اثر ترکیب شیمیایی بر ریزساختار چدن خاکستری

تعداد بازدید: 2784
چهارشنبه 03 دي 1393

اثر ترکیب شیمیایی بر ریزساختار چدن خاکستری

اثر ترکیب شیمایی بر ریزساختار چدن خاکستری (Effect of Composition on Gray Cast Iron Microstructure) مبحث مهمی در بررسی خواص این چدن ها می باشد. کربن و سیلیسیوم مهم‌ترین عناصر آلیاژی در چدن خاکستری ‌اند و بیشترین اثر را بر ریزساختار آن دارند. هر چند تمام عناصر تا اندازه ‌ای بر ریزساختار تأثیر می ‌گذارند، عناصری که موجب گرافیت ‌زایی (تشکیل گرافیت) می‌شوند پایدار کننده ‌های گرافیت نامیده می ‌شوند. سیلیسیوم یک گرافیت‌ زای قوی است و از نظر ترکیب شیمیایی مهم ‌ترین و تنها عامل گرافیت ‌زایی در چدن خاکستری است. گرافیت ‌زایی فرآیندی است که در آن یا کربن آزاد در آهن رسوب می ‌کند یا کاربید آهن مطابق با واکنش زیر به آهن و کربن آزاد (گرافیت) تجزیه می ‌شود.

 3Fe + C(گرافیت) Fe3C

سایر عناصر می‌توانند کاربید آهن را پایدار کنند و از این رو کاربیدزا نامیده می‌شوند. کروم، منگنز، و گوگرد مثال ‌هایی از عناصر کاربیدزا می ‌باشند.

اثر کربن و سیلیسوم بر ریزساختار چدن خاکستری

در چدن خاکستری کربن و سیلیسیوم هر دو گرافیت‌ زا هستند و بنابراین با افزایش درصد این عناصر تشکیل چدن خاکستری نسبت به تشکیل چدن سفید ارجحیت می‌یابد (شکل زیر). اگر مقادیر کربن و سیلیسیوم به کمتر از حد بحرانی کاهش یابد چدن سفید تشکیل می‌شود. چدن خالدار که مخلوطی از چدن سفید و خاکستری است را می‌توان به‌ عنوان ساختار واسطه‌ای ایجاد کرد.

اثر کربن بر نوع چدن، اثر سیلیسیوم بر چدن

در چدن خاکستری کربن می‌تواند به شکل گرافیت یا کاربید آهن وجود داشته باشد. اگر گرافیت‌زایی کامل شود، چدن خاکستری دارای گرافیت‌های رشته‌ای در زمینه فریتی است، اما، اگر 0.5-0.8%C به‌صورت Fe3C ترکیب شود، زمینه چدن خاکستری پرلیتی است.

میزان سیلیسیوم چدن خاکستری بین 3.5-1% وزنی تغییر می‌کند. افزایش مقدار سیلیسیوم در آلیاژ های Fe-C-Si ترکیب یوتکتیکی را به سمت چپ سوق می‌دهد. میزان انتقال یوتکتیکی را می‌توان با معادله زیر بیان کرد:

 (در آلیاژ) Si% × 0.33-4.3 = درصد کربن یوتکتیکی (آلیاژ Fe-C-Si)

بسیاری از خواص چدن‌های خاکستری به پارامتری که کربن معادل (CE) نامیده می‌شود مربوط است. کربن معادل میزان کربن و سیلیسیوم چدن را طبق رابطه زیر در بر می‌گیرد:

از آنجا که ترکیب یوتکتیکی در سیستم دوتایی آهن- کربن، 4.3C%است، کربن معادل حدود %4.3 نشان ‌دهنده این است که آلیاژ تقریبا دارای ترکیب یوتکتیکی است. آلیاژی با کربن معادل کمتر از %4.3 هایپو یوتکتیکی و آلیاژی با کربن معادل بیش از %4.3 هایپر یوتکتیکی است.

اثر گوگرد و منگنز بر ریزساختار چدن خاکستری

گوگرد تا اندازه ‌ای در تمام چدن‌ ها وجود دارد. در {{چدن‌ نشکن}} میزان گوگرد باید کم باشد تا با افزودن منیزیم، گرافیت کروی به‌ دست آید. اما، در سایر چدن‌ها، اثر گوگرد را باید با توجه به واکنش آن با منگنز در نظر گرفت.

اگر در چدن‌ها منگنز نباشد، گوگرد با آهن ترکیب و سولفید آهن (FeS) تشکیل می‌دهد که به‌ هنگام انجماد در مرزدانه ‌ها جدا می‌شود. وقتی منگنز در چدن وجود دارد، MnS یا ترکیب پیچیده‌ای از سولفید منگنز- آهن تشکیل می‌شود که در تمام مراحل انجماد رسوب می‌کند. در نتیجه، توزیعی تصادفی از ذرات سولفید منگنز گوشه‌ دار به‌وجود می‌آید تعدادی از ذرات گوشه‌ دار MnS (با شکل هندسی) در شکل زیر آمده است. این ذرات تأثیر کمی بر قابلیت ریخته گری و خواص موردنظر چدن‌ های خاکستری تجاری دارند.

هم گوگرد و هم منگنز به تنهایی گرافیت‌زایی را در چدن‌ها محدود می‌کند و تشکیل پرلیت را تشویق می‌کند. بنابراین، در چدن‌ها گوگرد یا منگنز به تنهایی کاربیدزا هستند. اما، وقتی هر دو حضور دارند اثر اثر کاربیدزایی خنثی می‌شود. مثلاً وقتی در چدن‌های خاکستری ساختار پرلیتی مورد نیاز است منگنزی که به چدن مذاب اضافه می‌شود بیش از مقدار لازم برای ترکیب با گوگرد (MnS) است.

اثر فسفر بر ریزساختار چدن خاکستری

چدن‌هایی که فسفر کافی دارند، به‌ خصوص چدن‌های خاکستری، می‌توانند یک ترکیب یوتکتیکی آهن با فسفید آهن که استیدیت نامیده می‌شود، تشکیل دهند. استیدیت نقطه ذوب پایینی (954-980°C) دارد، در دماهای نسبتا کم منجمد می‌شود و در مرز سلول‌های انجماد جدا می‌شود. با 0.2%P، که در بیشتر چدن‌های خاکستری وجود دارد، استیدیت در محل اتصال سه سلول انجماد منجمد می‌شود و جزیی مقعر و مثلثی شکل را تشکیل می‌دهد (شکل زیر).

در مقادیر بیشتر فسفر، استیدیت اجزای بزرگتری را تشکیل می‌دهد. از آنجا که فسفید آهن سخت و شکننده است، افزایش مقدار استیدیت یعنی بیش از 0.3%P سختی و شکنندگی چدن را افزایش و تراش‌ پذیری را کاهش می‌دهد. از طرفی، این ترکیب سخت مقاومت سایشی را افزایش می‌دهد و بنابراین در بعضی موارد حضور آن مطلوب است.

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

 Smith.W., Structure and Properties of Engineering Materials, McGraw-Hill, 1987

صفحه مهندسی مواد و متالورژی

مجله علمی ویکی پی جی

 

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

 

تاثیر ترکیب شیمیایی بر ریزساختار چدن خاکستری
اثر ترکیب شیمیایی بر ریز ساختار چدن خاکستری
اثر ترکیب شیمیایی روی ریزساختار چدن گری
برچسب ها: ریزساختارچدن خاکستریچدنترکیب شیمیایی
بیست و یکمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان اصفهان 97
بیست و یکمین نمایشگاه تخصصی ساختمان اصفهان 97   عنوا ...بیشتر
نمایشگاه صنعت ساختمان البرز 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان البرز 97   عنوان: نمایشگ ...بیشتر
اولین نمایشگاه تخصصی سونا و جکوزی قزوین 97
نمایشگاه تخصصی سونا، استخر و جکوزی قزوین 97   عنوان: ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97
هفدهمین نمایشگاه تخصصی ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97   ...بیشتر
هجدهمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات سرمایشی گرمایشی همدان 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان،آسانسور، درب و پنجره، تجهیزات و تاسیسات سرمایشی و گر ...بیشتر
دوازدهمین نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97
نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97   عنوان: نم ...بیشتر
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنندج 97
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنن ...بیشتر
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز شهر آفتاب تهران 97
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز تهران 97   عنوان: ...بیشتر
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97   عنو ...بیشتر
نمایشگاه تخصصی لوازم و تجهیزات خانه و آشپزخانه، حمام، سونا و استخر اصفهان 97
نمایشگاه تخصصی لوازم و تجهیزات خانه و آشپزخانه، حمام، سونا و استخر اصفهان 97 ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات پزشکی، دندان پزشکی، دارویی و آزمایشگاهی تبریز 97
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات پزشکی، دندان پزشکی، دارویی و آزمایشگاهی تبری ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر