• بازدید : 46 views
  • بدون نظر
این فایل در ۱۱۳صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

در تجهيزاتي كه عمليات سايش انجام مي گيرد آلياژهاي آهني با بيشترين كربن بهترين مقاومت سايشي را دارند. ولي بخاطر تنشهاي متعددي كه هنگام كار به وجود مي آيد بايد ماده به كار رفته چقرمگي كافي براي جلوگيري از بروز عيوب گوناگون را داشته باشد. فولادهاي غير آلياژي يا كم آلياژ با كربني حدود ۴/۰% در حالتي كه ساختارشان مارتنزيتي است چقرمگي پائيني دارند. چدنهاي سفيد غير آلياژي كه اغلب كاربيد موجود در انها سمنيتت است سالها به علت مقاومتي كه در مقابل سايش دارند مورد استفاده قرار گرفته اند. با اين حال در موارد متعددي استفاده از انها رضايت بخش نبوده است. ضعف اين چدنها در ساختارشان است. فاز كاربيد يك شبكه پيوسته اي را در اطراف دانه هاي آستنيت تشكيل داده و موجب تردي و ترك خوردن مي گردد. افزايش يك عنصر آلياژي كه كربن را به صورت كاربيدي غير از سمنتيت با سختي بيشتر و خواص مطلوب تر در آورده و نيز مقدار كربن زمينه را كاهش دهد، موجب بهبود همزمان چقرمگي و مقاومت سايشي مي شود
مقاومت در مقابل شكست ناگهاني در اين قطعات خاصييت پيچيده اي است كه نه تنها به چقرمگي بلكه به شكل هندسي قطعه و نحوه توزيع تنشهاي داخلي بستگي دارد. چقرمگي وابسته به پارامترهاي متعدد مكانيكي، فيزيكي و متالورژيكي است. كربن مهمترين عاملي است كه روي مقاومت سايشي و چقرمگي آلياژهاي آهني به طور همزمان ولي در خلاف جهت هم اثر مي گذارد. با افزايش مقدار كربن تأثير آن روي مقاومت سايشي بيشتر مي شود. انتخاب تركيب شيميائي و عمليات حرارتي براي كسي كه درصدد يافتن راهي براي بهينه كردن مقاومت سايشي و چقرمگي باشد از بيشترين اهميت برخوردار است. جهت بدست آوردن سختي پذيري كافي است براي ضخامت مشخص مقدار عنصر آلياژي مناسب انتخاب شود. ساختار ميكروسكوپي اين گروه از چدنهاي سفيد شامل كاربيدهاي آهن – كرم يوتكتيك ناپيوسته (Cr, Fe)7 C3 و كاربيدهاي ثانويه غني از كرم در زمينه اي از آستنيت يا محصولات استحاله آن مي باشد. به كمك عمليات حرارتي مي توان زمينه آستنيتي، مارتنزيتي، بينيتي و يا پرليتي بدست آورد. مقاومت سايشي بهينه و بهترين تركيب مقاومت سايشي – استحكام – چقرمگي در چدنهائي كه زمينه مارتنزيتي دارند مي آيد. نامهاي معروف چدنهاي سفيد آلياژي تجارتي عبارتند از: چدنهاي نيكل هارد CR (IV, II, I)12، CR15، CR20، CR25.

اثر ساختار ميكروسكوپي
بيشترين مقاومت سايشي اين چدنها نتيجه مستقيم ساختار ميكروسكوپي آنهاست. اغلب فرايندهاي سايشي را مي توان يك عمل برشي يا فراشي تعريف نمود. نظير عمليات ماشينكاري كه يك ذره ساينده به سطح فلز فرورفته و خطوط سايش و تغيير شكل ايجاد كرده و ذراتي را از سطح جدا مي كند. براده هائي كه از محل سايش بدست آمده اند حاوي ذرات بسيار ريزي هستند كه از قلم تراش در حين عمليات ماشينكاري جدا شده اند. براي عملي شدن مكانيزم سايش كاملاً ضروري است كه وسيله ساينده از فلز سخت تر باشد. اگر اين وسيله نرمتر باشد فرآيند بيشتر به خوردگي و اكسيداسيون شبيه خواهد باشد. اگر اين وسيله نرمتر باشد فرآيند بيشتر به خوردگي و اكسيداسيون شبيه خواهد بود و فقط سايش ناچيزي انجام مي گيرد. جدول ۱ سختي ميانگين تعدادي از مينرالها، كاربيدها و آلياژهاي پر آهن با تركيبات مختلف زمينه را نشان مي دهد. اين مقايسه مشخص مي كند كه كوارتز كه مهمترين تركيب در اغلب مينرالهاي ساينده مي باشد از آلياژهاي آهن با هر نوع ساختاري كه زمينه آنها داشته باشد سخت تر است به همين جهت مي تواند به راحتي آنها را بسايد. كاربيد آهن (سمنيتت) كه بيشترين كاربيد در چدنهاي سفيد كم آلياژ مي باشد از كوارتز نرمتر است و كاربيد كرم كه بيشترين كاربيد در چدنهاي پر كرم است از كوارتز سخت تر است و به همين جهت در مقابل سايش مقاومت مي كند. كاربيدهاي زيادي هستند كه از كاربيد كرم هم سخت تر مي باشند ولي متأسفانه بسيار گران هستند و اين مسئله موجب محدود شدن كاربرد آنها شده است. در چدن سفيد كاربيدها چيزي كمتر از ۵۰- ۴۰ درصد از كل حجم قطعه را نشان مي دهند بقيه زمينه است و چون اين زمينه از كوارتز نرمتر است سائيده مي شود بنابراين ممكن است كاربيدها كنده شده و از زمينه خارج شوند و فقط از قسمتي از مقاومت سايشي آنها به طور كامل استفاده گردد.
جدول ۱
انتخاب زمينه
بهترين زمينه اي كه مي توان انتخاب كرد مارتنزيت پر كربن و سختي است كه سختي آن ناشي از كاربيدهاي ثانويه پراكنده مي باشد. دومين انتخاب خوب مي تواند آستنيت ناپايدار كار سختي پذير باشد. بهترين اتحاد بين استحكام و چقرمگي را مي توان بر اساس ساختار ميكروسكوپي توضيح داد. در چدنهاي سفيد پر كرم كاربيدها در زمينه پراكنده شده اند كه اين برخلاف حالتي است كه در چدنهاي سفيد پر كرم كاربيدها در زمينه پراكنده شده اند كه اين بر خلاف حالتي است كه در چدنهاي سفيد كم آلياژ لدبوريتي وجود دارد. در اين حالت ساختار را مي تواند به صورت زمينه اي از سمنتيت با محصولات گوناگون استحاله آستنيت كه فاز ترد كاربيد بر استحكام و چقرمگي غلبه كرده است، توصيف نمود.
افزايش مقدار كربن حجم كاربيدها را در ساختار افزايش مي دهد از آنجائيكه اين كاربيدها سختي و مقاومت سايشي بالائي دارند افزايش كربن موجب افزايش مقاومت سايشي نيز مي شود. به هر حال اگر مقدار كربن از مقدار يوتكتيك زيادتر شود كاربيدهاي اوليه زيادي تشكيل خواهند شد كه اينها ترد بوده و تحت ضربه ذرات ساينده منجر به شكست مي شوند و در نتيجه باعث افزايش كاهش وزن در اثر سايش مي گردند و اين با يك كاهش در چقرمگي و خواص مكانيكي همراه است. به عنوان نتيجه حداكثر مقدار كربن مجاز براي اغلب كاربردها تا حد يوتكتيك است. تنها در حالتهائي كه سطح چه در مقياس ميكروسكوپي و چه در مقياس ماكروسكوپي تحت ضربه و تنشهاي مكانيكي پائيني باشد مقدار كربن هيپريوتكتيك مفيد خواهد بود.
درصد كربن يوتكتيك در مذابي با cr15% تقريباً ۶/۳% و در مذابي با CR20%، ۲/۳% و در CR25%، ۳% مي باشد. عناصر ديگري مي توانند اين مقادير را تغيير دهند مخصوصاً سيلسيم كه آن را كاهش مي دهد.
اهميت زمينه از شكل ۱ معلوم است. هر چه زمينه نرمتر باشد مقاومت سايشي آن كمتر شده و تمايل كاربيدها براي خارج شدن از زمينه افزايش خواهد يافت. اثر
نامطلوب ديگري كه به وجود آمدن زمينه نرم در پي دارد پائين بودن استحكام تسليم 
مي باشد. ممكن است چنين زمينه هائي نتوانند ساپورت و پشتوانه كافي براي كاربيدها را جهت مقاومت در برابر تنشهاي مكانيكي وارده ايجاد كنند و نتيجتاً كاربيدها در اثر اعمال تنش برشي توأم با سايش بشكنند. در اين رابطه خصوصاً پرليت مهم است و اگر مقدار پرليت ۱۰% و يا كمتر باشد ممكن است اثرات زيان آوري روي مقاومت سايشي داشته باشد.
شكل ۱
در بسياري از فرآيندهاي سايش آستنيت چدنهاي پر كرم  مشابه با فولادهاي هادفيلد با ۱۲% منگنز مي تواند كار سخت شود ولي به هر حال اين كار سختي زمينه مقاومت سايشي چدن را به اندازه چدن پر كرم با زمينه مارتنزيتي افزايش نمي دهد. اين موضوع را جدول ۲ نشان مي دهد. طبقه بنديهائي كه در اين جدول روي آلياژها انجام گرفته عملاً در بسياري از عمليات خرد كردن و اسياب كردن تجربه شده است. و اين چيزي است كه منطقاً از تست هاي سايشي آزمايشگاهي انتظار ميرود. عيب ديگر يك زمينه آستنيتي و يا نيمه آستنيتي، نا پايدار بودن آن است كه ممكن است تحت تنش هاي مكانيكي و يا افزايش دما تبديل به مارتنزيت شود. تغييرات حجمي كه اين تبديل بدنبال خواهد داشت، تنشهائي را به وجود مي آورد كه ممكن است قطعه را شكسته و يا موجب ترك خوردن سطح آن شود. مقاومت سايشي مارتنزيت با افزايش مقدار كربن بالا ميرود. كاربيدهاي ثانويه پخش شده در زمينه عمليات حرارتي تشكيل شده اند، به علت تشكيل نقاط سخت و پراكنده در زمينه در بسياري از كاربردها مقاومت سايشي را افزايش مي دهند. آلياژهائي كه در حالت مارتنزيت بهترين مقاومت سايشي را دارند حاوي ۱۲ تا ۲۲% كرم مي باشند اگر مقدار كرم كمتر از ۱۲% بوده و مقدار كربن درحد يوتكتيك و يا حتي كمي به سمت هيپويوتكتيك باشد ممكن است مقداري كاربيد يوتكتيكي كه بيشتر به صورت سمنتيت است تا كاربيد كرم، تشكيل شده و منجر به كاهش محسوسي در مقاومت سايشي و چقرمگي شود. در حالتي هم كه مقدار كرم بالاي ۲۲- ۲۰ درصد و مقدار كربن در حد تركيب يوتكتيك باشد قسمت اعظم كربن به صورت كاربيد كرم در آمده و در نتيجه يك زمينه مارتنزيتي كم كربن بدست مي آيد كه مقاومت سايشي اين زمينه كم خواهد بود.
ذوب و ريخته گري چدنهاي پر كرم
چدنهاي پر كرم را مي توان در انواع كوره هاي الكتريكي و كوره هاي سوختي توليد كرد. اصولاً نسوز كاري اين كوره ها مي تواند خنثي و يا اسيدي باشد در حالتي كه از نسوز اسيدي استفاده شود امكان دارد كه بين كرم موجود در مذاب و سيليس نسوز واكنشي انجام گيرد ولي اين حقيقت كه مقادير زيادي از چدنهاي پركرم كه در كوره هاي القائي با جداره اسيدي توليد ميشود، معلوم مي كند كه از ديدگاه عملي اين موضوع مسئله اي را پيش نمي آورد. كوره‌هاي كوپل به علت اكسيده شدن و از بين رفتن زياد كرم و نيز وارد شدن كربن زياد و تبديل تركيب شيميائي به هايپريوتكتيك براي ذوب چدنهاي پر كرم مناسب نمي باشد. معمولاً مواد شارژ عبارتند از: قراضه هاي فولادي آلياژي و غير آلياژي، بر گشتي قطعات ضد سايش و فروكرم پر كربن.
چدنهاي پر كرم معمولاً به صورت آرام ذوب مي شوند و بجز حالتي كه نياز به كاهش كربن باشد نيازي به دمش اكسيژن نيست. براي ذوب در كوره هاي القائي كه تلاطم خوبي دارند دماهاي بالا لازم نيست و معمولاً اگر دماي نهائي به C° ۱۴۸۰ برسد كافي خواهد بود. در كوره هاي قوس الكتريكي براي اطمينان هموژن شدن تركيب مذاب و براي افزايش سرعت حل شدن كربن و عناصر آلياژي كه بعد از ذوب به كوره اضافه مي شود عموماً از دماهاي نهائي تا C° ۱۵۶۵ استفاده مي شود. كربوريزاسيون به روش عادي و با استفاده از مواد معمولي انجام مي گيرد. استفاده از چدن خام نيز امكان پذير است اما بايد سيليس آن پائين باشد. براي جلوگيري از تلفات در اثر اكسيد شدن، فرو كرم را در پايان عمليات ذوب اضافه مي كنند در كوره هاي القائي تلفات فرو كرم حدود ۵/۰ مي باشد در حاليكه در مورد موليبدن، نيكل و مس اين تلفات ناچيز است.
دماي ليكيدوس چدنهاي پر كرم حاوي ۱۶- ۱۲ درصد كرم اساساً تابعي از مقدار كربن مي باشد شكل. دماي ساليدوس عمدتاً به مقدار كرم بستگي دارد. محدوده اين دما براي cr12%، C° ۱۱۸۰- C° ۱۱۷۰ براي cr15%، C° ۱۲۲۰- ۱۲۰۰ و براي cr20%، C° ۱۲۶۰- ۱۲۴۰ مي باشد. چند سال قبل اكسيژن زدائي مذاب توسط آلومينيوم مشابه با آنچه كه در ذوب فولاد انجام مي گيرد معمول بود در حال حاضر بسياري از توليد كننده هاي بزرگ اين روش را بدون اينكه هيچ گونه اثر مضري روي خواص ديگر داشته باشد كنار گذاشته اند. افزايش تيتانيم در كوره كه گاهي به منظور كنترل اندازه دندريت ها انجام مي گيرد، تأثير كمي روي خواص دارد. گزارشاتي مبني بر اينكه افزايش آلومينيوم و تيتانيم در كوره مشكلاتي را دررابطه با تغذيه بوجود مي آورد، موجود است. كنترل دقيق مقدار سيلسيم در قطعات ضخيم از جنس چدن پر كرم بسيار مهم است. در بسياري موارد علت پائين بودن مقاومت سايشي قطعات اين است كه مقدار سيلسيم از مقدار تعيين شده بيشتر بوده و در نتيجه موجب بوجود آمدن زمينه پرليتي شده است. يكي از دلايل افزايش مقدار سيلسيم استفاده غلط از فروكرم پر سيلسيم است.از طرف ديگر اگر مقدار سيلسيم در كوره كمتر از ۴/۰% باشد سرباره ويسكوز شده و مشكلاتي را ايجاد خواهد كرد. اگر مقدار سيلسيم حدود ۶/۰% باشد در عمليات ذوب مسئله اي پيش نخواهد آمد.

عتیقه زیرخاکی گنج