عمليات حرارتي چدن نشكن

[align=right]خلاصه:
مهمترين عمليات حرارتي كه روي چدن نشكن انجام مي شود و هدف از انجام آنها :
عمليات حرارتي كه در دماي پايين براي كاهش يا آزاد كردن تنش هاي داخلي باقي مانده پس از ريخته گري انجام مي شود.
● آنيل كردن
عمليات حرارتي كه براي بهبود انعطاف پذيري و چقرمگي ، كاهش سختي و حذف كاربيدها انجام مي شود.

● نرماله كردن
عمليات حرارتي كه به منظور بهبود استحكام به همراه كمي انعطاف پذيري انجام مي شود .
● سخت كردن و تمپر كردن
عمليات حرارتي كه به منظور افزايش سختي يا بهبود استحكام و بالا بردن نسبت تنش (تنش تسليم) انجام مي شود .
● آستمپر كردن
عمليات حرارتي كه به منظور بدست آمدن ساختاري با استحكام بالا به همراه كمي انعطاف پذيري و مقاومت به سايش عالي انجام مي شود .
● سخت كردن سطحي به وسيله ي القاء ، شعله يا ليزر

عمليات حرارتي كه به منظور مقاوم به سايش ساختن و سخت كردن موضعي سطح انتخاب شده انجام مي شود .
در اين مقاله عمليات آنيلينگ ، نرماله كردن ، آستمپر كردن ، كونچ كردن و تمپر كردن چدن نشكن شرح داده مي شود.
[b]آستنيته كردن چدن نشكن [/b]

هدف معمول آستنيته كردن اين است كه تا حد امكان زمينه ي آستنيتي با مقدار كربن يكسان قبل از پروسه ى حرارتى توليد شود. به عنوان مثال در چدن نشكن هيپريوتكتيك براي آستنيته كردن بايد از دماى بحرانى كمي بالاتر برويم به طورى كه دماى آستنيته در منطقه ى دو فازى ( آستنيت و گرافيت ) باشد. دماى آستنيته كردن به وسيله ى عناصر آلياژى موجود در چدن نشكن تغيير مى كند .

با افزايش دماي آستنيته كردن مي توان آستنيت تعادلي حاوى كربن كه در حال تعادل با گرافيت است را افزايش داد. كه اين پارامتر قابل انتخاب است( در زمان محدود). كربن موجود در زمينه ي آستنيتي كنترل دماي آستنيته كردن را مهم ساخته كه اين دما به منظور جلو بردن واكنش به مقدار زيادي به كربن موجود در زمينه ي آستنيتي بستگي دارد ، اين ساختار مخصوصاً براي آستمر كردن ساخته مي شود ، سختي پذيري (قابليت آستمپر كردن ) به ميزان زيادي به كربن موجود در زمينه و در واقع به عناصر الياژي موجود در چدن نشكن بستگي دارد ، ميكرو ساختار اصلي و سطح مقطع قطعه تعيين كننده ي زمان مورد نياز براي آستنيته كردن مي باشند

مراحل بعد از آستنيته كردن هنگامي كه مورد اهميت باشند عبارتند از : آنيل كردن ، نرماله كردن ، كونچ و تمپر كردن و آستمپر كردن .
آنيلينگ چدن نشكن
هنگامي كه حداكثر انعطاف پذيري و قابليت ماشينكاري عالي مورد نياز باشد و استحكام بالا مورد نياز نباشد ، عموماً چدن نشكن آنيل فريتي مي شود . بدين گونه كه ميكروساختار به فريت متحول مي شود و كربن اضافي به صورت مي باشد، اگر ماشينكاري عالي مورد ۶۰-۴۰-۱۸ نوع ASTM كروي رسوب مي كند. اين عمليات حرارتي ساخته ي نياز باشد بايد مقدار منگنز ، فسفر و عناصر آلياژي از قبيل كرم و موليبدن درحد امكان پايين باشد زيرا باعث آهسته كردن پروسه ي آنيل مي شوند .
نحوه ي آنيل كردن توصيه شده براي چدن نشكن آلياژي و چدن نشكن با كاربيد يوتكتيك و بدو ن كاربيد يوتكتيك در پايين شرح داده شده است :
آنيل كامل براي چدن نشكن با ۲%-۳% سيليسيم و بدون كاربيد يوتكتيك :
گرم كردن تا دماي ۸۷۰- ۹۰۰ درجه ي سانتي گراد و نگهدار ي در اين دما به مدت ۱ ساعت در ازاي هر اينچ ضخامت ،سپس سرد كردن در كوره با سرعت ۵۵ درجه سانتي گراد در ساعت تا دماي ۳۴۵ درجه ي سانتي گراد سپس سرد كردن در هوا.

آنيل كامل در صورت وجود كاربيد يوتكتيك :
گرم كردن تا دماي۹۰۰C-870C و نگهداري در اين دما براي ۲ ساعت و بيشتر از اين زمان براي ضاخمت هاي زياد ، سپس سرد كردن در كوره با سرعت ۱۱۰C/hتا دماي ۷۰۰Cو نگهداري در اين دما براي ۲ ساعت ، سپس سرد كردن در كوره تا دماي ۳۴۵Cبا سرعت ۵۵C/h ، سپس سرد كردن در هوا .
آنيل كردن زير منطقه ي بحراني براي تبديل پرليت به فريت:
گرم كردن قطعات تا دماي۷۰۵C-720Cونگهداري در اين دما به مدت ۱ ساعت در ازاي هر اينچ ضخانت ، سپس سرد كردن در كوره با سرعت۵۵C/h تا دماي ۳۴۵C و سپس سرد كردن در هوا .
وقتي كه در چدن نشكن عناصر آلياژي وجود داشته باشد از سرد كردن سرتاسري قطعه جلوگيري مي شود و كاهش درجه حرارت از نقطه ي بحراني تا۴۰۰C ادامه مي يابد و سرعت سرد كردن از۵۵C/h كمتر مي باشد .

به هر حال برخي عناصر در شكل كاربيد خود اگر تجزيه ناپذير باشند به شكل كاربيد اوليه كه بسيار سخت است مي باشندكه اين حالت بيشتر در كرم مي باشد ، به عنوان مثال% ۰٫۲۵ كرم باعث تشكيل كاربيد اوليه ي بين نشيني مي شود كه در اثر عمليات حرارتي تا دماي ۹۲۵C و نگهداري در مدت۲h-20h حتي نيز از بين نمي رود . زمينه ي حاصل از رسوب پرليت ، زمينه ي فريتي با كاربيد مي باشد كه فقط ۵% ازياد طول دارد .
نمونه هاي ديگري از عناصر كه به شكل كاربيد در چدن نشكن وجود دارند عبارتند از موليبدن بيشتر از ۰٫۳% و واناديم وتنگستن در مقدير بيش از ۰٫۰۵%.
سختي پذيري چدن نشكن
سختي پذيري چدن نشكن يك پارامتر مهم تعيين كننده ي واكنش ثابت آهن براي نرماله كردن ، كونچ كردن و تمپركردن يا آستنيته كردن مي باشد.

سختي پذيري معمولاً به وسيله ي آزمايش جاميني تعيين مي شود ، كه در آن از يك ميله با اندازه ي استاندارد (قطر ۱ اينچ و ارتفاع ۴ اينچ) استفاده مي شود كه آن را آستنيته مي كنند سپس يك سر آن را به وسيله ي آب سرد مي كنند ، نوسان در سرعت سرد كردن باعث بي ثباتي (متفاوت بودن) در ميكروساختار مي شود كه سختي آنها تغيير مي كند سپس آنها را تعيين و ثبت مي كنند.
زمينه ي با كربن بالا باعث بالا رفتن دماي آستنيته كردن و در نتيجه ي آن باعث افزايش سختي پذيري مي شود (منحني جاميني فاصله ي زيادي تا پايان سرد كردن پيدا مي كند ) و همچنين قطعه حداكثر سختي بالاتري پيدا مي كند.

هدف از اضافه كردن عناصر آلياژي به چدن نشكن افزايش سختي پذيري است ، منگنز و موليبدن برحسب وزن اضافه شده به چدن نشكن نسبت به مس و نيكل عناصر بسيار موثري در افزايش سختي هستند.
در هر حال همانند فولاد افزودن تركيب نيكل – موليبدن يا مس – موليبدن يا مس – نيكل – منگنز نسبت به اينكه اين عناصر را به صورت جداگانه به چدن اضافه كنيم ، تاثير بيشتري خواهند داشت.
بنابراين براي ريخته گري مقاطع زياد كه نياز به سختي و آستمر زياد دارند معمولاً از تركيب ان عنصر استفاده مي كنند . سيليسيم صرف نظر از تاثيري كه روي زمينه ي حاوي كربن دارد تاثير زيادي روي سختي پذيري ندارد .
نرماله كردن چدن نشكن

نرماله كردن (سرد كردن در هوا در جريان آستنيته كردن) به طور قابل توجهي مي تواند باعث بهبود استحكام كششي شود.و امكان استفاده در ساخت چدن نشكن ASTM نوع ۳۰-۷۰-۱۰۰ وجود دارد .
ميكروساختار حاصل از نرماله كردن به تركيب شيميايي چدن و سرعت سرد كردن بستگي دارد سختي تحميل شده به
وسيله ي تركيب شيميايي قطعه به موقعيت منطقه ي زمان – دماي دياگرام CCT بستگي دارد .
سرعت سرد كردن به حجم قطعه ي ريختگي بستگي دارد ولي شايد بيشتر تحت تاثير دما و جريان هواي اطراف قطعه ي در حال سرد شدن باشد .

اگر چدن حاوي مقدار زيادي سيليسيم نباشد و دست كم حاوي مقدار مناسبي منگنز(يا بالاتر۰٫۵ %-۰٫۳%) باشد به طور كلي نرماله كردن ، ساختار پرليت ظريف توليد خواهد كرد . قطعات سنگين در صورتي كه نياز به نرماله شدن داشته باشند براي بدست آوردن ساختاري كاملاً پرليتي و سختي پذيري بيشتر بعداز نرماله كردن حاوي عناصر الياژي از قبيل موليبدن و نيكل و منگنز اضافي هستند . قطعا ت سبك چدن هاي آلياژي ممكن است بعد از نرماله كردن حاوي ساختارمارتنزيتي يا بينيتي باشند

دماي نرماله كردن معمولاً بين۸۷۰C-940C مي باشد و زمان استاندارد نگهداري ۱h براي هر اينچ ضخامت و نگهداري به مدت ۱h به عنوان حداقل در اين دما كافي است .براي چدن هاي حاوي عناصر آلياژي به دليل كاهش نفوذ كربن در آستنيت زمان بيشتري نياز است به عنوان مثال قلع و آنتيموان براي گرافيت هاي كروي ، به طور موثري از حل شدن كربن در زمينه ي حاوي گرافيت كروي جلوگيري مي كنند .

گاهي اوقات بعد از نرماله كردن ، قطعات را به منظور دست يافتن به سختي مورد نظر و حذف تنش هاي باقي مانده در اثر تفاوت سرعت سرد كردن در قسمتهاي مختلف قطعه به دليل اختلاف اندازه ي مقطع، قطعه ي ريختگي را تمپرمي كنند.
تمپر كردن قطعات بعد از نرماله كردن براي دستيابي به چقرمگي بالا و مقاومت به ضربه مي باشد. تاثير تمپر كردن در سختي و استحكام كششي به تركيب شيميايي چدن و ميزان سختي بدست آمده از نرماله كردن بستگي دارد.
تمپر كردن شامل حرارت دادن مجدد تا دماي۴۲۵C-650C و نگهداري در اين دما به مدت۱h براي هر اينچ ضخامت از مقطع مي باشد . اين دما براي دستيابي به مشخصات گوناگون در مدت بالاي رنج معمول، متفاوت مي باشد.
كونچ و تمپر كردن چدن داكتيل
قطعا ت تجاري قبل از كونچ و تمپركردن معمولاً در دمايي بين۸۴۵C-925C آستنيته مي شوند.براي به حداقل رساندن تنش و جلوگيري از ترك خوردن قطعه براي كونچ متوسط روغن ترجيحاً از روغن استفاده ميشود ولي براي قطعات با اشكال ساده از آب يا آب نمك استفاده مي شود و قطعا ت پيچيده را به منظور جلوگيري از ترك خوردن در حين كونچ، در روغن پيش گرم شده تا دماي ۸۰C-100Cكونچ مي كنند .

تاثيركونچ كردن درآب مكعبي ازجنس چدن نشكن كه تا دماي آستنيته گرم شده بود بدست آمدن سختي بالايي(۵۵-۷۵HRC) بوده است. دماي آستنيته كردن دراين مكعب بين ۸۴۵C-870C بوده است . در دمايي بالاتر از ۸۷۰C مقدار زمينه ي حاوي كربن (آستنيت) بيشتري بدست خواهد آمد به همين دليل مقدار آستنيت بيشتري(پس از كونچ كردن) حفظ خواهد شد كه در نتيجه ي اين امر سختي كاهش پيدا مي كند .
قطعا ت بعد از كونچ شدن بايد تمپر شوند تا تنش حاصل از كونچ شدن آزاد گردد. سختي حاصله بعد از تمپر كردن به

عناصر آلياژي موجود ، دماي تمپر كردن و به همان اندازه زمان تمپر كردن بستگي دارد . تمپر كردن در دماي ۴۵۰C – 600C باعث كاهش سختي مي شود كه ميزان آن به عناصر آلياژي موجود،سختي اوليه وزمان تمپر بستگي دارد . سختي ويكرز چدن نشكن كونچ شده به وسيله ي دما و زمان تمپر كردن تغيير مي كند .
تمپر كردن چدن نشكن از يك فرآيند دو مرحله اي تشكيل مي شود. مرحله ي اول همانند فرآيند فولادها رسوب دادن كاربيدها است . مرحله ي دوم (معمولاً به وسيله ي كاهش سختي در زمان طولاني تر مشخص مي شود) جوانه زني و رشد گرافيت ثانويه كه حاصل از مصرف شدن كاربيدها مي باشد. كاهش سختي به همراه تشكيل گرافيت ثانويه همانند كاهش استحكام كششي و به همان اندازه كاهش استحكام خستگي مي باشد. هر آلياژي با در صد مشخص (عناصر) داري درجه حرارت تمپر مفيد خواهد بود.

آستمپر كردن چدن نشكن
هنگامي كه استحكام مناسب به همراه انعطاف پذيري مورد نظر باشد، عمليات حرارتي كننده اجازه مي دهد ساختار آستمپر شده از آستنيت و فريت توليد گردد. زمينه ي آستمپر شده باعث بهبود قابل توجه استحكام كششي و انعطاف پذيري مي شود كه در هر نوع چدن داكتيل ممكن مي باشد. براي بدست آوردن آن خواص مطلوب نياز است كه به اندازه ي سطح مقطع ، زمان و درجه حرارت داده شده به قطعه در خلال آستنيته و آستمپركردن دقت و توجه كافي شود .

اندازه سطح مقطع و عناصر آلياژي
با افزايش سطح مقطع سرعت كاهش درجه حرارت بين دماي آستنيته و دماي آستمپر كردن تغيير مي كند . آستمپر كردن يا شامل كونچ كردن در روغن داغ ۲۴۰C ، كونچ كردن به وسيله ي جريان نيتريت / نيترات،كونچ كردن توسط جريان هوا (فقط براي قطعات نازك يا قسمت هاي كوچك) و براي نوع ابزار كونچ كردن در حمام سرب.
به منظور جلوگيري از واكنش محصولات در درجه حرارت بالا (مثل پرليت در مقاطع ضخيم) بايد آنها را در حمام نمك كونچ كرد . سختي به وسيله ي كونچ كردن در آب يا افزودن عناصر آلياژي (مثل مس ، نيكل ، منگنز ، يا موليبدن ) كه باعث تسهيل سختي پذيري پرليت مي شوند . اين نكته مهم است مه بدانيم عناصر فوق باعث به وجود آمدن جدايش در هنگام انجماد مي شوند كه اين امر براي قابليت آستمپر شدن و در نتيجه ي آن براي خواص مكانيكي مضر خواهد بود. انعطاف پذيري و مقاومت به ضربه پارامترهايي هستند كه شديداً تحت تاثير قرار مي گيرند .
منگنز و موليبدن بيشترين تاثير را در سختي پذيري پرليت دارند اما به منظور افزايش آهن يا تعديل كاربيدها هميشه موجب سگرگاسيون و سرد شدن ناحيه ي بين سلولي در قطعه مي شوند . در صورتيكه مس و نيكلبه همان اندازه تاثيري در سختي
پذيري ندارند ولي باعث جدا شدن گرافيت كروي در زمينه ميشوند و از به وجود آمدن كاربيدهاي مضرجلوگيري مي كنند. تركيبي از اين عناصر به اندازه ي مساوي به دليل تاثير آنها در سختي پذيري به قطعه افزوده مي شود.

دما و زمان آستنيته كردن
معمولاً شكل شماتيك دياگرام نشان مي دهد كه با افزايش دماي استنيته كردن ، زمينه ي حاوي كربن (آستنيت) نيز افزايش مي يابد. زمينه ي فعلي حاوي كربن ، به شكل مخلوط شدن عناصر موجود در زمينه ، مقدار آنها و موقعيت آنها در زمينه بستگي دارد (سگرگاسيون) .
مهمترين عامل تعيين كننده در زمينه ي حاوي كربن در چدن داكتيل سيليسيم موجود در آن است ، با افزايش سيليسيم براي دماي آستنيته ي معيين مقدار كربن موجود در زمينه كاهش مي يابد. دماي آستنيته بين۸۴۵C-925C معمولاً مناسب است و زمان آستنيته كردن براي كربن گيري مجدد تمام زمينه تقريباً ۲ ساعت كافي مي باشد.

دماي استنيته كردن كاملاً تحت تاثير مقدار كربن موجود در زمينه مي باشد كه اثر مهم آن در سختي پذيري مي باشد. دماي آستنيته ي بالا و مقدار كربن بالا باعث افزايش سختي پذيري مي شود . كه باعث كاهش سرعت دگرگوني آستنيت همدما مي شود .

زمان و دماي آستپمر كردن
دماي آستمپر كردن اولين پارامتر تعيين كننده ي ميكروساختار نهايي در قطعه و در نتيجه ي آن سختي و استحكام محصول آستمر شده است . با افزايش دماي آستمپر كردن ، سختي و مقاومت به ضربه ي متفاوتي خواهيم داشت.
دستيابي به حداكثر انعطاف پذيري در دماي معيين آستمپر كردن ، تابع حساس زمان مي باشد . افزايش اوليه ي ازياد طول نسبي در مرحله ي (۱) رخ مي دهد و پيشرفت ازياد طول نسبي در مرحله ي نهايي اتفاق مي افتد كه در آن نقطه ي شكست
آستنيت حداكثر مي باشد . آستمپر كردن مجدد فقط به منظور كاهش انعطاف پذيري در مرحله ي (۲)واكنش كه در نتيجه ي تجزيه ي ساختار به تعادل بينيت مي باشد . زمان آستمپر كردن از ۴-۱ ساعت متفاوت مي باشد
انواع چدن
چدن (cast iron) ، آلیاژی از آهن- کربن و سیلیسیم است که همواره محتوی عناصری در حد جزئی (کمتر از ۰.۱ درصد) و غالبا عناصر آلیاژی (بیشتر از ۰.۱ درصد) بوده و به حالت ریختگی یا پس از عملیات حرارتی به کار برده می‌شود. عناصر آلیاژی برای بهبود کیفیت چدن برای مصارف ویژه به آن افزوده می‌شود.
اطلاعات کلی
چدن (cast iron) ، آلیاژی از آهن- کربن و سیلیسیم است که همواره محتوی عناصری در حد جزئی (کمتر از ۰.۱ درصد) و غالبا عناصر آلیاژی (بیشتر از ۰.۱ درصد) بوده و به حالت ریختگی یا پس از عملیات حرارتی به کار برده می‌شود. عناصر آلیاژی برای بهبود کیفیت چدن برای مصارف ویژه به آن افزوده می‌شود. آلیاژهای چدن در کارهای مهندسی که در آنها چدن معمولی ناپایدار است به کار می‌روند. اساسا خواص مکانیکی چدن به زمینه ساختاری آن بستگی دارد و مهمترین زمینه ساختار چدن‌ها عبارتند از: فریتی ، پرلیتی ، بینیتی و آستینتی. انتخاب نوع چدن و ترکیب آن براساس خواص و کاربردهای ویژه مربوطه تعیین می‌شود.

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

▪ چدن های خاکستری ورقه ای یا لایه ای: چدن های خاکستری جزو مهمترین چدن های مهندسی هستند که کاربردی زیاد دارند نام این چدن ها از خصوصیات رنگ خاکستری سطح مقطع شکست آن و شکل گرافیت مشتق می‌شود.خواص چدن های خاکستری به اندازه ، مقدار و نحوه توزیع گرافیت‌ها و ساختار زمینه بستگی دارد. خود این‌ها نیز به کربن و سیلیسیم (C.E.V=%C+%⅓Si+%⅓P) و همچنین روی مقادیر جزئی عناصر ، افزودنی‌های آلیاژی ، متغیرهای فرایندی مانند، روش ذوب ، عمل جوانه زنی و سرعت خنک شدن بستگی پیدا می‌کنند. اما به طور کلی این چدن ها ضریب هدایت گرمایی بالایی داشته، مدول الاستیستیه و قابلیت تحمل شوکهای حرارتی کمی دارند و قطعات تولیدی از این چدن ها به سهولت ماشینکاری و سطح تمام شده ماشینکاری آنها نیز مقاوم در برابر سایش از نوع لغزشی است. این خواص آنها را برای ریختگی هایی که در معرض تنش‌های حرارتی محلی با تکرار تنشها هستند، مناسب می‌سازد. افزایش میزان فریت در ساختار باعث استحکام مکانیکی خواهد شد. این نوع حساس بودن به مقاطع نازک و کلفت در قطعات چدنی بدنه موتورها مشاهده می شود دیواره نازک و لاغر سیلندر دارای زمینه‌ای فریتی و قسمت ضخیم نشیمنگاه یا تاقان‌ها زمینه‌ای با پرلیت زیاد را پیدا می‌کند. همچنین در ساخت ماشین آلات عمومی ، کمپرسورهای سبک و سنگین ، قالب‌ها ، میل لنگ‌ها ، شیر

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

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

▪ چدن های گرافیت کروی یا نشکن: این چدن در سال ۱۹۴۸ در فیلادلفیای آمریکا در کنگره جامعه ریخته گران معرفی شد. توسعه سریع آن در طی دهه ۱۹۵۰ آغاز و مصرف آن در طی سال های ۱۹۶۰ روبه افزایش نهاده و تولید آن با وجود افت در تولید چدن ها پایین نیامده است. شاخصی از ترکیب شیمیایی این چدن به صورت کربن ۳.۷% ، سیلیسیم ۲.۵% ، منگنز۰.۳% ، گوگرد ۰.۰۱% ، فسفر ۰.۰۱% و منیزیم ۰.۰۴% است. وجود منیزیم این چدن را از چدن خاکستری متمایز می‌سازد. برای تولید چدن گرافیت کروی از منیزیم و سریم استفاده می‌شود که از نظر اقتصادی منیزیم مناسب و قابل قبول است. جهت اصلاح و بازیابی بهتر منیزیم برخی از اضافه شونده‌هایی از عناصر دیگر با آن آلیاژ می‌شوند و این باعث کاهش مصرف منیزیم و تعدیل کننده آن است. منیزیم ، اکسیژن و گوگرد زدا است. نتیجتا منیزیم وقتی خواهد توانست شکل گرافیتها را به سمت کروی شدن هدایت کند که میزان اکسیژن و گوگرد کم باشند. اکسیژن‌زداهایی مثل کربن و سیلیسیم موجود در چدن مایع این اطمینان را می‌دهند که باعث کاهش اکسیژن شوند ولی فرآیند گوگردزدایی اغلب برای پایین آوردن مقدار گوگرد لازم است. از کاربردهای این چدن ها در

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

ترکیب آلیاژ موجود تجارتی که برای تولید چدن گرافیت فشرده استفاده می‌شود عبارت است از: Mg%۴-۵ ،Ti%۸.۵-۱۰.۵ ، Ca% ۴-۵.۵ ، Al%۱-۱.۵ ، Ce %۰.۲-۰.۵ ،Si%۴۸-۵۲ و بقیه Fe. چدن گرافیت فشرده در مقایسه با چدن خاکستری از مقاومت به کشش ، صلبیت و انعطاف‌پذیری ، عمر خستگی ، مقاومت به ضربه و خواص مقاومت در دمای بالا و برتری بازمینه‌ای یکسان برخوردار است و از نظر قابلیت ماشینکاری ، هدایت حرارتی نسبت به چدن های کروی بهتر هستند. از نظر مقاومت به شکاف و ترک خوردگی برتر از سایر چدن ها است. در هر حال ترکیبی از خواص مکانیکی و فیزیکی مناسب ، این چدن ها را به عنوان انتخاب ایده آلی جهت موارد استعمال گوناگون مطرح می‌سازد. مقاومت بالا در مقابل ترک‌خوردگی آنها را برای قالبهای شمش‌ریزی مناسب می‌سازد. نشان دادن خصوصیاتی مطلوب در دماهای بالا در این چدن ها باعث کاربرد آنها برای قطعاتی از جمله سر سیلندرها ، منیفلدهای دود ، دیسکهای ترمز ، دیسکها و رینگهای پیستون شده است.
● چدن های سفید و آلیاژی مخصوص
کربن چدن سفید به صورت بلور سمانتیت (کربید آهن ، Fe۳C) می‌باشد که از سرد کردن سریع مذاب حاصل می‌شود و این چدن ها به آلیاژهای عاری از گرافیت و گرافیت‌دار تقسیم می‌شوند و به صورتهای مقاوم به خوردگی ، دمای بالا، سایش و فرسایش می‌باشند.

▪ چدن های بدون گرافیت: شامل سه نوع زیر می باشد:
ـ چدن سفید پرلیتی: ساختار این چدنها از کاربیدهای یکنواخت برجسته و توپر M۳C در یک زمینه پرلیتی تشکیل شده است. این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند و هنوز هم کاربرد داشته ولی بی‌نهایت شکننده هستند لذا توسط آلیاژهای پرطاقت دیگری از چدن های سفید آلیاژی جایگزین گشته‌اند.
ـ چدن سفید مارتنزیتی (نیکل- سخت): نخستین چدن های آلیاژی که توسعه یافتند آلیاژهای نیکل- سخت بودند. این آلیاژها به طور نسبی قیمت تمام شده کمتری داشته و ذوب آنها در کوره کوپل تهیه شده و چدن های سفید مارتنزیتی دارای نیکل هستند. Ni به عنوان افزایش قابلیت سختی پذیری برای اطمینان از استحاله آستنیتی به مارتنزیتی در طی مرحله عملیات حرارتی به آن افزوده می‌شود. این جدن ها حاوی Cr نیز به دلیل افزایش سختی کاربید یوتکتیک هستند. این چدنها

دارای یک ساختار یوتکتیکی تقریبا نیمه منظمی با کاربیدهای یکنواخت برجسته و یکپاره M۳C هستند که بیشترین فاز را در یوتکتیک دارند و این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند.
ـ چدن سفید پرکرم: چدن های سفید با Cr زیاد ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر خوردگی ، حرارت و سایش را دارا هستند این چدنها مقاومت عالی به رشد و اکسیداسیون در دمای بالا داشته و از نظر قیمت نیز از فولادهای ضد زنگ ارزان تر بوده و درجاهایی که در معرض ضربه و یا بازهای اعمالی زیادی نیستند به کار برده می‌شوند این چدنها در سه طبقه زیر قرار می‌گیرند:
۱) چدنهای مارتنزیتی با Cr %۱۲-۲۸

۲) چدنهای فریتی با ۳۴-۳۰% Cr
۳) چدنهای آستنیتی با ۳۰-۱۵%Cr و ۱۵-۱۰% Niبرای پایداری زمینه آستنیتی در دمای پایین.
طبقه بندی این چدنها براساس دمای کار ، عمر کارکرد در تنش های اعمالی و عوامل اقتصادی است. کاربرد این چدنها در لوله‌های رکوپراتو ، میله ، سینی ، جعبه در کوره‌های زینتر و قطعات مختلف کوره‌ها، قالب‌های ساخت بطری شیشه و کاسه نمدهای فلکه‌ها است.
▪ چدن های گرافیت دار:
ـ چدن های آستنیتی: شامل دو نوع (نیکل- مقاوم) و نیکروسیلال Ni-Si ، که هر دو نوع ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر حرارت و خوردگی را دارا هستند. اگرچه چدن های غیر آلیاژی به طور کلی مقاوم به خوردگی بویژه در محیط های قلیایی هستند، این چدنها به صورت برجسته‌ای مقاوم به خوردگی در محیط هایی مناسب و مختص خودشان هستند. چدن های نیکل مقاوم آستنیتی با گرافیت لایه‌ای که اخیرا عرضه شده‌اند از خواص مکانیکی برتری برخوردار بوده ولی خیلی گران

هستند. غلظت نیکل و کرم در آنها بسته به طبیعت محیط خورنده شان تغییر می‌کند. مهمترین کاربردها شامل پمپهای دنده‌ای حمل اسید سولفوریک، پمپ خلا و شیرهایی که در آب دریا مصرف می‌شوند، قطعات مورد استفاده در سیستم‌های بخار و جابه‌جایی محلول‌های آمونیاکی، سود و نیز برای پمپاژ و جابجایی نفت خام اسیدی در صنایع نفت هستند.
ـ چدن های فریتی: شامل دو نوع زیر می‌باشد: چدن سفید ۵% سیلیسیم در سیلال که مقاوم در برابر حرارت می‌باشد و نوع دیگر چدن پرسیلیسیم (۱۵%) که از مقاومتی عالی به خوردگی در

محیطهای اسیدی مثل اسید نیتریک و سولفوریک در تمام دماها و همه غلظتها برخوردارند. اما برخلاف چدن های نیکل- مقاوم ، عیب آن ، ترد بودن است که تنها با سنگ‌زنی می‌توان ماشینکاری نمود. مقاومت به خوردگی آنها در برابر اسیدهای هیدروکلریک و هیدروفلوریک ضعیف است. جهت مقاوم سازی به خوردگی در اسید هیدروکلریک می‌توان با افزودن Si تا ۱۸-۱۶% ، افزودن Cr%۵-۳ یا Mo %۴-۳ به آلیاژ پایه ، اقدام نمود.
ـ چدن های سوزنی: در این چدنها Al به طور متناسبی جانشین Si در غلظت های کم می‌گردد.

 

چدن های آلیاژهای Alدار تجارتی در دو طبقه بندی یکی آلیاژهای تا Al %۶ و دیگری Al%۱۸-۲۵ قرار می‌گیرند. Al پتانسیل گرافیته‌شدگی را در هر دوی محدوده‌های ترکیبی ذکر شده حفظ کرده و لذا پس از انجماد چدن خاکستری بدست می‌آید. این آلیاژ به صورت چدنهای گرافیت لایه‌ای ، فشرده و کروی تولید می‌شوند. مزایای ملاحظه شده شامل استحکام به کشش بالا ، شوک حرارتی و تمایل به گرافیته شدن و سفیدی کم می‌باشند که قادر می‌سازند قطعات ریختگی با مقاطع نازک‌تر را تولید کرد. چدن های با Al کم مقاومت خوبی به پوسته پوسته شدن نشان داده و قابلیت

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

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