دانلود فایل ورد مقاله در مورد عمليات حرارتي چدن نشكن

    —         —    

ارتباط با ما     —     لیست پایان‌نامه‌ها

... دانلود ...

بخشی از متن دانلود فایل ورد مقاله در مورد عمليات حرارتي چدن نشكن :

عملیات حرارتی چدن نشكن

[align=right]خلاصه:
مهمترین عملیات حرارتی كه روی چدن نشكن انجام می شود و هدف از انجام آنها :
عملیات حرارتی كه در دمای پایین برای كاهش یا آزاد كردن تنش های داخلی باقی مانده پس از ریخته گری انجام می شود.
آنیل كردن
عملیات حرارتی كه برای بهبود انعطاف پذیری و چقرمگی ، كاهش سختی و حذف كاربیدها انجام می شود.

نرماله كردن
عملیات حرارتی كه به منظور بهبود استحكام به همراه كمی انعطاف پذیری انجام می شود .
سخت كردن و تمپر كردن
عملیات حرارتی كه به منظور افزایش سختی یا بهبود استحكام و بالا بردن نسبت تنش (تنش تسلیم) انجام می شود .
آستمپر كردن
عملیات حرارتی كه به منظور بدست آمدن ساختاری با استحكام بالا به همراه كمی انعطاف پذیری و مقاومت به سایش عالی انجام می شود .
سخت كردن سطحی به وسیله ی القاء ، شعله یا لیزر

عملیات حرارتی كه به منظور مقاوم به سایش ساختن و سخت كردن موضعی سطح انتخاب شده انجام می شود .
در این مقاله عملیات آنیلینگ ، نرماله كردن ، آستمپر كردن ، كونچ كردن و تمپر كردن چدن نشكن شرح داده می شود.
[b]آستنیته كردن چدن نشكن [/b]

هدف معمول آستنیته كردن این است كه تا حد امكان زمینه ی آستنیتی با مقدار كربن یكسان قبل از پروسه ى حرارتى تولید شود. به عنوان مثال در چدن نشكن هیپریوتكتیك برای آستنیته كردن باید از دماى بحرانى كمی بالاتر برویم به طورى كه دماى آستنیته در منطقه ى دو فازى ( آستنیت و گرافیت ) باشد. دماى آستنیته كردن به وسیله ى عناصر آلیاژى موجود در چدن نشكن تغییر مى كند .

با افزایش دمای آستنیته كردن می توان آستنیت تعادلی حاوى كربن كه در حال تعادل با گرافیت است را افزایش داد. كه این پارامتر قابل انتخاب است( در زمان محدود). كربن موجود در زمینه ی آستنیتی كنترل دمای آستنیته كردن را مهم ساخته كه این دما به منظور جلو بردن واكنش به مقدار زیادی به كربن موجود در زمینه ی آستنیتی بستگی دارد ، این ساختار مخصوصاً برای آستمر كردن ساخته می شود ، سختی پذیری (قابلیت آستمپر كردن ) به میزان زیادی به كربن موجود در زمینه و در واقع به عناصر الیاژی موجود در چدن نشكن بستگی دارد ، میكرو ساختار اصلی و سطح مقطع قطعه تعیین كننده ی زمان مورد نیاز برای آستنیته كردن می باشند

مراحل بعد از آستنیته كردن هنگامی كه مورد اهمیت باشند عبارتند از : آنیل كردن ، نرماله كردن ، كونچ و تمپر كردن و آستمپر كردن .
آنیلینگ چدن نشكن
هنگامی كه حداكثر انعطاف پذیری و قابلیت ماشینكاری عالی مورد نیاز باشد و استحكام بالا مورد نیاز نباشد ، عموماً چدن نشكن آنیل فریتی می شود . بدین گونه كه میكروساختار به فریت متحول می شود و كربن اضافی به صورت می باشد، اگر ماشینكاری عالی مورد 60-40-18 نوع ASTM كروی رسوب می كند. این عملیات حرارتی ساخته ی نیاز باشد باید مقدار منگنز ، فسفر و عناصر آلیاژی از قبیل كرم و مولیبدن درحد امكان پایین باشد زیرا باعث آهسته كردن پروسه ی آنیل می شوند .
نحوه ی آنیل كردن توصیه شده برای چدن نشكن آلیاژی و چدن نشكن با كاربید یوتكتیك و بدو ن كاربید یوتكتیك در پایین شرح داده شده است :
آنیل كامل برای چدن نشكن با 2%-3% سیلیسیم و بدون كاربید یوتكتیك :
گرم كردن تا دمای 870- 900 درجه ی سانتی گراد و نگهدار ی در این دما به مدت 1 ساعت در ازای هر اینچ ضخامت ،سپس سرد كردن در كوره با سرعت 55 درجه سانتی گراد در ساعت تا دمای 345 درجه ی سانتی گراد سپس سرد كردن در هوا.

آنیل كامل در صورت وجود كاربید یوتكتیك :
گرم كردن تا دمای900C-870C و نگهداری در این دما برای 2 ساعت و بیشتر از این زمان برای ضاخمت های زیاد ، سپس سرد كردن در كوره با سرعت 110C/hتا دمای 700Cو نگهداری در این دما برای 2 ساعت ، سپس سرد كردن در كوره تا دمای 345Cبا سرعت 55C/h ، سپس سرد كردن در هوا .
آنیل كردن زیر منطقه ی بحرانی برای تبدیل پرلیت به فریت:
گرم كردن قطعات تا دمای705C-720Cونگهداری در این دما به مدت 1 ساعت در ازای هر اینچ ضخانت ، سپس سرد كردن در كوره با سرعت55C/h تا دمای 345C و سپس سرد كردن در هوا .
وقتی كه در چدن نشكن عناصر آلیاژی وجود داشته باشد از سرد كردن سرتاسری قطعه جلوگیری می شود و كاهش درجه حرارت از نقطه ی بحرانی تا400C ادامه می یابد و سرعت سرد كردن از55C/h كمتر می باشد .

به هر حال برخی عناصر در شكل كاربید خود اگر تجزیه ناپذیر باشند به شكل كاربید اولیه كه بسیار سخت است می باشندكه این حالت بیشتر در كرم می باشد ، به عنوان مثال% 025 كرم باعث تشكیل كاربید اولیه ی بین نشینی می شود كه در اثر عملیات حرارتی تا دمای 925C و نگهداری در مدت2h-20h حتی نیز از بین نمی رود . زمینه ی حاصل از رسوب پرلیت ، زمینه ی فریتی با كاربید می باشد كه فقط 5% ازیاد طول دارد .
نمونه های دیگری از عناصر كه به شكل كاربید در چدن نشكن وجود دارند عبارتند از مولیبدن بیشتر از 03% و وانادیم وتنگستن در مقدیر بیش از 005%.
سختی پذیری چدن نشكن
سختی پذیری چدن نشكن یك پارامتر مهم تعیین كننده ی واكنش ثابت آهن برای نرماله كردن ، كونچ كردن و تمپركردن یا آستنیته كردن می باشد.

سختی پذیری معمولاً به وسیله ی آزمایش جامینی تعیین می شود ، كه در آن از یك میله با اندازه ی استاندارد (قطر 1 اینچ و ارتفاع 4 اینچ) استفاده می شود كه آن را آستنیته می كنند سپس یك سر آن را به وسیله ی آب سرد می كنند ، نوسان در سرعت سرد كردن باعث بی ثباتی (متفاوت بودن) در میكروساختار می شود كه سختی آنها تغییر می كند سپس آنها را تعیین و ثبت می كنند.
زمینه ی با كربن بالا باعث بالا رفتن دمای آستنیته كردن و در نتیجه ی آن باعث افزایش سختی پذیری می شود (منحنی جامینی فاصله ی زیادی تا پایان سرد كردن پیدا می كند ) و همچنین قطعه حداكثر سختی بالاتری پیدا می كند.

هدف از اضافه كردن عناصر آلیاژی به چدن نشكن افزایش سختی پذیری است ، منگنز و مولیبدن برحسب وزن اضافه شده به چدن نشكن نسبت به مس و نیكل عناصر بسیار موثری در افزایش سختی هستند.
در هر حال همانند فولاد افزودن تركیب نیكل – مولیبدن یا مس – مولیبدن یا مس – نیكل – منگنز نسبت به اینكه این عناصر را به صورت جداگانه به چدن اضافه كنیم ، تاثیر بیشتری خواهند داشت.
بنابراین برای ریخته گری مقاطع زیاد كه نیاز به سختی و آستمر زیاد دارند معمولاً از تركیب ان عنصر استفاده می كنند . سیلیسیم صرف نظر از تاثیری كه روی زمینه ی حاوی كربن دارد تاثیر زیادی روی سختی پذیری ندارد .
نرماله كردن چدن نشكن

نرماله كردن (سرد كردن در هوا در جریان آستنیته كردن) به طور قابل توجهی می تواند باعث بهبود استحكام كششی شود.و امكان استفاده در ساخت چدن نشكن ASTM نوع 30-70-100 وجود دارد .
میكروساختار حاصل از نرماله كردن به تركیب شیمیایی چدن و سرعت سرد كردن بستگی دارد سختی تحمیل شده به
وسیله ی تركیب شیمیایی قطعه به موقعیت منطقه ی زمان – دمای دیاگرام CCT بستگی دارد .
سرعت سرد كردن به حجم قطعه ی ریختگی بستگی دارد ولی شاید بیشتر تحت تاثیر دما و جریان هوای اطراف قطعه ی در حال سرد شدن باشد .

اگر چدن حاوی مقدار زیادی سیلیسیم نباشد و دست كم حاوی مقدار مناسبی منگنز(یا بالاتر05 %-03%) باشد به طور كلی نرماله كردن ، ساختار پرلیت ظریف تولید خواهد كرد . قطعات سنگین در صورتی كه نیاز به نرماله شدن داشته باشند برای بدست آوردن ساختاری كاملاً پرلیتی و سختی پذیری بیشتر بعداز نرماله كردن حاوی عناصر الیاژی از قبیل مولیبدن و نیكل و منگنز اضافی هستند . قطعا ت سبك چدن های آلیاژی ممكن است بعد از نرماله كردن حاوی ساختارمارتنزیتی یا بینیتی باشند

دمای نرماله كردن معمولاً بین870C-940C می باشد و زمان استاندارد نگهداری 1h برای هر اینچ ضخامت و نگهداری به مدت 1h به عنوان حداقل در این دما كافی است .برای چدن های حاوی عناصر آلیاژی به دلیل كاهش نفوذ كربن در آستنیت زمان بیشتری نیاز است به عنوان مثال قلع و آنتیموان برای گرافیت های كروی ، به طور موثری از حل شدن كربن در زمینه ی حاوی گرافیت كروی جلوگیری می كنند .

گاهی اوقات بعد از نرماله كردن ، قطعات را به منظور دست یافتن به سختی مورد نظر و حذف تنش های باقی مانده در اثر تفاوت سرعت سرد كردن در قسمتهای مختلف قطعه به دلیل اختلاف اندازه ی مقطع، قطعه ی ریختگی را تمپرمی كنند.
تمپر كردن قطعات بعد از نرماله كردن برای دستیابی به چقرمگی بالا و مقاومت به ضربه می باشد. تاثیر تمپر كردن در سختی و استحكام كششی به تركیب شیمیایی چدن و میزان سختی بدست آمده از نرماله كردن بستگی دارد.
تمپر كردن شامل حرارت دادن مجدد تا دمای425C-650C و نگهداری در این دما به مدت1h برای هر اینچ ضخامت از مقطع می باشد . این دما برای دستیابی به مشخصات گوناگون در مدت بالای رنج معمول، متفاوت می باشد.
كونچ و تمپر كردن چدن داكتیل
قطعا ت تجاری قبل از كونچ و تمپركردن معمولاً در دمایی بین845C-925C آستنیته می شوند.برای به حداقل رساندن تنش و جلوگیری از ترك خوردن قطعه برای كونچ متوسط روغن ترجیحاً از روغن استفاده میشود ولی برای قطعات با اشكال ساده از آب یا آب نمك استفاده می شود و قطعا ت پیچیده را به منظور جلوگیری از ترك خوردن در حین كونچ، در روغن پیش گرم شده تا دمای 80C-100Cكونچ می كنند .

تاثیركونچ كردن درآب مكعبی ازجنس چدن نشكن كه تا دمای آستنیته گرم شده بود بدست آمدن سختی بالایی(55-75HRC) بوده است. دمای آستنیته كردن دراین مكعب بین 845C-870C بوده است . در دمایی بالاتر از 870C مقدار زمینه ی حاوی كربن (آستنیت) بیشتری بدست خواهد آمد به همین دلیل مقدار آستنیت بیشتری(پس از كونچ كردن) حفظ خواهد شد كه در نتیجه ی این امر سختی كاهش پیدا می كند .
قطعا ت بعد از كونچ شدن باید تمپر شوند تا تنش حاصل از كونچ شدن آزاد گردد. سختی حاصله بعد از تمپر كردن به

عناصر آلیاژی موجود ، دمای تمپر كردن و به همان اندازه زمان تمپر كردن بستگی دارد . تمپر كردن در دمای 450C – 600C باعث كاهش سختی می شود كه میزان آن به عناصر آلیاژی موجود،سختی اولیه وزمان تمپر بستگی دارد . سختی ویكرز چدن نشكن كونچ شده به وسیله ی دما و زمان تمپر كردن تغییر می كند .
تمپر كردن چدن نشكن از یك فرآیند دو مرحله ای تشكیل می شود. مرحله ی اول همانند فرآیند فولادها رسوب دادن كاربیدها است . مرحله ی دوم (معمولاً به وسیله ی كاهش سختی در زمان طولانی تر مشخص می شود) جوانه زنی و رشد گرافیت ثانویه كه حاصل از مصرف شدن كاربیدها می باشد. كاهش سختی به همراه تشكیل گرافیت ثانویه همانند كاهش استحكام كششی و به همان اندازه كاهش استحكام خستگی می باشد. هر آلیاژی با در صد مشخص (عناصر) داری درجه حرارت تمپر مفید خواهد بود.

آستمپر كردن چدن نشكن
هنگامی كه استحكام مناسب به همراه انعطاف پذیری مورد نظر باشد، عملیات حرارتی كننده اجازه می دهد ساختار آستمپر شده از آستنیت و فریت تولید گردد. زمینه ی آستمپر شده باعث بهبود قابل توجه استحكام كششی و انعطاف پذیری می شود كه در هر نوع چدن داكتیل ممكن می باشد. برای بدست آوردن آن خواص مطلوب نیاز است كه به اندازه ی سطح مقطع ، زمان و درجه حرارت داده شده به قطعه در خلال آستنیته و آستمپركردن دقت و توجه كافی شود .

اندازه سطح مقطع و عناصر آلیاژی
با افزایش سطح مقطع سرعت كاهش درجه حرارت بین دمای آستنیته و دمای آستمپر كردن تغییر می كند . آستمپر كردن یا شامل كونچ كردن در روغن داغ 240C ، كونچ كردن به وسیله ی جریان نیتریت / نیترات،كونچ كردن توسط جریان هوا (فقط برای قطعات نازك یا قسمت های كوچك) و برای نوع ابزار كونچ كردن در حمام سرب.
به منظور جلوگیری از واكنش محصولات در درجه حرارت بالا (مثل پرلیت در مقاطع ضخیم) باید آنها را در حمام نمك كونچ كرد . سختی به وسیله ی كونچ كردن در آب یا افزودن عناصر آلیاژی (مثل مس ، نیكل ، منگنز ، یا مولیبدن ) كه باعث تسهیل سختی پذیری پرلیت می شوند . این نكته مهم است مه بدانیم عناصر فوق باعث به وجود آمدن جدایش در هنگام انجماد می شوند كه این امر برای قابلیت آستمپر شدن و در نتیجه ی آن برای خواص مكانیكی مضر خواهد بود. انعطاف پذیری و مقاومت به ضربه پارامترهایی هستند كه شدیداً تحت تاثیر قرار می گیرند .
منگنز و مولیبدن بیشترین تاثیر را در سختی پذیری پرلیت دارند اما به منظور افزایش آهن یا تعدیل كاربیدها همیشه موجب سگرگاسیون و سرد شدن ناحیه ی بین سلولی در قطعه می شوند . در صورتیكه مس و نیكلبه همان اندازه تاثیری در سختی
پذیری ندارند ولی باعث جدا شدن گرافیت كروی در زمینه میشوند و از به وجود آمدن كاربیدهای مضرجلوگیری می كنند. تركیبی از این عناصر به اندازه ی مساوی به دلیل تاثیر آنها در سختی پذیری به قطعه افزوده می شود.

دما و زمان آستنیته كردن
معمولاً شكل شماتیك دیاگرام نشان می دهد كه با افزایش دمای استنیته كردن ، زمینه ی حاوی كربن (آستنیت) نیز افزایش می یابد. زمینه ی فعلی حاوی كربن ، به شكل مخلوط شدن عناصر موجود در زمینه ، مقدار آنها و موقعیت آنها در زمینه بستگی دارد (سگرگاسیون) .
مهمترین عامل تعیین كننده در زمینه ی حاوی كربن در چدن داكتیل سیلیسیم موجود در آن است ، با افزایش سیلیسیم برای دمای آستنیته ی معیین مقدار كربن موجود در زمینه كاهش می یابد. دمای آستنیته بین845C-925C معمولاً مناسب است و زمان آستنیته كردن برای كربن گیری مجدد تمام زمینه تقریباً 2 ساعت كافی می باشد.

دمای استنیته كردن كاملاً تحت تاثیر مقدار كربن موجود در زمینه می باشد كه اثر مهم آن در سختی پذیری می باشد. دمای آستنیته ی بالا و مقدار كربن بالا باعث افزایش سختی پذیری می شود . كه باعث كاهش سرعت دگرگونی آستنیت همدما می شود .

زمان و دمای آستپمر كردن
دمای آستمپر كردن اولین پارامتر تعیین كننده ی میكروساختار نهایی در قطعه و در نتیجه ی آن سختی و استحكام محصول آستمر شده است . با افزایش دمای آستمپر كردن ، سختی و مقاومت به ضربه ی متفاوتی خواهیم داشت.
دستیابی به حداكثر انعطاف پذیری در دمای معیین آستمپر كردن ، تابع حساس زمان می باشد . افزایش اولیه ی ازیاد طول نسبی در مرحله ی (1) رخ می دهد و پیشرفت ازیاد طول نسبی در مرحله ی نهایی اتفاق می افتد كه در آن نقطه ی شكست
آستنیت حداكثر می باشد . آستمپر كردن مجدد فقط به منظور كاهش انعطاف پذیری در مرحله ی (2)واكنش كه در نتیجه ی تجزیه ی ساختار به تعادل بینیت می باشد . زمان آستمپر كردن از 4-1 ساعت متفاوت می باشد
انواع چدن
چدن (cast iron) ، آلیاژی از آهن- کربن و سیلیسیم است که همواره محتوی عناصری در حد جزئی (کمتر از 0.1 درصد) و غالبا عناصر آلیاژی (بیشتر از 0.1 درصد) بوده و به حالت ریختگی یا پس از عملیات حرارتی به کار برده می‌شود. عناصر آلیاژی برای بهبود کیفیت چدن برای مصارف ویژه به آن افزوده می‌شود.
اطلاعات کلی
چدن (cast iron) ، آلیاژی از آهن- کربن و سیلیسیم است که همواره محتوی عناصری در حد جزئی (کمتر از 0.1 درصد) و غالبا عناصر آلیاژی (بیشتر از 0.1 درصد) بوده و به حالت ریختگی یا پس از عملیات حرارتی به کار برده می‌شود. عناصر آلیاژی برای بهبود کیفیت چدن برای مصارف ویژه به آن افزوده می‌شود. آلیاژهای چدن در کارهای مهندسی که در آنها چدن معمولی ناپایدار است به کار می‌روند. اساسا خواص مکانیکی چدن به زمینه ساختاری آن بستگی دارد و مهمترین زمینه ساختار چدن‌ها عبارتند از: فریتی ، پرلیتی ، بینیتی و آستینتی. انتخاب نوع چدن و ترکیب آن براساس خواص و کاربردهای ویژه مربوطه تعیین می‌شود.

طبفه‌بندی چدن‌ها
چدن ها به دو گروه اصلی طبقه‌بندی می‌شوند، آلیاژهایی برای مقاصد عمومی که موارد استعمال آنها در کاربردهای عمده مهندسی است و آلیاژهای با منظور و مقاصد ویژه از جمله چدنهای سفید و آلیاژی که برای مقاومت در برابر سایش ، خوردگی و مقاوم در برابر حرارت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.
چدن های معمولی (عمومی)
این چدن ها چزو بزرگترین گروه آلیاژهای ریختگی بوده و براساس شکل گرافیت به انواع زیر تقسیم می‌شوند:

چدن های خاکستری ورقه ای یا لایه ای: چدن های خاکستری جزو مهمترین چدن های مهندسی هستند که کاربردی زیاد دارند نام این چدن ها از خصوصیات رنگ خاکستری سطح مقطع شکست آن و شکل گرافیت مشتق می‌شود.خواص چدن های خاکستری به اندازه ، مقدار و نحوه توزیع گرافیت‌ها و ساختار زمینه بستگی دارد. خود این‌ها نیز به کربن و سیلیسیم (C.E.V=%C+%Si+%P) و همچنین روی مقادیر جزئی عناصر ، افزودنی‌های آلیاژی ، متغیرهای فرایندی مانند، روش ذوب ، عمل جوانه زنی و سرعت خنک شدن بستگی پیدا می‌کنند. اما به طور کلی این چدن ها ضریب هدایت گرمایی بالایی داشته، مدول الاستیستیه و قابلیت تحمل شوکهای حرارتی کمی دارند و قطعات تولیدی از این چدن ها به سهولت ماشینکاری و سطح تمام شده ماشینکاری آنها نیز مقاوم در برابر سایش از نوع لغزشی است. این خواص آنها را برای ریختگی هایی که در معرض تنش‌های حرارتی محلی با تکرار تنشها هستند، مناسب می‌سازد. افزایش میزان فریت در ساختار باعث استحکام مکانیکی خواهد شد. این نوع حساس بودن به مقاطع نازک و کلفت در قطعات چدنی بدنه موتورها مشاهده می شود دیواره نازک و لاغر سیلندر دارای زمینه‌ای فریتی و قسمت ضخیم نشیمنگاه یا تاقان‌ها زمینه‌ای با پرلیت زیاد را پیدا می‌کند. همچنین در ساخت ماشین آلات عمومی ، کمپرسورهای سبک و سنگین ، قالب‌ها ، میل لنگ‌ها ، شیر

فلکه‌هاو اتصالات لوله‌ها و غیره از چدنهای خاکستری استفاده می‌شود.
چدن های مالیبل یا چکش خوار: چدن های چکش خوار با دیگر چدن ها به واسطه ریخته گری آنها نخست به صورت چدن سفید فرق می‌کنند. ساختار آنها مرکب از کاربیدهای شبه پایدار در یک زمینه‌ای پرلیتی است بازپخت در دمای بالا که توسط عملیات حرارتی مناسب دنبال می‌شود باعث تولید ساختاری نهایی از توده متراکم خوشه‌های گرافیت در زمینه فریتی یا پرلیتی بسته به ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی می‌شود. ترکیب به کار برده شده براساس نیازهای اقتصادی ، نحوه باز پخت خوب و امکان جذب و امکان تولید ریخته‌گری انتخاب می‌شود. مثلا بالا رفتن Si بازپخت را جلو انداخته و موجب عملیات حرارتی خوب و سریعی با سیلکی کوتاه می‌شود و در ضمن مقاومت

مکانیکی را نیز اصلاح می‌نماید. تاثیر عناصر به مقدار بسیار کم در این چدن ها دست آورد دیگری در این زمینه هستند. Te و Bi تشکیل چدن سفید در حالت انجماد را ترقی داده، B و Al موجب اصلاح قابلیت بازپخت و توام با افزایش تعداد خوشه‌های گرافیت می‌شود میزان Mn موجود و نسبت Mn/S برای آسان کردن عمل بازپخت می‌بایستی کنترل گردد. عناصری از جمله Cu و Ni و Mo را ممکن است برای بدست آوردن مقاومت بالاتر یا افزایش مقاومت به سایش و خوردگی به چدن افزود. دلیل اساسی برای انتخاب چدن های چکش خوار قیمت تمام شده پایین و ماشینکاری راحت و ساده آنهاست. کاربردهای آنها در قطعات اتومبیل قطعات کشاورزی ، اتصالات لوله ها ، اتصالات الکتریکی و قطعات مورد استفاده در صنایع معدنی است.

چدن های گرافیت کروی یا نشکن: این چدن در سال 1948 در فیلادلفیای آمریکا در کنگره جامعه ریخته گران معرفی شد. توسعه سریع آن در طی دهه 1950 آغاز و مصرف آن در طی سال های 1960 روبه افزایش نهاده و تولید آن با وجود افت در تولید چدن ها پایین نیامده است. شاخصی از ترکیب شیمیایی این چدن به صورت کربن 3.7% ، سیلیسیم 2.5% ، منگنز0.3% ، گوگرد 0.01% ، فسفر 0.01% و منیزیم 0.04% است. وجود منیزیم این چدن را از چدن خاکستری متمایز می‌سازد. برای تولید چدن گرافیت کروی از منیزیم و سریم استفاده می‌شود که از نظر اقتصادی منیزیم مناسب و قابل قبول است. جهت اصلاح و بازیابی بهتر منیزیم برخی از اضافه شونده‌هایی از عناصر دیگر با آن آلیاژ می‌شوند و این باعث کاهش مصرف منیزیم و تعدیل کننده آن است. منیزیم ، اکسیژن و گوگرد زدا است. نتیجتا منیزیم وقتی خواهد توانست شکل گرافیتها را به سمت کروی شدن هدایت کند که میزان اکسیژن و گوگرد کم باشند. اکسیژن‌زداهایی مثل کربن و سیلیسیم موجود در چدن مایع این اطمینان را می‌دهند که باعث کاهش اکسیژن شوند ولی فرآیند گوگردزدایی اغلب برای پایین آوردن مقدار گوگرد لازم است. از کاربردهای این چدن ها در

خودروسازی و صنایع وابسته به آن مثلا در تولید مفصل‌های فرمان و دیسک ترمزها ، در قطعات تحت فشار در درجه حرارت های بالا مثل شیر فلکه‌ها و اتصالات برای طرحهای بخار و شیمیایی غلتکهای خشک‌کن نورد کاغذ ، در تجهیزات الکتریکی کشتی‌ها ، بدنه موتور ، پمپ‌ها و غیره است.
چدن های گرافیت فشرده یا کرمی شکل: این چدن شبیه خاکستری است با این تفاوت که شکل گرافیت‌ها به صورت کروی کاذب ، گرافیت تکه‌ای با درجه بالا و از نظر جنس در ردیف نیمه نشکن قرار دارد. می‌توان گفت یک نوع چدنی با گرافیت کروی است که کره‌های گرافیت کامل نشده‌اند یا یک نوع چدن گرافیت لایه‌ای است که نوک گرافیت گرد شده و به صورت کرمی شکل درآمده‌اند. ایت چدن ها اخیرا از نظر تجارتی جای خود را در محدوده خواص مکانیکی بین چدن های نشکن و خاکستری باز کرده است.

ترکیب آلیاژ موجود تجارتی که برای تولید چدن گرافیت فشرده استفاده می‌شود عبارت است از: Mg%4-5 ،Ti%8.5-10.5 ، Ca% 4-5.5 ، Al%1-1.5 ، Ce %0.2-0.5 ،Si%48-52 و بقیه Fe. چدن گرافیت فشرده در مقایسه با چدن خاکستری از مقاومت به کشش ، صلبیت و انعطاف‌پذیری ، عمر خستگی ، مقاومت به ضربه و خواص مقاومت در دمای بالا و برتری بازمینه‌ای یکسان برخوردار است و از نظر قابلیت ماشینکاری ، هدایت حرارتی نسبت به چدن های کروی بهتر هستند. از نظر مقاومت به شکاف و ترک خوردگی برتر از سایر چدن ها است. در هر حال ترکیبی از خواص مکانیکی و فیزیکی مناسب ، این چدن ها را به عنوان انتخاب ایده آلی جهت موارد استعمال گوناگون مطرح می‌سازد. مقاومت بالا در مقابل ترک‌خوردگی آنها را برای قالبهای شمش‌ریزی مناسب می‌سازد. نشان دادن خصوصیاتی مطلوب در دماهای بالا در این چدن ها باعث کاربرد آنها برای قطعاتی از جمله سر سیلندرها ، منیفلدهای دود ، دیسکهای ترمز ، دیسکها و رینگهای پیستون شده است.
چدن های سفید و آلیاژی مخصوص
کربن چدن سفید به صورت بلور سمانتیت (کربید آهن ، Fe3C) می‌باشد که از سرد کردن سریع مذاب حاصل می‌شود و این چدن ها به آلیاژهای عاری از گرافیت و گرافیت‌دار تقسیم می‌شوند و به صورتهای مقاوم به خوردگی ، دمای بالا، سایش و فرسایش می‌باشند.

چدن های بدون گرافیت: شامل سه نوع زیر می باشد:
ـ چدن سفید پرلیتی: ساختار این چدنها از کاربیدهای یکنواخت برجسته و توپر M3C در یک زمینه پرلیتی تشکیل شده است. این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند و هنوز هم کاربرد داشته ولی بی‌نهایت شکننده هستند لذا توسط آلیاژهای پرطاقت دیگری از چدن های سفید آلیاژی جایگزین گشته‌اند.
ـ چدن سفید مارتنزیتی (نیکل- سخت): نخستین چدن های آلیاژی که توسعه یافتند آلیاژهای نیکل- سخت بودند. این آلیاژها به طور نسبی قیمت تمام شده کمتری داشته و ذوب آنها در کوره کوپل تهیه شده و چدن های سفید مارتنزیتی دارای نیکل هستند. Ni به عنوان افزایش قابلیت سختی پذیری برای اطمینان از استحاله آستنیتی به مارتنزیتی در طی مرحله عملیات حرارتی به آن افزوده می‌شود. این جدن ها حاوی Cr نیز به دلیل افزایش سختی کاربید یوتکتیک هستند. این چدنها

دارای یک ساختار یوتکتیکی تقریبا نیمه منظمی با کاربیدهای یکنواخت برجسته و یکپاره M3C هستند که بیشترین فاز را در یوتکتیک دارند و این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند.
ـ چدن سفید پرکرم: چدن های سفید با Cr زیاد ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر خوردگی ، حرارت و سایش را دارا هستند این چدنها مقاومت عالی به رشد و اکسیداسیون در دمای بالا داشته و از نظر قیمت نیز از فولادهای ضد زنگ ارزان تر بوده و درجاهایی که در معرض ضربه و یا بازهای اعمالی زیادی نیستند به کار برده می‌شوند این چدنها در سه طبقه زیر قرار می‌گیرند:
1) چدنهای مارتنزیتی با Cr %12-28

2) چدنهای فریتی با 34-30% Cr
3) چدنهای آستنیتی با 30-15%Cr و 15-10% Niبرای پایداری زمینه آستنیتی در دمای پایین.
طبقه بندی این چدنها براساس دمای کار ، عمر کارکرد در تنش های اعمالی و عوامل اقتصادی است. کاربرد این چدنها در لوله‌های رکوپراتو ، میله ، سینی ، جعبه در کوره‌های زینتر و قطعات مختلف کوره‌ها، قالب‌های ساخت بطری شیشه و کاسه نمدهای فلکه‌ها است.
چدن های گرافیت دار:
ـ چدن های آستنیتی: شامل دو نوع (نیکل- مقاوم) و نیکروسیلال Ni-Si ، که هر دو نوع ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر حرارت و خوردگی را دارا هستند. اگرچه چدن های غیر آلیاژی به طور کلی مقاوم به خوردگی بویژه در محیط های قلیایی هستند، این چدنها به صورت برجسته‌ای مقاوم به خوردگی در محیط هایی مناسب و مختص خودشان هستند. چدن های نیکل مقاوم آستنیتی با گرافیت لایه‌ای که اخیرا عرضه شده‌اند از خواص مکانیکی برتری برخوردار بوده ولی خیلی گران

هستند. غلظت نیکل و کرم در آنها بسته به طبیعت محیط خورنده شان تغییر می‌کند. مهمترین کاربردها شامل پمپهای دنده‌ای حمل اسید سولفوریک، پمپ خلا و شیرهایی که در آب دریا مصرف می‌شوند، قطعات مورد استفاده در سیستم‌های بخار و جابه‌جایی محلول‌های آمونیاکی، سود و نیز برای پمپاژ و جابجایی نفت خام اسیدی در صنایع نفت هستند.
ـ چدن های فریتی: شامل دو نوع زیر می‌باشد: چدن سفید 5% سیلیسیم در سیلال که مقاوم در برابر حرارت می‌باشد و نوع دیگر چدن پرسیلیسیم (15%) که از مقاومتی عالی به خوردگی در

محیطهای اسیدی مثل اسید نیتریک و سولفوریک در تمام دماها و همه غلظتها برخوردارند. اما برخلاف چدن های نیکل- مقاوم ، عیب آن ، ترد بودن است که تنها با سنگ‌زنی می‌توان ماشینکاری نمود. مقاومت به خوردگی آنها در برابر اسیدهای هیدروکلریک و هیدروفلوریک ضعیف است. جهت مقاوم سازی به خوردگی در اسید هیدروکلریک می‌توان با افزودن Si تا 18-16% ، افزودن Cr%5-3 یا Mo %4-3 به آلیاژ پایه ، اقدام نمود.
ـ چدن های سوزنی: در این چدنها Al به طور متناسبی جانشین Si در غلظت های کم می‌گردد.

چدن های آلیاژهای Alدار تجارتی در دو طبقه بندی یکی آلیاژهای تا Al %6 و دیگری Al%18-25 قرار می‌گیرند. Al پتانسیل گرافیته‌شدگی را در هر دوی محدوده‌های ترکیبی ذکر شده حفظ کرده و لذا پس از انجماد چدن خاکستری بدست می‌آید. این آلیاژ به صورت چدنهای گرافیت لایه‌ای ، فشرده و کروی تولید می‌شوند. مزایای ملاحظه شده شامل استحکام به کشش بالا ، شوک حرارتی و تمایل به گرافیته شدن و سفیدی کم می‌باشند که قادر می‌سازند قطعات ریختگی با مقاطع نازک‌تر را تولید کرد. چدن های با Al کم مقاومت خوبی به پوسته پوسته شدن نشان داده و قابلیت

ماشینکاری مناسبی را نیز دارا هستند. محل های پیشنهادی جهت کاربرد آنها منیفلدهای دود ، بدنه توربوشارژرها ، روتورهای دیسک ترمز، کاسه ترمزها ، برش سیلندرها، میل بادامکها و رینگهای پیستون هستند. وجود Al در کنار Si در این نوع چدنها باعث ارائه خواص مکانیکی خوب توام با مقاومت به پوسته‌شدگی در دماهای بالا می‌شود. این آلیاژها مستعد به تخلخل‌های گازی

هستند. آلومینیوم حل شده در مذاب می توان با رطوبت یا هیدروکربنهای موجود در قالب ترکیب شده و هیدروژن آزاد تولید کند. این هیدروژن آزاد قابل حل در فلز مذاب بوده و باعث به وجود آوردن مک‌های سوزنی شکل در انجماد می‌شود.

لینک کمکی