روي ريزساختار دارد. اگر سرعت سرد شدن سريع باشد (سرعت انجماد بالا) دندريتهاي آستنيت ريزتر و کاربيدهاي کوچکتر بوجود ميآيد. اين اثر در شکلهاي (2-24) تا (2-26) نشان داده شده است ]5،34،36،37[.

شكل (2-24) سطح شکست ريزساختار انجماد چدن سفيد هيپو با فوق گداز کم ]36[

شكل (2-25) سطح شکست ريزساختار انجمادي چدن سفيد هيپو با فوق گداز بالا]36[

شكل (2-26) تاثير سرعت انجماد بر ريزساختار چدن مقاوم به سايش ]36[
آنچه در حين انجماد اتفاق ميافتد، اين است که مذاب به دو جامد، يک فاز فلزي (آستنيت يا فريت) و ديگري فاز کاربيد (M3C و M7C3) تبديل ميشود. در هنگام سرد شدن چدن نايهارد 4، دندريتهاي آستنيت پرو يوتکتيک در چدن هيپو تشکيل شده و سپس مذاب باقيمانده با پس زدن کروم و کربن، به منطقه يوتکتيک برخورد کرده و واکنش يوتکتيک (L??+M7C3) اتفاق ميافتد. با ادامه سرد شدن، مذاب باقيمانده از خط يوتکتيک به نقطه پريتکتيک در %2/4 کربن و %7/9 کروم رسيده و در نهايت پوسته M3C بصورت لدبوريتي طبق واکنش پريتکتيک (L+ M7C3 ? M3C) ايجاد شده که در شکل (2-27) ديده ميشود. البته اگر مقدار سيليسيم بيشتر از %5/1 باشد، واکنش پريتکتيک به دليل اثر سيليسيم بر روي افزايش ضريب اکتيويته کربن در مذاب، متوقف ميشود ]5،34،36[.

شكل (2-27) تشکيل کاربيد M3C طبق واکنش پريتکتيک ]36[
2-9- عمليات حرارتي
وجود کاربيد يوتکتيک M7C3 در ريزساختار چدنهاي نايهارد4، سختي بالاي لازم براي کاربرد اين آلياژ را فراهم ميآورد. زمينه فلزي که اين کاربيدها را در بر گرفته، ميتواند با عناصر آلياژي و نيز عمليات حرارتي، تعادل مناسبي بين مقاومت به سايش و چقرمگي مورد نياز در مقابل ضربات تکراري را فراهم سازد. ساختار بعد از عمليات حرارتي نقش عمده‌اي را در خواص مکانيکي و متالورژيکي ايفا ميکند که در نحوه کارکرد چدنهاي سفيد مقاوم در برابر سايش تاثير به سزايي دارد. چدن نايهارد 4 در حالت ريختگي معمولاً شامل بالاي %50 آستنيت باقيمانده بوده و لذا داراي سختي HB (500-400) ميباشد، لذا با انجام يک سيکل عمليات حرارتي جهت تشکيل مارتنزيت، مقدار سختي HB (600-550) به دست ميآيد ]2،3،7،10[.
بطور عموم بر روي چدنهاي نايهارد عمليات حرارتي مختلفي صورت مي‌گيرد، سه نوع عمده آن به صورتهاي ذيل مي‌باشد:
الف- عمليات تمپر يک مرحله‌اي که در آن چدن نايهارد در دماهاي کم ?C (275-225) قرار گرفته و مارتنزيت با تردي کمتر ايجاد شده و چقرمگي را بهبود مي‌بخشد.
ب- عمليات تمپر دوبل که در آن چدن نايهارد ابتدا در دماي ?C450 حرارت داده و سپس در هوا سرد شده و دوباره در دماي ?C275 تمپر مي‌شود. اين عمليات سختي را تا حدودي کاهش و باعث بهبود مقاومت به ضربه ميشود.
ج- عمليات ناپايدارسازي آستنيت – تمپر که در آن چدن نايهارد بالاي دماي بحراني ?C(850-750) قرار گرفته و سپس بطور آهسته سرد شده و در نهايت با تمپر کردن در دماي کم، بيشترين سختي و مقاومت به سايش ايجاد ميشود ]2،5،15،38[.
اغلب چدن‌هاي نايهارد 1 و 2 تحت عمليات حرارتي (الف و ب) و چدن نايهارد 4 تحت عمليات حرارتي (ج) قرار مي‌گيرد. عمليات ناپايدارسازي عمدهترين و مهمترين عمليات حرارتي اعمال شده بر روي چدن نايهارد4 مي‌باشد. هدف اصلي از ناپايدارسازي، رسوب کاربيدهاي ثانويه غني از کروم بوده که به ترکيب شيميايي و سرعت سرد شدن در هوا تا دماي محيط بستگي دارد و در آن آستنيت با مقادير کمتري از کربن و کروم ميتواند به مارتنزيت تبديل شود. اين عمليات باعث توزيع کاربيدهاي ثانويه در زمينه مارتنزيتي با مقدار آستنيت باقيمانده کمتر و افزايش سختي مي‌شود]3،7[.
عمليات سخت‌کاري چدن نايهارد 4 ( کلاس I نوع D ) هنگامي که سختي قطعه ريختگي کافي نيست از طريق عمليات حرارتي ناپايدارسازي صورت گرفته که عموماً در آن، ناپايدارسازي در دماي ?C (790-750) به مدت 8 ساعت، سرد شدن آهسته ( سرعت از hr/?C 30 نبايد بيشتر باشد ) و سپس عمليات تنش زدايي و تمپر اعمال ميگردد ]2،5[.
البته لازم به ذکر است که در برخي مواقع، براي قطعات پيچيده که عمليات حرارتي ممکن است تنشهاي اضافي زيادي توليد کند، عمليات سرد کردن تا دماي خيلي کم ?C(196-) نيز به کار گرفته ميشود تا مقدار آستنيت بيشتري به مارتنزيت تبديل شده و سختي افزايش يابد ]3،7،18[.
لذا عمليات حرارتي برودتي يا سرد کردن عميق از روشهاي عمليات حرارتي در چدن نايهارد 4 ميباشد. براي رسيدن به سختي HB 550 لازم است تا ريزساختار قطعه بصورت آستنيت – مارتنزيت با کمتر از %60 مارتنزيت باشد. هنگامي که درصد مارتنزيت افزايش پيدا ميکند، % (90-80 )، مقدار سختي به HB 650 خواهد رسيد. براي کاهش بيشتر آستنيت باقيمانده و تشکيل بيشتر مارتنزيت، معمولاً عمليات سرد کردن عميق از طريق سرد کردن تا دماي بين ?C (70-) تا ?C (180-) براي 5/1 تا 1 ساعت صورت گرفته که معمولاً مقدار سختي به اندازه HB 100 افزايش پيدا ميکند. عمليات تمپر هم بر روي قطعه اعمال ميشود ]2،5،17،34[.
در برخي موارد ديده شده که عمليات حرارتي ناپايدارسازي براي دستيابي به زمينهي مارتنزيتي در چدن نايهارد نوع 4 بدين صورت انجام ميگيرد که قطعات ريختگي تا ?C800 حرارت داده شده و در اين دما به مدت 8 ساعت نگهداري و سپس در هوا سرد ميشوند. عمليات بازپخت در ?C450 براي به دست آوردن حداکثر چقرمگي به کار ميرود. قطعات با اشکال پيچيده و يا اندازه مقاطع مختلف ممکن است تحت يک عمليات حرارتي دوگانه به مدت 4 ساعت در ?C550 و پس از آن 16 ساعت در?C 450 قرار گرفته و سپس در هوا سرد شوند. بنابراين نوع عمليات ناپايدارسازي به ترکيب شيميايي و خواص قطعه بستگي دارد ]7،10،18[.
آنچه در عمليات حرارتي روي ميدهد، رسيدن به ريزساختار ي عاري از پرليت ميباشد. همچنين بايد در نظر گرفت که سرعتهاي سرد شدن نبايد سريع بوده زيرا به دليل تنشهاي حرارتي و استحالهاي بالا باعث ايجاد ترک در قطعه خواهد شد ]2،5،17[.
2-10- عمليات ناپايدارسازي و تبديل آستنيت در آن
2-10-1- تشريح فرايند
همانطور که بيان شد در حالت ريختگي، سختي چدن نايهارد نوع 4 نسبتاً کم و بين 500-400 برنيل است. اين سختي ممکن است به زياد بودن مقدار آستنيت در ريزساختار بستگي داشته باشد. براي تبديل آستنيت به مارتنزيت از عمليات حرارتي ناپايدارسازي استفاده مي‌شود تا سبب ايجاد حداکثر سختي و مقاومت به سايش شود. چدن نايهارد با ساختار کاملاً مارتنزيتي در برابر ورقه شدن تحت ضربات تکراري مقاومت زيادي دارند ]3،15،18[. در شکل‌هاي (2-28) و (2-29) به ترتيب نمودار پيوسته و ايزوترمال چدن نايهارد4 نشان داده شده است.

شكل (2-28) نمودارپيوسته چدن Ni-hard 4 ]2[
قطعه ريختگي تا دماي محدوده آستنيت گرم شده و در اين دما کاربيدهاي ثانويه از آستنيت رسوب کرده و دماي Ms را افزايش ميدهند. با افزايش اين دما، تغيير حالت مارتنزيتي در حين سرد شدن تا دماي محيط به آساني صورت ميگيرد. در حين سرد شدن آهسته کاربيدهاي بيشتري رسوب داده ميشوند، لذا دماي Ms بيشتر افزايش مييابد. با توجه به منحني سرد شدن، بيشترين مقدار سختي در سرد شدن آهسته با رسوب کاربيدهاي ثانويه بيشتر در دماهاي پايينتر بدست ميآيد ]2،5[.

شكل (2-29) نمودار ايزوترمال چدن Ni-hard 4 ]2[
قطعه ريختگي چدن نايهارد4 معمولاً شامل 50 درصد آستنيت باقيمانده بوده که مقدار سختي در اين حالت بيشتر از 550 تا 600 ويکرز نخواهد بود. تغييراتي که از استحاله آستنيت به مارتنزيت با ناپايدارسازي در دماهاي بالاي c°750 صورت ميگيرد، باعث افزايش سختي شده و پايداري آستنيت در اين حالت با رسوب کاربيدهاي ثانويه کاهش مييابد. شکل فوق دياگرام تغيير حالت ايزوترمال چدن نايهارد4 بوده که محدوده تغيير حالتهاي مختلف را نشان ميدهد. سختي نمونههايي که بصورت ايزوترمال در دماهاي مختلف نگه داشته شدند، در سمت راست نمودار مشخص شده است ]2،5[.
چدنهاي نايهارد که در حالت ريختهگري ساختمان آستنيتي دارند، با قرار گرفتن در درجه حرارت مورد نظر در عمليات ناپايدارسازي، از نظر کربن در حالت فوق اشباع هستند. در نتيجه رسوب کاربيد از آستنيت آغاز شده و تا هنگامي که تعادل حاصل شود اين مساله ادامه پيدا ميکند. بنابراين هر قدر زمان نگهداري کمتر باشد ميزان کربن و آستنيت باقيمانده بعد از عمليات حرارتي بيشتر خواهد بود ]3،7،18[.
بهترين دماي ناپايدارسازي آستنيت براي رسيدن به بيشترين مقدار سختي، براي هر ترکيب شيميايي متغير ميباشد. دماي ناپايدارسازي مقدار کربني را که بايد در محلول زمينه آستنيتي باقي بماند تعيين ميکند. دماهاي بيشتر از ?C (850-750)، پايداري آستنيت را افزايش داده و لذا مقادير آستنيت باقيماندهي بيشتر سبب کاهش سختي ميشود. دماي پايين در مارتنزيت کم کربن، باعث کاهش سختي و مقاومت به سايش مي‌شود. لذا عمليات حرارتي صحيح، ناپايداري آستنيت را با رسوب کاربيدهاي ثانويه در داخل زمينه‌ي آستنيتي فراهم ميکند ]2،10،15،17[.
2-10-2- تبديل مارتنزيتي در حين عمليات حرارتي ناپايدارسازي
مارتنزيتي که در چدن نايهارد نوع 4 تشکيل ميشود، از نوع سوزني پرکربن ميباشد. درچدنهاي پرکربن، کربن بيشترين تاثير را در تبديل مارتنزيتي دارد و تبديل آستنيت به سختي انجام مي‌شود. مقدار کربن آستنيت از طريق اثر آن بر مقدار مارتنزيت، بر سختي آلياژ تاثير زيادي ميگذارد ]3،26،38[.
تنوع درجه حرارت ناپايدار کردن آستنيت، در ارتباط با ميزان حلاليت کربن در آستنيت و سرعت سرد کردن از مهمترين عواملي هستند که تحول مارتنزيتي را تحت تاثير قرار ميدهند. سختي مارتنزيت بستگي به ميزان کربن محلول در آن دارد، اما با توجه به آستنيت باقيمانده و عواملي نظير ناهمگن بودن ساختمان آستنيت به دليل رسوب کاربيدهاي ثانويه و توزيع آنها و … سختي نيز يکسان نمي‌باشد. چدن قطعات آلياژي کروم بالا که در هوا سخت ميشوند، در انتهاي مرحله سرد شدن به دليل کاهش سرعت خروج حرارت از قطعات ضخيم، تمپر کردن خود به خود صورت ميگيرد و چنانچه مقدار مارتنزيت از 50 درصد تجاوز نمايد، سختي مجموعه از 25 تا 75 ويکرز کاهش مييابد ]10،15،26[.
2-11- عمليات حراتي تمپر
چدنهاي نايهارد به دليل ساختار مارتنزيتي در حالت ريختگي، تحت عمليات تمپر قرار مي‌گيرند. تمپر بين ?C260-205 براي حداقل 4 ساعت، مقداري از تنش‌هاي ايجاد شده را کاهش و استحکام و چقرمگي ضربه را تا حدود % (80-50) افزايش مي‌دهد. در عمليات حرارتي چدنهاي نايهارد بايد مراقب بود تا شوکهاي حرارتي منجر به ترک نشوند، در واقع بايد از گرم و يا سرد شدن سريع در اين قطعات جلوگيري شود ]2،5،10،15[.
باانجام عمليات بازگشت، کاربيدهاي ثانويه ميتوانند در داخل زمينه مارتنزيتي رسوب کنند. کاهش سختي زمينه پس از بازگشت به دليل تمپر شدن مارتنزيت بوده و مقدار آستنيت هم اين حالت کاهش مييابد. لذا در برخي موارد اگر مقدار آستنيت باقيمانده زياد باشد، تمپر تا دماي 400 الي 500 درجه سانتيگراد صورت ميگيرد تا کربن موجود در آستنيت به شکل کاربيد ثانويه کاهش پيدا کرده و ناپايدار شده و سبب تشکيل مارتنزيت از آستنيت گردد ]5،10،15[.
2-12- پارامترهاي عمليات حرارتي
پارامترهاي مختلفي از جمله دما و زمان ناپايدارسازي آستنيت بر ريزساختار و خواص سايشي چدن نايهارد4 تاثير ميگذارد. محيط سرد شدن و سرعت سرد شدن نيز از جمله عوامل ديگر موثر بر خواص چدن ميباشند. همانطور که اشاره شد، دماي ناپايدارسازي آستنيت مقدار کربن محلول باقيمانده در زمينه آستنيتي را مشخص ميکند. دماهاي خيلي بالا پايداري آستنيت را افزايش داده و سبب کاهش سختي ميشود. دماهاي پايين منجر به تشکيل مارتنزيت کمکربن شده که در نهايت هم سختي و هم مقاومت سايشي را کاهش ميدهد. بنابراين حساسيت

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید