عملیات حرارتی چدن های آلیاژی

عملیات حرارتی چدن های آلیاژی

چدن ها آلیاژ آهنی هستند که به دلیل محتوای کربن بالا شناخته شده‌اند که معمولاً بین 2٪ تا 4٪ متغیر است. این ماده عمدتاً از آهن، کربن و سیلیسیم تشکیل شده است و عناصر دیگری مانند منگنز، گوگرد و فسفر در مقادیر کمتری وجود دارد. چدن به دلیل خواص ریخته گری عالی خود مشهور است و آن را برای طیف گسترده ای از کاربردها از جمله ظروف پخت و پز، اجزای ماشین آلات و قطعات خودرو مناسب می کند. با نقطه ذوب نسبتا پایین، سیالیت خوب در هنگام مذاب و مقاومت در برابر سایش بالا مشخص می شود. چدن به دلیل مقرون به صرفه بودن، دوام و تطبیق پذیری در محیط های مختلف صنعتی و خانگی ارزشمند است.

انواع آلیاژهای چدن

انواع آلیاژهای چدن طیف متنوعی را در بر می گیرند که هر کدام برای کاربردهای خاص بر اساس خواص و ترکیبات منحصر به فرد خود طراحی شده اند. در اینجا چند نوع رایج وجود دارد:

۳. چدن داکتیل

  • حاوی گرافیت کروی است که شکل‌پذیری و چقرمگی بیشتری می‌دهد.
  • استحکام کششی بالا، مقاومت در برابر ضربه و ماشین کاری خوبی از خود نشان می‌دهد.
  • معمولا در میل لنگ، چرخ دنده ها و اجزای ماشین آلات سنگین استفاده می شود.

۲. چدن سفید

  • با سطح سفید و سخت آن به دلیل وجود سمنتیت مشخص می شود.
  • دارای سختی عالی، مقاومت در برابر سایش مناسبی است و معمولاً در کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر سایش بالا دارند استفاده می‌شوند.

۱. چدن خاکستری

  • عمدتاً از ورقه های(پولک‌های) گرافیتی پراکنده در زمینه‌ای از فریت و پرلیت تشکیل شده است.
  • قابلیت ماشینکاری و هدایت حرارتی خوبی را نشان می دهد.
  • به طور گسترده در اجزای موتور، لوله ها و قطعات خودرو استفاده می شود.

۵. چدن آلیاژی

  • دارای عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل و مولیبدن برای افزایش خواص ویژه.
  • بسته به ترکیب آلیاژ، مقاومت در برابر خوردگی، استحکام در دمای بالا یا مقاومت در برابر سایش را بهبود می بخشد.
  • در کاربردهای تخصصی مانند شیرآلات، پمپ ها و قطعات دریایی استفاده می شود.

۴. چدن چکش خوار

  • از طریق عملیات حرارتی چدن سفید یا با آنیل طولانی مدت چدن خاکستری حاصل می شود.
  • انعطاف پذیری، چقرمگی و ماشین کاری بهتری را در مقایسه با سایر انواع چدن نشان می دهد.
  • مناسب برای کاربردهایی که به اشکال پیچیده و استحکام متوسط نیاز دارند، مانند اتصالات لوله و تجهیزات کشاورزی.

هر نوع آلیاژ چدن دارای ویژگی‌های متمایزی است که آن را برای کاربردهای مختلف صنعتی، تجاری و مصرف‌کننده مناسب می‌کند و تطبیق‌پذیری و عملکرد را در بخش‌های مختلف ارائه می‌دهد.

عملیات حرارتی با بهینه سازی خواص مکانیکی آن برای برآوردن نیازهای خاص، نقش حیاتی در ساخت چدن ایفا می کند. تنظیم سختی، استحکام و ماشین کاری چدن را امکان پذیر می کند و آن را برای کاربردهای مختلف صنعتی مناسب می کند. فرآیندهای عملیات حرارتی مناسب، تولید قطعات چدنی با کیفیت بالا با خواص مطلوب، بهبود عملکرد و دوام آنها را تضمین می کند. در اینجا طرح کلی برای ” عملیات حرارتی” آمده است:

محدوده دمایی تعریف نوع عملیات حرارتی
900-950°C شامل حرارت دادن مواد تا دمای خاص و سپس سرد کردن آهسته آن برای کاهش تنش های داخلی، اصلاح ریزساختار و بهبود قابلیت ماشینکاری است. آنیل
850-950°C شبیه به آنیل، اما شامل خنک کردن در هوای می‌باشد که بهبود ساختار دانه‌بندی و یکنواختی را به دنبال دارد نرماله کردن
دما بر اساس محیط کوئنچ و نوع چدن متفاوت است. برای چدن به طور کلی، می‌تواند بین 800-1000°C باشد فرآیند خنک سازی سریع با غوطه ور کردن مواد حرارت داده شده در یک محیط کوئنچ مانند آب، روغن یا هوا و ایجاد ساختاری سخت و البته شکننده. کوئنچ سختکاری
150-600°C برای کاهش شکنندگی و بهبود چقرمگی، متعادل کردن سختی و چقرمگی، مواد را مجدداً تا دمای پایین‌تری بعد از کوئنچ گرم کنید. تمپر
دما بسته به روش سختکاری و نوع چدن متفاوت است. برای چدن، می‌تواند بین 800-950°C باشد. با وارد کردن کربن یا نیتروژن و عملیات حرارتی، سختی لایه سطحی را افزایش می دهد و در عین حال هسته انعطاف پذیر را حفظ می کند. سختکاری سطحی

یکی از گروه های مهم چدن ها که در صنعت کاربرد بسیار فراوانی دارند، چدن‌های Ni-hard است.

Ni-hard یا چدن مارتنزیتی گروهی از چدن‌های سفید است که سختی، چقرمگی و مقاومت در برابر سایش استثنایی از خود نشان می‌دهد. این ماده عمدتاً حاوی نیکل و کروم به همراه سایر عناصر آلیاژی مانند مولیبدن و مس است. Ni-hard معمولاً در کاربردهایی که مقاومت در برابر سایش مهم است، مانند معدن، کارخانه های سیمان و عملیات لایروبی استفاده می شود. به طور کلی دو گروه مجزا از ترکیبات Ni-Hard وجود دارد:

  • آلیاژ متوسط Ni-Hard 1 و Ni-Hard 2 با 3.3% (resp 2.6%) C، 4% Ni، 2% Cr
  • Ni-Hard 4 با 3% C، 9% Cr، 5% Ni، 2% Si.

چرخه سخت شدن Ni-hard شامل کنترل دقیق نرخ گرمایش و سرمایش برای دستیابی به ترکیب دلخواه از سختی، چقرمگی و مقاومت در برابر سایش است که آن را برای کاربردهای سخت در معرض سایش و ضربه شدید مناسب می‌سازد. فرآیند سخت شدن Ni-hard معمولا شامل مراحل زیر است:

Ni-hard به تدریج تا یک محدوده دمایی خاص، معمولاً بین 850-950°C پیش گرم می شوند تا از گرمایش یکنواخت در سراسر مواد اطمینان حاصل شود. پس از اتمام پیش گرم کردن، قطعات بیشتر تا دمای بالاتر گرم می شوند، معمولاً حدود 950-1050°C. این دما برای مدت معینی حفظ می شود تا ریزساختار ماده به آستنیت تبدیل شود، که فازی با دمای بالا با حلالیت بهبود یافته عناصر آلیاژی است. پس از مرحله آستنیته کردن، قطعات Ni-hard به سرعت با غوطه ور شدن در یک محیط سرد کننده، مانند آب یا روغن، خنک می شوند تا به سرعت ماده خنک شود. این خنک شدن سریع برای دستیابی به سختی و چقرمگی مطلوب در محصول نهایی ضروری است. قطعات Ni-hard کوئنچ شده، سپس دمای پایین‌تر، معمولاً حدود 200-600°C تمپر می‌شوند. این مرحله به کاهش تنش های داخلی ناشی از کوئنچ و رسیدن به تعادل مطلوب سختی و چقرمگی در مواد کمک می کند.

ما در مجموعه سایا دانش فنی و تجهیزات پیشرفته انجام تمام فرآیندای عملیات حرارتی چدن‌ها اعم از چدن‌های Ni-hard را داشته و در حوزه عملیات حرارتی در کنار تولیدکنندگان و صنعتگران محترم هستیم.