مهندسان ابيورد
روش های تولید در آلیاژ های آهنی
در این مقاله سعی شده با پرداختن به روش های تولید و نکاتی پیرامون آن ها به پردازیم

این مقاله برگرفته و یا کپی شده محض از روی یک کتاب نیست بلکه نتیجه تجربیات اساتید بازار کار در آن تاثیر بسزایی داشته اگر چه که نمی توان همه جزئیات را بیان کرد ولی آنچه که در توان بوده به قلم کشیده شده است
سرفصل های درسی
فصل اول چدن خاکستری
1: آشنایی با چدن خاکستری
2: روش ریخته گری و فرآیند ریخته گری
3: طراحی سیستم راهگاهی
فصل دوم چدن سفید غیر آلیاژی
1: آشنایی با چدن سفید
2: روش های تولید
3: روش های طراحی سیستم راهگاهی
فصل سوم چدن مالی بل
1- آشنایی با چدن مالی بل
2- روش های عملیات حرارتی
فصل چهارم چدن داکتیل ( نشکن )
1- آشنایی با چدن داکتیل
2- روش های تولید و فرآیند تولید
3- طراحی سیستم راهگاهی
فصل پنجم ریخته گری فولاد ها
1- آشنایی با انواع فولاد ها
2-آشنایی با فرآیند ریخته گری فولاد ها
3- طراحی سیستم راهگاهی
نکته : شرایط فولاد ریزی به صورت ریخته گری :
1- تونارژ به اندازه ای پایین باشد که فورج دهی فولاد مقرون به صرفه نباشد
2- ترکیب شیمیایی خاصی داشته باشد .
3- وجود مقاطع پیچیده در قطعه
در مابقی روش ها ی ریخته گی فولاد ، فولاد را به صورت فرم دهی یا فورج می سازند.
نکته: در چدن ها به علت سادگی در ریخته گری و سهولت در ذوب ریزی آن باعث استفاده زیاد آن در ساخت قطعات به صورت ریخته گری شده است.
* جدول مقایسه ترکیب شیمیایی چدن ها
انواع چدن ها %C %Si %Mn %S %P
چدن خاکستری 4-2.5 3-1 1-0.25 0.25-0.02 1-0.5
چدن سفید 2.6-1.8 1.9-0.5 0.8-0.25 0.2-0.06 0.18-0.06
چدن مالیبل 3.6-2 1.6-1.1 1-0.2 0.18-0.04 >0.03
جدن داکتیل 4-3 2.6-1.8 1-0.1 0.06-0.01 >0.01


* چدن خاکستری:
در این نوع چدن کربن به صورت گرافیت ورقه ای رسوب می کندکه
سه پارامتر:
1) شکل گرافیت
2)نحوه توزیع
3)اندازه گرافیتها، بر خواص چدن تاثیر می گذارد.
و سه عامل:
* ترکیب شیمیایی
* سرعت سرد کردن
* تلقیح چدن( جوانه زایی) تعیین کننده سه پارامتر قبل می باشد.
* ویژگیهای چدن خاکستری:
این نوع چدن سختی و استحکام بالایی دارد و دارای قابلیت ماشین کاری خوب است و همچنین خاصیت الاستیک و جذب ارتعاش بالایی دارد.
معمولا استحکام و سختی این نوع آلیاژها بستگی به ترکیب شیمیایی آنها دارد. معمولا چدن های هیپو دارای استحکام و سختی پایین تری هستند و از مقاومت به ضربه بالاتری برخوردارهستند اما چدن های هیپردارای گرافیتهای درشت و غیر یکنواخت و دارای سختی بیشتری هستند.
* فرمول کربن معادل :
* انواع فازهای موجود در چدن خاکستری:
1) فاز فریت:
این فاز وقتی به وجود می آید که سرعت سرد کردن آهسته باشد و درصد si بالا باشد و عموما در چدن های هیپر به دلیل آنکه کربن گرافیت زا بوده و باعث تجزیه سمنتیت به کربن و گرافیت می شود به وجود می آید.

2) فاز پرلیت :
این فاز هنگامی به وجود می آید که سرعت سرد کردن بالا باشد و درصد si کم باشد و عموما در چدن های هیپو به وجود می آید.
3) کاربید آهن( سمنتیت ):
این فاز وقتی به وجود می آید که سرعت سرد کردن بالا باشد به نحوی که سمنتیت فرصت تجزیه شدن را پیدا نکند این فاز باعث کاهش خاصیت ماشین کاری شده و مقاومت به ضربه را نیز کاهش می دهد اما مقاوت به سایش و سختی را افزایش می دهد.
4) فاز استدیت:
این فاز در چدن ها هنگامی به وجود می آید که درصد فسفر زیاد باشد در واقع فاز استدیت، یوتکتیک سه تایی آهن - فسفر - فسفید آهن می باشد که تشکیل یک یوتکتیک سه تایی را داده که به آن فسفید استدیت گفته می شود.
این فاز دارای نقطه ذوب پایینی در حدود 940 تا 970 درجه سانتی گراد است و لذا جزء آخرین اجزایی است که در مذاب منجمد می شود.
به همین دلیل است که این فاز همیشه در مرز دانه ها تجمع می کند و باعث کاهش خواص مکانیکی می شود لذا هرچه توزیع استدیت یکنواخت تر شود خواص مکانیکی بهتر می شود که معمولا توزیع استدیت و یکنواخت سازی آن از طریق عملیات حرارتی انجام می شود که این عملیات باعث افزایش قابلیت ماشین کاری قطعه می شود.
* گرافیت:
گرافیت بر اساس استاندار ASTMبه 5 نوع A - B - C - D - E تقسیم می شود:
1) گرافیت نوع A :
گرافیتهای نوع A گرافیتهای رشته ای و کشیده ای هستند که در متالوگرافی قبل از اچ کاری دیده می شود و هنگامی به وجود می آید که سرعت سرد کردن پایین و عملیات تلقیح به خوبی انجام شده باشد
این گرافیت بهترین نوع گرافیت در چدن خاکستری بوده و در میان گرافیت ها بیشترین قابلیت جذب ارتعاش رو دارد
2-گرافیت نوع B( گرافیت گل رزی ) در مرکز این گرافیت گرافیت های ریزی وجود دارد که به صورت دایره ای شکل رشد کرده اند و هر چه به سمت بیرون حرکت کرده اند کشیده گی این گرافیت بیشتر می شود تا در نهایت به گرافیت نوع Aختم می شود .
این گرافیت هنگامی به وجود می آید که سرعت سرد کردن بالا باشد و عملیات تلقیح به خوبی انجام نشده باشد . این گرافیت باعث ایجاد خواص نامطلوب و کاهش خواص مکانیکی می گردد .
3- گرافیت نوع C(گرافیت نوع کیش)
این نوع گرافیت در چدن های هیپر به وجود می آید . و در واقع گرافیت کیش کربنی است که از مذاب جدا شده و بر اثر تجزیه سمنتیت به وجود می آید . و مقاطع درشت به صورت درشت و مقاطع نازک به صورت ستاره ای شکل دیده می شود این نوع گرافیت باعث کاهش خواص مکانیکی شده و کمترین خواص مکانیکی را در بین گرافیت ها دارد اما دارای بیشترین خواص فیزیکی در بین گرافیت ها می باشد . مانند خواص حرارتی و رسانایی خوب
4- گرافیت نوع D
شکل وابعاد این نوع گرافیت ریز می باشد و خواص چدن را تضعیف می کند و هنگامی به وجود می آید که سرعت سرد کردن زیاد باشد و تلقیح مناسب نباشد و میزان گوگرد کم باشد .
5- گرافیت نوع E
این نوع گرافیت به شکل دندریت می باشد و در لابه لای شبکه های دندریتی رشد می کند و مشابه گرافیت نوع D بوده اما دارای ابعاد درشت تری نسبت به نوع D است.
معمولا در شبکه های استنیتی رسوب می کند و هنگامی به وجود می آید که سرعت سرد کردن بالا بوده و تلقیح به خوبی صورت نگیرد .
سوالات:
سوال: عوامل و پارامتر های موثر بر خواص چدن های خاکستری چه می باشد ؟
سوال: ویژگی های چدن خاکستری را بنویسید.
سوال : نحوه محاسبه کربن معادل را بیان کنید .
سوال : انواع فاز های موجود در چدن را نام ببرید .
سوال: فاز فریت و مشخصات آن را نام ببرید .
سوال:فاز پرلیت و مشخصات آن را نام ببرید .
سوال:کاربید آهن یا سمنتیت را تعریف کنید .
سوال: تعریف فاز استدیت را بنویسید.
سوال: انواع گرافیت را بر اساس استاندارد ASTM بیان کنید ( به همراه توضیح هر کدام)
مرحله اول کنترل ترکیب شیمیایی

1- هیدروژن :
که از اتمسفر محیط و رطوبت موجود در محفظه قالب وارد مذاب می شود . و باعث ایجاد مک و حفرات گازی در درون قطعه می گردد . و با افزایش درصد آلومینیم در مذاب چدن میزان انحلال هیدروژن افزایش پیدا می کند .
هیدروژن باعث تشدید تشکیل کاربید شده و عمق سفیدی را در چدن افزایش می دهد که این عمق باعث می شود که مقاومت به ضربه چدن کاهش پیدا کرده و هزینه تراشکاری افزایش پیدا کند . که برای از بین بردن سفیدی در چدن ها می توان با تلقیح مناسب و یا جلوگیری از عوامل کاربیدی این عمق را کاهش داد .
نکته : بهترین شرایط در چدن خاکستری شرایطی است که عمق سفیدی کاهش پیدا کند .
نکته : گوگرد یک عامل کاربید زا بوده و شدیدا عمق سفیدی را افزایش می دهد و حتی در بعضی موارد باعث سفیدی معکوس می شود و معمولا وجود هیدروژن باعث ایجاد حفره های سوزنی در سطح قطعه و نواحی زیر سطحی قطعه می شود .
نکته : سفیدی معکوس به این معناست که به جای آن که لایه های سفیدی در سطح قطعه تشکیل شوند در مرکز قطعه تشکیل شده که این امر در چدن ها به ندرت پیش می آید .
2- ازت ( نیتروژن):
این عنصر از اتمسفر محیط وارد قطعه شده و در میزان کم باعث فشرده شدن گرافیت می شود و همچنین باعث افزایش خواص مکانیکی و مقاومت به ضربه می شود اما در مقادیر زیاد باعث تشکیل حفرات گازی می شود که این عامل باعث افزایش عیوب شکافی مانند می شود که موجب کاهش خواص مکانیکی می شود که برای کاهش خواص ازت می توان با افزودن تیتانیم به مذاب خود تاثیرات آن را خنثی و یا کم کرد و همچنین آلومینیم نیز تاثیر نیتروژن را کاهش می دهد اما به علت آن که میزان انحلال هیدروژن را افزایش می دهد در مذاب کمتر استفاده می شود .
نکته : میزان ازت موجود در مذاب اگر از 85 00/0% بیشتر شود برای مذاب و قطعه مضر می باشد که معمولا میزان ازت را در مذاب چدن 004/0% الی 015/0% در نظر می گیرند
3- آلومینیم:
این عنصر که از طریق قراضه های فولادی وارد مذاب می شود باعث افزایش قابلیت انحلال هیدروژن در مذاب شده که افزایش هیدروژن نیز باعث افزایش مک و حفرات در سطح قطعه می شود منشا آلومینیم در مذاب می تواند فولاد های مصرفی در تهیه مذاب و یا شارژ و همچنین قراضه های فولادی باشد و همچنین عناصر تلقیحی مانند فروسیلیس تا حدود یک درصد آلومینیم در خود دارند
نکته : میزان آلومینیم بیش از 004/0% در مذاب چدن مضر می باشد .
نکته : فرو سیلیس در چدن ها باعث کاهش نقطه ذوب می شود
4- سرب (Pb):
این عنصر مضر بوده و مخرب گرافیت می باشد و همچنین باعث پوک شدن گرافیت های موجود در مذاب چدن می شود این عنصر از طریق رنگ هایی که روی سطح قراضه ها وجود دارد و همچنین قراضه های فولادی و قراضه های اتومبیل وارد مذاب چدن می شود و در چدن ها باعث کاهش شدید مقاومت به ضربه می شود
5- گوگرد (S) :
این عنصر کاربید زای بسیار قوی ای می باشد که اثر خود را در چدن های خاکستری با منگنز خنثی می کند
فرمول تعیین میزان منگنز مصرفی : Mn=1/7% S+ 0/3
منشا وجود گوگرد در چدن ها سوخت های فسیلی می باشد که از جمله آن ها می توان به ترتیب اولویت موارد زیر را نام برد .
زغال سنگ ، کک ، گاز و سوخت های مایع فسیلی
نکته : گوگرد با منگنز تولید سولفید منگنز می نماید
6- سیلیسیم : (Si)
این عنصر پس از کربن یکی از قوی ترین عناصر گرافیت زا محسوب می شودکه بیشترین حد سیلیسیم در مذاب چدن خاکستری حد اکثر 3 در صد می باشد که با آهن تشکیل Fe3Si
Fe3C+Si----Fe3Si+C
که کربن در مذاب رسوب می کند
7- نیکل : (Ni)
این عنصر گرافیت زا بوده و تاثیر آن در مذاب چدن نصف تاثیر سیلیسیم می باشد نیکل باعث افزایش استحکام ، سختی و خواص مکانیکی می شود و همچنین باعث افزایش وزن مخصوص چدن می شود که یک عامل پرلیت زا می باشد که باعث ایجاد پرلیت ریز درچدن خاکستری می شود نیکل معمولا به همراه عنصر کرم استفاده می شود
8- مس (Cu) :
مس مانند نیکل جزو عناصر گرافیت زا بوده و باعث ایجاد پرلیت ریز در چدن می شود و تاثیر آن تاثیر سیلیسیم می باشد
9- کرم :
این عنصر یک کاربید زا قوی می باشد که در چدن ها باعث افزایش سختی و مقاومت به سایش می شود که در مذاب چدن خاکستری در مقادیر حدود 1 تا 5/1 درصد با نیکل استفاده می شود
10- مولیبدن :
مولیبدن باعث کاهش سرعت تبدیل آستنیت به پرلیت می شود لذا باعث ریز شدن اندازه پرلیت ها می شود و همچنین باعث افزایش استحکام چدن می شود



11- برم (Br) - بیسموت و تلریم (Te) :
هر سه عنصر کاربید زا بوده و باعث به وجود آمدن گرافیت های نوع D می شود و همچنین با افزایش مواد تلقیحی جوانه زا می شود که سدیم می تواند تاثیر این عناصر را کاهش دهد.
نکته : میزان مجاز بر درمذاب چدن 01/0 درصد تا 05/0 درصد می باشد و میزان مجاز بیسموت در مذاب چدن حداکثر 1% و میزان مجاز تلریم در مذاب چدن حداکثر 005/0 درصد می باشد .
12- قلع :
این عنصر مشابه مس بوده و پرلیت زایی قوی می باشد و همچنین باعث ایجاد پرلیت ریز می شود . در گذشته برای جلوگیری از تلفات مذاب قلع را در پاتیل تا یک 0.1 % به مذاب اضافه می شود که این مقدار باعث افزایش خواص مکانیکی چدن می شود این عنصر دارای نقطه ذوب 450 درجه سانتیگراد بوده و عموما به صورت شمش های 15 الی 20 گرمی استفاده می شود
13- تیتانیم :
این عنصر مانع از انحلال اکسیژن و نیتروژن درمذاب چدن می شود همچنین باعث توزیع یکنواخت گرافیت و افزایش خواص مکانیکی در چدن ها می شود .
14- وانادیم :
این عنصر باعث یکنواختی توزیع گرافیت و همچنین پایداری فاز سمنتیت در چدن ها می شود این عنصر باعث افزایش خواص مکانیکی شده و عاملی است کاربید زا است که تا حدود 1% به مذاب چدن اضافه می شود
15- منگنز :
این عنصر جزو عناصر کاربید زا بوده و تاثیر منفی گوگرد را کاهش می دهد که این واکنش شیمیایی به صورت زیر نمایش داده می شود . FeS+Ma=MaS
درجه حرارت ذوب این فلز 1200 تا 980 درجه سانتیگراد است که سولفید منگنز در این دما به صورت فازی در داخل دانه ها رسوب می کند این فاز خواص مکانیکی را افزایش داده و در بعضی مواقع از طریق سرباره خارج می شود منگنز باعث افزایش مقدار کاربید شده که این امر موجب افزایش سختی و مقاومت به ضربه آلیاژ می شود این عنصر تا حدود یک درصد به مذاب اضافه می شود
مرحله دوم : روش های گوگرد زدایی :
1- اضافه کردن مواد گوگرد زدا در کف پاتیل و ریختن مذاب روی مواد
2- تزریق مواد گوگرد زدا : در این روش به وسیله لوله های گرافیتی مواد گوگرد زدا را به صورت پودر به همراه گاز های خنثی مانند نیتروژن و آرگون به مذاب اضافه می کنند این روش معمولا در تنارژ های بالا استفاده می شود.
3- تزریق از کف پاتیل : در این روش از پاتیل های مخصوصی استفاده می شود که در این پاتیل ها لوله هایی در کف پاتیل تعبیه شده و مواد گوگرد زدا را همراه با گاز خنثی می توان از طریق این لوله های به مذاب تزریق کرد .
4- روش پاتیل لرزان : در این روش مواد گوگرد زدا را در کف پاتیل قرار داده و مذاب آماده شده را روی مواد می ریزند سپس پاتیل را روی پایه هایی قرار داده و با انجام حرکت نوسانی تلاطم مورد نیاز جهت واکنش مواد گوگرد زدا با مذاب را فراهم می شود
مرحله سوم : افزایش مواد کربن ده به مذاب :
به علت آن که در صنعت استفاده از قراضه ها باعث پایین آمدن درصد کربن در مذاب می شود به همین دلیل این روش یکی از مهمترین مراحل تولید به شمار می آید
انواع مواد کربن ده :
1- گرافیت مصنوعی : که این ترکیب تا حدود 99 درصد کربن دارد
2- گرافیت طبیعی : که در دو نوع پرکربن و کم کربن موجود است . نوع کم کربن آن دارای 80 تا 84 درصد کربن و نوع پر کربن آن دارای 84 تا 87 درصد کربن می باشد
3- کک متالوژیکی : که تا حدود 88 درصد کربن دارد
4- کک نفتی کلسینه شده : این ترکیب در صنایع نفتی تولید شده که تا حدود 99 درصد کربن دارد
5- کک نفتی غیر کلسینه : که تا حدود 92 تا 97 درصد کربن دارد .
شرایط اضافه کردن مواد کربن ده :
1- تماس مواد کربن ده بامذاب : مواد کربن ده باید با مذاب تماس پیدا کنند زیرا دانسیته یا حجم مخصوص این مواد پایین تر از مذاب بوده و نتیجتا در بالای مذاب به همراه سرباره باقی می مانند لذا باید تلاطم مذاب در هنگام اضافه کردن مواد کربن ده زیاد باشد
2- ایجاد اتمسفر احیایی قوی در داخل کوره : اگر اتمسفر اکسیدی باشد باعث سوختن واکسید شدن کربن می شود معمولا اگر کوره اگر شعله ای باشد می توان با تنظیم شعله محیط احیایی را به وجود آورد به همین خاطر سعی می شود که از اتمسفر احیایی یا مایل به خنثی در ذوب ریزی استفاده شود .
3- درجه حرارت کوره باید مناسب باشد : درجه حرارت 1330 تا 1340 بهترین درجه حرارت برای استفاده کردن مواد اکسیدی می باشد
4- مقدار سیلیسیم باید کمتر از 1.8 % باشد : میزان زیاد سیلیسیم در مذاب باعث کاهش بازیابی کربن در مذاب می شود لذا مواد کربن ده را قبل از تلقیح به مذاب اضافه می کنند
مرحله چهارم تلقیح مذاب چدن :
به اضافه کربن مواد معینی به مذاب چدن که دارای اثر گرافیت زایی بوده و این مرحله قبل از تخلیه مذاب در محفظه قالب به مذاب اضافه می شود را تلقیح گویند که هر چه اختلاف زمان بین تخلیه مذاب تا تلقیح مذاب کمتر باشد تاثیر عناصر تلقیح بیشتر خواهد بود


اثرات تلقیح :
1- تعداد هسته ها: در مذاب افزایش می یابد که این امر باعث ریز شدن شبکه کریستالی و دانه های مذاب می شود .
2- ریز شدن گرافیت ها
3- توزیع یکنواخت گرافیت
4- کاهش عمق منطقه سمانتیته شده یا سفید شده
مجموع این چهار عامل باعث افزایش خواص مکانیکی چدن می شود و همچنین قابلیت ماشین کاری و تراشکاری چدن را افزایش داده و حفرات انقباضی قطعات چدنی را کاهش می دهد .
علت کاهش حفرات انقباضی افزایش میزان رسوب گرافیت افزایش درصد سیلیسیم می باشد که این امر موجب افزایش حجم بیشتر در مرحله رسوب گرافیت می شود لذا هم پوشانی حفرات انقباضی در این مرحله به وجود می آید .
انواع مواد تلقیحی :
1- فروسیلیس: معمولا فرو سیلیس دارای 75% آهن و 1 تا 2 درصد آلومینیم و 0.2 تا 1% کلسیم می باشد در صنعت فروسیلیس بهترین عنصر تلقیحی است که مورد استفاده قرار می گیرد . ابعاد مورد استفاده ان از 3 تا 10 میلیمتر می باشد که ابعاد کمتر از این میزان باعث تلفات عنصر تلقیحی می شود و ابعاد بیشتر نیز باعث تلفات حرارتی شده میزان مصرف عنصر تلقیح در مذاب در حدود 0.6 تا 1.2% می باشد
2- سیلیکات کلسیم
3- گرافیت با خلوص بالا
4- زیرکنیم سیلیساید
5-تیتانیم: که در موارد خاص استفاده می شود .
روش اضافه کردن مواد تلقیحی به مذاب :
1- اضافه کردن مواد تلقیحی به پاتیل
2- تزریق مواد تلقیحی با استفاده از لوله های گرافیتی
3- تزریق از کف با استفاده از گاز خنثی
4- اضافه کردن در ناودان خروجی مذاب در کوره
5- اینمولت ( درون قالبی)
در این روش مواد تلقیحی در داخل سیستم راهگاهی قرار داده شده و مذاب با حرکت در سیستم راهگاهی و عبور از روی موادتلقیحی عملیات تلقیح را انجام می دهند راندمان دراین روش بالا بوده و علت این امر فاصله زمانی کم بین تلقیح و ریخته گری مذاب می باشد .
ویژگی های مواد تلقیحی :
1- به آسانی وارد مذاب شده و با مذاب ترکیب شود و کمترین ناسازگاری را با مذاب داشته باشد .همچنین باعث ایجاد مواد ناخواسته در مذاب نشود .
2- با اضافه کردن کمترین مواد تلقیحی بیشترین اثر تلقیح را داشته باشیم .
3- کمترین پسماند را داشته باشیم و جدا شدن پسماند از مذاب به راحتی صورت گیرد .
4- حساسیت نسبت به سطح مقطع حداقل باشد : هر چه در ضخامت های بیشتر چدن سفید به دست آید به این معنی است که حساسیت به سطح مقطع بیشتر است .
روش کنترل تاثیر تلقیح :
کنترل تاثیر تلقیح با استفاده از گوه های استاندارد انجام می شود .
گوه های مورد استفاده در تلقیح طبق استاندارد ASTM به هشت نوع تقسیم بندی می شود که به ترتیب حروف الفبای انگلیسی به نام های A,B,C,D,E,F,G,H نامیده می شوند
انواع گوه بر اساس استاندارد ASTM قاعده گوه ارتفاع گوه طول گوه
A یک /چهارم اینچ هفت /شانزدهم اینچ دو/چهارم اینچ
B یک /دوم اینچ هشت/هفتم اینچ 4 اینچ
C
D
E
F
G
H سه اینچ هشت و یک دهم /دوم اینچ هشت اینچ

روش استفاده از گوه :
گوه را پس از قالب گیری از داخل قالب خارج کرده و پس از سرد شدن تا حدود 600 درجه سانتیگراد گرم می کنیم تا گوه به رنگ خرمایی سوخته تبدیل شود سپس گوه را از مقطع نازک وارد آب می کنیم حال گوه را از قسمت وسط برش داده و از روبه رو به آن نگاه می کنیم گوه دارای سه منطقه می شود که منطقه اول منطقه چدن سفید منطقه دوم چدن ابلق که مخلوطی از چدن سفید و خاکستری است دیده می شود و در نهایت منطقه سوم چدن خاکستری مورد رویت می باشد .
نکته در نمودارn حداقل ضخامتی است که چدن برای خاکستری شدن نیاز دارد .

روش تولید قطعات با چدن خاکستری :
1- تولید قطعات در قالب های ماسه ای تر – خشک – CO2 – پوسته ای – قالب های فلزی
نکته : در ریخته گری چدن های خاکستری بهترین و عمومی ترین روش ریخته گری در قالب های ماسه ای تر می باشد که در این روش مخلوط قالب گیری شامل ماسه چسب و مواد سلولزی (ارد حبوبات و پودر زغال سنگ می باشد )
نکته : در ریخته گری قطعات کوچک پودر زغال استفاده شده بین 6 تا 3 درصد باشد همچنین در تولید قطعات بزرگ از 6 الی 7 درصد پودر زغال استفاده می شود . که این امر باعث کاهش ماسه سوزی و همچنین افزایش دیرگدازی و افزایش کیفیت سطحی قطعه می شود و نیز مانع از انبساط ماسه در فرآیند ذوب ریزی خواهد شد .
2- روش ماسه خشک : این روش نسبت به ماسه ای تر دارای دقت و کیفیت بالاتری می باشد همچنین مک و حفرات گازی در این روش کمتر به وجود می آید .
نکته: در این روش سطح داخلی قالب بین 1 تا 12 میلیمتر خشک باید شود .
روش CO2 : در این روش از ماسه سیلیسی استفاده می شود و چسب مورد استفاده در این روش چسب سیلیکات سدیم می باشد که این چسب با دمش گاز CO2 ایجاد سیلیس کرده که این روش موجب چسبیدن ذرات ماسه به هم می شود . این روش دارای دقت ابعادی بالاتر و تراشکاری کمتر و عدم نیاز به درجه در مرحله ریخته گری می باشد .
Na2SiO3+CO2=NaCO3+SiO2

چدن سفید
در چدن سفید کربن به شکل سمنتیت ( Fe3C ) وجود دارد که وجود سمنتیت باعث افزایش سختی و استحکام در چدن و کاهش مقاومت به ضربه و انعطاف پذیری چدن می شود
تهیه انواع چدن سفید:
1- افزایش سرعت سرد کردن ( سفید تبریدی ): که این روش برای قطعات کوچک با مدول حجمی کم استفاده می شود که با افزایش سرعت سرد کردن می توان به چدن سفید دست یافت.
2-با استفاده از عناصر آلیاژی کاربید زا: این روش برای قطعات بزرگ با مدول حجمی زیاد استفاده می شود .
عناصر کاربید زا برای چدن سفید آلیاژی عموما بیسموت و بر می باشد که در بعضی از موارد نیز می توان از گوگرد برای سفید کردن چدن استفاده کرد اما به دلیل آن که گوگرد باعث تشکیل فاز فسفید آهن می شود در صنعت از این عنصر کمتر استفاده می شود . اما می توان آن را در داخل قالب های ماسه ای در هنگام مذاب ریزی به مذاب اضافه کرد .
3- چدن های سفید کرم دار: این چدن ها در واقع به سه دسته تقسیم می شوند
الف :اگر کرم کمتر از 3 درصد باشد : در این شرایط کاربید کمپلکس M3C تشکیل می شود که این کاربید دارای سختی بالاتری نسبت به کاربید آهن می باشد اما مشابه کاربید آهن به صورت ممتد و پیوسته رسوب می کند و لذا مقاومت به سایش را افزایش داده اما تاثیری در مقاومت به ضربه ندارد
ب: اگر کرم بین 7 تا 10 درصد باشد : در این شرایط کاربید تشکیل شده M7C3 می باشد که این کاربید دارای سختی به مراتب بالاتر از M3C می باشد همچنین به شکل غیر پیوسته و بلوکه ای در داخلی دانه ها رسوب می کند و لذا در حین افزایش مقاومت به سایش مقاومت به ضربه را نیز افزایش می دهد.
ج: اگر کرم بین 3 تا 7 درصد باشد .: دراین شرایط مخلوط دو کاربید M3C و M7C3 را داریم این نوع چدن کرم دار دارای خواصی در حد فاصل چدن های کرم دار نوع الف و ب می باشد .
نوع فاز سختی(HV) نوع فاز سختی (HV) نوع فاز سختی (HV)
پرلیت 340-425 آستنیت 350-400 مارتنزیت پرکربن 770 -800
سمنتیت 840-1100 کاربید M3C 1060 -1240 کاربید M7C 1500-1800
فریت 150 -175 کاربید تنگستن 2400 کاربید وانادیم 2800

نکته: این چدن ها در مواردی استفاده می شوند که مقاومت به سایش بالا همراه با مقاومت به ضربه بالا نیاز باشد . بررسی نشان می دهد که با اضافه کردن کرم به مذاب چدن فاز Fe3C نا پایدار شده و فاز M3C-M7C3 را تشکیل می دهد که با فاز آهن کرم معروف می باشد
عوامل موثر بر خواص مکانیکی چدن سفید
1- نوع کاربید : با توجه به نمودار ذکر شده هر چه از کاربید مستحکم تری استفاده کنیم مقاومت به سایش بهتری نیز خواهیم داشت
2- شکل کاربید : هر چه شکل کاربید به صورت غیر پیوسته و بلوکه ای تر باشد مقاومت به ضربه بیشتری داریم
3- اندازه کاربید : هر چه کاربید ها ریزتر و دارای توزیع یکنواخت تری باشند تاثیر آن ها در افزایش خواص مکانیکی بهتر است .
4- ساختار ضمینه : هر چه ساختار ضمینه پهن تر باشد دارای سختی بیشتری نیز می باشد .
نکته : معمولا چدن سفید در صنعت مستقیما قابل استفاده نیست و برای بهبود خواص مکانیکی نیاز به عملیات حرارتی تکمیلی دارد .
نکته : یکی از محصولات چدن سفید که از انجام عملیات حرارتی بر روی چدن سفید به دست می آید چدن مالی بل می باشد که چدن مالی بل نسبت به چدن سفید قابلیت ضربه پذیری و چکش خواری بهتری دارد و در عین حال دارای مقاومت به سایش بهتری است همچنین باید در نظر داشت که ترکیب شیمیایی چدن مالیبل مشابه ترکیب شیمیایی چدن سفید است

چدن مالیبل
چدن مالیبل:
چدن مالیبل از نوع چدن های هیپویوتکتیکی کم آلیاژی یا غیر آلیاژی می باشد که دارای گرافیت برفکی بوده و از انجام عملیات حرارتی بر روی چدن سفید به دست می آید همچنین دارای قابلیت چکشخواری مقاومت به سایش عالی و چقرمگی خوب می باشد .
انواع چدن مالیبل :
1-چدن مالیبل مغز سفید : در شرایطی که سیکل حرارتی جهت تبدیل چدن سفید به چدن مالیبل اکسیدی باشد نوع چدن مغز سفید می شود در این حالت چدن را در درجه حرارت 950 تا 1050 درجه سانتیگراد به همراه سنگ آهن در حدود 8 شبانه روز نگهداری می کنند . که تحت تاثیر این سیکل حرارتی سمنتیت تجزیه شده و کربن به شکل گرافیت برفکی در ضمینه رسوب می کند و در قسمت های سطحی ، ضمینه به صورت فریتی و در قسمت های عمیق تر ضمینه به صورت فریتی – پرلیتی می باشد . با توجه به این که این نوع چدن دارای سطحی فریتی می باشد به همین دلیل قابلیت ماشین کاری بهتری را دارد .
نکته: در چدن انواع گرافیت آزاد Fe3C در مرحله ریخته گری تجزیه می شود اما در چدن مالیبل این تجزیه پس از ریخته گری و در مرحله انجماد و درهنگام انجام عملیات حرارتی انجام می گیرد .
Fe3C=3Fe+C
2- چدن مالیبل مغز سیاه : در شرایطی تشکیل می شود که اتمسفر کوره در طی فرآیند مالیبل کردن کنترل شده باشد در صورتی که اتمسفر محیط کنترل شده باشد میزان کربن گیری در سطح و مغز قطعه یکسان بوده و ضمینه کاملا فریتی همراه با گرافیت برفکی در داخل ضمینه ظاهر می گردد .
جهت تهیه این چدن راه همراه با خورده سرباره در درجه حرارت 850 تا 950 درجه گرم کرده و حدود 70 ساعت در این درجه حرارت نگه داری کرده سپس تا 650 درجه سانتی گراد به آهستگی سرد کرده و پس از نگهداری در مدت کوتاه در این درجه حرات تا درجه حرارت محیط در هوا سرد می کنند .
چدن های مالیبل مغز سیاه نسبت به مغز سفید دارای قابلیت تراشکاری بهترین می باشند اما از استحکام کمتری برخوردار می باشند .
3- چدن های مالیبل پرلیتی :
تهیه این نوع چدن ها طی فرآیندی خاص عملیات حرارتی و شرایطی کاملا کنترل شده می باشد این نوع چدن ها زمانی استفاده می شوند که انعطاف پذیری بالا همراه با استحکام و سختی بالا نیاز باشد در این نوع چدن ها ضمینه کاملا پرلیتی و کربن به صورت گرافیت برفکی در ضمینه وجود دارد .
مواردی که برای تبدیل چدن سفید به مالیبل باید در نظر گرفت شامل :
1- تغذیه : میزان انقباض چدنهای سفید در فاصله ی انجماد نسبت به چدنهای خاکستری بیشتر است که این مقدار را در حدود 4 الی 5 درصد تعیین می کنند لذا برای تهیه قطعات چدن سفید نیاز به تغذیه گذاری است .باید در نظر داشت که در این حالت 1- اندازه تغذیه را باید بیشتر از میزان محاسباتی در نظر گرفت 2- گلوگاه تغذیه که باید در حداقل باشد 3- استفاده از مبرد: که با استفاده از مبرد باید انجماد را جهت دار و به سمت تغذیه میل داد تا حفرات انقباضی به تغذیه منتقل شود .
2- سیالیت : برا ی ایجاد سیالیت دو راه وجود دارد 1- کنترل ترکیب شیمیایی : عناصر گرافیت زا نظیر سیلیسیم باعث افزایش سیالیت مذاب می شود اما در مصرف این مواد در مذاب چدن سفید محدودیت وجود دارد 2- کنترل درجه حرارت : درجه حرارت ذوب ریزی چدن های سفید بیشتر از چدن ها خاکستری است که معمولا اگر ضخامت قطعه کمتر از 1.5 میلیمتر باشد برای افزایش سیالیت علاوه بر افزایش درجه حرارت باید میزان کربن و سیلیسیم را نیز افزایش داد
3- ترک گرم : از آن جایی که میزان انقباض چدن سفید بالا می باشد دو عامل باعث ایجاد ترک در قطعه تولیدی می گردد
الف: اختلاف سطح مقطع : موجود در قطعه ( محل اتصال مقاطع ضخیم به مقاطع نازک )که باعث ایجاد ترک می شود که این ترک را ترک گرم می گویند .
ب: ماهیچه و ماهیچه گذاری : اگر ماهیچه مقاومت بالایی داشته باشد و در برابر فشار های انقباضی مقاومت می کند و باعث ایجاد ترک در اطراف ماهیچه می شود بنابراین در چدن های سفید ماهیچه ها را معمولا از جنس ماسه چراغی می سازند .
سیکل عملیات حرارتی آنیلینگ جهت تهیه چدن مالیبل از چدن سفید :
که شامل سه مرحله می باشد :

1- گرم کردن تا درجه حرارت 880 الی 970 درجه سانتیگراد : هدف از این مرحله ایجاد هسته ها یا نطفه های گرافیت در ضمینه چدن سفید می باشد که هر چه سرعت گرم کردن بیشتر باشد تعداد هسته های گرافیتی نیز افزایش پیدا می کند و توضیع گرافیت یکنواخت تر می شود و کیفیت قطعه تولیدی افزایش می یابد .
2- نگهداری در همین درجه حرارت برای مدت زمان نسبتا طولانی : هدف از این مرحله تجزیه توده های کاربید آهن و تولید گرافیت دانه ای در چدن سفید می باشد که این مرحله را FSG یا مرحله اولیه گرافیته شدن می گویند .
3- سرد کردن : هدف از این مرحله آهسته سرد کردن و عبور از دمای آلوتروپی آهن و رساندن آن به درجه حرارت محیط می باشد که این مرحله را مرحله SSG یا مرحله دوم گرافتیه شدن می نامند هدف کلی این مرحله تعیین ضمینه چدن مالیبل می باشد که بسته به شرایط سرد کردن ممکن است ضمینه پرلیتی یا فرلیتی باشد .
افزایش تعداد گرافیت ها در سیکل عملیات حرارتی :
برای انجام این امر می توان به عوامل زیر اشاره کرد
1- سرعت سرد کردن زیاد در مرحله ریخته گری چدن سفید
2- عملیات حرارتی اولیه قبل از گرم کردن : در مرحله اول ابتدا چدن سفید را تا درجه حرارت 300 الی 400 درجه به مدت 20 ساعت نگه می دارند تا کربن به صورت یکنواخت توزیع شود .
3- تلقیح با عناصر گرافیت زا : که مهمترین این عناصر شامل سیلیسیم می باشد
4- انجام عملیات حرارتی کوئینچ و تمپر : عملیات کوئینچ و تمپر بر روی قطعات چدنی قبل از عملیات آنیلینگ انجام می شود .
نکته : عملیات آنیلینگ این عملیات باعث ایجاد فاز مارتنزیت می شود و به دلیل آن که رسوب کردن کربن در فاز مارتنزیت سریع تر از فاز سمنتیت بوده لذا تعداد هسته ها افزایش پیدا می کند
5- اتمسفر کوره باید احیایی باشد : تا تلفات کربن کاهش یابد
6- کاهش میزان قراضه فولادی در شارژ کوره
7- کنترل ترکیب شیمیایی مذاب : کاهش عناصر کاربید زا و افزایش عناصر گرافیت زا معمولا باعث افزایش ندولاسیون ( تعداد هسته ها در یک میلیمتر مربع ) 100 گرافیت می شود .
انواع سیکل عملیات حرارتی آنیلینگ از لحاظ روش تولید :
این روش شامل دو بخش
1- روش پیوسته :
این روش برای تولید قطعات با اشکال یکنواخت و تولید انبوه استفاده می شود که در این روش از کوره های تونلی استفاده می شود که قطعات را از یک طرف وارد کوره کرده و پس از طی عملیات آنیلینگ از طرف دیگر خارج می کنند در این روش سیکل ثابتی برای تمامی قطعات اعمال می شود .
2- روش غیر پیوسته :
در این روش قطعات در داخل کوره قرار گرفته و پس از گرم شدن و نگه داری در دمای مورد نظر کوره را خاموش کرده تا قطعات سرد شوند
سیکل های مختلف عملیات حرارتی جهت تولید چدن های آلیاژی مالیبل پرلیتی :
برای تعیین ضمینه چدن از مرحله سوم یا SSG به بعد باید سیلکل عملیات حرارتی را کنترل کرد سومین مرحله که مرحله سرد کردن می باشد را می توان به چند روش انجام داد که در مرحله چهارم چدن را می توان به آهستگی در هوا سرد کرد ودر مرحله پنجم چدن به دست آمده را دوباره گرم کرده و به مدت زمان معیین در درجه حرارتی آستینه (820) نگهداری کرد در مرحله ششم قطعات را در مایعی نظیر روغن تا درجه حرارت محیط سرد می کنند . و در مرحله هفتم که تمپر کردن می باشد قطعه را تا درجه حرارت 600 الی 700درجه سانتیگراد نگه می دارند و بعد از مدت زمانی قطعه را در هوا سرد می کنند .
نکته :عملیات بازپخت باعث یکنواخت شدن توزیع پرلیت می شود .
انواع سیکل حرارتی جهت چدنهای پرلیتی غیر آلیاژی :
1- آب دادن در هوا و بازپخت :
در این روش قطعات را تا حدود 950 درجه سانتیگراد گرم می کنند و در حدود 15 ساعت در این دما نگهداری می کنند سپس تا درجه حرارت 850 الی 950 درجه به آهستگی سرد کرده و بعد از این درجه حرارت به سرعت سرد می کنند در مرحله بازپخت قطعات را تا 700 درجه گرم کرده و حدود 8 ساعت دراین دما نگهداری می کنند سپس قطعات را فورا سرد می کنند که سیکل ذکر شده بیشتر برای قطعات کوچک استفاده می شود .
2- آب دادن و کوئینچ کردن در مایع و سیال و بازپخت :
در این روش قطعات را تا حدود 950 درجه سانتیگراد گرم کرده و به مدت 24 ساعت در این دما نگهداری می کنند سپس تا دمای 850 درجه سانتیگراد قطعات را به آرامی سرد می کنند و سپس تا درجه حرارت محیط قطعات را در روغن یا آب کوئینچ می کنند . در مرحله بازپخت قطعه را تا تا دمای 650 درجه گرم کرده و حدود یک و نیم ساعت در این دما نگهداری کرده سپس در هوا سرد می کنند.

3-مالیبل کردن –مجدد حرارت دادن-آب دادن در هوا
در این روش سیکل مالیبل کردن به طور کامل اجرا می شود و پس از سرد شدن قطعه در طی فرآیند مالیبل کردن قطعه را تا حدود 870 درجه سانتیگراد گرم کرده و حدود 1.5 ساعت دراین دما نگهداری می کنند و سپس قطعات را در هوا سرد می کنند .
4- مالیبل کردن-دوباره حرارت دادن- کوئینچ در مایع و سیال- بازپخت :
در این روش سیکل مالیبل کردن به طور کامل انجام می شود سپس تا درجه حرارت 870 تا 850 حرارت داده و یک و نیم ساعت در این دما نگهداری می کنند و سپس در روغن خنک می کنند و مجددا آن را تا 650 الی 700 درجه حرارت می دهند و یک نیم ساعت در این دما نگهداری کرده و سپس در هوا خنک می کنند .
چدن های مالیبل آلیاژی :
عناصر آلیاژی که برای چدن های مالیبل ممکن است به کار رود شامل مولیبدن – منگنز - گوگرد- بر- بیسموت و مس می باشد این عناصر عمدتا پایدار کننده فاز کاربید و سمنتیت می باشد و عنصر مس نیز عنصری پرلیت زا محسوب می شود و جهت افزایش استحکام به چدن اضافه می شود . وجود عناصر آلیاژی باعث می شود که دماغه پرلیت به سمت راست منتقل شده لذا با سرعت های سرد کردن آهسته تر می توان پرلیت را پایدار کرد.
سیکل عملیات حرارتی چدن های مالیبل آلیاژی پرلیتی :
1-آلیاژ کردن –آب دادن در هوا – بازپخت :
پس از این که در مرحله ریخته گری عملیات آلیاژ سازی انجام می شود . و چدن سفید آلیاژ سازی شده به دست می آید قطعات را تا 940 درجه سانتیگراد گرم کرده و تا حدود 24 ساعت در این دما نگهداری می کنند سپس تا حدود 450 الی 600 درجه قطعات را سرد کرده در حدود 34 ساعت در این دما نگهداری می کنند سپس قطعه را سرد می کنند .
سیکل فوق در مواردی انجام می شود که میزان گوگرد و منگنز زیاد باشد عموما چدن های آلیاژی به علت دارا بودن عناصر کاربید زا برای ساخت قطعات بزرگتر چدن مالیبل استفاده می شود . مقدار منگنز در این چدن ها باید بیشتر از مقدار گوگرد بوده که مقدار منگنز را می توان از رابطه زیر به دست آورد Mn=1.7S%+0.3 این مطلب به این دلیل می باشد تا گوگرد تشکیل فاز سولفید منگنز یا فاز MnS را بدهد و تاثیر سوء گوگرد را کاهش داده و خواص مکانیکی را جبران کند .
2- آلیاژ کردن – آب دادن در هوا – دوباره حرارت دادن –سرد کردن در مایع یا سیال – بازپخت :
در این روش قطعات را تا درجه حرارت 940 درجه سانتیگراد گرم کرده و در حدود 35 ساعت در این درجه حرارت نگهداری می کنند سپس قطعه را در هوا خنک کرده و مجددا آن را تا 850 درجه سانتیگراد گرم و حدود 34 ساعت در این دما نگهداری می کنند سپس قطعه را در روغن و آب سرد کرده و مجددا عملیات باز پخت را تا درجه حرارت 700 درجه سانتیگراد به مدت 15 ساعت انجام می دهند قابل ذکر است که این روش در مواقعی استفاده می شود که بخواهند سختی و استحکام قطعه را افزایش دهند .
سیکل معمولی مالیبل کردن :
با سیکل معمولی مالیبل کردن نیز می توان چدن مالیبل پرلیتی تولید کرد





چدن نشکن
این چدن بعد از جنگ جهانی دوم وارد صنعت شد و با توجه به خواص خوب مکانیکی که داشت کاربرد های مهمی در صنعت پیدا کرد و به علت کاربرد بالای آن و استحکام خوب آن رفته رفته جای فولاد را گرفت .
دلایل جایگزینی چدن نشکن به جای فولاد :
1- در این چدن ها عمدتا گرافیت به صورت کروی و با ضمینه پرلیتی بوده و برخلاف چدن مالیبل این نوع چدن ها قابلیت چکشخواری و انعطاف پذیری بالایی دارند .
2- در مقایسه با چدن های مالیبل این نوع چدن ها نیاز به سیکل عملیات حرارتی ندارند لذا از لحاظ اقتصادی مقرورن به صرفه تر می باشند همچنین با اضافه کردن عناصر آلیاژی در ضمن ذوب ریزی گرافیت های ورقه ای به گرافیت های کروی تبدیل می شود . در ترکیب شیمیایی این چدن ها حدود 0.03 درصد تا 0.05 درصد منیزیم وجود داشته و مقدار گوگرد موجود در این چدن ها کمتر از 0.01 درصد می باشد
طرز تهیه و ریخته گری این نوع چدن ها مشابه چدنها خاکستری می باشد با این تفاوت که در فرآیند ذوب ریزی با استفاده از عناصر آلیاژی نظیر منیزیم ، گرافیت ورقه ای تبدیل به گرافیت کروی می شود .
نکته : مقدار انبساط مذاب چدن نشکن از چدن خاکستری بیشتر بوده و به همین دلیل در ریخته گری آن تغذیه های کوچکتری به کار می رود و همچنین در بعضی موارد بدون تغذیه نیز می توان ریخته گری را انجام داد .
انواع کوره های جهت تولید چدن داکتیل (نشکن )
کوره کوپل و کوره های شعله ای و کوره های الکتریکی را می توان جهت تولید چدن نشکن استفاده کرد :
1- کوره کوپل : در روش کوره کوپل چون نیاز است که مقدار گوگرد را کاهش دهیم و دیگر این که کوره کوپل یکی از روش هایی می باشد که به علت استفاده از زغال سنگ بیشترین گوگرد را در مذاب ایجاد می نماید لذا باید گوگرد زدایی را قبل از کروی کردن گرافیت ها انجام داد.
مزایای کوره کوپل :
الف: کاهش قیمت تمام شده ذوب و عملیات ذوب :دوبله کردن کوره کوپل : در این روش ابتدا مذاب تهیه شده در کوره های کوپل مقرون به صرفه می باشد اما به علت بالا بودن میزان گوگرد یک مرحله گوگرد زدایی و یک مرحله اضافه کردن کربن در صورت کم بودن میزان کربن انجام می شود سپس مذاب را داخل کوره القایی ریخته و مذاب را از نظر ترکیبات شیمیایی کنترل می کنند
مواد شارژ برای تهیه چدن نشکن در کوره های القایی
معمولا موادی مانند شمش چدن – قراضه فولاد – فرو آلیاژ ها – آهن اسفنجی – برگشتی های چدن نشکن – در کوره های القایی به عنوان شارژ استفاده می کنند .
شمش چدن : این شمش معمولا تفاوت های با شمش چدن خاکستری داشته . معمولا در تهیه چدن خاکستری از شمش کوره بلند استفاده می شود که معمولا دارای گوگرد تقریبا زیادی می باشد . شمش چدن جهت تهیه چدن داکتیل معمولا دارای درصد گوگرد پایین تری نسبت به شمش چدن های خاکستری می باشد که این درصد معمولا کمتر از 0.02 درصد می باشد این شمش معمولا به شکل سوزن برزیلی و سوری کانادایی ریخته می شود در این شمش های معمولا منیزیم به عنوان عنصر تلقیحی استفاده می شود و درصد گوگرد را پایین در نظر می گیرند تا از تلفات منیزیم جلوگیری شود .
قراضه فولاد : به علت وجود گوگرد کم در تولید چدن های داکتیل کاربرد این نوع چدن ها در صنعت بین 40 تا 50 درصد می باشد و عیب آن بالا بودن نقطه ذوب و کربن آن می باشد که جهت صرفه جویی درانرژی قراضه ها را قبل از ریخته گری پیش گرم می کنند
آهن اسفنجی : محصول کوره های غیر مستقیم بوده که از آن در صنعت بین 10 الی 15 درصد استفاده می کنند و علت استفاده آن کاهش قیمت تمام شده آن می باشد . و عیب کلی آن افزایش درجه حرارت و افزایش مصرف مواد نسوز می باشد
برگشتی ها : این نوع مواد در صنعت در حدود 30 درصد در شارژ کوره استفاده می شود
فرو آلیاژ ها : عموما این نوع مواد شامل فرو سیلیکوم منیزیم و فرو سیلیس می باشندکه در این مواد فروسلیکوم منیزیم به عنوان ماده کروی کننده استفاده می شود و فرو سیلیسیم به عنوان ماده جوانه زا استفاده می شود .
مزایا فرو آلیاژ ها :
1- عموما از تلفات عناصر آلیاژی جلوگیری می کنند .
2- فرو سیلیس باعث افزایش سیالیت مذاب می شود .و جلوگیری از تشکیل کاربید می شود .
3- باعث افزایش جوانه زایی می شود .
تهیه و اماده نمودن مذاب که شامل سه مرحله می باشد .
1- کنترل درجه حرارت
2- کنترل ترکیب شیمیایی
3- اضافه نمودن مواد کروی کننده
1- کنترل درجه حرارت : درجه حرارت بالای مذاب باعث حذف مواد پایدار کننده گرافیت می شود وتاثیر تلقیح را کاهش می دهد از طرفی درجه حرارت پایین باعث کاهش سیالیت مذاب می شود . درجه حرارت معمولا برای تهیه مذاب در چدن های نشکن در حدود دامنه دمایی 1450 تا 1560 می باشد که انتخاب درجه حرارت بستگی به حجم مذاب و روش کروی سازی و مقدار مواد کروی کننده دارد .
2- کنترل ترکیب شیمیایی : گوگرد باعث تلفات مواد کروی کننده می شود و از طرفی باعث پایداری فاز کاربید می باشد اگر درصد گوگرد بالا باشد قبل از اضافه کردن مواد کروی کننده گوگرد زدایی انجام می شود در این حالت گوگرد زدا باید در پاتیل بازی و توسط مواد گوگرد زدا (کاربید کلسیم CaO2 سیانامید کلسیم CaN2O2 –NaCH – Na2Ca5- CaO-CaCO3)می باشد .


برای انجام بهتر عملیات گوگرد زدایی دو مورد را باید رعایت کرد .
1- تماس مواد گوگرد زدا با مذاب باید حداکثر ممکن باشد .
2- زمان فعل و انفعال : اگر زمان گوگرد زدایی طولانی باشد باعث ورود مجدد گوگرد از سرباره به مذاب می شود لذا پس از گوگرد زدایی باید سریعا عملیات سرباره گیری و پاتیل به پاتیل انجام شود .
عناصر کروی کننده : که این مواد شامل منیزیم، سریم و منیزیم تزریق شده به کک می باشد . منیزیم دارای نقطه ذوب 620 درجه سانتیگراد می باشد که این عنصر در درجه حرارت 1100 درجه تبخیر می شود که در این درجه فشار داخلی منیزیم به بیشترین حد خود می رسد . که پس از اضافه کردن به مذاب باعث پاشش مذاب می شود لذا برای اضافه کردن منزیم از آلیاژ ها و آمیژن های منیزیم استفاده می شود قابل توجه است که منیزیم می تواند به دو شکل استفاده می شود.
منیزیم فلزی : در مواقعی استفاده می شود که در مواقعی استفاده می شود که حجم مذاب کم باشد .
این مواد را می توان به اشکال پودر منیزیم – شمش منیزیم و قراضه منیزیم به همراه آهن و بریکتهای منیزیم فشرده استفاده کرد .
آلیاژ های منیزیم :که عمدتا به دو گروه تقسیم می شوند .
الف : الیاژ های نیکل منیزیم : نیکل به علت خاصیت پرلیت زایی باعث افزایش خواص مکانیکی چدن می شود که تنها محدودیت استفاد ه ان در صنعت قیمت تمام شده بالای آن می باشد آلیاژ های مختلف نیکل منیزیم عبارتند از آلیاژ 50 درصد نیکل 30 درصد سیلیسیم و 20 درصد منیزیم – 85 درصد نیکل 15 منیزیم – 70 درصد نیکل 30 منیزیم -95 نیکل 5درصد منیزیم باید توجه داشت که به علت آن که نیکل دارای قیمت بالایی می باشد معمولا به جای نیکل از عناصر مشابه آن ( مس ) برای آلیاژ سازی استفاده می کنند .
نکته : معمولا از آلیاژ نیکل منیزیم در روش های ساندویچی و پاتیل سرباز استفاده می کنند .
ب- آلیاژ های منیزیم سیلسیم آهن ( فروسیلیکم منزیم)
این نوع آلیاژ های در مقایسه با آلیاژ های نیکل ارزان تر بوده همچنین سیلیس موجود در این آلیاژ ها می تواند به عنوان عنصر تلقیح در مذ اب عمل کند علاوه بر آن این آلیاژ تاثیر کروی سازی شدید دارد لذا این عنصر در صنعت بیشتر به کار می رود و ترکیب شیمیایی آن 5 درصد منیزیم و 45 درصد سیلسیم و 50 درصد آهن می باشد .
روش منیزیم تزریق شده در کک : این روش کمتر مورد استفاده قرار می گیرد و علت آن گوگرد زیاد موجود در کک می باشد و این امر باعث می شود که میزان مصرف منیزیم در این روش افزایش پیدا کند .
سدیم : درجه حرارت تبخیر این عنصر 3000 درجه سانتیگراد بنابراین مشکلات منیزمی را در کروی سازی ندارد اما به علت آن که عنصری کمیاب می باشد د ر صنعت کمتر مورد استفاده قرار می گیرد و عموما از آن در مواردی خاص همراه منیزیم استفاده می کنند .
روش افزایش مو اد کروی کنند ه :
* روش پاتیل سرباز : در این روش مواد کروی کننده در کف پاتیل قرار گرفته و مذاب روی این مواد ریخته می شود . در این روش چون مذاب روی منیزیم ریخته می شود و تماس مستقیم مذاب با منیزیم برقرار می شود لذا میزان بازیابی منیزیم در مذاب پایین می باشد که میزان بازیابی را در این روش می توان بین 20 تا 25 درصد تخمین زد.
نکته : در کلیه روش های تلقیح در پاتیل باید نسبت ارتفاع پاتیل به قطر را رعایت کرد که این نسبت 3 به 1 می باشد . (H<3D)
* روش ساندویچی : در این روش ارتفاع 3 برابر قطر می باشد با این تفاوت که در قسمت کف پاتیل محفظه ای را تعبیه کرده اند که مواد کروی کننده در این محفظه قرار می گیرند سپس به وسیله پوششی از ماسه ( فروسلیس- ماسه – ورق فولادی ) پوشش داده می شود . سپس مذاب را به داخل پاتیل ریخته و در صورتی که از پوشش ماسه ای استفاده شود ماسه را شکانده و مواد با مذاب واکنش ایجاد می کند اما در صورتی که از ورقه ای فولادی استفاده شود ورقه ذوب می شود و مواد منیزیم با مذاب واکنش ایجاد می کند و همچنین اگر با فر وسیلیس انجام شود بازدهی بالا رفته و مزیت هایی در بردارد که علاوه بر فروسیلیسیم منیزیم عمل جوانه زایی نیز انجام می شود که میزان بازیابی در این روش را می توان بین 45 تا 40 درصد تخمین زد مزیت دیگری که این روش به همراه دارد این می باشد که به علت ریختن مذاب بر روی فروسیلیس منیزیم و همچنین به علت خروج کامل اکسیژن تلفات منیزیم به شدت کاهش پیدا می کند . همچنین به علت دانسیته پایین منیزیم و حضور آن در کف پاتیل پس از ریختن مذاب ، منیزیم به طرف بالا حرکت کرده و تلقیح به طور کامل انجام می شود .
* روش قوطه وری :
در این روش مواد کروی کننده داخل محفظه از جنس گرافیت جاسازی شده و هنگامی که پاتیل از مذاب پر شده محفظه داخل پاتیل می شو د که میزان بازیابی منیزیم در این روش 50 تا 55 درصد می باشد . که معمولا درجه حرارت ریخته گری را در این روش 1560 درجه در نظر گرفته همچینن افت درجه حرارت در این روش 50 درجه سانتیگراد می باشد .

4- روش کنورتر گردان :
در این روش بعد از جاسازی مواد کروی کننده در داخل کنورتر، کنورتر تا حدود 90 درجه چرخانده شده تا مواد کروی کننده با مذاب تماس برقرار کنند که میزان بازیابی در این روش را می توان تا حدود 60 در صد تخمین زد .
5- روش پودر منیزیم :
در روش پودر منیزیم در داخل محفظه ای همراه با گاز خنثی از کف در داخل پاتیل تزریق می شود
6- درون قالبی (اینمولت ):
بازیابی منیزیم در این روش در حدود 100 درصد می باشد که مدت زمان بین تلقیح مذاب و تخلیه مذاب در حداقل ممکن می باشد که هر چه این زمان کمتر باشد کروی سازی بیشتر و یکنواخت تر می شود در این روش مواد کروی کننده در داخل سیستم راهگاهی قرار گرفته و ضمن عبور مذاب از داخل سیستم راهگاهی عمل کروی سازی انجام می شود .
مزایای روش اینمولت :
1- بالا بودن میزان بازیابی منیزیم تا حدود 100 درصد
2- تولید قطعات با سطح مقطع نازک
3- برطرف شدن خطرات زیست محیطی
4- کاهش مراحل تولید
5- افزایش خواص مکانیکی قطعه
6- تسهیل در شرایط اتوماسیون
معایب روش اینمولت :
1- امکان ورود ناخالصی ها به محفظه قالب در صورت طراحی غلط سیستم راهگاهی
2- نیاز به طراحی دقیق و درست سیستم راهگاهی که منجر به افزایش روش تولید می شود .
3- نیاز به استفاده از آلیاژ مناسب
پدیده میرایی :
هر چه فاصله زمانی بین اضافه کردن مواد کروی کننده و ذوب ریزی افزایش پیدا کند میزان تاثیر این مواد کاهش پیدا می کند همچنین میزان بازیابی این مواد کاهش می یابد .
طراحی سیستم راهگاهی :
طراحی سیستم راهگاهی برای چدن نشکن شامل دو مرحله می باشد .
1- طراحی محفظه فعل و انفعالات . 2- طراحی راهگاه
1- طراحی محفظه فعل و انفعالات که شامل ویژگی هایی به شرح زیر می باشد .
الف : جریان مذاب باید به صورت یکنواخت با سطح مواد کروی کننده در تماس باشد .
ب: از حمل مواد کروی کننده به داخل محفظه قالب جلوگیری کند.

محاسبات سیستم راهگاهی :
------------------------------------------------------------------------------
A= سطح محفظه فعل و انفعالات -----------------------------------------------------
t= زمان ذوب ریزی
w= وزن یک قطعه + وزن سیستم راهگاهی به ازای یک قطعه + وزن تغذیه به ازای یک قطعه
T= حداقل ضخامت یک قطعه -------------------------------------------------------
m= وزن مذاب
=دانسیته مواد کروی کننده v= حجم مواد کروی کننده ------------------------------
H= ارتفاع محفظه قالب ------------------------------------------------------------
h =ارتفاع مواد کروی کننده -------------------------------------------------------
t= زمان باریزی
H= ارتفاع موثر -----------------------------------------------------------------
P= ارتفاع قطعه در درجه بالا
ZC= ارتفاع کل قطعه -------------------------------------------------------------


فاکتورهای موثر در انتخاب روش کروی کننده:
1- اگر حجم طولی زیاد باشد از روش مخصوص برای کروی کردن استفاده می شود .
2- درجه حرارت تولید اگر زیاد باشد از روشهایی استفاده می شود که دارای حداقل دما باشد.
3- قیمت تمام شده
4- شرایط زیست محیطی: روش هایی مانند اینمول حداقل آسیب های زیست محیطی را دارد
5- مواد شارژ : اگر مواد شارژ دارای میزان گوگرد بیشتری باشند باید از روش هایی استفاده شود که کروی سازی راحت تر انجام شود.
6- محدودیتهای فیزیکی
7- مدت زمان ریخته گری
تلقیح مذاب چدن داکتیل:
مواد تلقیحی در چدن داکتیل باعث افزایش تعداد هسته ها در واحد سطح شده و لذا توزیع گرافیت کروی را بیشتر و یکنواخت تر می کند که نسبتا خواص مکانیکی افزایش پیدا می کند.
مواد تلقیحی در چدن داکتیل:
این مواد شامل فروسلیس – گرافیت- آلومینیوم- زیرکنیم می باشد.
نکته: در روش اینمولت کمتر عملیات تلقیح انجام می شود.
به طور کلی تلقیح در چدن داکتیل مهم تر از چدن خاکستری است زیرا در چدن داکتیل گرافیت کروی بوده اما گرافیت در چدن خاکستری گرافیت ورقه ای می باشد به همین دلیل سرعت ورود مواد تلقیحی در چدن داکتیل کمتر از چدن خاکستری است به همین دلیل نیاز به هسته های بیشتری در تلقیح داکتیل است.
روش های تلقیح:
1- تلقیح در جریان ذوب ریزی
2- قرار دادن مواد تلقیحی روی سطح قالب و انجام سیستم ارتعاشی
کنترل خط تولید چدن نشکن:
1- کنترل مواد شارژ کوره
2- کنترل عملیات افزایش منیزیم و کنترل تلقیح و کروی سازی و جوانه زایی
3- کنترل تاثیر گذشت زمان
4- کنترل ساختار متالوگرافی
5- کنترل خواص متالوگرافی
1- کنترل مواد شارژ کوره :
شامل :
1) حذف مواد غیر آهنی از مواد شارژ
2) حذف قطعات یاتاقان که این قطعات به دلیل به همراه داشتن سرب باعث پوک شدن گرافیتها در چدن داکتیل می شود.
3) حذف قطعات سربی و یا سرب اندود شده و یا گالوانیزه شده
4) کنترل خشک بودن مواد شارژ و چرب نبودن این مواد ( این امر به دلیل جلوگیری از ایجاد تلاطم در مذاب و کاهش تلفات آن می باشد)
5) خشک بودن پوشش کوره
6) جدا کردن قطعات زنگ زده یا اکسید شده که باعث افزایش انحلال اکسیژن شده و این امر باعث افزایش تلفات منیزیم می شود که برای رفع اکسید ها و چربی ها مواد شارژ را قبل از ذوب 300 تا 400درجه پیشگرم می کنند
2- کنترل عملیات افزایش منیزیم و عملیات جوانه زایی
1) کنترل ترکیب شیمیایی گوگرد و عناصر مضر (در این مرحله باید حداقل باشد معمولا برای کنترل ترکیب شیمیایی از دستگاه هایی نظیر کوانتومتر –اکسترومتری – اکستروفوتومتری و اتمیک ابزوروشین و اشترلاین استفاده می شود که امروزه عموما از کوانتومتر در صنعت استفاده می شود
2) کنترل درجه حرارت : درجه حرارت افزایش منیزیم 1380 تا 1450 درجه است برای کنترل درجه حرارت نیز می توان از انواع ترموکوپل ها و پیرومتر ها استفاده کرد
نکته: پیرومتر:دستگاهی است که با استفاده از آن اشعه می تواند بدون تماس با مذاب اعلام دما کند . که از طریق رنگ آلیاژ درجه حرارت را تعیین می کند
3) بازیابی مواد منیزیم دار :
منیزیمی که به مذاب اضافه می شود عموما به چهار طریق استفاده می شود
1- اکسید می شود
2- بخار می شود
3- سولفید می شود
4- و باقی مانده منیزیم (ریوان شده ) باعث کروی شدن گرافیت ها می شود که مقدار منیزیمی که توسط مذاب مصرف شده را منیزیم ریوان شده یا سولفید شده می نامند
Mg rc : درصد منیزیم ریوان شده
S a: میزان گوگرد بعد از اضافه کردن منیزیم
S r: مقدار گوگرد قبل از اضافه کردن منیزیم
معمولا در چدن های نشکن چون میزان گوگرد زیر 0.2% میباشد Mg s در صورت انجام گوگرد زدایی صفر منظور می شود
4) انتخاب روش افزایش مواد منیزیم دار
5) کنترل شکل هندسی پاتیل که ارتفاع پاتیل باید 3 برابر قطر آن باشد تا از تلفات منیزیم جلوگیری شود .
4- کنترل ساختار متالوگرافی :
که در انتهای خط تولید نمونه ای جهت عملیات پولیش و متالوگرافی ریخته می شود و تحت میکروسکوپ نوری عملیات ریز ساختار انجام می شود
5-کنترل خواص مکانیکی :
به این جهت از آزمایشگاهی نظیر سختی سنجی تست کرنش . ... استفاده می شود که تست کشش برای واحد های کوچک استفاده می شود ولی در آزمایشگاههای بزرگ تست سختی سنج تست براده برداری و زنگ دار بودن قطعه نیز استفاده می شود
نکته :تست براده برداری : در چدن های نشکن هر چه طول براده بیشتر باشد خاصیت نشکن شدن قطعه بیشتر می شود .
تست زنگدار بودن : که هر چه صدا خفه تر باشد چدن نشکن تر است
مبانی طراحی سیستم های راهگاهی درچدن نشکن :
وظایف سیستم راهگاهی :
1- انتقال مذاب از بوته به داخل محفظه قالب با حداکثرسرعت ممکن
2- حرکت مذاب در داخل سیستم راهگاهی با حداقل اختشاش و تلاطم
3- ورود مذاب به داخل محفظه قالب باید به گونه ای باشد که سرد ترین قسمت مذاب در دورترین منطقه قالب از نظر ورود مذاب قرار بگیرد و نیز گرم ترین قسمت مذاب در داخل سیستم راهگاهی باشد
4- ابعاد سیستم راهگاهی باید به گونه ای طراحی شود که ضمن این که مذاب محفظه قالب را به صورت کامل پر می کند حداقل میزان برگشتی را در سیستم راهگاهی داشته باشد
عیوب ایجاد شده در طراحی غلط سیستم راهگاهی
1- وارد شدن ماسه شلاکه و ناخالصی ها به داخل محفظه قالب
2- کاهش کیفیت سطحی قطعه تولیدی
3- جذب گاز در مذاب و ایجاد مک های گازی
4- اکسید شدن بیش از حد مذاب
5- ایجاد حفرات انقباضی در قطعات تولیدی
6- پرنشدن کامل قالب( نیامد کردن )
7- وارد شدن ذرات از پیش جامد شده به داخل محفظه قالب

برای طراحی سیستم راهگاهی از دو قانون در علم فیزیک استفاده می شود
1- قانون بقای انرژی(قانون برنولی) :که رابطه برنولی از آن استخراج شده است که بیان می کند که مقدار انرژی در یک سیستم بسته همواره ثابت می باشد که انرژی های موجود در این سیستم را می توان به طریق زیر معرفی کرد
Ep=انرژی وزن مذاب مایع (انرژی پتانسیل)(mgh) انرژی وزن مایعی که در ارتفاع از کف قرار دارد)
EK = انرژی جنبشی
h=ارتفاع بر حسب متر
P= نیروی اعمالی اتمسفر
E= انرژی جنبشی
V= سرعت حرکت مذاب
V 2= سرعت حرکت سیال از راهگاه خروجی
2- قانون تداوم :
این قانون بیان می کند که مقدار حجم مایع در حال جریان از هر مقطع در واحد زمان ثابت است
R 1= دبی
در این حالت اگر دبی خروجی مذاب را R2 نشان دهیم و همچنین R2را جریان ورودی مذاب به اخل قالب نامیم
A 2 سطح مقطع راهگاه بارریز
R1 دبی خروجی مذاب
R2: جریان ورودی مذاب به داخل قالب
h1: ارتفاع راهگاه بارریز
h2: ارتفاع کل سیستم راهگاهی
h3: ارتفاع ریختن مذاب تا حوضچه پای راهگاه
A2 سطح مقطع ریختن مذاب
محاسبات سیستم راهگاهی
1- تعیین نسبت سیستم راهگاهی :
که شامل الف : سیستم راهگاهی فشاری ب: سیستم راهگاهی غیر فشاری ‍ج: سیستم راهگاهی ترکیبی می باشد .
الف : سیستم راهگاهی فشاری : در این سیستم باید سطح مقطع از طرف راهگاه بارریز به سمت قطعه کاهش می یابد و مذاب با فشار وارد محفظه قالب می گردد .
مزایا :
1- راهگاه بلافاصله از مذاب پر می شود
2- حجم مذاب جامد شده در سیستم راهگاهی حداقل است و باعث بالارفتن راندمان سیستم راهگاهی می شود
3- جریان مذاب به داخل محفظه قالب یکنواخت تر وارد می شود
معایب :
1- این سیستم باعث ایجاد تلاطم و اختشاش در داخل سیستم راهگاهی می شود که این امر موجب ایجاد مک و حفرات گازی و نیز ماسه شویی در داخل سیستم می شود
ب:سیستم راهگاهی غیر فشاری : مزیت این نوع سیستم ایجاد حداقل تلاطم و اختشاش در مذاب است و معایب آن عبارت است از 1- غیر یکنواخت بودن ورود مذاب از راهگاه های فرعی 2- افزایش وزن سیستم راهگاهی که در این نوع سیستم باید همیشه داخل راهگاه پر از مذاب باشد
نکته : در آلیاژ های آهنی از فشاری و غیر آهنی از غیر فشاری استفاده می شود
اجزای سیستم راهگاهی :
1- حوضچه بار ریز
2- راهگاه بارریز
3- حوضچه پای راهگاه
4- کانال های اصلی و فرعی
5- منافض هوا دهی
1- حوضچه بارریز : برای کنترل سرعت بارریزی و کاهش فشار ورودی به داخل محفظه قالب و سیستم راهگاهی استفاده می شود معمولا در چدن ریزی و فولاد ریزی به شکل ذوزنقه ای شکل می باشد.
علت استفاده از این نوع جمع آوری سرباره در سطح مذاب می باشد و کنترل سرعت بارریزی
2- راهگاه بارریز : که هدایت مذاب از قیف بارریز به راهگاه اصلی به عهده دارد اگر قطعه ابعاد بزرگی داشته باشد ممکن از دو یا چند راهگاه بارریز نیز به شکل همزمان استفاده می شود و سطح مقطع این نوع راهگاه ها معمولا مستطیل شکل می باشد اما در بعضی موارد از سطح مقطع دایره ای نیز استفاده می شود برای محاسبه ی نسبت راهگاه بارریز باید قطر راهگاه ورودی و خروجی داشته باشیم .
تغذیه گذاری فشاری : اساس این روش تغذیه گذاری بر مبنای استفاده از فشار مذاب در مرحله ی انبساط مذاب به علت رسوب گرافیت می باشد
فاکتور های موثر در تغذیه گذاری فشاری:
1- مواد قالب گیری : که باید استحکام کافی داشته باشند تا هنگام انبساط مذاب تغییر ابعادی در محفظه قالب به وجود نیاید .
2- تغذیه گذاری فشاری برای قطعاتی استفاده می شود که مدول حجمی 0.4 تا 2.5 داشته باشند
موارد عملی برای طراحی تغذیه فشاری :
1- مدول بزرگترین قسمت قطعات را به دست بیاوریم اگر بین 0.4تا 2.5 باشد از این روش استفاده می کنیم
2- تعیین مدول تغذیه قطعه :
3- به دست آوردن مدول گردن تغذیه
4- به دست آوردن حجم موثر تغدیه
5- به دست آوردن ارتفاع درجه با توجه به حجم تغذیه و ارتفاع بین 1 تا 1.5 به دست می آید
با استفاده از نمودار ضخامتی از تغذیه که در مجاورت مواد قالب گیری منجمد شده را به دست می آوریم
قطر تغذیه در مرحله 5 معادله دو برابر ضخامت منجمد شده اضافه می کنیم
تغذیه به قسمت ضخیم تر تغذیه گرم و اگر بزرگ باشد از تغذیه گرم استفاده می کنیم .
اگر از تغذیه کور استفاده می شود باید تغذیه حتما با اتمسفر محیط در تماس باشد
درجه حرارت ریختن مذاب باید مقداری باشد که در محاسبات در نظر گرفته شده است
تغذیه گذاری با استفاده از تحلیل فشار :
در این روش باتوجه به اینکه در روش فشاری نیاز به مواد قالبگیری با استحکام بالا می باشد لذا استفاده از این مواد باعث افزایش قیمت تولید می گردد لذا از روش تقلیل فشار استفاده می شود در این روش کاهش فشار انبساطی مانع از تغییر ابعاد محفظه قالب می شود در این روش فشار از یک مقدار ماکسیمم که استحکام مواد قالبگیری می باشد بالاتر نمی رود از طرفی فشار preimi نیز کمتر از انبساط مذاب در فاصله ی انجماد جهت انقباض استفاده می شود به این ترتیب که با وارد شدن مذاب و پرشدن محفظه قالب و تغذیه و سرد شدن مذاب از حالت فوق ذوب سطح مذاب در داخل قطعه افت می کند این کاهش حجم توسط تغذیه جبران می شود با سرد شدن بیشتر قطعه و شروع انجماد و رسوب گرافیت در حین انجماد مذاب منبسط می شود که این عمل باعث برگشت مذاب به تغذیه می شود از طرفی تغذیه مورد استفاده عموما از نوع کور یا بسته می باشد فشار داخل محفظه قالب را در حد فاصل pminو pman نگه می دارند تا ضمن جلوگیری از ایجاد مک های انقباضی باعث تغییر فرم محفظه قالب نشود
مراحل تغذیه گذاری به روش تقلیل فشار :
تغیین مدول موثر قطعه : در این روش مدول موثر قسمتی از قطعه می باشد که بیشترین مدول را دارد

تعیین استحکام محفظه قالب
تعیین و ارزیابی کیفیت متالوژیکی مذاب هر چه کیفیت متالوژیکی مذاب بیشتر رسوب مذاب بیشتر و فشار نیز بیشتر می شود
به طور کلی عناصر گرافیت زا باعث افزایش کیفیت متالوژیکی می شوند و عناصر کاربید زا باعث کاهش کیفیت متالوژیکی مذاب می شود استفاده از کوره های الکتریکی باعث افزایش کیفیت متالوژیکی مذاب می شود و نگه داشتن مذاب دردرجه جرارت های بالا باعث افزایش تلفات عناصر آلیاژی و کاهش کیفیت متالوژیکی مذاب می شود مواد شارژ مورد استفاده هر چه دارای مقداری برگشتی بیشتر می باشند افزایش کیفیت متالوژیکی می شود
2- تلقیح چدن : تلقیح چدن نیز باعث افزایش تعداد هسته ها و جوانه ها – افزایش گرافیت زایی و لذا افزایش کیفیت متالوژیکی می شود
3- تعیین مدول گردن تغذیه: که مدول گردن برابر است با مدول موثر Mn=4.MS مدول تغذیه را محاسبه می کنیم Mr=1.2Mn
محاسبه حجم تغذیه :
H=7.5Mr و که D=5Mr
نکته : حتما قسمی از تغذیه باید در درجه بالایی باشد و تقریبا حجم تغذیه ای که در درجه بالا قرار می گیرد بین 3 تا 5 برابر می باشد .
شکل تغذیه : معمولا از تغذیه کور و بسته استفاده می شود تا از تلفات حرارتی تا حد ممکن جلوگیری شود
شکل قسمت فوقانی نمی تواند به شکل گنبدی باشد شکل فوقانی تغذیه باید دارای زائده ای به جهت کنترل حرارت در تغذیه باشد
روش سوم : ا ستفاده از تغذیه : در مورد قطعاتی استفاده می شود که مدول آن ها بیشتر از 25 باشد مدول قطعه در این روش بالا بوده و کیفیت متالوژیکی بالا می باشد و درجه حرارت ذوب ریزی کمتر از 1400 درجه سانتیگراد می باشد و سرعت بارریزی بالا می باشد
نکته:درجه حرارت مدول قطعه را کمتر از 1400 می گیرند چون دراین روش انبساط ناشی از مذاب کار تغذیه را انجام می دهد و چون مدول زیاد می باشد انتقال حرارت کم بوده و رسوب دهی زیاد می شود .
گلوگاه راهگاه فرعی در این روش بدون تغذیه راهگاه فرعی و گلوگاه آن طوری طراحی می شود که مذاب به محض وارد شدن به سیستم راهگاهی و پرکردن سیستم قالب منجمد شود تا مذاب برگشت نکند در این حالت طول و عرض راهگاه 4 برابر ضخامت می باشد

ریخته گری فولاد
در فولاد ریزی دو روش عمده ریخته گری داریم :
1- روش شمش ریزی: که ریخته گری جهت تولید آلیاژ انجام می شود.
2- شکل ریزی: که ریخته گری جهت تولید قطعه انجام می شود.
خواص مکانیکی فولادها :
1- استحکام مناسب که بین 400تا 2000 مگاپاسکال می باشد
2- قابلیت شکل پذیری بالا
3- مقاومت خستگی مناسب
4- مقاومت در درجه حرارت پایین مقاومت در درجه حرارت بالا
5- قابلیت جوشکاری
دسته بندی فولاد ها :
معمولا به سه دسته فولاد های ساده کربنی فولاد های پر آلیاژی فولاد های کم آلیاژی
انواع فولادهای ساده کربنی :
فولادهای کم کربن – کربن متوسط و پر کربن :
فولاد های کم کربن: که در این فولاد ها مقدار کربن کمتر از 0.2% می باشد لذا قابلیت شکل پذیری و فرم دهی بالا دارد که در صنعت بیشتر در مواردی به کار می رود که استحکام پایین همراه با قابلیت انعطاف بالا در نظر باشد
فولاد های کربن متوسط : که در این فولاد ها مقدار کربن بین 0.2تا 0.5% می باشد که در مقایسه با فولاد کربنی استحکام و سختی بالاتری دارند ولی انعطاف پذیری پایین تری دارند که عموما در صنایع راهسازی و ماشین سازی از این گروه استفاده می شود
فولاد های پرکربن : که در این فولاد ها مقدار کربن پس از 0.5% می باشد که افزایش درصد باعث افزایش سختی و کاهش انعطاف پذیری می شود در مواردی استفاده می شود که نیاز به سختی و مقاومت به سایش بالا باشد
فولاد های کم آلیاژی : در این فولاد ها میزان عناصر آلیاژی کمتر از 8% می باشد . وجود عناصر آلیاژی باعث افزایش خواص مکانیکی فولاد می شود وجود عناصر آلیاژی باعث جلوگیری از تغییر فرم – تابیدگی و ترک خوردن آلیاژ در حین عملیات حرارتی می شود که عمدتا در ساخت قطعات و قالبهای خاص صنعتی ساخته می شود
فولاد های پرآلیاژی : میزان عناصر آلیاژی در این نوع فولادها بیش از 8% می باشد و در مواردی مصرف می شود که خواص خالی را در نظر داشته باشیم به عنوان مثال مقاومت به خوردگی بالا و مقاومت به سایش بالا و با توجه به اینکه قیمت عناصر بالا می باشد و همچنین تکنولوژی اضافه کردن این عناصر نیز بالاتر می باشد لذا فولاد های آلیاژی از نظر قیمت بالاتر می باشد .
انواع کوره های ذوب در فولاد ریزی :
کوره هایی که در ذوب فولاد استفاده می شود شامل کوره های زیمنس مارتین کوره های القایی و قوس کوره های کوپل و کنوتر دوپله کردن کوپل و کنورترمی باشد .
مراحل دوبله کردن کوپل و کنورتر :
1- تهیه مذاب در کوره کوپل
2- انتقال به پاتیل با جداره بازی و گوگرد زدائی
3- تخلیه مذاب در کنورتر به روش اکسیژن و هوا که با دمش هوا کربن سوخته می شود و واکنش های زیررا به وجود می آورد .
Fe+O=FeO
Si+FeO=SiO+Fe+Q
Mn+FeO=MnO+Fe+q
C+FeO=CO+Fe+Q
که کربن لحظه به لحظه می سوزد و مذاب به مذاب فولادتبدیل می شود وجوشش کربن صورت می گیرد لحظه ای که درصد کربن به 0.5% در مذاب می رسد فرآیند جوشش کربن به حدی می رسد که فرآیند حرارت را در مذاب نداریم که برای افزایش راندمان به جای هوا اکسیژن تزریق می کنند در روش های جدید برای کنترل بیشتر مذاب مذاب به کورههای القایی منتقل می شود و ترکیب شیمیایی آن کنترل می شود
عملیات کیفی در تهیه قطعات فولادی : شامل اکسیژن زدایی سرباره گیری ریخته گری قطعات تمیزکاری و جوشکاری می باشد .
جهت اکسیژن زدایی در مراحل اولیه از فروسیلیس – سیلیکم منگنز و فرومنگنز استفاده می شود در صورتی که بخواهیم میزان اکسیژن به زیر 0.1% برسد از Alو Ti در آخرین مرحله استفاده می شود .
تمیزکاری: معمولا از طریق شات بلاست و سند بلاست انجام می شود
جوشکاری : که بر خلاف چدن در قطعات فولادی به علت قابلیت جوشکاری بالا انجام می شود که شامل پر کردن اثرات انقباضی-گازی و نیامد در کردن در طی فرآیند ریخته گری می باشد
مراحل جوشکاری : انتخاب نوع الکترود و اندازه الکترود عملیات پیش گرم کردن قطعات قبل از جوشکاری عملیات تنش زدایی بعد از جوشکاری تمیز کاری
تست های غیر مخرب : نظیر ماوراء بنفش التراستیگ ایکسرید
تاثیر عناصر جزئی بر فولاد ها ساده کربنی :
منگنز : جزء عناصر موجود در فولاد های ساده کربنی مقدار آن 0.6تا 0.85 درصد که پیش از این مقدار به عنوان عنصر آلیاژی در فولاد ها می باشد باعث افزایش سختی استحکام و مقاومت به ضربه فولاد می شود می تواند به عنوان اکسیژن زدا درفولاد ها استفاده شود .
Si سیلیس : به عنوان اکسیژن زدا استفاده می شود مانع از پایداری سمنتیت می شود مقدار آن 0.06% می باشد و بیشتر از این مقدار به عنوان عنصر آلیاژی می شود
Niو Cu : تا حدود 0.5 باعث افزایش سختی پذیری و خواص مکانیکی می شود که پایدار کننده ی آستینیت می باشد بیشتر از این مقدار به عنوان عنصر آلیاژی محسوب می شود
سایر عناصر آلیاژی نظیر کرم مولیبدن وانادیم و تنگستن تا حدود 0.05% در فولاد های ساده کربنی وجود دارد که باعث افزایش خواص مکانیکی می شود
Al&TI :به عنوان اکسیژن زدا در مراحل تولید استفاده می شود.
ازت : مقدار آن بین 0.005 تا 0.12 درصد می باشد تا این مقادیر باعث افزایش خواص مکانیکی می شود بیش از این مقدار به علت تشکیل مک و حفره گازی در قطعات تولیدی باعث کاهش خواص مکانیکی می شود
گوگرد : از عناصر مضر در فولاد می باشد به علت تشکیل فاز FeSتا سولفید آهن که فازی با نقطه ذوب پایین و ترد می باشد و در مراحل انتهایی انجماد در مرز دانه رسوب می کند باعث کاهش شدید خواص مکانیکی می شود همچنین به هنگام عملیات حرارتی به علت ذوب موضعی در مرز دانه باعث ایجاد ترک موسوم به ترک سرخ می شود وجود منگنز تشکیل فاز MnS یا سولفید منگنز را می دهد این فاز نرم بوده و تاثیر سوءکمتری نسبت به FeS دارد MnS در داخل دانه پخش می شود .
فسفر : تمایل به جدایش بیشتری دارد لذا در محل هایی که آخرین انجماد را دارند جمع می شوند تشکیل فاز فسفید آهن یاFe3P را می دهد این فاز تشکیل یوتکتیک سه تایی می دهد که نقطه ذوب پایین دارد که در مرز دانه ها رسوب کرده و باعث شکست دانه ها می شود میزان فسفر و گوگرد کمتر از 0.05 درصد می باشد
سیستم راهگاهی در فولاد ریزی :
شامل حوضچه بارریز – راهگاه بارریز حوضچه پای راهگاه راهگاه اصلی آشغالگیر کانال های فرعی و اصلی می باشد .
عموما نوع سیستم راهگاهی فشاری بوده s>r>g نکاتی که در طراحی سیستم راهگاهی در فولاد ریزی باید درنظر بگیریم :
بین راهگاه بارریز و حوضچه بارریز شیب زیادی وجود داشته باشد وجود این شیب از نفوذ آخال و هوا به داخل سیستم راهگاهی می شود .
راهگاه بارریز مخروطی می باشد
گوشه های راهگاه اصلی و فرعی گرد می شود
انتهای راهگاه اصلی بعد از آخرین راهگاه فرعی ادامه پیدا می کند تا ناخالصی ها وارد سیستم راهگاهی نشود
در انتهای راهگاه بارریز حوضچه پای راهگاه را در نظر می گیرند
مقطع راهگاه اصلی به طرف راهگاه فرعی کم می شود
حدالامکان از راهگاه اصلی و فرعی عریض استفاده نشود
انجماد جهت دار به طرف تغذیه
جنس راهگاه اصلی در مورد قطعات بزرگ از مواد دیرگداز با نقطه زینتر بالا باشد
تقسیم بندی سیستم راهگاهی بر اساس ابعاد قطعات : عموما چهار نوع راهگاه در فولاد ریزی وجود دارند
1) راهگاه از بالا برای قطعات با ارتفاع کم
2) راهگاه از بقل برای قطعات با ارتفاع متوسط وابعاد بزرگ
3) راهگاه از پایین برای قطعات با ارتفاع بلند در حالت باید فوق ذوب زیاد در نظرگرفته شودتا از انجماد زود رس در سطح مذاب جلوگیری شود
4) راهگاه پله ای : که برای قطعات با ارتفاع زیاداستفاده می شود هر یک این روش نسبت به روش فوق این است که مذاب در هر لحظه مذاب گرم به سطح مذاب هدایت می شود برای جلوگیری از ورود آخال از راهگاه های مورب استفاده می شود.
تعیین ابعاد سیستم راهگاهی :
نکته : در بین راهگاه اصلی و فرعی معمولا یک آشغال گیر قرار می دهند
تعین ابعاد آشغال گیر:
آشغال گیر و فیلتر محفظه این دو بین راهگاه اصلی و فرعی می باشد که به منظور آخال گیری و جدا کردن آخال و جلوگیری از ورود آن ها به محفظه قالب تهیه میشود

تعیین ابعاد سیستم راهگاهی اصلی –بارریز – فرعی شامل تعیین پشت سیستم راهگاه

۱۳۸٦/۱٢/٢٩ - ابوالفضل ناصری | لینک دائم | پيام هاي ديگران () | Add to Del.icio.us  digg this post  add to google bookmarks  add to technorati   add to shadows  

خوش آمدید
ابوالفضل ناصری


تماس با ما

مطالب پیشین

RSS Feed


add to google bookmarks
add to yahoo bookmarks
add to msn bookmarks
add to my feedster
Subscribe with Bloglines
add to netvibes
add to live

اخبار هک و امنیت