیرد و با رشد سطح فنی و اقتصادی کشور، مقیاس تولید فولاد نیز افزایش می یابد. در زمان های قدیم، صنعتگران از ذوب بوته برای تولید فولاد ریخته گری استفاده می کردند و این فرآیند کم بهره وری و کار فشرده بود، اما فولاد از کیفیت بالایی برخوردار بود.

با گذشت زمان، فرآیندهای تولید فولاد تغییر کرد، فرآیند بوته با بسمر جایگزین شد. روش اجاق بازبه دست آوردن فولاد، که امکان ایجاد تولید انبوه فولاد ریخته گری را فراهم کرد. سپس آنها شروع به ذوب فولاد در کوره های الکتریکی کردند و پس از آن فرآیند مبدل اکسیژن معرفی شد که امکان به دست آوردن فلز به ویژه خالص را فراهم کرد. بسته به تعداد و انواع اجزای اتصال، فولاد می تواند:

• آلیاژ کم
• آلیاژ متوسط
• آلیاژ بالا

بسته به محتوای کربناتفاق می افتد:

• کربن کم
• کربن متوسط
• کربن بالا.

ترکیب فلز اغلب شامل ترکیبات غیر فلزی است - اکسیدها، فسفیدها، سولفیدها؛ محتوای آنها بسته به کیفیت فولاد متفاوت است؛ طبقه بندی کیفیت خاصی وجود دارد.

چگالی فولاد 7700-7900 کیلوگرم بر متر مکعب استو مشخصات کلی فولاد شامل شاخص هایی مانند استحکام، سختی، مقاومت در برابر سایش و مناسب بودن برای انواع مختلف فرآوری است. فولاد در مقایسه با چدن، شکل پذیری، استحکام و سختی بیشتری دارد. به دلیل شکل پذیری، پردازش آن آسان است؛ فولاد رسانایی حرارتی بالاتری دارد و کیفیت آن با سخت شدن بهبود می یابد.

عناصری مانند نیکل، کروم و مولیبدن اجزای آلیاژی هستند که هر کدام ویژگی های خاص خود را به فولاد می دهند. به لطف کروم، فولاد قوی تر و سخت تر می شود و مقاومت به سایش آن افزایش می یابد. نیکل همچنین باعث ایجاد استحکام و همچنین چقرمگی و سختی می شود و خاصیت ضد خوردگی و سختی آن را افزایش می دهد. سیلیکون ویسکوزیته را کاهش می دهد و منگنز جوش پذیری و خواص سخت شدن را بهبود می بخشد.

همه انواع فولاد موجود دارند دمای ذوب از 1450 تا 1520 درجه سانتیگرادو آلیاژهای فلزی قوی، مقاوم در برابر سایش و مقاوم در برابر تغییر شکل هستند.

چدن و ​​مشخصات اصلی آن

اساس تولید چدن نیز آهن و کربن است، اما برخلاف فولاد، کربن بیشتری دارد و همچنین ناخالصی های دیگری به صورت فلزات آلیاژی دارد. شکننده است و بدون تغییر شکل قابل مشاهده می شکند. کربن در اینجا به عنوان گرافیت یا سیمانیت و به دلیل محتوای عناصر دیگر عمل می کند چدن به انواع زیر تقسیم می شود:

نقطه ذوب چدن به میزان کربن موجود در آن بستگی دارد؛ هر چه مقدار آن در آلیاژ بیشتر باشد، دما کاهش می یابد و همچنین سیالیت آن هنگام گرم شدن افزایش می یابد. این فلز را غیر پلاستیکی، سیال و همچنین شکننده و پردازش آن را دشوار می کند. نقطه ذوب آن است از 1160 تا 1250 درجه سانتیگراد.

چدن سال ها پیش محکم وارد زندگی ما شد. تولید آن نسبتا آسان است و به طور گسترده در زمینه های مختلف استفاده می شود. برای داشتن درک روشنی از این ماده، باید ویژگی ها، معایب، مزایا، ترکیبات شیمیایی، خواص، ساختار چدن و ​​آلیاژهای آن، تولید و دامنه کاربرد آن را بدانید.

بنابراین، بیایید دریابیم که به کدام آلیاژهای آهن-کربن چدن می گویند.

مفهوم

چدن یک آلیاژ آهن-کربن حاوی کربن است، یعنی ماده ای است که از آلیاژ و کربن تشکیل شده است. درصد کربن در چدن بیش از 2.14 درصد است. عنصر اخیر را می توان در چدن به صورت گرافیت یا سیمانیت گنجاند.

این ویدیو در مورد ویژگی های چدن صحبت می کند:

انواع

چدن سفید و خاکستری وجود دارد.

• کربن موجود در چدن سفید به شکل کاربید آهن است. اگر آن را بشکنید، می توانید یک رنگ سفید را ببینید. چدن سفید به شکل خالص آن استفاده نمی شود. به فرآیند تولید آهن چکش خوار اضافه می شود.
• در شکستگی، چدن خاکستری رنگ نقره ای دارد. این نوع چدن کاربرد وسیعی دارد. به خوبی برای پردازش با کاتر مناسب است.

علاوه بر این، چدن ها دارای استحکام بالا، چکش خوار و با خواص ویژه هستند.

• استحکام بالابرای افزایش استحکام محصول از چدن استفاده می شود. خواص مکانیکی چنین چدنی این امکان را می دهد که این کار به خوبی انجام شود. چدن با مقاومت بالا از چدن خاکستری با افزودن منیزیم به جرم بدست می آید.
• چکش خوارچدن نوعی خاکستری است. این نام به این معنی نیست که این چدن به راحتی جعل می شود. خواص پلاستیسیته را افزایش داده است. از بازپخت چدن سفید به دست می آید.
• آنها نیز متمایز می شوند نیمه دلچدن. مقداری از کربن موجود در آن به صورت گرافیت و قسمت باقیمانده به صورت سمنتیت است.

ویژگی های خاص

ویژگی چدن در فرآیند تولید آن نهفته است. میانگین نقطه ذوب انواع چدن 1200 درجه سانتیگراد است. این مقدار 300 درجه کمتر از فولاد است. این به دلیل محتوای کربن بسیار بالا است. کربن و رابطه خیلی نزدیکی با یکدیگر ندارند.

هنگامی که فرآیند ذوب انجام می شود، کربن نمی تواند به طور کامل در شبکه آهن گنجانده شود. در نتیجه چدن خاصیت شکنندگی به خود می گیرد. نمی توان از آن برای ساخت قطعاتی که در معرض بار ثابت هستند استفاده کرد.

چدن یک ماده متالورژی آهنی است. ویژگی های آن اغلب با فولاد مقایسه می شود. محصولات ساخته شده از فولاد یا چدن به طور گسترده در زندگی ما استفاده می شود. استفاده از آنها موجه است. پس از مقایسه ویژگی ها، می توان در مورد این دو ماده موارد زیر را بیان کرد:

• قیمت تمام شده محصولات چدنی کمتر از قیمت تمام شده محصولات فولادی است.
• رنگ مواد متفاوت است. چدن یک ماده مات تیره است، در حالی که فولاد سبک و براق است.
• ریخته گری چدن راحت تر از فولاد است. اما جوشکاری و آهنگری فولاد آسانتر است.
• چدن دوام کمتری نسبت به فولاد دارد.
• چدن از نظر وزن سبک تر از فولاد است.
• فولاد دارای محتوای کربن بالاتری نسبت به فولاد است.

مزایا و معایب

چدن مانند هر ماده ای دارای جنبه های مثبت و منفی است.

مزایای چدن عبارتند از:

• کربن موجود در چدن می تواند در حالت های مختلف باشد. بنابراین، این ماده می تواند دو نوع باشد (خاکستری و سفید).
• انواع خاصی از چدن استحکام بیشتری دارند، بنابراین چدن گاهی اوقات روی همان خط فولاد قرار می گیرد.
• چدن می تواند دما را برای مدت طولانی حفظ کند. یعنی وقتی گرم می شود، گرما به طور یکنواخت در سراسر مواد پخش می شود و برای مدت طولانی در آن باقی می ماند.
• از نظر سازگاری با محیط زیست، چدن یک ماده تمیز است. بنابراین، اغلب برای تهیه ظروفی که بعداً در آنها غذا تهیه می شود، استفاده می شود.
• چدن در برابر شرایط اسید-باز مقاوم است.
• چدن از بهداشت خوبی برخوردار است.
• این ماده عمر مفید نسبتاً طولانی دارد. توجه شده است که هر چه چدن طولانی تر استفاده شود، کیفیت آن بهتر است.
• چدن یک ماده بادوام است.
• چدن یک ماده بی ضرر است. حتی نمی تواند آسیب جزئی به بدن وارد کند.

معایب چدن عبارتند از:

• چدن اگر برای مدت کوتاهی در معرض آب قرار گیرد زنگ می زند.
• چدن یک ماده گران قیمت است. با این حال، این منفی قابل توجیه است. چدن بسیار با کیفیت، کاربردی و قابل اعتماد است. اقلام ساخته شده از آن نیز با کیفیت و بادوام هستند.
• چدن خاکستری با شکل پذیری کم مشخص می شود.
• چدن سفید با شکنندگی مشخص می شود. عمدتاً برای ذوب استفاده می شود.

خواص و خصوصیات

1. فیزیکی. این ویژگی ها عبارتند از: وزن مخصوص، ضریب انبساط خطی، انقباض واقعی. وزن مخصوص بسته به محتوای کربن ماده متفاوت است.
2. حرارتی. رسانایی حرارتی یک ماده معمولاً با استفاده از قانون جابجایی محاسبه می شود. برای چدن جامد، ظرفیت حرارتی حجمی برابر با 1 کالری در سانتی‌متر 3 * درجه سانتی‌گراد است. اگر چدن مایع باشد، تقریباً 1.5 کالری در سانتی‌متر 3 * درجه سانتی‌گراد است.
3. مکانیکی. این خواص به خود پایه و همچنین به اندازه و شکل گرافیت بستگی دارد. چدن خاکستری با پایه پرلیت بادوام ترین و شکل پذیرترین آن با پایه فریتی است. حداکثر کاهش استحکام با شکل "صفحه" گرافیت، و حداقل - با شکل "توپ" مشاهده می شود.
4. هیدرودینامیک. ویسکوزیته در چدن بسته به وجود منگنز و گوگرد متفاوت است. همچنین هنگامی که دمای چدن از نقطه ای که انجماد شروع می شود عبور می کند، به شدت افزایش می یابد.
5. فن آوری. چدن دارای خواص ریخته گری عالی، مقاومت در برابر سایش و لرزش است.
6. شیمیایی. با توجه به پتانسیل الکترود (به ترتیب کاهشی)، اجزای ساختاری چدن به شکل زیر قرار می گیرند: سمنتیت - یوتکتیک فسفید - فریت.

تفاوت بین چدن و ​​فولاد در ترکیب شیمیایی و خواص

خواص چدن تحت تأثیر ناخالصی های خاصی است.

• بنابراین، افزودن گوگرد می تواند به طور قابل توجهی سیالیت را کاهش دهد و نسوز را کاهش دهد.
• افزودن فسفر به طور همزمان امکان ایجاد یک محصول با شکل پیچیده را فراهم می کند، اما به آن استحکام بیشتری نمی بخشد.
• مخلوط موجود در فرم باعث می شود که نقطه ذوب چندان بالا نباشد و به طور قابل توجهی خواص ریخته گری را بهبود می بخشد. درصدهای مختلف سیلیکون انواع مختلفی از چدن را از سفید خالص تا فریتی ایجاد می کند.
• منگنز خواص ریخته گری و تکنولوژیکی را بدتر می کند، اما استحکام و سختی را افزایش می دهد.

ویدئوی زیر به شما نشان می دهد که چگونه چدن را با استفاده از جوش برقی جوش دهید:

ساختار و ترکیب

اگر چدن را به عنوان یک ماده ساختاری در نظر بگیریم، یک حفره فلزی با آخال های گرافیت است. ساختار چدن عمدتاً پرلیت، لدبوریت و گرافیت داکتیل است.علاوه بر این، برای هر نوع چدن، این عناصر به نسبت های مختلف غالب هستند یا به طور کلی وجود ندارند.

با توجه به ساختار چدن عبارتند از:

• پرلیت،
• فریتی و
• فریتی-پرلیتی.

گرافیت در این ماده به یکی از اشکال زیر وجود دارد:

• کروی. گرافیت با افزودن منیزیم این شکل را به خود می گیرد. شکل کروی گرافیت مشخصه چدن های با مقاومت بالا است.
• پلاستیک. گرافیت شبیه به شکل گلبرگ است. در این شکل گرافیت در چدن معمولی وجود دارد. این چدن خاصیت شکل پذیری را افزایش داده است.
• پوسته پوسته شدن. گرافیت با بازپخت چدن سفید این شکل را به دست می آورد. گرافیت به صورت پولکی در چدن چکش خوار یافت می شود.
• ورمیکولار. شکل نامگذاری شده گرافیت در چدن خاکستری یافت می شود. این به طور خاص برای بهبود شکل پذیری و سایر خواص توسعه یافته است.

تولید فلز

در کوره های بلند مخصوص ماده اولیه اصلی برای تولید چدن می باشد. فرآیند فن آوری شامل کاهش اکسیدهای آهن سنگ معدن و به دست آوردن ماده دیگری در نتیجه - چدن است. از سوخت های زیر برای ساخت چدن استفاده می شود: کک، گاز طبیعی و آنتراسیت حرارتی.

هنگامی که سنگ معدن کاهش می یابد، آهن به شکل جامد در می آید. سپس آن را به قسمت مخصوصی از کوره (بخار) پایین می آورند، جایی که کربن در آهن حل می شود. خروجی چدن مایع است که به قسمت پایینی کوره می ریزد.

قیمت چدن (در هر کیلوگرم) به میزان کربن موجود در آن، وجود ناخالصی های اضافی و اجزای آلیاژی بستگی دارد. تقریباً قیمت یک تن چدن 8000 روبل خواهد بود.

مناطق استفاده

• برای تولید قطعات در مهندسی مکانیک استفاده می شود. بلوک های موتور و میل لنگ عمدتا از چدن ساخته می شوند. مورد دوم به چدن پیشرفته نیاز دارد که افزودنی های گرافیت خاصی به آن اضافه می شود. به دلیل مقاومت چدن در برابر اصطکاک، از آن برای ساخت لنت ترمز با کیفیت عالی استفاده می شود.
• چدن حتی در دماهای بسیار پایین می تواند به نرمی کار کند. بنابراین، اغلب در تولید قطعات ماشین آلات استفاده می شود که باید در شرایط آب و هوایی سخت کار کنند.
• چدن در زمینه متالورژی خود را به خوبی ثابت کرده است. این به دلیل قیمت نسبتا پایین و خواص ریخته گری عالی آن ارزش دارد. محصولات ساخته شده از چدن با مقاومت عالی و مقاومت در برابر سایش مشخص می شوند.
• انواع زیادی از محصولات لوله کشی از چدن ساخته می شوند. اینها شامل سینک، رادیاتور، سینک و لوله های مختلف می شود. وان های چدنی و رادیاتورهای گرمایشی از شهرت خاصی برخوردارند. برخی از آنها هنوز هم امروزه در آپارتمان ها خدمت می کنند، اگرچه سال ها پیش خریداری شده اند. محصولات چدنی ظاهر اصلی خود را حفظ کرده و نیازی به ترمیم ندارند.
• چدن به لطف خواص ریخته گری خوب خود، آثار هنری واقعی را تولید می کند. اغلب در ساخت محصولات هنری استفاده می شود. به عنوان مثال، مانند دروازه های روباز زیبا یا بناهای معماری.

آیا حمام را انتخاب می کنید؟ نمی دانید چدن بهتر است یا فولاد؟ سپس این ویدیو به شما کمک خواهد کرد:

از نظر ترکیب از فولاد با محتوای کربن بالاتر، در خواص تکنولوژیکی آن - کیفیت ریخته گری بهتر، توانایی کم در تغییر شکل پلاستیک (در شرایط عادی نمی توان آن را جعل کرد) با فولاد متفاوت است. چدن ارزان تر از فولاد است.

چدن ها طبقه بندی می شوندبا توجه به شاخص های زیر:

• وضعیت کربن:

- چدن سفید- تمام کربن در حالت محدود به شکل کاربید است.

- چدن خاکستری- کربن تا حد زیادی یا به طور کامل در حالت آزاد به شکل گرافیت لایه ای یا فیبری (گردابی) است.

- آهن انعطاف پذیر- کربن تا حد زیادی یا به طور کامل در حالت آزاد به شکل گرافیت کروی است.

- آهن چکش خوار- از بازپخت ریخته گری چدن سفید به دست می آید. تمام یا بخش قابل توجهی از کربن در حالت آزاد به شکل گرافیت پولکی (کربن آنیل شده) است.

• ساختار:

- فریتی;

- فریت-پرلیت;

- پرلیت;

• ترکیب شیمیایی:

- بدون آلیاژ;

- آلیاژ- هدف خاص.

بنابراین، چدن (به جز رنگ سفید) از نظر وجود آخال های گرافیت در سازه با فولاد متفاوت است (شکل 1)، و چدن ها در شکل این آخال ها با یکدیگر متفاوت هستند.

برنج. 1. طبقه بندی چدنبا توجه به ساختار پایه فلزی و شکل اجزاء گرافیت: آ -فریت؛ ب -فریت و پرلیت؛ V- پرلیت؛ / - لایه لایه؛ 2- چرخش؛ 3 - پوسته پوسته شدن 4- کروی.

خواص مکانیکی چدن به ساختار و عمدتاً به شکل، کمیت، اندازه و ماهیت توزیع آخال‌های گرافیت بستگی دارد. اجزاء گرافیت خواص فنی و عملیاتی چدن را تعیین می کند. وجود آخال های گرافیت، پردازش قطعات چدنی را با برش به دلیل براده های شکننده تسهیل می کند. گرافیت مقاومت در برابر سایش را افزایش می دهد و خواص ضد اصطکاک خوبی را به چدن از طریق عملکرد "روغکاری" خود می بخشد. چدن نسبت به انواع عیوب سطحی، بریدگی ها، شیارها و غیره حساسیت کمی دارد، زیرا آخال های گرافیت خود متمرکز کننده تنش هستند و افزودن چند عدد دیگر به آن ها تاثیر قابل توجهی بر استحکام کلی ماده ندارد. برخلاف پایه فلزی، گرافیت ارتعاشات الاستیک را به خوبی منتقل نمی کند، بنابراین چدن دارای ظرفیت میرایی بالایی است که به آن اجازه می دهد ارتعاشات و ارتعاشات تشدید را کاهش دهد.

سختی چدن بستگی کمی به شکل اجزای گرافیت دارد و توسط ساختار پایه فلزی تعیین می شود. چدن های فریتی دارای سختی 150 HB و چدن فریت-پرلیت دارای سختی ~200 HB هستند. پرلیت ~ 250 HB.

ناخالصی های موجود در چدن

چدن صنعتی معمولی حاوی همین است ناخالصی ها به عنوان فولاد کربنی، یعنی منگنز، سیلیکون، گوگرد و فسفر، اما در مقادیر بیشتر. این ناخالصی ها به طور قابل توجهی بر شرایط گرافیتی شدن و به تبع آن ساختار و خواص چدن تأثیر می گذارد.

سیلیکونبه ویژه تأثیر قوی بر ساختار چدن دارد و باعث افزایش گرافیت می شود. محتوای سیلیکون در چدن بسیار متفاوت است: از 0.3-0.5 تا 3-5٪. با تغییر محتوای سیلیکون، می توان چدن هایی را به دست آورد که از نظر خواص و ساختار کاملاً متفاوت هستند - از سفید کم سیلیکون تا فریتی با سیلیکون بالا (خاکستری با لایه ای یا با استحکام بالا با گرافیت گره ای).

منگنزبرخلاف سیلیکون، از گرافیت شدن جلوگیری می کند، یا همانطور که می گویند باعث سفید شدن چدن می شود.

گوگردهمچنین به سفید شدن چدن کمک می کند، اما در عین حال خواص ریخته گری آن را بدتر می کند (به ویژه سیالیت را کاهش می دهد). بنابراین، محتوای گوگرد در چدن محدود است: حد بالایی برای ریخته گری های کوچک 0.08٪ است. برای بزرگترها (زمانی که می توان سیالیت کمی بدتر را تحمل کرد) - تا 0.1-0.12٪ S.

فسفرعملاً هیچ تأثیری بر روند گرافیتی شدن ندارد. با این حال، فسفر یک ترکیب مفید در چدن است، زیرا سیالیت را بهبود می بخشد.

چدن سفید

چدن این نام را از نوع شکستگی گرفته که رنگ سفید مات دارد. تمام کربن موجود در این چدن به صورت سمنتیت در حالت چسبیده است. چدن های سفید بسته به محتوای کربن می توانند هیپوئوتکتیک (پرلیت + لدبوریت)، یوتکتیک (لدبوریت) و هایپریوتکتیک (سمنتیت اولیه + لدبوریت) باشند. این چدن ها به دلیل وجود مقدار زیادی سمنتیت در آن ها با سختی بالا (450-550 HB) متمایز می شوند. بنابراین بسیار شکننده هستند و برای ساخت قطعات ماشین آلات استفاده نمی شوند. ریخته گری چدن سفید برای تولید بعدی چدن چکش خوار با استفاده از آنیل گرافیتی استفاده می شود. متعاقباً برای ساخت قطعات با استحکام خستگی افزایش یافته استفاده می شود: میل لنگ و میل بادامک، صندلی سوپاپ، چرخ دنده های پمپ روغن، کالیپرهای ترمز دیسکی و غیره.

چدن های سفید شده دارای لایه های سطحی (30-12 میلی متر) با ساختار چدن سفید و هسته ای با ساختار چدن خاکستری هستند. سختی سطح بالای چنین ریخته گری مقاومت آن را در برابر سایش افزایش می دهد. بنابراین، چدن سفید شده برای ساخت رول های آسیاب ورق، چرخ ها، لنت ترمز و بسیاری از قطعات دیگر که در شرایط افزایش سایش کار می کنند، استفاده می شود.

چدن خاکستری

چدن نام خود را از نوع شکستگی که به رنگ خاکستری است گرفته است. چدن خاکستری حاوی گرافیت در ساختار خود است. ساختار چدن از یک پایه فلزی و گرافیت (به صورت صفحات) تشکیل شده است و خواص آن به این دو جزء بستگی دارد.

در مقایسه با کاغذ، گرافیت دارای خواص مکانیکی پایینی است، بنابراین تا حدودی می‌توان فرض کرد که مکان‌هایی که اشغال می‌کند، حفره‌ها و ترک‌ها هستند. با افزایش تعداد حفره ها، خواص مکانیکی چدن به شدت بدتر می شود. تحت تنش های کششی، مراکز شکست به راحتی در انتهای آخال های گرافیت ایجاد می شوند. چدن تحت فشار و خمش بسیار بهتر عمل می کند.

چدن های خاکستری آلیاژهایی با ترکیب پیچیده حاوی آهن، کربن، سیلیکون، منگنز و ناخالصی هایی مانند گوگرد و فسفر هستند. دومی تا حدی در فریت حل می شود (~0.3٪) و علاوه بر این، با نقطه ذوب 950 درجه سانتیگراد وارد یوتکتیک سه تایی (Fe-C-P) می شود. این به طور قابل توجهی خواص ریخته گری چدن را بهبود می بخشد.

گوگرد ناخالصی مضری است که خواص مکانیکی و ریخته گری چدن را کاهش داده و تمایل به ایجاد ترک در آنها را افزایش می دهد.

سیلیکون در ترکیب چدن خاکستری (3-1 درصد) به عنوان عنصر شیمیایی اصلی گنجانده شده و باعث افزایش آزادسازی گرافیت در هنگام انجماد و تجزیه سمنتیت آزاد شده می شود.

منگنز (0.2-1.1٪) تأثیر مثبتی بر خواص مکانیکی چدن دارد، اما فرآیند گرافیتی شدن را پیچیده می کند یا باعث سفید شدن آن می شود. بنابراین، می توان گفت که درجه گرافیت به طور مستقیم به مقدار کربن (2.2-3.7٪) و سیلیکون (1-3٪) در چدن بستگی دارد.

در مقادیر کم، کروم، نیکل و مس می توانند از سنگ معدن وارد چدن خاکستری شوند که بر شرایط گرافیتی شدن نیز تأثیر می گذارد. تعداد اجزاء گرافیت و ساختار پایه بر خواص چدن خاکستری تأثیر می گذارد.

بر اساس ساختار پایه فلزی، چدن های خاکستری به سه گروه تقسیم می شوند:

1) پرلیت خاکستری با ساختار پرلیت + گرافیت (مقدار کربن متصل ~ 0.8٪ است).

2) فریت-پرلیت خاکستری با ساختار فریت + پرلیت + گرافیت (مقدار کربن محدود کمتر از 0.8 است).

3) فریت خاکستری با ساختار فریت + گرافیت (تمام کربن به شکل گرافیت).

خواص مکانیکی چدن خاکستری به خواص پایه فلزی و مقدار، شکل و اندازه اجزاء گرافیت (حفره) آن بستگی دارد.

علامت گذاریچدن خاکستری

طبق GOST 1412-85، تعیین چدن شامل ترکیبی از حروف و اعداد، به عنوان مثال SCH15 است. SCH مخفف چدن خاکستری است، اعداد نشان دهنده ارزش استحکام کششی است. این استاندارد درجات زیر را از چدن ارائه می کند: SCh10; SCH15; SC18; SC20; SC21; SCH24; SC25; SCH30; SC35; SC40; SCH45.

مقادیر شاخص های برخی از چدن های خاکستری در جدول آورده شده است. 1.

میز 1.خواص مکانیکی برخی از چدن های خاکستری

وجود گرافیت به سنگ زنی براده ها در حین برش کمک می کند و خاصیت روان کنندگی دارد که باعث افزایش مقاومت در برابر سایش چدن می شود.

چدن خاکستری فریتی SCh10 و SCh15 برای قطعات با بار کم و متوسط ​​استفاده می شود: روکش ها، فلنج ها، فلایویل ها، کالیپرها، درام های ترمز، دیسک های درایو کلاچ و غیره.

چدن خاکستری فریتی-پرلیت SCh20 و SCh25 برای قطعاتی که تحت بارهای استاتیکی و دینامیکی افزایش یافته کار می کنند استفاده می شود: بلوک سیلندر موتور، پیستون سیلندر، درام کلاچ، تخت ماشین و غیره.

چدن پرلیت برای ریخته گری قاب ماشین آلات و مکانیزم های قدرتمند استفاده می شود. اغلب از چدن های اصلاح شده خاکستری پرلیت استفاده می شود. چنین چدن هایی با افزودن مواد افزودنی ویژه به چدن مایع قبل از ریخته گری - فروسیلیس (0.3-0.6٪ وزن بار) یا سیلیکون کلسیم (0.3-0.5٪ وزن بار) به دست می آیند. از جمله چدن‌هایی می‌توان به چدن‌های گرید SCh40 و SCh45 اشاره کرد که به دلیل اصلاح شکل آخال‌های گرافیت، خواص مکانیکی بالاتری دارند. این چدن ها برای ساخت محفظه پمپ ها، کمپرسورها و درایوهای هیدرولیک استفاده می شود.

برای قطعاتی که در دماهای بالا کار می کنند، از چدن خاکستری آلیاژی استفاده می شود که علاوه بر آن حاوی کروم، نیکل، مولیبدن و آلومینیوم است.

آهن چکش خوار

چدن چکش خوار را چکش خوار می نامند زیرا می توان آن را تحت عملیات تحت فشار قرار داد، البته چدن آهنگری نمی شود و قطعات چدنی به دلیل این که چدن چکش خوار در مقایسه با چدن خاکستری شکل پذیری بالاتری دارد، فقط از طریق ریخته گری تولید می شود.

چدن چکش خوار با بازپخت گرافیتی ریخته گری های چدن هیپویوتکتیک سفید تولید می شود. چدن چکش خوار نباید حاوی مقدار زیادی منگنز باشد، زیرا در حین بازپخت با فرآیند گرافیتی شدن و همچنین مقدار زیادی کربن و سیلیکون تداخل ایجاد می کند، که به دست آوردن قطعات ریخته گری از چدن سفید را دشوار می کند، زیرا در هنگام تبلور، گرافیت به شکل صفحات شروع به رسوب می کند. بنابراین، ترکیب شیمیایی چدن سفید آنیل شده به چدن انعطاف پذیر دارای محدودیت های محتوایی است: 2.5-3.0% C. 0.7-1.5٪ Si; 0.3-1.0٪ منگنز; کمتر از 0.12% S; کمتر از 0.18٪ R.

ضخامت بخش ریخته گری نباید از 40-50 میلی متر تجاوز کند، زیرا با ضخامت بیشتر، گرافیت لایه ای در هسته تشکیل می شود که چدن را برای آنیل نامناسب می کند.

بازپخت در دو مرحله انجام می شود. در مرحله اول، ریخته گری های چدن سفید به آرامی تا دمای 930-1050 درجه سانتیگراد گرم می شوند و به مدت 15 ساعت در این دما نگهداری می شوند. در این حالت سمنتیت موجود در لدبوریت با دمای بالا تجزیه می شود و گرافیت پولک مانند از کربن آزاد شده تشکیل می شود.

در مرحله دوم، قطعات ریخته گری تا دمای 700-760 درجه سانتیگراد، مربوط به تبدیل یوتکتوئید، سرد می شوند و تا 30 ساعت در این دما نگهداری می شوند یا بسیار آهسته سرد می شوند. در این حالت سمنتیت موجود در پرلیت تجزیه می شود. پس از پایان مرحله دوم، ساختار چدن از فریت و گرافیت پولکی تشکیل شده است. این نوع چدن را چدن چکش خوار فریتی می نامند.

اگر خنک‌سازی در ناحیه دماهای مربوط به تبدیل یوتکتوئید به اندازه کافی آهسته نبود، یا قرار گرفتن در معرض در مرحله دوم گرافیتی شدن کافی نبود، تجزیه سمنتیت موجود در پرلیت به طور کامل رخ نخواهد داد. در این صورت ساختار چدن از فریت، پرلیت و گرافیت پولکی تشکیل خواهد شد. به این نوع چدن، چدن چکش خوار فریت-پرلیت می گویند.

اگر خنک شدن در محدوده دما تسریع شود، تجزیه سمنتیت موجود در پرلیت رخ نخواهد داد. در این صورت ساختار چدن از پرلیت و گرافیت پولکی تشکیل خواهد شد. این نوع چدن را چدن چکش خوار پرلیتی می نامند.

علامت گذاری.چدن چکش خوار طبق GOST 1215-79 با حروف "KCH" و دو عدد مشخص شده است: اولی نشان دهنده استحکام کششی است. دوم کشیدگی نسبی (در درصد) است.

مقادیر خواص مکانیکی برخی از چدن های چکش خوار در جدول آورده شده است. 2.

جدول 2.خواص مکانیکی برخی از چدن های شکل پذیر

آهن انعطاف پذیر

چدن با استحکام بالا چدن با گرافیت کروی شکل که از طریق فرآیند کریستالیزاسیون ریخته گری به دست می آید، نامیده می شود. این شکل از آخال های گرافیتی در مقایسه با صفحات ورق مانند و پولک مانند با حجم یکسان، سطح کوچک تری دارد و غلظت تنش را کاهش می دهد.

شکل کروی گرافیت با وارد کردن منیزیم یا منیزیم با نیکل یا فروسیلیس در چدن مایع به دست می آید.

تحت تأثیر اصلاح کننده ها، گرافیت در طول تبلور شکل کروی به خود می گیرد. چدن های با گرافیت کروی دارای خواص مکانیکی بالاتری نسبت به سایر چدن ها هستند. چدن های با استحکام بالا از نظر خواص مشابه فولاد کربنی ریخته گری هستند، اما دارای خواص ریخته گری بهتر، برش آسان و مقاومت در برابر سایش بالا هستند. برای افزایش شکل‌پذیری و چقرمگی، ریخته‌گری‌های ساخته شده از چدن با استحکام بالا تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرند: بازپخت، نرمال‌سازی، تزریق و تمپر. همزمان با افزایش شکل‌پذیری، عملیات حرارتی تنش‌های پسماند در ریخته‌گری‌ها را کاهش می‌دهد که عملکرد آنها را افزایش می‌دهد.

علامت گذاری.چدن با استحکام بالا مطابق با GOST 7293-85 به طور مشابه با چدن چکش خوار تعیین می شود: با حروف "HF" و اعداد: اولی مقدار استحکام کششی را نشان می دهد ، دومی - ازدیاد طول نسبی (در٪).

این استاندارد درجات زیر را از چدن فراهم می کند: VCh35-22. VCh40-15; HF45-10; VC50-7; HF60-3; VC70-2; HF80-2; HF 100-2. ترکیب شیمیایی چدن با مقاومت بالا: 3.2-3.6% C. 1.6-2.9٪ Si; 0.3-0.7٪ منگنز; بیش از 0.02٪ S؛ بیش از 0.1٪ R. چدن های با استحکام بالا بر اساس فریتی (VCh35-22، VCh40-15، VCh45-10) δ از 22 تا 10٪، 140-225 HB دارند. بر اساس پرلیت (VCh50-7، VCh60-3، VCh70-2، VCh80-2، VCh100-2) - δ از 7 تا 2٪، 153-360 HB.

استحکام و شکل پذیری زیاد چدن های با استحکام بالا امکان استفاده از آنها را برای ساخت میل لنگ موتورهای دیزلی خودرو و سایر قطعاتی که در واحدهای اصطکاک تحت بارهای افزایش یافته کار می کنند، می دهد.

چدن های ضد اصطکاک

چدن های ضد اصطکاک، چدن های خاکستری خاص و با مقاومت بالا با خاصیت ضد اصطکاک افزایش یافته اند. این چدن ها بسته به نسبت فریت و پرلیت در پایه و همچنین مقدار و شکل گرافیت، ضریب اصطکاک پایینی دارند. در چدن های پرلیتی، مقاومت در برابر سایش بالا توسط یک پایه فلزی متشکل از پرلیت نازک و یوتکتیک فسفر یکنواخت در حضور رسوبات جدا شده از گرافیت لایه ای تضمین می شود.

ریخته گری ساخته شده از چدن ضد اصطکاک (GOST 1585-85) برای ساخت قطعاتی که در واحدهای اصطکاک یاتاقان کار می کنند استفاده می شود.

علامت گذاری.درجات زیر از چدن ضد اصطکاک وجود دارد: AChS1; ASF2; ASFZ; ASF1; AChV2; ACC1; ABC2. حروف "ACS" نشان دهنده چدن خاکستری ضد اصطکاک است. "AChV" - چدن با مقاومت بالا ضد اصطکاک؛ "AChK" - چدن چکش خوار ضد اصطکاک.

چدن های خاکستری ضد اصطکاک - چدن پرلیتی AChS-1 و AChS-2 و چدن پرلیتی-فریتی AChS-3 - بسته به نسبت فریت و پرلیت در پایه و همچنین مقدار آن، ضریب اصطکاک پایینی دارند. و شکل گرافیت در چدن های پرلیتی، مقاومت در برابر سایش بالا توسط یک پایه فلزی متشکل از پرلیت نازک و یوتکتیک فسفر یکنواخت در حضور رسوبات جدا شده از گرافیت لایه ای تضمین می شود.

چدن خاکستری ضد اصطکاک برای ساخت بلبرینگ های کشویی، بوشینگ ها و سایر قطعاتی که تحت اصطکاک با فلز کار می کنند، اغلب در حضور روان کننده استفاده می شود. قطعاتی که به صورت پشت سر هم با شفت های فولادی سخت شده یا نرمال شده کار می کنند از چدن درجه های AChS-1 و AChS-2 ساخته می شوند و برای کار پشت سر هم با شفت های عملیات حرارتی نشده از چدن AChS-3 استفاده می شود.

چدن های ضد اصطکاک با استحکام بالا (با گرافیت گره ای) با ساختار پرلیت - AChV-1 و فریت-پرلیت (50٪ پرلیت) - AChV-2 تولید می شوند. چدن AChV-1 برای کار در واحدهای اصطکاکی با افزایش سرعت محیطی همراه با شفت سخت شده یا نرمال استفاده می شود.

مزیت اصلی چدن های ضد اصطکاک در مقایسه با برنزهای ضد اصطکاک، قیمت پایین آنها است و عیب اصلی آن، اجرای ضعیف آن است که مستلزم جفت گیری دقیق سطوح مالشی است.

چدن

چدن - اینها آلیاژهای آهن-کربن هستند که حاوی بیش از 2 درصد کربن هستند و برای تشکیل یوتکتیک جامد می شوند. بر خلاف فولاد، چدن شکل پذیری کمی دارد. با این حال، چدن به دلیل خواص ریخته گری بالا، استحکام کافی و ارزانی نسبی، کاربرد وسیعی در مهندسی مکانیک پیدا کرده است.

چدن در کوره های بلند، کوره های گنبدی و کوره های الکتریکی ذوب می شود. چدن های ذوب شده در کوره بلند عبارتند از چدن خام، چدن مخصوص (فروآلیاژها) و چدن ریخته گری. خطوط لوله و چدن های مخصوص برای ذوب بعدی فولاد و چدن استفاده می شود. چدن در کوره های گنبدی و کوره های الکتریکی ذوب می شود. حدود 20 درصد از کل چدن تولیدی برای ساخت قطعات ریخته گری استفاده می شود.

طبقه بندی چدن ها

خواص ریخته گری و مکانیکی چدن به این بستگی دارد که ترکیب آن تا چه حد به یوتکتیک نزدیک است. برای ارزیابی این موضوع از دو شاخص استفاده می شود:

درجه یوتکتیکی S E - نسبت غلظت کربن C در چدن به غلظت آن در یوتکتیک، با در نظر گرفتن تأثیر سیلیکون و فسفر:

که در آن 4.26 غلظت کربن در یوتکتیک سیستم "آهن-گرافیت" است (شکل 7.1 را ببینید)، Si و P محتوای این عناصر در چدن، ٪ است.

معادل کربنکه تعریف میشود:

C eq = C + 0.3 (Si + P)

چدن ها به دو دسته تقسیم می شوند: هیپوئوتکتیک (اساوه< 1, C эв < 4,2-4,3), یوتکتیک (اس e 1، S eq 4.2-4.3) و هایپریوتکتیک (اس e > 1، C eV > 4.2-4.3).

چدن‌ها می‌توانند در طول تبلور و سرد شدن بیشتر رفتار متفاوتی داشته باشند (شکل 1): یا مطابق با نمودار حالت غیر پایدار Fe--Fe 3 C (چدن‌های سفید که کربن در آنها به شکل Fe 3 C وجود دارد) یا در مطابق با نمودار Fe--C پایدار (چدن های خاکستری که کربن در آنها به شکل گرافیت وجود دارد).

در نمودارهای ارائه شده (شکل 1) علاوه بر خطوط مشترک AC، AE، GS، سایر خطوط بر هم منطبق نیستند. در سیستم Fe--C، گرافیت یوتکتیک (آستنیت--گرافیت) حاوی 4.26٪ C است و در 1153 درجه سانتیگراد تشکیل می شود. در امتداد خط E " اس " در محدوده دمایی 1153-738 درجه سانتیگراد، گرافیت ثانویه آزاد می شود. تبدیل یوتکتوئید در دمای 738 درجه سانتیگراد با تشکیل یوتکتوئید (فریت + گرافیت) رخ می دهد. استفاده از نمودارهای Fe--C و Fe--Fe 3 C تفاوت اساسی با یکدیگر ندارند.

احتمال تشکیل سمنتیت از فاز مایع بسیار بیشتر از گرافیت است. هر فرآیندی با شرایط ترمودینامیکی و جنبشی تعیین می شود. نیروی محرکه فرآیند گرافیتی شدن، تمایل سیستم به کاهش عرضه انرژی آزاد است. سمنتیت از نظر ترمودینامیکی فازی کمتر از گرافیت است. با این حال، تفاوت بین دمای تشکیل سمنتیت و گرافیت کم است و با ابرسرد شدن نسبتاً خفیف، تبلور سمنتیت به جای گرافیت رخ خواهد داد.

گرافیت تنها در نرخ های خنک کننده کم در یک محدوده دمایی باریک، زمانی که درجه فوق خنک شدن فاز مایع کم است، تشکیل می شود. با سرد شدن سریع و هنگامی که چدن مایع در دمای زیر 1147 درجه سانتیگراد فوق خنک شود، سمنتیت تشکیل می شود.

گرافیت سازی چدن ها

گرافیت سازیفرآیند رسوب گرافیت در طی تبلور یا سرد شدن چدن است. گرافیت می تواند هم از فاز مایع در طی تبلور و هم از فاز جامد تشکیل شود. مطابق نمودار Fe--C زیر خط C " D " گرافیت اولیه در امتداد خط E تشکیل می شود " سی " اف " - گرافیت یوتکتیک، در امتداد خط E " اس " - گرافیت ثانویه و در امتداد خط P " اس " به " -- گرافیت یوتکتوئیدی

گرافیتی شدن چدن و ​​کامل بودن آن به سرعت سرد شدن، ترکیب شیمیایی و وجود مراکز گرافیتی شدن بستگی دارد.

تأثیر سرعت خنک کننده به این دلیل است که گرافیتی شدن چدن بسیار کند پیش می رود و شامل چندین مرحله است:

· تشکیل مراکز گرافیت سازی در فاز مایع یا آستنیت.

انتشار اتم های کربن به مراکز گرافیتی.

· افزایش انتشار گرافیت.

در طول گرافیت شدن سمنتیت، مراحل تجزیه اولیه Fe 3 C و انحلال کربن در آستنیت اضافه می شود. هرچه سرد شدن چدن کندتر باشد، فرآیند گرافیت سازی بیشتر می شود.

بسته به درجه گرافیتی شدن، چدن ها متمایز می شوند سفید, خاکستریو نیم.

چدن سفید -- با خنک‌سازی تسریع شده و با ابرسرد کردن چدن مایع زیر 1147 درجه سانتی‌گراد، زمانی که به دلیل ویژگی‌های ساختاری و جنبشی، به جای گرافیت، فاز Fe 3 C ناپایدار تشکیل می‌شود، به دست می‌آیند. چدن های سفید حاوی کربن ثابت به شکل Fe 3 C، سختی بالا، شکنندگی و ماشین کاری بسیار دشوار است. بنابراین، آنها به عنوان یک ماده ساختاری استفاده نمی شوند، بلکه برای تولید چدن چکش خوار با آنیل گرافیتی استفاده می شوند.

چدن خاکستری - فقط در نرخ های خنک کننده کم در یک محدوده دمایی باریک، زمانی که درجه فوق خنک سازی فاز مایع کم است، تشکیل می شوند. در این شرایط تمام یا بیشتر کربن به صورت گرافیت پولکی گرافیتیزه می شود و میزان کربن به شکل سمنتیت بیش از 0.8 درصد نیست. چدن خاکستری دارای خواص فنی و مقاومتی خوبی است که استفاده گسترده از آن را به عنوان یک ماده ساختاری تعیین می کند.

چدن های نیمه چدنی -- بین چدن سفید و خاکستری جایگاه متوسطی را اشغال می کند و در آنها مقدار اصلی کربن (بیش از 0.8 درصد) به صورت Fe 3 C است. چدن دارای ساختار پرلیت، لدبوریت و گرافیت لایه ای است.

چدن های صنعتی حاوی 2.0-4.5٪ C، 1.0-3.5٪ Si، 0.5-1.0٪ منگنز، تا 03٪ P و تا 0.2٪ S. قوی ترین اثر مثبت بر گرافیت شدن توسط سیلیکون ایجاد می شود. با تغییر محتوای سیلیکون می توان چدن هایی با ساختار و خواص متفاوت به دست آورد. (شکل 2) تقریباً مرزهای نواحی ساختاری را بسته به محتوای سیلیکون و کربن در محتوای 0.5٪ منگنز و نرخ خنک کننده معین (برای ضخامت دیواره ریخته گری 50 میلی متر) نشان می دهد.

منگنز از گرافیت شدن جلوگیری می کند و حساسیت چدن را به سفید کننده افزایش می دهد. گوگرد یک ناخالصی مضر است. اثر سفید کنندگی آن 5-6 برابر بیشتر از منگنز است. علاوه بر این، گوگرد سیالیت را کاهش می دهد، باعث تشکیل حباب های گاز می شود، انقباض و تمایل به ترک خوردن را افزایش می دهد. فسفر بر روی گرافیت شدن تأثیر نمی گذارد و یک مخلوط مفید است که سیالیت چدن خاکستری را به دلیل تشکیل یوتکتیک فسفید با ذوب کم (950-980) درجه سانتی گراد افزایش می دهد.

برنج. 2. نمودار ساختاری: 1 -- چدن سفید; 2- نیم چدن؛ 3، 4، 5 -- چدن خاکستری به ترتیب روی پایه پرلیتی، فریت-پرلیتی و فریتی

بدین ترتیب با تنظیم ترکیب شیمیایی و سرعت سرد شدن می توان ساختار چدنی مورد نظر را در ریخته گری ها به دست آورد.

طبقه بندی چدن خاکستری

چدن خاکستری را می توان سازه ای دانست که از پایه فلزی با آخال های گرافیت تشکیل شده است. خواص چدن به خواص پایه فلزی و ماهیت اجزاء گرافیت بستگی دارد.

پایه فلزی می تواند: پرلیتوقتی 0.8% C به شکل سیمانیت و بقیه کربن به شکل گرافیت باشد. فریت-پرلیت،زمانی که مقدار کربن به شکل سمنتیت کمتر از 0.8% C باشد. فریتی، زمانی که کربن عملاً به شکل گرافیت است.

بسته به شکل اجزاء گرافیت، چدن های خاکستری به دو دسته تقسیم می شوند:

· چدن با گرافیت لایه ای.

· چدن با گرافیت پولکی (چدن چکش خوار)؛

· چدن با گرافیت ندولار (چدن با استحکام بالا)؛

· چدن با گرافیت ورمیکولار.

شکل 3 یک طبقه بندی کلی از چدن ها را بر اساس ساختار پایه فلزی و شکل گرافیت نشان می دهد.

ریزساختار چدن در شکل نشان داده شده است. 7.4.

برنج. 3.

برنج. 4. اشکال مختلف گرافیت در چدن: الف) گرافیت پولکی. ب) گرافیت پوسته پوسته؛ ج) گرافیت کروی؛ د) گرافیت ورمیکولار. H 200

در مقایسه با پایه فلزی، گرافیت استحکام کمی دارد. بنابراین، آخال های گرافیت را می توان ناپیوستگی (حفره) در پایه فلزی و چدن را می توان فولادی تلقی کرد که با آخال های گرافیت نفوذ کرده و پایه فلزی آن را ضعیف می کند. در عین حال، وجود گرافیت همچنین تعدادی از مزایای چدن را تعیین می کند: سیالیت خوب و انقباض کم. ماشینکاری خوب (گرافیت تراشه ها را شکننده می کند)؛ خواص میرایی بالا؛ خواص ضد اصطکاک و غیره

هنگام طبقه بندی، چدن هایی با خواص ویژه به گروه جداگانه ای اختصاص می یابد. به عنوان یک قاعده، این چدن ها آلیاژی هستند و بر اساس هدف آنها به انواع زیر تقسیم می شوند: ضد اصطکاک، مقاوم در برابر سایش، مقاوم در برابر حرارت، مقاوم در برابر خوردگی، مقاوم در برابر حرارت.

مطمئناً بسیاری در زندگی روزمره یا در محل کار با محصولات چدنی مواجه شده اند. این ماده دارای استحکام خوب و خواص ریخته گری عالی است.

چدن فولادی یا به عبارت صحیح تر آلیاژ آهن-کربن متشکل از آهن و کربن است که دارای حجمی از 2.14 درصد تا حداکثر 6.67 درصد است و می تواند به عنوان سیمانیت یا گرافیت در ترکیب قرار گیرد.چدن، طبق تعریف، یک ماده مهندسی است که ارزان و آسان برای تولید است و به عنوان پایه ای برای ذوب فولاد عمل می کند. تولید آن به فرآیندهای شیمیایی پیچیده ای اشاره دارد که در مراحل خاصی از تولید اتفاق می افتد.

ویژگی های اصلی و ترکیب

علاوه بر آهن و کربن، این آلیاژ شامل ناخالصی های اضافی است که بر خواص آن تأثیر می گذارد. ترکیبات متنوع چدن سختی، سیالیت و شکنندگی بالا را برای آن فراهم می کند. این شامل: گوگرد، سیلیکون، منگنز، فسفر است. آلیاژ چدن به دلیل کربن ورودی، سختی بالایی دارد، اما در عین حال، چکش‌خواری و شکل‌پذیری ماده کاهش می‌یابد. برای دادن ویژگی های خاص فلز، افزودنی های خاصی اضافه می شود. از اجزای آلیاژی زیر استفاده می شود: نیکل، وانادیوم، و همچنین کروم و آلومینیوم. فرمول چدن از پایه آهن-کربن با اجزاء اضافی تشکیل شده است. چگالی آن در حدود 7.2 گرم بر سانتی متر مکعب است که برای ترکیبات فلزی مقدار نسبتاً بالایی است.

چدن از چندین جزء تشکیل شده است، به همین دلیل است که خواص تغییرات آن می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد. علاوه بر کربن و آهن، این ترکیب شامل حداکثر 2٪ منگنز، 1.2٪ فسفر، 4.3٪ سیلیکون و تا 0.07٪ گوگرد است.سیلیکون مسئول حالت سیالیت است، به طور قابل توجهی کیفیت ریخته گری را بهبود می بخشد و همچنین آن را نرم تر می کند. منگنز برای افزایش قدرت استفاده می شود. افزودن گوگرد باعث کاهش نسوز و کاهش سیالیت آن می شود. علاوه بر این، اثر مضری دارد که در ظاهر ترک در ریخته گری داغ (شکنندگی قرمز) آشکار می شود. وجود فسفر خواص مکانیکی را کاهش می دهد، اما امکان ریخته گری اجسام با اشکال پیچیده را فراهم می کند.

ساختار چدن شبیه یک پایه فلزی با اجزاء گرافیت است. بسته به نوع آن شامل پرلیت، گرافیت پولکی و لدبوریت است. این عناصر ویژگی های آن را تعیین می کنند و در مقادیر مختلف وجود دارند یا کاملاً وجود ندارند.

نقطه ذوب از حداقل +1160 درجه سانتیگراد تا حداکثر +1250 درجه سانتیگراد متغیر است. خواص ضد خوردگی بالایی دارد و به طور فعال با خوردگی خشک (شیمیایی) و مرطوب مقابله می کند. به لطف او، فولاد ضد زنگ متولد شد - یک آلیاژ فولادی با محتوای بالای جزء کروم.

منطقه برنامه

چدن به طور گسترده ای در مهندسی مکانیک برای ریخته گری قطعات مختلف استفاده می شود. برای ساخت میل لنگ و بلوک موتور استفاده می شود. علاوه بر این، لنت هایی با کیفیت بالا تولید می شوند که در برابر اصطکاک بسیار مقاوم هستند. آنها در دماهای پایین استفاده می شوند، جایی که چدن منحصراً به دلیل عملکرد بالای آن استفاده می شود. این ویژگی ها در تولید عناصر ماشینی مختلف که از آلیاژ چدن برای کار در آب و هوای سخت استفاده می کنند استفاده می شود. این ماده به دلیل ویژگی های ریخته گری عالی و قیمت پایین به طور گسترده توسط متالورژیست ها استفاده می شود. محصولات ریخته گری دارای مقاومت سایش بالا و استحکام بیشتری هستند.

بسیاری از قطعات لوله کشی نیز از پایه چدنی ساخته می شوند. اینها رادیاتور، رادیاتور گرمایش، لوله، وان حمام، سینک های مختلف با سینک هستند. بسیاری از محصولات هنوز هم استفاده می‌کنند، اگرچه چندین دهه پیش نصب شده‌اند. این اقلام ظاهر اصلی خود را برای چندین سال حفظ می کنند و نیازی به کار مرمت ندارند. علاوه بر این، ظروف چدنی یکی از راحت ترین ظروف در هنگام تهیه بسیاری از ظروف در نظر گرفته می شود.

انواع

آلیاژ چدن با توجه به ویژگی های آن به تبدیل و ریخته گری تقسیم می شود. اولین مورد در ذوب فولاد با استفاده از روش مبدل اکسیژن استفاده می شود. این گونه با کاهش مقدار منگنز و سیلیکون مشخص می شود. از مواد ریخته گری چدن برای تولید قطعات متعددی استفاده می شود. نمونه محصولات ساخته شده از این پایه در عکس های مربوطه قابل مشاهده است.

یک نوع خاص شامل آلیاژهای نیکل کروم (nihards) است. اینها شامل چدن کم کربن و پر کربن است. اولی با افزایش استحکام و دومی با افزایش مقاومت در برابر سایش مشخص می شود. انواع اصلی آلیاژهای سفید و خاکستری هستند. این مواد از نظر محتوای کربن و همچنین خواص متفاوت هستند. علاوه بر این، انواع چکش خوار، آلیاژی و با استحکام بالا به طور فعال استفاده می شود.

خاکستری

چدن های خاکستری شکل پذیری، ویسکوزیته پایینی دارند و در حین فرآوری به راحتی برش داده می شوند. آنها در ساخت قطعات غیر بحرانی و همچنین عناصر در معرض سایش استفاده می شوند. چدن خاکستری حاوی کربن به شکل گرافیت، پرلیت یا فریت-پرلیت است. مقدار آن حدود 2.5 درصد است که استحکام بالایی به محصولات می دهد. کیس های تجهیزات صنعتی مختلف، چرخ دنده ها، براکت ها و بوش ها از آلیاژ خاکستری ساخته شده اند. ماده ای که حاوی مقدار زیادی فسفر (حدود 0.3 - 1.2٪) است، سیالیت خوبی دارد و در ریخته گری هنری استفاده می شود.

سفید

حاوی مقدار زیادی کربن (بیش از 3٪) است که به شکل سمنتیت یا کاربید ارائه می شود. رنگ سفید در محل شکستگی این ماده نام خود را به اتصال داد. آلیاژی از این نوع شکنندگی و شکنندگی را افزایش داده است که به طور قابل توجهی دامنه استفاده را محدود می کند. بر اساس آن قطعاتی از اشکال ساده برای انجام عملکردهای ایستا بدون قرار گرفتن در معرض بارهای قابل توجه تولید می شود. مشخصات فنی مواد سفید را می توان با افزودن اجزای آلیاژی بهبود بخشید. برای این کار از نیکل، کروم و خیلی کمتر از آلومینیوم یا وانادیم استفاده می شود. نام تجاری با چنین مواد افزودنی "sormite" نامیده می شود. به عنوان عنصر گرمایش در انواع دستگاه ها استفاده می شود. سورمیت در دمای بیش از 900+ درجه سانتیگراد ویژگی های پایداری دارد. این ماده به عنوان پایه ای برای ساخت وان های معمولی خانگی عمل می کند.

چکش خوار

این نوع از رنگ سفید با ریخته گری با عملیات حرارتی بیشتر به دست می آید. در این حالت از آنیل طولانی مدت استفاده می شود که طی آن سمنتیت متلاشی می شود و گرافیت را تشکیل می دهد. به این فرآیند گرافیت شدن با تشکیل تکه های کربنی در ساختار می گویند. گرافیت این شکل را از طریق بازپخت طولانی مدت به دست می آورد. این تأثیر مثبتی روی پایه فلزی دارد که یکپارچه تر، انعطاف پذیرتر و چسبناک تر می شود.

چدن چکش خوار در دماهای پایین به خوبی عمل می کند و حساسیت زیادی به برش ندارد. در ساخت عناصری که تحت اصطکاک مداوم کار می کنند استفاده می شود. علاوه بر این، آلیاژ چکش‌خوار به‌عنوان پایه‌ای برای محصولات با پیکربندی‌های بسیار پیچیده عمل می‌کند: زاویه، لنت ترمز، سه راهی، محفظه خودرو برای محورهای عقب و ساختارهای دیگر. خواص بهبود یافته با افزودن بور، تلوریم و منیزیم حاصل می شود.

استحکام بالا

استحکام آن افزایش یافته و برای تولید محصولات حیاتی استفاده می شود و در برخی موارد حتی جایگزین فولاد می شود. این چدن با استحکام بالا با افزودن ناخالصی های خاص (سریم، کلسیم، ایتریم، منیزیم) به فرم خاکستری به دست می آید. دنده، پیستون، میل لنگ و سایر قطعات از آن ساخته می شود. هدایت حرارتی بالا امکان ریخته گری عناصر برای واحدهای گرمایش و همچنین خطوط لوله را فراهم می کند.

آلیاژ

آلیاژ چدن آلیاژی حاوی ناخالصی های اضافی است. این ترکیب شامل سطوح بالایی از تیتانیوم، نیکل، کروم، و همچنین زیرکونیوم، وانادیم، مولیبدن، آلومینیوم و سایر عناصر است. آنها استحکام، سختی و مقاومت بالایی در برابر سایش ایجاد می کنند. مواد آلیاژی در تولید قطعاتی از مکانیسم‌هایی که با محیط‌های گازی و تهاجمی تعامل دارند و همچنین آن‌هایی که تحت تأثیر محلول‌های آبی عمل می‌کنند، استفاده می‌شوند.

مزایای فلز

این آلیاژ به عنوان یک ماده تولید شده توسط متالورژی آهن طبقه بندی می شود. هنگام تعیین ویژگی های خاص، اغلب با فولاد مقایسه می شود. یک مورد ساخته شده از چدن در مقایسه با همتای فولادی خود قیمت پایینی دارد. به علاوه عناصر چدنی وزن و استحکام کمتری دارند. این خواص چدن با استفاده از مواد افزودنی مختلف به آلیاژها به طور قابل توجهی گسترش می یابد. پارامترهای آن دارای ویژگی های مثبت زیر است:

• مواد سازگار با محیط زیست که در تولید اقلام خانگی از جمله ظروف استفاده می شود.
• مقاوم در برابر محیط اسید و باز؛
• بهداشتی؛
• توانایی حفظ دما برای مدت طولانی؛
• برخی از انواع دارای استحکام قابل مقایسه با فولاد هستند.
• مدت زمان عملیات، که در طی آن شاخص های کیفیت آن فقط بهبود می یابد.
• برای بدن کاملا بی ضرر است.

تولید

تولید آلیاژ چدن فرآیندی پرمصرف و پرهزینه است. ذوب یک تن ماده به حدود 900 لیتر آب معمولی و حدود 550 کیلوگرم کک نیاز دارد. نقطه ذوب حدود +1200 درجه سانتیگراد است که به تجهیزات ذوب خاصی نیاز دارد. برای به دست آوردن جرم، سنگ معدن مورد نیاز است، جایی که کسر جرمی آهن موجود بیش از 70٪ باشد. سنگ های معدنی تحلیل رفته به دلیل ناکارآمدی اقتصادی مورد استفاده قرار نمی گیرند.

این مواد در کوره های بلند مخصوص ذوب می شوند. در آنجا سنگ آهن یک چرخه کامل تکنولوژیکی را طی می کند که با کاهش اکسیدهای سنگ معدن شروع می شود و با تولید آلیاژ چدن خاتمه می یابد. ریخته گری مواد به سوخت نیاز دارد: کک، ترموآنتراسیت و گاز طبیعی. در پایان فرآیند احیا، آهن به صورت جامد در قسمت مخصوصی از کوره قرار می گیرد تا کربن موجود در آن حل شود. پس از فعل و انفعال، یک توده چدن به دست می آید که به صورت مایع به پایین می ریزد. ناخالصی های ذوب نشده به سطح فشار داده می شوند و متعاقبا حذف می شوند. از این سرباره برای تولید مواد متعددی استفاده می شود. پس از حذف ذرات غیر ضروری از مذاب، مواد افزودنی برای بدست آوردن درجه های خاصی از آلیاژهای چدن اضافه می شود.