چدن سفید: خواص، کاربردها، ساختار و ویژگی‌ها

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

در ابتدا، فن آوری چدن برای اولین بار در قرن دهم در چین تسلط یافت و پس از آن در سایر کشورهای جهان رواج یافت. اساس چدن آلیاژی از آهن با کربن و سایر اجزا است. یک ویژگی متمایز این است که چدن در ترکیب خود حاوی بیش از 2٪ کربن به شکل سمنتیت است که در سایر فلزات یافت نمی شود. نماینده برجسته این آلیاژ چدن سفید است که در مهندسی مکانیک برای ساخت قطعات، صنعت و زندگی روزمره استفاده می شود.

ظاهر

آلیاژ دارای رنگ سفید در هنگام شکست و درخشندگی فلزی مشخص است. ساختار چدن سفید ریزدانه است.

خواص

در مقایسه با سایر فلزات، آلیاژ آهن-کربن دارای ویژگی ها و خواص زیر است:

• شکنندگی بالا؛
• افزایش سختی؛
• مقاومت بالا؛
• خواص ریختگی کم؛
• ماشینکاری کم؛
• مقاومت در برابر حرارت خوب؛
• جمع شدگی زیاد (تا 2٪) و پر شدن ضعیف قالب؛
• مقاومت در برابر ضربه کم؛
• مقاومت در برابر سایش بالا.

توده فلزی در اسید هیدروکلریک یا نیتریک مقاومت به خوردگی بالایی دارد. اگر کاربیدهای آزاد در ساختار وجود داشته باشد، هنگامی که چدن در اسید سولفوریک قرار می گیرد، خوردگی رخ می دهد.

چدن های سفید که حاوی درصد کمتری کربن هستند، آلیاژهای مقاوم تری در برابر دماهای بالا محسوب می شوند. به دلیل افزایش استحکام مکانیکی و چقرمگی که هنگام قرار گرفتن در معرض دماهای بالا ظاهر می شود، ایجاد ترک در قطعات ریخته گری به حداقل می رسد.

ترکیب

آلیاژ آهن-کربن ارزانتر از فولاد در نظر گرفته می شود. چدن سفید حاوی آهن و کربن است که از نظر شیمیایی در حالت متصل هستند. کربن اضافی که در محلول جامد آهن وجود ندارد، در حالت ترکیبی به صورت کاربیدهای آهن (سیمنتیت) و در چدن آلیاژی به شکل کاربیدهای مخصوص موجود است.

بازدید

بسته به میزان کربن در چدن سفید، به انواع زیر تقسیم می شود:

1. Hyotectic از 2.14٪ تا 4.3٪ کربن را نگه می دارد و پس از خنک شدن کامل ساختار پرلیت، سمنتیت ثانویه و لدبوریت را به دست می آورد.
2. Eutectic حاوی 4.3 درصد کربن است و ساختاری به شکل زمینه ای روشن از سیمانیت دارد که با دانه های تیره پرلیت پر شده است.
3. Hyotectic دارای 4.3٪ تا 6.67٪ کربن در ترکیب خود است.

برنامه

بر اساس خواص فوق،می توان نتیجه گرفت که عمل آوری حرارتی و مکانیکی چدن سفید منطقی نیست. این آلیاژ کاربرد اصلی خود را فقط در قالب ریخته گری یافت. در نتیجه چدن سفید تنها در صورتی بهترین خواص را به دست می‌آورد که تمام شرایط ریخته‌گری رعایت شود. این روش فرآوری در صورت نیاز به تولید محصولات عظیم که باید دارای سختی سطحی بالایی باشند به طور فعال استفاده می شود.

علاوه بر این، چدن سفید آنیل می شود و در نتیجه چدن های چکش خوار به وجود می آید که برای ساختن قطعات ریخته گری جدار نازک استفاده می شود، به عنوان مثال:

• قطعات خودرو؛
• محصولات کشاورزی؛
• قطعات تراکتور، کمباین و غیره

این آلیاژ همچنین برای ساخت صفحات با سطوح آجدار یا صاف استفاده می شود و همچنین به طور فعال در تولید فولاد و آهن خاکستری استفاده می شود.

استفاده از چدن سفید در کشاورزی به عنوان یک فلز ساختاری نسبتاً محدود است. اغلب، آلیاژ آهن-کربن برای ساخت قطعات ماشین های هیدرولیک، پرتاب کننده های شن و ماسه و سایر مکانیسم هایی که می توانند در شرایط افزایش سایش ساینده عمل کنند، استفاده می شود.

چدن سرد

این آلیاژ از نوع چدن سفید به حساب می آید. با سرد کردن سریع سطح آلیاژ آهن-کربن می توان به سرمای 12-30 میلی متری دست یافت. ساختار مواد: قسمت سطح از چدن سفید خاکستری در هسته ساخته شده است. چرخ ها، توپ های آسیاب، رول های نورد از چنین موادی ساخته شده اند که درماشین آلات برای پردازش ورق فلز.

عناصر آلیاژی آلیاژ

مواد آلیاژی معرفی شده ویژه افزوده شده به ترکیب چدن سفید می توانند مقاومت و استحکام بیشتری نسبت به سایش، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر حرارت داشته باشند. بسته به مقدار مواد افزوده شده، این نوع چدن متمایز می شود:

• آلیاژ کم آلیاژ (تا 2.5٪ مواد کمکی)؛
• آلیاژ متوسط (از 2.5٪ تا 10٪)؛
• خیلی آلیاژ شده (بیش از 10%).

عناصر آلیاژی را می توان به آلیاژ اضافه کرد:

• chrome;
• گوگرد;
• نیکل؛
• مس;
• مولیبدن؛
• تیتانیوم؛
• وانادیوم،
• سیلیکون;
• آلومینیوم؛
• منگنز.

چدن سفید آلیاژی خواص بهبود یافته ای دارد و اغلب برای ریخته گری توربین ها، تیغه ها، آسیاب ها، قطعات سیمان و کوره های معمولی، تیغه های دستگاه پمپاژ و غیره استفاده می شود. آلیاژ آهن-کربن در دو کوره فرآوری می شود که باعث می شود. ممکن است مواد را به ترکیب شیمیایی خاصی برسانید:

• در گنبد؛
• در کوره های الکتریکی.

ریخته گری های ساخته شده از چدن سفید برای تثبیت ابعاد مورد نیاز و رفع تنش داخلی در کوره ها آنیل می شوند. دمای بازپخت می تواند تا 850 درجه افزایش یابد. فرآیند گرمایش و سرمایش باید به آرامی انجام شود.

علامت گذاری یا نامگذاری چدن سفید با ناخالصیبا حرف H شروع می شود. کدام عناصر آلیاژی در ترکیب آلیاژ مناسب هستند را می توان با حروف بعدی علامت گذاری تعیین کرد. نام ممکن است حاوی اعدادی باشد که نشان دهنده درصد مواد اضافی مناسب در چدن سفید باشد. اگر علامت گذاری حاوی نام Ш باشد، این بدان معناست که ساختار آلیاژ حاوی گرافیت کروی است.

انواع بازپخت

برای تشکیل چدن سفید در صنعت از خنک سازی سریع آلیاژ استفاده می شود. امروزه، انواع اصلی زیر از آنیل آلیاژ کربن به طور فعال استفاده می شود:

• آنیلینگ نرم‌کننده عمدتاً برای افزایش فریت در ترکیب چدن استفاده می‌شود؛
• بازپخت برای کاهش تنش های داخلی و به حداقل رساندن دگرگونی های فاز؛
• بازپخت گرافیتی که منجر به چدن چکش خوار می شود؛
• نرمال سازی در دمای 850-960 درجه، منجر به گرافیت و پرلیت و همچنین افزایش مقاومت در برابر سایش و استحکام می شود.

اطلاعات تکمیلی

تا به امروز ثابت شده است که هیچ رابطه مستقیمی بین مقاومت به سایش و سختی آلیاژ کربن وجود ندارد. تنها به دلیل ساختار، یعنی چیدمان کاربیدها و فسفیدها به صورت شبکه ای منظم یا به صورت آخال های یکنواخت، مقاومت به سایش افزایش یافته است.

استحکام چدن سفید به شدت تحت تأثیر مقدار کربن است و سختی به کاربیدها بستگی دارد. بیشترین استحکام و سختی آن چدن هایی است کهساختار مارتنزیتی دارند.