چدن خاکستری و سفید. شیمی. ترکیب، ساختار، برچسب‌گذاری و دامنه کاربرد. چدن سفید

1. تعریف

چدن معمولاً آلیاژهای آهن-کربن حاوی کربن در نامیده می شود شرایط عادیتبلور بالاتر از حد حلالیت در آستنیت و یوتکتیک در ساختار. مطابق با نمودار حالت آلیاژهای آهن-کربن، چدن آلیاژهایی است که بیش از 2 درصد کربن دارند. یوتکتیک در ساختار این آلیاژها بسته به شرایط تشکیل آن می تواند کاربید یا گرافیت باشد.

تعریف ارائه شده، که اساس طبقه بندی آلیاژهای آهن-کربن معمولی را تشکیل می دهد، همیشه کافی نیست.

در واقع، یوتکتیک کاربید نه تنها در چدن، بلکه در فولادهای پرآلیاژ که حاوی کربن کمی هستند (کمتر از 2٪) نیز یافت می شود، به عنوان مثال، در فولادهای پرسرعت. موضوع یوتکتیک گرافیت نیز پیچیده است، زیرا گرافیت ثانویه و یوتکتوئیدی به طور جداگانه متمایز نمی شوند. تنها بر اساس ساختار، تشخیص درست چدن گرافیتی شده از فولاد گرافیتی شده دشوار است. بنابراین، اغلب لازم است به تعاریف اضافی متوسل شویم. به طور خاص، یک ویژگی مشخصه چدن، ریخته گری بهتر و خواص پلاستیک بدتر در مقایسه با فولاد است که نتیجه محتوای کربن بالا (محدودیت حلالیت بسیار بالاتر در آستنیت) است. مرزهای پذیرفته شده بین چدن و ​​فولاد با محتوای کربن 2٪ یا بیشتر، بدون توجه به درجه آلیاژ و ماهیت ساختار، دلخواه هستند.

ساختار چدن مهمترین ویژگی طبقه بندی باقی می ماند، زیرا خواص اساسی آن را تعیین می کند. ساختار چدن های گرافیتی شامل یک پایه فلزی است که با آخال های گرافیت نفوذ کرده است. دومی تأثیر بسیار مفیدی بر مقاومت در برابر سایش و ویسکوزیته چرخه ای چدن دارد.

مهم‌ترین ویژگی‌های طبقه‌بندی نیز شامل خواص مکانیکی (و برای چدن‌های با کاربرد خاص، خواص ویژه)، ترکیب قطعات ریخته‌گری، فناوری تولید، طراحی قطعات ریخته‌گری و زمینه‌های کاربرد آنها می‌شود.

خواص مقاومتی چدن بر اساس ماهیت پایه فلزی و میزان ضعیف شدن این پایه توسط آخال های گرافیت تعیین می شود. دومی در درجه اول شامل تعداد، شکل و ماهیت توزیع اجزاء گرافیت است.

2. طبقه بندی بر اساس ترکیب شیمیایی

علاوه بر آهن و کربن، چدن حاوی سیلیکون، منگنز، فسفر و گوگرد است. چدن ها همچنین حاوی مقادیر کمی اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن هستند.

چدن ها بر اساس ترکیب شیمیایی به دو دسته بدون آلیاژ و آلیاژی تقسیم می شوند.

چدن هایی که مقدار منگنز در آنها از 2% و سیلیکون 4% بیشتر نباشد غیر آلیاژی محسوب می شوند. اگر این عناصر به مقدار زیاد وجود داشته باشند یا ناخالصی خاصی داشته باشند، چدن آلیاژی در نظر گرفته می شود. به طور کلی پذیرفته شده است که در چدن کم آلیاژ مقدار ناخالصی های ویژه (Ni، Cr، Cu، و غیره) از 3٪ تجاوز نمی کند.

با دوپینگ کم و متوسط، آنها برای بهبود تلاش می کنند خواص عمومیچدن - یکنواختی ساختار، حفظ استحکام و الاستیسیته هنگام گرم شدن تا دمای نسبتاً پایین - 300-400 درجه، افزایش مقاومت در برابر سایش، افزایش استحکام و غیره.

با آلیاژ متوسط، افزایش یافته و زیاد، چدن خواص ویژه ای به دست می آورد، زیرا ترکیب محلول های جامد و کاربیدها به طور قابل توجهی تغییر می کند. در این مورد بالاترین ارزشتغییر در ماهیت پایه فلزی به دست می آورد. با آلیاژسازی می توان مارتنزیت، تروستیت سوزنی و آستنیت را مستقیماً در حالت ریختگی به دست آورد. این باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر حرارت و تغییر خواص مغناطیسی می شود.

3. طبقه بندی بر اساس ساختار و شرایط تشکیل گرافیت

با توجه به درجه گرافیت شدن، اشکال گرافیت و شرایط تشکیل آنها، انواع چدن زیر متمایز می شود:

ب) نیمه دل،

ج) خاکستری با گرافیت پولکی،

د) استحکام بالا با گرافیت کروی و

د) چکش خوار.

ماهیت پایه فلزی چدن با درجه گرافیت شدن، وضعیت آلیاژ و نوع عملیات حرارتی تعیین می شود.

با توجه به درجه گرافیتی شدن، چدن سفید تقریباً غیر گرافیتی، نیمه چدن کمی گرافیتیزه شده و چدن باقی مانده به طور قابل توجهی گرافیتیزه می شود (شکل 1).

شکل 1. طرح طبقه بندی چدن ها بر اساس درجه گرافیتی شدن، نوع شکست، شکل و شرایط تشکیل گرافیت.

در چدن های سفید و نیمه چدنی وجود لدبوریت اجباری است، اما در چدن های با گرافیت قابل توجه نباید لدبوریت وجود داشته باشد.

ساختار چدن در یک ریخته گری می تواند متفاوت باشد و متعلق به انواع مختلف چدن باشد. حتی گاهی اوقات تلاش ویژه ای برای به دست آوردن ساختارهای مختلف در لایه های مختلف انجام می شود، به عنوان مثال در تولید رول های نورد سفید شده و توپ های خرد کن. لایه های بیرونی از چدن سفید، لایه های انتقالی از نیمه چدن، هسته از چدن بسیار گرافیتی تشکیل شده است.

بیایید نگاه دقیق تری بیندازیم ویژگی های اصلیچدن های ذکر شده

آ) چدن سفید. چدن سفید چدنی است که در آن تقریباً تمام کربن در حالت پیوند شیمیایی است. چدن سفید بسیار سخت، شکننده است و پردازش آن با کاترها (حتی آنهایی که از آلیاژهای سخت ساخته شده اند) بسیار دشوار است.

برنج. 2. ساختار چدن سفید (لدبوریت، پرلیت و سمنتیت ثانویه)

در شکل شکل 2 ریزساختار چدن هیپویوتکتیک سفید بدون آلیاژ را نشان می دهد که از لدبوریت، پرلیت و سیمانیت ثانویه تشکیل شده است. در چدن های آلیاژی یا عملیات حرارتی، به جای پرلیت، ممکن است تروستیت، مارتنزیت یا آستنیت وجود داشته باشد.

ریخته گری های چدن سفید به دلیل سختی و شکنندگی بالا کاربرد محدودی دارند. آنها به عنوان مقاوم در برابر سایش، مقاوم در برابر خوردگی و مقاوم در برابر حرارت استفاده می شوند.

چدن سفید نامیده می شود زیرا الگوی شکست آن به صورت کریستالی نور و تابشی است (شکل 3).

برنج. 3. نوع شکستگی چدن سفید.

ب) نیم چدن. نیمه چدن با این واقعیت مشخص می شود که، همراه با یوتکتیک کاربید، ساختار شامل گرافیت نیز می شود. این بدان معنی است که مقدار کربن متصل شده از حلالیت محدود آن در آستنیت در شرایط انجماد واقعی فراتر می رود.

ساختار نیمه چدن لدبوریت + پرلیت + گرافیت است. در چدن های آلیاژی و عملیات حرارتی می توان مارتنزیت، آستنیت یا تروستیت سوزنی را به دست آورد.

آن را نیمه چدن می نامند زیرا نوع شکستگی آن ترکیبی از نواحی روشن و تاریک ساختار کریستالی است. نیمه چدن سخت و شکننده است. استفاده از محصولات ساخته شده از نیمه چدن محدود است. اغلب، این ساختار در ریخته گری های سفید شده به عنوان یک منطقه انتقال بین لایه سفید شده و قسمت گرافیتی دیده می شود.

V) چدن خاکستری (GC). چدن خاکستری رایج ترین ماده مهندسی است. تفاوت اصلی بین چدن خاکستری این است که گرافیت در صفحه آسیاب شکل صفحه مانندی دارد (شکل 4). هنگامی که صفحات بسیار پراکنده باشند، گرافیت پراکنده یا نقطه‌دار نامیده می‌شود. بدست آوردن شکل صفحه‌ای از گرافیت نیازی به عملیات حرارتی یا اصلاح اجباری ندارد.

گرافیت لایه ای با درجه ایزوله، ماهیت آرایش، شکل و اندازه صفحات متمایز می شود.

برنج. 4 . گرافیت پولکی (مستقیم). x100

برنج. 5. گرافیت لایه ای، کلنی هایی با درجه ایزوله بالا. x100.

در شکل شکل 5 گرافیت لایه ای را نشان می دهد که در مستعمرات با درجه ایزوله بالا قرار دارد و در شکل. 6 درجه ایزوله پایین. آخرین گرافیت (پراکنده) بین دندریت ها قرار دارد و گرافیت نقطه ای بین دندریتی نامیده می شود. در شکل & گرافیت لایه ای بین دندریتی را نشان می دهد و شکل. 8 گرافیت روزت.

برنج. 6. گرافیت لایه ای، کلنی هایی با درجه ایزوله پایین. x100.

برنج. 7. گرافیت بین دندریتی. x100.

برنج. 8. گرافیت روزت. x100.

برنج. 9. گرافیت چرخشی. x100.

برنج. 10. ساختار چدن خاکستری (سوربیتول، گرافیت و فسفید) x400.

برنج. 11. پرلیت-فریتی چدن خاکستری. x100.

برنج. 12. گرافیت گره دار. x400.

برنج. 13. پرلیت با استحکام بالا. x400.

برنج. 14. چدن پر مقاومت پرلیت-فریتی. x100.

برنج. 15. آهن داکتیل فریتی. x200.

گرافیت در شکل 4 مستقیم یا بزرگ نامیده می شود: برخلاف گردابی که در شکل نشان داده شده است. 9.

با توجه به طول غالب مقاطع بر روی مقطع نازک، آخال های گرافیت به ده گروه تقسیم می شوند که در زیر نشان داده شده است.

نوع شکستگی در چدن خاکستری تا حد زیادی به مقدار گرافیت بستگی دارد - هر چه گرافیت بیشتر باشد، شکستگی تیره تر است.

ریخته گری چدن خاکستری در هر ضخامتی تولید می شود.

با توجه به اثر ضعیف کننده قوی صفحات گرافیتی، چدن خاکستری تقریباً مشخص می شود غیبت کاملکشیدگی نسبی (کمتر از 0.5٪) و مقاومت ضربه ای بسیار کم.

با توجه به اینکه چدن خاکستری، صرف نظر از ماهیت پایه فلزی، شکل پذیری پایینی دارد، اکثر افراد سعی می کنند آن را با پایه پرلیت تولید کنند، زیرا پرلیت بسیار قوی تر و سخت تر از فریت است. کاهش مقدار پرلیت و افزایش مقدار فریت به این دلیل منجر به از دست دادن استحکام و مقاومت در برابر سایش بدون افزایش شکل‌پذیری می‌شود. آلیاژ کردن چدن خاکستری و به دست آوردن پایه آستنیتی نیز شکل پذیری زیادی ایجاد نمی کند.

برنج. 16. گرافیت های پوسته پوسته و خرچنگ شکل.

برنج. 17. چدن چکش خوار با پایه فریتی.

در شکل شکل 10 ساختار چدن خاکستری پرلیت-گرافیت را نشان می‌دهد و شکل. 11 ساختار چدن خاکستری پرلیت-فریتی با مقادیر تقریبا مساوی پرلیت و فریت.

ز) چدن داکتیل با گرافیت ندولار (DC). تفاوت اساسی بین چدن با مقاومت بالا و سایر انواع چدن، شکل کروی گرافیت است (شکل 12) که عمدتاً با وارد کردن اصلاح کننده های خاص (Mg, Ce) در چدن مایع به دست می آید. بنابراین، چدن با مقاومت بالا اغلب منیزیم نامیده می شود، اگرچه در GOST به آن "مقاومت بالا" می گویند. اندازه و تعداد اجزاء گرافیت متفاوت است.

شکل کروی گرافیت مطلوب‌ترین شکل در بین تمام اشکال شناخته شده است. گرافیت گره‌دار نسبت به سایر اشکال گرافیت کمتر باعث تضعیف پایه فلزی می‌شود. بسته به خواص مورد نیاز، پایه فلزی چدن با استحکام بالا می تواند پرلیتی (شکل 13)، پرلیتی-فریتی (شکل 14) و فریتی (شکل 15) باشد. با آلیاژسازی و عملیات حرارتی می توان یک پایه آستنیتی، مارتنزیتی یا سوزنی-تروستیتی به دست آورد.

ریخته گری از چدن با مقاومت بالا، مانند چدن خاکستری، در هر ضخامتی قابل تولید است.

د) چدن چکش خوار (DC). تفاوت اصلی چدن چکش خوار این است که گرافیت موجود در آن به شکل پوسته پوسته یا کروی است. گرافیت ورقه ای دارای تراکم و پراکندگی متفاوتی است (شکل 16 L, B, C, D) که بر خواص مکانیکی چدن تأثیر می گذارد.

آهن چکش خوار صنعتی عمدتاً با پایه فریتی تولید می شود. با این حال، همیشه حاشیه پرلیت دارد. که در سال های گذشتهچدن ها با پایه های فریت-پرلیت و پرلیت شروع به استفاده گسترده کردند. چدن با پایه فریتی (شکل 17) شکل پذیری زیادی دارد.

شکستگی چدن چکش خوار فریتی سیاه و مخملی است. با افزایش میزان پرلیت در ساختار، شکستگی به طور قابل توجهی سبک تر می شود.

بر این اساس، چدن ها را می توان بر اساس ماهیت شارژ، روش ذوب و روش فرآوری چدن مایع طبقه بندی کرد.

خواص چدن نیز به شدت تحت تأثیر شرایط قالب و ماهیت ریختن در آن است. با توجه به روش تولید ریخته گری، ریخته گری آهن را می توان به ریخته گری سرد (تصفیه سازه به دلیل سرد شدن سریع)، گریز از مرکز (ساختار متراکم)، تقویت شده (سخت شدن قطعات ریخته گری) و غیره تقسیم کرد.

تغییر قابل توجهی در خواص با عملیات حرارتی ریخته گری به دست می آید. با استفاده از عملیات حرارتی، می توانید درجه پراکندگی پایه فلزی و ویژگی آن را تا تبدیل آن به تروستیت سوزنی و مارتنزیتی تغییر دهید. تا حد معینی می توانید مقدار کربن ثابت را تغییر دهید و با مواد شیمیایی حرارت درمانیترکیب چدن در لایه های سطحی نیز قابل تغییر است. بر اساس نوع عملیات حرارتی، ریخته گری ها را می توان به بازپخت، نرمال شده، بهبود یافته، سطح سخت شده، نیترید و غیره تقسیم کرد.

6. طبقه بندی بر اساس انواع ریخته گری و حوزه های کاربرد آنها

ریخته‌گری‌های چدن را با توجه به انواع ریخته‌گری‌ها و حوزه‌های کاربرد آنها می‌توان به ماشین‌های ابزار، سیلندر، خودرو، بلبرینگ، رول‌های نورد ساخته شده از چدن سفید شده و غیره تقسیم کرد.

از میان طبقه‌بندی‌های بالا، واضح‌ترین طبقه‌بندی بر اساس ساختار، کمترین واضح‌ترین طبقه‌بندی بر اساس نوع ریخته‌گری است، زیرا چدن‌هایی با ساختار یکسان و ترکیب یکسان می‌توانند برای انواع مختلفصنایع ریخته گری و مهندسی مکانیک.

لازم است ویژگی های اصلی (تعریف کننده) طبقه بندی - شکل گرافیت از ویژگی های شفاف کننده، که شامل ماهیت پایه فلزی، روش ساخت و غیره است. برای مثال، گفتن چدن خاکستری (لاملار) کافی نیست. گرافیت)، باید روشن شود که چدن خاکستری بر اساس فلز کدام است، چگونه به دست می آید (با اصلاح یا عملیات حرارتی)، آیا آلیاژ شده است و با چه آلیاژی شده است.

آلیاژ آهن-کربن (> 2.14 % ج) نامیده می شوند چدن.وجود یوتکتیک در ساختار چدن (نگاه کنید به شکل 87) استفاده از آن را منحصراً به عنوان آلیاژ ریخته گری تعیین می کند. کربن موجود در چدن می تواند به صورت سیمانیت یا گرافیت و یا هر دو به صورت سیمانیت و گرافیت باشد. سمنتیت به شکستگی درخشش نور خاصی می بخشد. بنابراین چدنی که تمام کربن آن به صورت سمنتیت است نامیده می شود سفید.گرافیت به چدن رنگ خاکستری می دهد و به همین دلیل چدن نامیده می شود خاکستریبسته به شکل گرافیت و شرایط تشکیل آن، چدن های زیر متمایز می شوند: خاکستری، با استحکام بالا و چکش خوار (نگاه کنید به شکل 101 و 102).

چدن خاکستری و سفید

چدن خاکستری (تجاری) در اصل آلیاژ Fe-Si-C حاوی منگنز، فسفر و S به عنوان ناخالصی های دائمی است.در ساختار چدن خاکستری، بیشتر یا تمام کربن به شکل گرافیت است. ویژگیساختار چدن خاکستری، که بسیاری از خواص آن را تعیین می کند، در این واقعیت نهفته است که گرافیت شکل صفحاتی در میدان دید یک ریزمقطع دارد (شکل 88 را ببینید). پرمصرف ترین چدن های هیپویوتکتیک حاوی 2.4-3.8% C می باشد. هر چه محتوای کربن در چدن بیشتر باشد، گرافیت بیشتر تشکیل می شود و خواص مکانیکی آن کمتر می شود. در عین حال، برای اطمینان از خواص ریخته گری بالا (سیالیت خوب) باید حداقل 2.4 وجود داشته باشد % با.

بخشی از نمودار فاز سه تایی Fe-Si-C برای محتوای سیلیکون ثابت (2%) در شکل نشان داده شده است. 99. برخلاف نمودار ثابت Fe-C (نگاه کنید به شکل 87)، در سیستم Fe-Si-C پریکتتیک (F+) وجود دارد.

برنج. 99.

F - فاز مایع؛ آستنیت؛ G*گرافیت

F-6-ferrite-؟ تبدیل A)، یوتکتیک (F-*A + G) و یوتکتوئید (A -? F + G) در دمای ثابت اتفاق نمی افتد، بلکه در یک محدوده دمایی خاص رخ می دهد.

محدوده دمایی که در آن آستنیت و گرافیت با آلیاژ مایع در تعادل هستند به محتوای سیلیکون بستگی دارد. چگونه مطالب بیشترسیلیکون، دامنه دمای یوتکتیک گسترده تر است.

سرد کردن چدن در شرایط واقعی انحرافات قابل توجهی را از شرایط تعادل ایجاد می کند. ساختار چدن در ریخته گری در درجه اول به ترکیب شیمیایی (محتوای کربن و سیلیکون) و سرعت تبلور بستگی دارد.

سیلیکون فرآیند گرافیتی شدن را ارتقا می دهد و در همان جهتی عمل می کند که سرعت خنک شدن را کاهش می دهد. با تغییر از یک طرف محتوای کربن و سیلیکون در چدن و ​​از سوی دیگر سرعت سرد شدن، می توان ساختار متفاوتی از پایه فلزی چدن به دست آورد. نمودار سازه برای چدن ها، نشان می دهد که ساختار باید در ریخته گری با ضخامت دیوار 50 میلی متر، بسته به محتوا، چگونه باشد.

برنج. 100.

آ - تأثیر C در Si. و نه ساختار چدن: b - تأثیر سرعت خنک کننده (ضخامت ریخته گری) و مجموع C + SI بر ساختار چدن. من - چدن سفید؛ //-V - چدن خاکستری

برنج. 101.

آ- چدن سفید؛ ب - چدن خاکستری پرلیت: V- چدن خاکستری فریتی-پرلیت؛ جی- چدن خاکستری فریتی

غلظت سیلیکون و کربن در چدن در شکل 1 نشان داده شده است. 100، آ.برای محتوای کربن معین، هرچه سیلیکون در چدن بیشتر باشد، گرافیت شدن کامل‌تر اتفاق می‌افتد. هرچه کربن موجود در چدن بیشتر باشد، سیلیکون کمتری برای به دست آوردن ساختار معین مورد نیاز است.

بسته به محتوای کربن محدود شده در سمنتیت، موارد زیر وجود دارد:

• 1. چدن سفید (شکل 100، آ،/)، که در آن تمام کربن به شکل سمنتیت Fe 3 C است. ساختار چنین چدنی پرلیت، لدبوریت و سمنتیت است (شکل 100، الف، منو 101، آ).
• 2. Half ch>tun (شکل 100، آ، //)، بیشتر کربن (> 0.8٪) به شکل Fe 3 C است. ساختار چنین چدنی پرلیت، لدبوریت و گرافیت لایه ای C است.
• 3. چدن خاکستری پرلیت (شکل 100، الف، III)ساختار چدن (شکل 101، b) پرلیت و گرافیت لایه ای است. در این چدن 0.7-0.8 درجه سانتیگراد به صورت Fe 3 C است که جزء پرلیت است.
• 4. چدن خاکستری فریتیک-پرلیت (شکل 100, a, /V). ساختار چنین چدنی (شکل 101، V) - پرلیت، فریت و گرافیت لایه ای (برای ترکیبات، به شکل 100، a، مراجعه کنید. III).در این چدن، بسته به درجه تجزیه سمنتیت یوتکتوئید، از 0.7 تا 0.1% C در حالت محدود وجود دارد.
• 5. چدن خاکستری فریتی (شکل 100، الف، V). ساختار (شکل 101، ز)- فریت و گرافیت لایه ای. در این حالت تمام کربن به صورت گرافیت است.

در یک محتوای کربن و سیلیکون معین، گرافیتی شدن کاملتر پیش می رود، هر چه خنک شدن کندتر است. در شرایط تولید، مشخص کردن سرعت خنک کننده با ضخامت دیواره ریخته گری راحت است. هر چه ریخته گری نازکتر باشد، خنک شدن سریعتر و گرافیت شدن کمتر اتفاق می افتد (شکل 100، ب).

در نتیجه، محتوای سیلیکون باید در ریخته گری با سطح مقطع کوچک که به سرعت سرد می شود یا در چدن با محتوای کربن کمتر افزایش یابد. در بخش‌های ضخیم ریخته‌گری که کندتر سرد می‌شوند، گرافیت‌سازی کامل‌تر اتفاق می‌افتد و محتوای سیلیکون ممکن است کمتر باشد. مقدار منگنز در چدن از 1.25-1.4 تجاوز نمی کند %. منگنز از گرافیت شدن جلوگیری می کند، یعنی جداسازی گرافیت را پیچیده می کند و توانایی چدن برای سفید کننده را افزایش می دهد - ظاهر، به ویژه در لایه های سطحی، ساختار آهن سفید یا نیمه چدن. گوگرد یک ناخالصی مضر است که خواص مکانیکی و ریخته گری چدن را مختل می کند. بنابراین محتوای آن به 0.1-0.2 محدود می شود %. در چدن خاکستری، گوگرد سولفید (FeS، MnS) یا محلول جامد آنها (Fe، Mn) S را تشکیل می دهد.

خواص مکانیکی چدن با ساختار آن، عمدتاً جزء گرافیت، تعیین می شود. چدن را می توان به عنوان فولاد آغشته شده با گرافیت در نظر گرفت که به عنوان بریدگی عمل می کند که پشتی فلزی سازه را ضعیف می کند. در این مورد، خواص مکانیکی به تعداد، اندازه و ماهیت توزیع آخال‌های گرافیت بستگی دارد.

هرچه آخال های گرافیت کمتر، کوچکتر باشند و درجه جداسازی آنها بیشتر باشد، استحکام چدن بیشتر می شود. چدن با تعداد زیادی رسوبات گرافیتی بزرگ خطی که پایه فلزی آن را جدا می کند، دارای شکستگی دانه درشت و خواص مکانیکی کم است. چدن با ریز

و رسوبات چرخشی گرافیت خواص بالاتری دارند.

صفحات گرافیتی مقاومت به پارگی، استحکام کششی و به ویژه شکل پذیری چدن را کاهش می دهند. ازدیاد طول کششی نسبی چدن خاکستری، صرف نظر از خواص پایه فلزی، عملاً صفر است ("-"0.5٪) ادغام های گرافیت تأثیر کمی بر کاهش مقاومت فشاری و سختی دارند، ارزش آنها عمدتاً توسط ساختار تعیین می شود. چدن در هنگام فشرده شدن دچار تغییر شکل قابل توجهی می شود و تخریب به شکل برش در زاویه 45 درجه رخ می دهد. بار شکست در فشار، بسته به کیفیت چدن و ​​ساختار آن، می باشد. 3-5 برابر بیشتر از کشش است.بنابراین توصیه می شود چدن عمدتاً برای محصولاتی که در حالت فشرده سازی کار می کنند استفاده شود.

صفحات گرافیتی استحکام را در خمش به میزان قابل توجهی نسبت به کشش کاهش می دهند، زیرا بخشی از محصول تنش فشاری را تجربه می کند. مقاومت خمشی بین مقاومت کششی و فشاری حد واسط است. سختی چدن 143-255 HB است.

گرافیت با شکستن پیوستگی پایه فلزی، چدن را نسبت به انواع متمرکز کننده های تنش (عیب های سطحی، بریدگی ها، فرورفتگی ها و غیره) غیر حساس می کند. در نتیجه چدن خاکستری در قالب های ریخته گری ساده یا با سطح صاف و در اشکال پیچیده با بریدگی یا سطح ضعیف تراش خورده استحکام ساختاری تقریباً یکسانی دارد. گرافیت مقاومت در برابر سایش و خواص ضد اصطکاک چدن را به دلیل اثر روان کنندگی خود و افزایش استحکام لایه روان کننده افزایش می دهد. بسیار مهم است که گرافیت با شکننده کردن تراشه ها، ماشین کاری را بهبود می بخشد.

پایه فلزی چدن خاکستری در صورتی که ساختار پرلیت داشته باشد، بیشترین استحکام و مقاومت در برابر سایش را دارد (شکل 100 را ببینید، ب).وجود فریت در سازه، بدون افزایش شکل پذیری و چقرمگی چدن، استحکام و مقاومت در برابر سایش آن را کاهش می دهد. چدن خاکستری فریتی کمترین مقاومت را دارد.

چدن خاکستری با حروف S - خاکستری و Ch - چدن (GOST 1412-85) مشخص شده است. حروف با اعدادی دنبال می شوند که حداقل مقدار مقاومت کششی 10 اینچ 1 MPa (kgf/mm 2) را نشان می دهند.

چدن های خاکستری را می توان با توجه به خواص و کاربردشان به گروه های زیر تقسیم کرد.

چدن های فریتی و فریتی-پرلیت(Sch 10, SCh 15, SCh 18) دارای استحکام کششی 100-180 MPa (10-18 kgf/mm 2) و مقاومت خمشی 280-320 MPa (28-32 MPa) هستند. ترکیب تقریبی آنها: 3.5-3.7 % با؛ 2.0-2.6٪ Si; 0.5--0.8٪ Mi;

SC 15). این چدن ها برای قطعات کم بحرانی که هنگام کار با ضخامت دیواره ریخته گری 10-30 میلی متر، بارهای سبک را تجربه می کنند، استفاده می شود. بنابراین چدن SCH 10 برای ستون های ساختمانی، دال های فونداسیون و چدن های SCh 15 و SCH 18 برای قطعات سبک ریخته گری ماشین های کشاورزی، ماشین آلات، ماشین ها و تراکتورها، یراق آلات و غیره استفاده می شود.

چدن های پرلیت(Sch 21, SCh 24, SCh 25, SCh 30, SCh 35) برای ریخته گری های حیاتی (تخت ماشین ها و مکانیزم های قدرتمند، پیستون ها، سیلندرها، قطعات در معرض سایش در شرایط فشار بالا، کمپرسورها، اتصالات، سیلندرهای دیزل، موتور) استفاده می شود. بلوک ها، قطعات تجهیزات متالورژی و غیره) با ضخامت دیواره تا 60-100 میلی متر. ساختار این چدن ها پرلیت صفحه ریز (سوربیتول) با آخال های گرافیت چرخان کوچک است. پرلیت شامل به اصطلاح فولادیو اصلاح شدهچدن ها

هنگام ذوب چدن های فولادی SC 24 ، SC 25 ، 20-30 اضافه کنید. % ضایعات فولادی؛ چدن ها دارای محتوای کربن کاهش یافته هستند، که باعث می شود پایه پرلیت پراکنده تر با مواد گرافیت کمتری ایجاد شود. ترکیب تقریبی: 3.2-3.4 ٪ با؛ 1,4-2,2 % Si; 0.7-

1,0 % نماینده مجلس؛ % R;

چدن های اصلاح شده (SCh 30، SCh 35) با افزودن مواد افزودنی- اصلاح کننده ویژه (گرافیت، 75 درصد فروسیلیکس، سیلیکو کلسیم به مقدار 0.3-0.8) به چدن مایع قبل از ریخته گری به دست می آیند. % و غیره.). این اصلاح برای به دست آوردن یک پایه فلزی پرلیت که با آهن در ریخته‌گری‌های چدنی با ضخامت‌های دیواره‌های مختلف متلاشی شده است، استفاده می‌شود. مقدار زیادصفحات گرافیتی با اندازه متوسط ​​جدا شده

اصلاح روی چدن کم کربن انجام می شود که حاوی نسبتاً کمی است تعداد زیادی ازسیلیکون و مقدار منگنز افزایش یافته و دارای ساختار نیمه چدنی بدون معرفی یک اصلاح کننده، یعنی لدبوریت، پرلیت و گرافیت است. نمونه ترکیب شیمیاییچدن: 2.2-3.2% C; 1.0-2.9٪ Si; 0.2-1.1٪ MP;

برای کاهش تنش ریخته‌گری و تثبیت ابعاد، ریخته‌گری‌های چدنی در دمای 500-600 درجه سانتی‌گراد آنیل می‌شوند. بسته به شکل و اندازه ریخته گری، نوردهی در دمای آنیل 10-2 ساعت است.سرد شدن پس از بازپخت همراه با کوره آهسته است. پس از چنین عملیاتی، خواص مکانیکی کمی تغییر می کند و تنش های داخلی 80-90٪ کاهش می یابد. گاهی اوقات برای کاهش استرس در ریخته گری های چدن، از پیری طبیعی چدن استفاده می شود - نگهداری آنها در انبار به مدت 6-10 ماه. این قرار گرفتن در معرض استرس را 40-50 درصد کاهش می دهد.

چدن های ضد اصطکاکبرای 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. این چدن ها باید اصطکاک کم (ضریب اصطکاک کم) یعنی ضد اصطکاک را ایجاد کنند. خواص ضد اصطکاک چدن با نسبت پرلیت و فریت در پایه و همچنین مقدار و شکل گرافیت تعیین می شود. چدن های ضد اصطکاک در گریدهای زیر تولید می شوند: :

ASF-1 (3.2-3.6% C؛ 1.3-2.0 % Si; 0.6-1.2 % نماینده مجلس؛ 0.15-0.4٪ R; % Cg; 1.5-2.0٪ مس)؛ AChS-2 (3.2-3.8% C؛ 1.4-2.2% Si؛ 0.3-1% منگنز؛ 0.15-0.4 % R; % Ti; 0.2-0.5٪ مس) و ASF-3 (3.2-3.8 ٪ با؛ 1.7-2.6٪ Si; 0.3-0.7 % نماینده مجلس؛ 0.15-0.4% P; 0.2-0.5٪ مس.

قطعاتی که پشت سر هم با محورهای فولادی سخت شده یا نرمال شده کار می کنند از چدن خاکستری پرلیت AChS-1 و AChS-2 ساخته شده اند. چدن پرلیت-فریتی AChS-3 برای کار پشت سر هم با شفت های حرارتی درمان نشده استفاده می شود.

چدن پرلیت، حاوی مقدار فسفر افزایش یافته (0.3-0.5٪)، برای ساخت رینگ پیستون استفاده می شود. مقاومت سایشی بالای حلقه ها توسط یک پایه فلزی متشکل از پرلیت نازک و یوتکتیک فسفید به طور یکنواخت در حضور رسوبات گرافیت پولکی جدا شده تضمین می شود.

• گرافیت به شکل اشکال نسبتاً پیچیده متبلور می شود (شکل 88، b، o را ببینید)، اما سطح مقطع آنها با صفحه ریز مقطع ظاهر صفحات را می دهد.
• 2 در چدن سفید، تشکیل یوتکتیک (Fe + FeS) و انحلال گوگرد در FeaC امکان پذیر است.
• هر چه ضخامت دیواره های ریخته گری بیشتر باشد، خواص مکانیکی کمتری دارد. 149
• A - ضد اصطکاک، C - چدن، C - خاکستری.

چدن سفید نوعی چدن است که حاوی ترکیبات کربنی است. در این آلیاژ به آنها سمنتیت می گویند. این فلز به دلیل رنگ سفید و درخشندگی مشخص خود نام خود را به خود اختصاص داده است که در محل شکستگی به وضوح قابل مشاهده است. این درخشش به این دلیل آشکار می شود که چنین چدنی حاوی اجزاء زیادی از گرافیت نیست. که در درصد، بیش از 0.3٪ نیست. بنابراین، تنها با تجزیه و تحلیل طیفی یا شیمیایی قابل تشخیص است.

ترکیب و انواع چدن سفید

چدن سفید از به اصطلاح یوتکتیک سمنتیت تشکیل شده است. از این نظر به سه دسته تقسیم می شود:

• Hypoeutectic. اینها آلیاژهایی هستند که کربن در آنها از 4.3٪ از ترکیب کل تجاوز نمی کند. پس از سرد شدن کامل بدست می آید. در نتیجه کسب می کند ساختار مشخصهعناصری مانند پرلیت، سمنتیت ثانویه و لدبوریت.
• یوتکتیک. محتوای کربن آنها 4.3٪ است.
• چدن سفید Hypereutectic. محتوا بیش از 4.35٪ است و می تواند به 6.67٪ برسد.

علاوه بر طبقه بندی فوق، به معمولی، سفید شده و آلیاژی تقسیم می شود.

ساختار داخلی چدن سفید آلیاژی از دو عنصر آهن و کربن است. با وجود تولید در دمای بالا، ساختار ریزدانه ای را حفظ می کند. بنابراین، اگر قطعه ای از چنین فلزی را بشکنید، رنگ سفید مشخصی مشاهده می شود. علاوه بر این، در ساختار یک آلیاژ هیپویوتکتیک، به عنوان مثال، گریدهای سخت، علاوه بر پرلیت و سمنتیت ثانویه، سمنتیت همیشه وجود دارد. درصد آن می تواند به 100٪ نزدیک شود. این برای یک فلز یوتکتیک معمولی است. برای نوع سوم، ساختار ترکیبی از یوتکتیک (L p) و سمنتیت اولیه است.

یکی از انواع این آلیاژها، به اصطلاح چدن سفید شده است. اساس آن، یعنی هسته، چدن خاکستری یا پر استحکام است. لایه سطحی حاوی درصد بالایی از عناصر مانند لدبوریت و پرلیت است. اثر سفید کننده تا عمق 30 میلی متر با استفاده از روش خنک کننده سریع حاصل می شود. در نتیجه لایه سطحی از سفید، و سپس ریخته گری از یک آلیاژ خاکستری معمولی تشکیل شده است.

بسته به درصدافزودنی های آلیاژی، انواع فلز زیر را متمایز می کنند:

• کم آلیاژ (آنها حاوی بیش از 2.5٪ عناصر آلیاژی نیستند).
• آلیاژ متوسط ​​(درصد چنین عناصری به 10٪ می رسد)؛
• بسیار آلیاژی (در آنها مقدار افزودنی های آلیاژی بیش از 10٪ است).

عناصر بسیار رایج به عنوان افزودنی های آلیاژی استفاده می شوند. چدن سفید آلیاژی که از این طریق به دست می آید خواص جدید و از پیش تعیین شده ای به دست می آورد.

خواص چدن سفید

هر آلیاژ چدن، از یک طرف، بسیار قوی است، اما در عین حال کاملا شکننده است. بنابراین، خواص مثبت اصلی چدن سفید عبارتند از:

• سختی بالا. این امر پردازش قطعات، به ویژه برش را بسیار پیچیده می کند.
• مقاومت بسیار بالا.
• مقاومت در برابر سایش عالی
• مقاومت خوب در برابر افزایش گرما
• مقاومت در برابر خوردگی کافی، از جمله در برابر اسیدهای مختلف.

چدن های سفید با درصد کربن کاهش یافته، مقاومت بیشتری نسبت به آن دارند دمای بالا. از این خاصیت برای کاهش تعداد ترک های ریخته گری استفاده می شود.

معایب عبارتند از:

• خواص ریخته گری کم پر شدن قالب ضعیفی دارد. در حین ریختن ممکن است ترک های داخلی ایجاد شود.
• افزایش شکنندگی.
• ماشینکاری ضعیف قطعات ریخته گری و قطعات ساخته شده از چدن سفید.
• انقباض بزرگ، که می تواند به 2٪ برسد.
• مقاومت در برابر ضربه کم.

یکی دیگر از معایب جوش پذیری ضعیف است. مشکلات در جوشکاری قطعات ساخته شده از این ماده به این دلیل است که در حین جوشکاری، چه در هنگام گرمایش و چه در هنگام سرمایش، ترک ایجاد می شود.

علامت گذاری از چدن سفید

برای علامت گذاری چدن سفید از حروف الفبای روسی و اعداد استفاده می شود. اگر حاوی ناخالصی باشد، علامت گذاری با حرف "H" شروع می شود. ترکیب افزودنی های آلیاژی موجود را می توان با حروف زیر P, PL, PF, PVK تعیین کرد. آنها وجود سیلیکون را نشان می دهند. اگر فلز حاصل مقاومت به سایش را افزایش داده باشد، علامت گذاری آن با حرف "I" شروع می شود، به عنوان مثال ICHH، ICH. به عنوان مثال، وجود نام "Ш" در علامت گذاری به این معنی است که ساختار آلیاژی حاوی گرافیت کروی است.

اعداد نشان دهنده مقدار مواد اضافی موجود در چدن سفید است.

نام تجاری CHN20D2ХШ مخفف عبارت زیر است. این یک فلز با آلیاژ بالا مقاوم در برابر حرارت است. حاوی عناصر زیر است: نیکل - 20٪، مس - 2٪، کروم - 1٪. عناصر باقیمانده آهن، کربن و گرافیت کروی هستند.

منطقه برنامه

از این آلیاژ در صنایع زیر استفاده می شود: مهندسی مکانیک، ماشین سازی، ماشین سازی، کشتی سازی. برخی از عناصر محصولات خانگی از آن تولید می شود. در مهندسی مکانیک از آن برای ساخت قطعات کامیون و اتومبیل، تراکتور، کمباین و سایر ماشین آلات کشاورزی استفاده می شود. استفاده از افزودنی های آلیاژی به دست آوردن خواص ویژه مشخص شده را ممکن می سازد. به عنوان مثال، آنها در ساخت اسلب با اشکال مختلف سطح استفاده می شود.

چدن سفید شده دارای دامنه نسبتاً محدودی است. برای تولید قطعاتی از پیکربندی های ساده استفاده می شود. به عنوان مثال: توپ برای آسیاب، چرخ برای اهداف مختلف، قطعات برای آسیاب نورد.

به طور گسترده در تولید قطعات برای واحدهای بزرگ مانند ماشین آلات هیدرولیک و قالب گیری و سایر مکانیسم های صنعتی در این زمینه استفاده می شود. ویژگی خاص کار آنها این است که دائماً در معرض مواد ساینده قرار دارند.

آلیاژهای آهن و کربن که محتوای کربن در آنها بیش از 1.7 درصد است، چدن نامیده می شود.

چدن ها از نظر ساختار، روش های ساخت، ترکیب شیمیایی و هدف متفاوت هستند.
ساختار چدن خاکستری، سفید و چکش خوار است. با توجه به روش های ساخت - معمولی و اصلاح شده.
بر اساس ترکیب شیمیایی، چدن به دو دسته بدون آلیاژ و آلیاژی تقسیم می شود، یعنی آنهایی که حاوی ناخالصی های خاصی هستند.

چدن خاکستری

چدن خاکستری بیشترین کاربرد را در مهندسی مکانیک برای ریخته گری قطعات مختلف ماشین آلات دارد. مشخصه آن این است که کربن موجود در آن به شکل گرافیت در حالت آزاد قرار دارد. بنابراین چدن خاکستری را می توان به راحتی با ابزارهای برش فرآوری کرد. وقتی شکسته می شود رنگ خاکستری و خاکستری تیره دارد. چدن خاکستری پس از ذوب یا گرم شدن با سرد شدن آهسته تولید می شود. تولید چدن خاکستری نیز با افزایش محتوای کربن و سیلیکون در ترکیب آن تسهیل می شود.
خواص مکانیکی چدن خاکستری به ساختار آن بستگی دارد.
ساختار چدن خاکستری به شرح زیر است:

1. پیوند فریت،
2. فریت-درلیت-گرافیت و
3. پرلیت-گرافیت

اگر چدن خاکستری پس از ذوب به سرعت سرد شود، سفید می شود، یعنی بسیار شکننده و سفت می شود. چدن خاکستری در فشرده سازی چندین برابر بهتر از کشش عمل می کند.

چدن خاکستری را می توان به خوبی با استفاده از پیش گرم کردن و به عنوان ماده پرکننده برای میله های چدنی مخصوص جوش داد. افزایش محتواکربن و سیلیکون جوشکاری بدون پیش گرم کردن به دلیل سفید شدن چدن در نواحی جوشکاری مشکل است.

چدن سفید

چدن سفید به طور گسترده در مهندسی مکانیک استفاده می شود مقادیر کمترنسبت به خاکستری آلیاژی از آهن و کربن است که در آن کربن به صورت ترکیب شیمیایی با آهن است. چدن سفید بسیار شکننده و سخت است. نمی توان آن را با ابزارهای برش ماشین کاری کرد و برای ریخته گری قطعاتی که نیازی به پردازش ندارند یا در معرض سنگ زنی با چرخ های ساینده قرار می گیرند استفاده می شود. در مهندسی مکانیک از چدن سفید اعم از معمولی و آلیاژی استفاده می شود.

جوشکاری چدن سفید به دلیل ایجاد ترک در هنگام گرمایش و سرمایش و همچنین به دلیل ناهمگونی ساختار تشکیل شده در محل جوشکاری بسیار مشکل است.

آهن چکش خوار

چدن چکش خوار معمولاً از ریخته گری های چدن سفید با جوشاندن طولانی مدت در کوره ها در دمای 800-950 درجه سانتی گراد به دست می آید.چدن چکش خوار دو راه دارد: آمریکایی و اروپایی.

در روش آمریکایی جوشاندن در ماسه با دمای 800-850 درجه سانتی گراد انجام می شود. در این حالت، کربن از یک حالت متصل شیمیایی به حالت آزاد به شکل گرافیت که بین دانه‌های آهن خالص قرار دارد، عبور می‌کند. چدن ویسکوزیته به دست می آورد و به همین دلیل به آن چکش خوار می گویند.

در روش اروپایی، ریخته گری در سنگ آهن در دمای 850-950 درجه جوشانده می شود. در این حالت، کربن از یک حالت متصل شیمیایی از سطح قطعات ریخته گری وارد می شود سنگ آهنو به این ترتیب سطح ریخته گری ها کربن زدایی شده و نرم می شود، به همین دلیل چدن را چکش خوار می نامند، اگرچه هسته شکننده باقی می ماند.

در نام گذاری گریدهای چدن چکش خوار بعد از حروف عددی نوشته می شود که نشان می دهد مقدار متوسطاستحکام کششی بر حسب کیلوگرم بر میلی‌متر مربع و به دنبال آن عددی نشان‌دهنده ازدیاد طول بر حسب درصد است.

به عنوان مثال، KCH37-12 نشان دهنده چدن چکش خوار، با استحکام کششی 37 کیلوگرم بر میلی متر مربع و کشیدگی 12 درصد است.
جوشکاری چدن داکتیل به دلیل سفید شدن چدن در ناحیه جوش با مشکلاتی همراه است.

چدن اصلاح شده

چدن اصلاح شده با چدن خاکستری معمولی تفاوت دارد زیرا حاوی کربن بیشتری به شکل گرافیت نسبت به چدن خاکستری است.

این اصلاح شامل این واقعیت است که هنگام ذوب چدن، مقدار معینی از مواد افزودنی به فلز مایع اضافه می شود که باعث آزاد شدن کربن به شکل گرافیت در طول انجماد و خنک شدن می شود. این فرآیند اصلاح، با همان ترکیب شیمیایی چدن، خواص مکانیکی چدن را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد و بسیار مهم است. نام تجاری چدن اصلاح شدهمشابه با تعیین درجه های چدن خاکستری.

ساختار و خواص چدن ها.

آلیاژهای آهن-کربن که حاوی بیش از 2.14 درصد کربن هستند، چدن نامیده می شوند. در مهندسی مکانیک، چدن یکی از مواد اصلی ریخته‌گری است که در درجه اول با ویژگی‌های خوب ریخته‌گری و مقاومت آن توضیح داده می‌شود. تحت درمان تحت فشار نیست. عامل اصلی تعیین کننده خواص و در نتیجه دامنه کاربرد چدن، ساختار آن است که می تواند متفاوت باشد.

چدن ها بر اساس ساختارشان به رنگ های سفید، خاکستری، چکش خوار و پر استحکام تقسیم می شوند.

9.1. چدن سفید.

چدن سفید به چدن گفته می شود که در آن تمام کربن به صورت سمنتیت Fe 3 C در حالت پیوند شیمیایی قرار دارد که به چدن رنگ سفید براقی می دهد.

دگرگونی های فاز در این چدن ها بر اساس نمودار متاپایدار Fe - Fe 3 C انجام می شود (شکل 23 را ببینید). چدن های سفید با توجه به ساختارشان به دو دسته تقسیم می شوند:

الف) هیپوئوتکتیک، حاوی 2.14 تا 4.3 C. آنها شامل پرلیت، لدبوریت و سمنتیت ثانویه هستند که از دانه های آستنیت در محدوده دمایی 1147 درجه (خط EC) تا 727 درجه (خط SK) آزاد می شوند. سمنتیت ثانویه با سمنتیت لدبوریت ادغام می شود و ممکن است روی یک ریز مقطع به عنوان یک جزء ساختاری مستقل قابل مشاهده نباشد (شکل 51a).

ب) یوتکتیک، حاوی 4.3% C. شامل یوتکتیک - لدبوریت است که مخلوطی مکانیکی از سمنتیت و پرلیت است (شکل 51، ب).

ب) هایپریوتکتیک، حاوی 4.3٪ تا 6.67 % ج- از سمنتیت اولیه تشکیل شده اند که به شکل صفحات بزرگ و لدبوریت آزاد می شوند (شکل 51، ج).

برنج. 51. ساختار چدن سفید: الف) هیپویوتکتیک ب) یوتکتیک ج) هایپریوتکتیک

ریزساختار چدن سفید حاوی مقدار زیادی سمنتیت است، بنابراین بسیار سخت و شکننده است، اما به خوبی در برابر سایش مقاومت می کند. پردازش با برش تقریباً غیرممکن است (به استثنای مواد ساینده)، بنابراین چدن های سفید کاربرد مستقیمی در مهندسی مکانیک پیدا نمی کنند، آنها به ندرت استفاده می شوند، فقط برای ساخت قطعاتی که تحت شرایط افزایش سایش ساینده کار می کنند (قطعاتی از ماشین های هیدرولیک، شن دمنده و غیره). این چدن به عنوان محصول اصلی ذوب کوره بلند، در متالورژی برای تبدیل به فولاد (چدن خام) استفاده می شود. از چدن سفید نیز در مقادیر کم برای تولید چدن چکش خوار استفاده می شود.

9.2. چدن خاکستری.

چدن خاکستری به چدنی گفته می شود که در آن کربن به شکل گرافیت، به صورت صفحات یا ورقه های کمی خمیده یا گل سرخ های شاخه دار با گلبرگ های لایه ای است. به دلیل وجود مقدار زیادی گرافیت در سازه، چنین چدنی در هنگام شکستگی رنگ خاکستری دارد.

سیلیکون فرآیند گرافیتی شدن را ارتقا می دهد، انقباض را کاهش می دهد، سیلیکون بخشی از فریت است و یک محلول جامد جایگزین با آهن α تشکیل می دهد.

منگنز تمایل چدن را برای حفظ سمنتیت افزایش می دهد و در نتیجه سختی چدن را افزایش می دهد.

گوگرد یک ناخالصی مضر در چدن است که سختی و شکنندگی آنها را 5 تا 6 برابر بیشتر از منگنز افزایش می دهد و به طور قابل توجهی خواص ریخته گری را مختل می کند.

فسفر در مقادیر کم در چدن ناخالصی مفیدی است (برخلاف فولادها)، خواص ریخته گری چدن خاکستری را بهبود می بخشد، زیرا فسفر یوتکتیک Fe+Fe2P را تشکیل می دهد که در دمای 983 درجه سانتی گراد ذوب می شود که برای تولید بلاست دیواره نازک . . ترکیب شیمیایی چدن خاکستری: 2.5 ... 4% C; 1.0…4.8% Si; 0.5...0.7% منگنز; تا 0.12% S؛ 0.2 … 0.5٪ P.

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

1. پرلیت. ساختار P + PG (گرافیت لایه‌ای)، پایه فلزی P، و مقدار کربن محدود شده (Fe 3 C) برابر با غلظت یوتکتوئید 0.8٪ است (شکل 52، a).

2. فریت-پرلیت. ساختار F + P + PG است، پایه فلزی آنها از F + P تشکیل شده است و مقدار Fe 3 C کمتر از غلظت یوتکتوئید است (شکل 52، b).

3. فریتی. ساختار F + PG. اساس آنها شامل F، و Fe 3 C = 0 است (شکل 52، c).

شکل 52. ساختار چدن خاکستری: الف) پرلیتی ب) فریتی-پرلیتی ج) فریتی

خواص مکانیکی چدن به خواص پایه فلزی، تعداد و اندازه اجزاء گرافیت بستگی دارد. هنگام طراحی قطعات ماشین باید در نظر داشت که چدن خاکستری در تراکم بهتر از کشش عمل می کند. آنها به برش های تحت بارگذاری چرخه ای حساسیت کمی دارند، ارتعاشات را در حین ارتعاش به خوبی جذب می کنند و به دلیل روان بودن گرافیت، خاصیت ضد اصطکاک بالایی دارند. چدن های خاکستری برش آسان، ارزان و آسان برای ساخت هستند. در کنار این خواص مثبت، دارای استحکام نسبتا کم و شکل پذیری فوق العاده کم هستند.

درجه چدن خاکستری شامل حروف SCH (چدن خاکستری) و عددی است که کاهش 10 برابری (بر حسب مگا پاسکال) مقاومت کششی را نشان می دهد (جدول 7).

استحکام چدن به طور قابل توجهی به ضخامت دیوار ریخته گری بستگی دارد. مقدار σ نشان داده شده در نام تجاری مربوط به ریخته گری با ضخامت دیواره 15 میلی متر است. با افزایش ضخامت دیواره از 15 به 150 میلی متر، استحکام و سختی چدن تقریباً به نصف کاهش می یابد.

گرافیت، در حالی که خواص مکانیکی را بدتر می کند، در عین حال تعدادی از خواص ارزشمند را به چدن می بخشد. تراشه ها را در حین برش خرد می کند، خاصیت نرم کنندگی دارد و در نتیجه مقاومت چدن در برابر سایش را افزایش می دهد و به آنها قابلیت میرایی می دهد. علاوه بر این، گرافیت پولکی حساسیت کم چدن را به عیوب سطحی تضمین می کند. به همین دلیل، مقاومت در برابر خستگی قطعات چدنی و فولادی قابل مقایسه است.

طبق GOST 1412-85، ریخته گری ها از چدن خاکستری از درجه های زیر ساخته می شوند: SCh10، SCh15، SCh18، SCh20، SCh25، SCh30، SCh35. اعداد در نام تجاری با حداقل مقاومت کششی (σ in، kgf/mm 2) مطابقت دارد. چدن SCh10 فریتی است و از SCh25 و بیشتر شروع می شود - پرلیتی، متوسط ​​- فریتی-پرلیتی.

چدن های فریتی برای ساختن قطعات عمدتاً غیر بحرانی استفاده می شود که عمدتاً به جای استحکام مشمول الزامات ماشینکاری خوب هستند، به عنوان مثال صفحات، وزنه ها، فرورفتگی ها، روکش ها، روکش ها و غیره.

در صنعت خودروسازی از چدن فریتی-پرلیت برای ساخت میل لنگ، درام ترمز، روکش، پیستون، رینگ پیستون، قرقره های بزرگ، چرخ دنده ها و غیره استفاده می شود.

پرلیت - بلوک سیلندر، آستر، فلایویل و غیره در صنعت ماشین ابزار، چدن خاکستری ماده اصلی ساختاری است (تخت ماشین، میزها و اسلایدهای بالایی، سر دوک، ستون ها، کالسکه ها و غیره)، مواد مقاوم در برابر سایش شامل سفید شده است. چدن خاکستری (0H ) که دارای یک لایه سطحی نازک با ساختار چدن سفید است. برای ساخت ریخته گری رول های نورد، چرخ های کالسکه و غیره استفاده می شود.

چدن های چکش خوار.

نام "چدن چکش خوار" مشروط است، زیرا محصولات حاصل از آن، مانند هر چدن دیگر، نه با آهنگری، بلکه با ریخته گری ساخته می شود. این چدن به دلیل خواص پلاستیکی بالاتر در مقایسه با چدن خاکستری نام "چشم خوار" را دریافت کرد.

نمودار اصلی فناوری تولید قطعات از چدن چکش خوار از دو عملیات تشکیل شده است. ابتدا، قطعات با ریخته‌گری از چدن هیپویوتکتیک سفید تولید می‌شوند (ترکیب شیمیایی توصیه شده آلیاژ ریخته‌شده در قالب: 2.4...2.9% C؛ 1.0...1.6% Si؛ 0.3...1. 0% منگنز؛ ≤ 0.1% S؛ ≤ 0.2% P، سپس ریخته‌گری‌های حاصل تحت بازپخت گرافیتی ویژه (جوش‌پزی) قرار می‌گیرند. بازپخت معمولاً از دو مرحله تشکیل می‌شود (شکل 53).

ابتدا، ریخته‌گری‌های چدن سفید (معمولاً در جعبه‌هایی با ماسه بسته‌بندی می‌شوند) به آرامی در طی 20...25 ساعت تا دمای 950...1050 درجه سانتی‌گراد گرم می‌شوند. و برای مدت طولانی (به مدت 10 ... 15 ساعت) در همان دما نگهداری می شوند. در این دوره، اولین مرحله گرافیتی شدن اتفاق می افتد، یعنی. تجزیه سمنتیت که بخشی از لدبوریت است (A + Fe 3 C) و ایجاد تعادل پایدار آستنیت + گرافیت.

در نتیجه تجزیه سمنتیت، گرافیت پولک مانند (کربن بازپخت) تشکیل می شود.

پایه فلزی چدن در مرحله دوم بازپخت در طی تبدیل یوتکتوئیدی تشکیل می شود. در صورت سرد شدن مداوم قالب (در هوا) در ناحیه دمای یوتکتوئید (727 درجه سانتیگراد)، آستنیت به پرلیت متلاشی می شود و فرآیند گرافیتی شدن زمان برای پوشاندن سمنتیت پرلیت را ندارد. چدن دارای ساختار: پرلیت لایه‌ای + گرافیت پولکی (CG) است. دارای سختی، استحکام و شکل‌پذیری کم (HB 235...305، σ در = 650... 680 MPa، δ = 3.0...15% است. ) . برای افزایش شکل‌پذیری و حفظ استحکام کافی، نگهداری کوتاه‌مدت (2...4 ساعت) همدما از چدن یا خنک‌سازی آهسته در دمای 690...650 درجه سانتی‌گراد انجام می‌شود. این مرحله دوم بازپخت است که در این مورد آنیل کردن روی پرلیت دانه ای است.

برنج. 53. برنامه بازپخت برای چدن سفید برای چکش خوار

در مهندسی مکانیک، چدن چکش خوار فریتی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد که با شکل پذیری بالا (δ = 10...12%) و مقاومت نسبتاً کم (σ در = 370...300 MPa) مشخص می شود. پایه فریت چدن با عبور بسیار آهسته از محدوده 760 ... 720 درجه سانتیگراد یا در هنگام قرار گرفتن در معرض همدما در 720 ... 700 درجه سانتیگراد تشکیل می شود. در اینجا آستنیت و سمنتیت، از جمله سمنتیت پرلیت، اگر پرلیت فرصت شادی داشته باشد، به فریت + گرافیت پولکی تجزیه می شود. شکل پولکی گرافیت دلیل اصلی استحکام و شکل پذیری بیشتر چدن چکش خوار در مقایسه با چدن خاکستری است (جدول 7 را ببینید).

مدت زمان بازپخت به طور کلی 48 ... 96 ساعت است (مدت زمان مرحله II تقریباً 1.5 برابر بیشتر از مرحله I است). برای کاهش مدت زمان بازپخت در مذاب قبل از ریختن آن در قالب، آلومینیوم (به طور معمول بور، بیسموت و غیره) وارد (اصلاح شده) می شود که مراکز مصنوعی اضافی برای تشکیل گرافیت ایجاد می کند. طبق GOST 1215-79، موارد زیر گریدهای چدن چکش خوار تولید می شوند: KCh30-8، KCh35 -10، KCh37-12، KCh45-7، KCh50-5، KCh55-4، KCh60-3، KCh65-3، KCh70-2، KCh80-1.5. دو رقم مربوط به حداقل حد است

استحکام کششی (σ in، kgf/mm 2)؛ اعداد بعد از خط تیره - ازدیاد طول نسبی (δ, % )

چدن های چکش خوار برای قطعاتی که تحت بارهای ارتعاشی ضربه ای کار می کنند (توپ ها، لنت ترمز، میل لنگ، قلاب، محفظه دنده و غیره) استفاده می شود.

عیب اصلی بدست آوردن CP، بازپخت طولانی قطعات ریخته گری و محدودیت ضخامت دیواره آنها (تا 50 میلی متر) است. در قسمت‌های غیرفعال، در نتیجه سرد شدن آهسته در هنگام تبلور، گرافیت لایه‌ای ظاهر می‌شود (به جای پولک مانند) که باعث کاهش استحکام و شکل‌پذیری چدن می‌شود.

جدول 7.خواص مکانیکی چدن ها

چدن خاکستری (GOST 1412 - 85)

SC 10		-	-	-190	اف
SC 15		-	-	163-210	اف
SC 25		-	-	180-245	F+P
SC 35		-	-	220-275	پ

چدن های با مقاومت بالا (GOST 7293 - 85)

HF 35				140-170	اف
HF 45				140-225	F+P
HF 60				192-227	F+P
HF 80				248-351	پ
HF 100				270-360	ب

چدن چکش خوار (GOST 1215-79

CC 30 - 6		-		100-163	F + تا 10% P
CC 35 - 8		-		100-163
KCh37 - 12		-		110-163
KCH45 - 7		-		150-207
CC 60 - 3		-		200-269	P+ تا 20% F
CC 80-1.5		-	1,5	270-320

9.4. چدن های با مقاومت بالا.

چدن با استحکام بالا با اصلاح (ریزآلیاژی چدن مایع با منیزیم (0.1...0.5%) یا سریم (0.2...0.3%) به دست می آید. ریزساختار چدن اصلاح شده بر پایه فریتی و پرلیت در شکل 54، a، b نشان داده شده است.

برنج. 54. ساختار چدن با مقاومت بالا: الف) فریتی ب) پرلیتی

دلیل اصلی خواص مکانیکی بالای چدن با مقاومت بالا (جدول 7) شکل کروی گرافیت است. گرافیت ندولار که دارای حداقل سطح برای یک حجم معین است، پایه فلزی چدن را به میزان قابل توجهی کمتر از گرافیت پولکی ضعیف می کند. برخلاف دومی، یک متمرکز کننده استرس فعال نیست.

طبق GOST 7293-85، ریخته‌گری‌ها از چدن با استحکام بالا از درجه‌های زیر ساخته می‌شوند: VC35، VC40، VC45، VC50، VC60، VC70، VC80، VC100 (اعداد در نام‌گذاری با حداقل استحکام کششی σ مطابقت دارد. ، kgf/mm 2)

چدن با مقاومت بالا دارای ویژگی های مکانیکی بالا و خواص ریخته گری و تکنولوژیکی خوب است. به عنوان اعمال می شود مواد جدیدو به عنوان جایگزینی برای چدن فولادی، شکل پذیر و خاکستری با گرافیت پولکی. در مقایسه با فولاد، مقاومت به سایش بیشتر، خواص ضد اصطکاک و ضد خوردگی بهتر، ماشین کاری بهتر است.به دلیل چگالی کمتر ریخته گری، 8...10% سبکتر از فولاد است. چدن با مقاومت بالا بر خلاف چدن داکتیل می تواند برای ریخته گری قطعات با هر سطح مقطع، وزن و اندازه مورد استفاده قرار گیرد.

زمینه های کاربرد: در صنعت ماشین ابزار - کولیس، نگهدارنده ابزار، صفحات سنگین، دوک ها، اهرم ها و غیره. برای تجهیزات نورد و آهنگری - رول های نورد، تخت کارخانه های نورد و چکش آهنگری، اسلب، تیرهای متقاطع پرس. برای انواع دیگر تجهیزات - درام بالابرهای بیل مکانیکی، میل لنگ و غیره.

9.5. چدن های آلیاژی.

الزامات برای چدن های آلیاژی برای ریخته گری با افزایش مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش یا مقاومت در برابر حرارت توسط GOST 7769-82 تنظیم می شود. نمرات چدن های آلیاژی و خواص آنها در جدول آورده شده است. 8.

چدن های آلیاژی برای تامین خواص و ساختار مورد نیاز عملیات حرارتی می شوند.

ملک مهمچدن آلیاژی مقاوم در برابر سایش است.

چدن مطابق با GOST 1585-85 به عنوان ضد اصطکاک استفاده می شود. آنها برای ساخت قطعاتی که در واحدهای اصطکاکی با روانکاری کار می کنند در نظر گرفته شده اند. این استاندارد درجات چدن های ضد اصطکاک، ترکیب شیمیایی، ویژگی ها، هدف، شکل، اندازه و توزیع گرافیت، پراکندگی پرلیت، ماهیت توزیع یوتکتیک فسفید، سختی و حداکثر شرایط عملیاتی قطعات ساخته شده از این چدن ها را تعریف می کند. . آنها بر اساس آهن، اجزای ثابت،٪: 2.2-4.3 C; 0.5-4.0 Si; 0.3-12.5 من. ناخالصی های مجاز، %: 0.1-1 R. 0.03-0.2 S.

مارک های چدن های ضد اصطکاک، ویژگی ها و ارزش های آنها در جدول ارائه شده است. 9.

جدول 8.

نمرات و خواص چدن آلیاژی (GOST 7769-82)

درجه چدن	خواص
CH1، CH2، CH3	چدن هایی که در محیط های گازی، هوا و قلیایی در شرایط اصطکاک و سایش مقاومت به خوردگی را افزایش داده اند، در هوا در برابر حرارت مقاوم هستند، دمای 500 تا 700 درجه را تحمل می کنند. در نظر گرفته شده برای ساخت قطعات تولید متالورژی، قالب های شیشه ای، قطعات تجهیزات شیمیایی و غیره.
ChH3T، ChH9N5، ChH22، ChH16M2، ChH28D2	چدن با افزایش مقاومت در برابر سایش و سایش
ChH22S	این چدن با افزایش مقاومت در برابر خوردگی در دمای 1000 درجه سانتیگراد مشخص می شود
ChS13، ChS15، ChS17، ChS15MA، ChS17M3	مقاوم در برابر اسیدهای غلیظ و رقیق شده، محلول های قلیایی، نمک ها
ChG6S3Sh، ChG7X4	چدن هایی با مقاومت بالا در برابر محیط های ساینده
ChG8D3	چدن غیر مغناطیسی مقاوم در برابر سایش
ChNHT، ChNHMD، ChN2H، ChNMSh	چدن با بالا ویژگی های مکانیکی، به خوبی در برابر سایش و خوردگی مقاومت می کند
ChN15D3Sh، ChN19H3Sh، ChN11G7Sh، ChN20D2Sh، ChN15D7	چدن های با خواص مکانیکی بالا، مقاومت در برابر خوردگی و فرسایش بالا در قلیاها، محلول های اسید ضعیف، در آب دریا. چدن ChN20D2Sh را می توان در حالت سرد تغییر شکل پلاستیکی داد

جدول 9.

مارک های چدن ضد اصطکاک، خواص و هدف آنها

(GOST 1585-85)

درجه چدن	خواص و هدف
ASF-1	چدن پرلیت آلیاژ شده با کروم (0.2-0.5٪) و مس (0.8-1.6٪). طراحی شده برای ساخت قطعاتی که به صورت پشت سر هم با شفت سخت شده یا نرمال شده کار می کنند
ASF-2	چدن پرلیت آلیاژ شده با کروم (0.2-0.5٪)، نیکل (0.2-0.5٪)، تیتانیوم (0.03-0.1٪) و مس (0.2-0.5٪). هدف - مشابه چدن درجه ASCH-1
ASF-3	چدن پرلیتی-فریتی آلیاژ شده با تیتانیوم (0.03-0.1٪) و مس (0.2-0.5٪). قطعات ساخته شده از چنین چدنی می توانند به صورت جفت با یک محور "خام" و یک شفت عملیات حرارتی شده کار کنند.
ASF-4	چدن پرلیت آلیاژ شده با آنتیموان (0.04-0.4٪). برای ساخت قطعاتی که به صورت پشت سر هم با شفت سخت شده یا نرمال شده کار می کنند استفاده می شود
ASF-5	چدن آستنیتی آلیاژ شده با منگنز (7.5-12.5٪) و آلومینیوم (0.4-0.8٪). از این چدن برای ساخت قطعاتی استفاده می شود که در واحدهای اصطکاکی با بارگذاری خاص و با یک شفت سخت شده یا نرمال شده کار می کنند.
ASF-6	چدن متخلخل پرلیت آلیاژ شده با سرب (0.5-1.0٪) و فسفر (0.5-1.0٪). توصیه می شود برای تولید قطعاتی که در واحدهای اصطکاکی با دمای حداکثر 300 درجه سانتیگراد همراه با شفت "خام" کار می کنند.
AChV-1	چدن ندولار پرلیت؛ قطعات ساخته شده از چنین چدنی می توانند در واحدهای اصطکاک با سرعت های محیطی افزایش یافته همراه با یک شفت سخت شده یا نرمال شده کار کنند.
AChV-2	چدن پرلیت-فریتی با گرافیت ندولار. قطعات ساخته شده از این چدن در شرایط اصطکاک با افزایش سرعت محیطی همراه با شفت "خام" به خوبی کار می کنند.
ABC-1	چدن پرلیت با گرافیت پولکی، آلیاژ شده با مس (1.0-1.5%)؛ طراحی شده برای ساخت قطعاتی که به صورت پشت سر هم با شفت عملیات حرارتی کار می کنند
ABC-2	چدن فریتی-پرلیتی با گرافیت پولکی؛ قطعات ساخته شده از این چدن با یک محور "خام" کار می کنند

حروف در تعیین گریدهای چدن به این معنی است: ACh - چدن ضد اصطکاک، C - چدن خاکستری با گرافیت پولکی، B - چدن با مقاومت بالا با گرافیت گره‌دار، K - چدن چکش‌خوار با گرافیت پولکی. سختی قطعات ریخته گری ساخته شده از چدن ضد اصطکاک (از 100 تا 290 HB) به محتوای عنصر و شرایط عملیات حرارتی بستگی دارد.

حالت های عملکرد قطعات ساخته شده از این چدن ها را در واحدهای اصطکاکی محدود کنید: فشار خاص(50 - 300) 10 4 Pa ​​(5-300 کیلوگرم بر سانتی متر مربع)، سرعت محیطی 0.3-10 متر بر ثانیه.