ماکزيمم سختي براي هر ترکيب شيميايي متغير است.
دماي ناپايدارسازي مقدار کربني که بايد در زمينه آستنيتي بصورت محلول باقي بماند را تعيين ميکند. دماهاي خيلي بالا پايداري آستنيت را افزايش داده لذا مقادير آستنيت باقيمانده بيشتر، سبب کاهش سختي ميشود. دماهاي پايين هم منجر به مارتنزيت کم کربن شده و باعث کاهش سختي و مقاومت به سايش ميشود. بنابراين تعيين اين پارامترها در خواص مورد نظر کاملاً موثر ميباشند.
در اين تحقيق سعي شد تا تاثير دما و زمان ناپايدارسازي بر ريزساختار و خواص سايشي چدن نايهارد4 با انجام آزمايشهاي مختلف بررسي شود. لذا با ثابت در نظر گرفتن ساير پارامترها، ناپايدارسازي نمونههاي چدن نايهارد4 در چهار دماي 750،800،850،900 درجه سانتيگراد و زمانهاي 1،2،3،4،5،6 ساعت صورت گرفت و سپس با انجام آزمايشهاي مختلف اثر اين پارامترها بر ريزساختار چدن نايهارد بررسي شد.
آزمون سايش هم در شرايط تنش آرام به روش Pin On Disc و با ساينده Al2O3 بر روي نمونهها انجام شد تا اثر پارامترهاي مورد نظر بر روي خواص سايشي چدن نايهارد مورد بررسي قرار گيرد.
لازم به ذکر است که براي بررسي تاثير پارامترهاي دما و زمان ناپايدارسازي آزمايشهاي مختلفي چون تعيين ريزسختيسنجي و درشتسختيسنجي به روش ويکرز، تعيين ريزساختار با ميکروسکوپ نوري و ميکروسکوپ SEM، آناليز XRD صورت گرفته تا نتايج حاصله بتواند تحليل درستي را ارائه نمايد.

فصل 2- مرور بر منابع
2-1- معرفي چدن هاي سفيد مقاوم به سايش (چدن نايهارد)
چدنهاي نايهارد بر مبناي سيستم سه تايي Fe-Cr-C و از مهمترين آلياژهاي مقاوم به سايش در صنعت ميباشند. اين آلياژها به دليل خواص ضد سايش، به طور گسترده‌اي در صنايع سيمان، فولاد و آسيابهاي خرد کننده به کار ميروند. قطعاتي که در آسيابها استفاده ميشوند، نه تنها در مقابل سايش، بلکه در برابر تنشهاي ديناميکي متعدد در حين کار بايد مقاوم بوده تا از بروز عيوب ناگهاني و شکست قطعات جلوگيري شود [1،2].
چدنهاي غير آلياژي يا کم آلياژ با کربن حدود 4% با اينکه ساختارشان مارتنزيتي است، چقرمگي پاييني دارند. چدنهاي سفيد غير آلياژي که اغلب کاربيد موجود در آنها به صورت سمانتيت است، به خاطر مقاومت در مقابل سايش مورد استفاده قرار گرفته‌اند. ضعف عمده اين چدنها در ساختارشان است [3].
فاز کاريبد يک شبکه پيوسته‌اي را در اطراف دانه‌هاي آستنيت تشکيل داده و موجب تردي و ترک‌دار شدن مي‌گردد. افزايش يک عنصر آلياژي که کربن را به صورت کاربيدي غير از سمانتيت با سختي بيشتر و خواص مطلوب‌تر درآورده و مقدار کربن زمينه را کاهش دهد، موجب بهبود هم ‌زمان چقرمگي و مقاومت سايشي ميشود. عنصر مورد استفاده معمولاً کروم بوده و کاربيد آن به صورت M7C3 ميباشد [3،4].
چدن‌هاي مقاوم به سايش بر مبناي ريزساختار و آلياژهاي آنها، به پنج گروه عمده شامل چدن‌هاي پرليتي (FeC)، نايهارد يا نيکل – کروم (M3C)، نايهارد 4 (M7C3)، پرکروم (M7C3) و در نهايت ويژه (MXC) تقسيم ميشود [5].
نخستين خانواده چدنهاي پرآلياژ که بيشترين اهميت را کسب کرده‌اند، چدنهاي نايهارد با زمينه مارتنزيتي، کاربيدي بوده که مقدار کربن در آنها از 5/2 تا 6/3 درصد متغير ميباشد. نايهارد نام عمومي براي خانواده چدنهاي سفيد است که با نيکل و کروم آلياژ شده و مقاومت سايشي بالايي دارند. نايهارد شامل ريزساختاري از کاربيدها و يک زمينهي مارتنزيتي- آستنيتي- بينيتي يا زمينه‌ي غالباً مارتنزيتي است که اين ساختار توسط مقادير کربن، نيکل، کروم، سيليس و نيز عمليات حرارتي نهايي ايجاد مي‌شود [2،6].
در چدن نايهارد وجود عنصر نيکل به منظور به تعويق افتادن تشکيل پرليت و نيز کاهش سرعت بحراني سرد شدن در محدودهي 3/3 تا 5 درصد، به کار مي‌رود که منجر به تشکيل مارتنزيت به همراه مقداري آستنيت باقي مانده در زمينه ساختار ميشود. کروم از خاصيت گرافيت‌زايي نيکل جلوگيري کرده و باعث پايداري کاربيدها ميشود [2،7،8،9].
ترکيب کاربيدها با زمينهي مارتنزيتي مقاومت سايشي خوبي ايجاد مي‌کند. تعيين درصد عناصر آلياژي در چدن نايهارد به ابعاد قطعه و خواصي که از آن انتظار مي‌رود، بستگي دارد. زمانيکه مقاومت سايشي خوب و ضربه پذيري پايين مورد نظر باشد، کاربيدهاي درشتتر انتخاب شده و مقدار کربن بين 3/3 تا 6/3 بوده و در صورتي که قطعه در معرض بارهاي ضربهاي قرار ميگيرد مقدار کربن بين 7/2 تا 2/3 درصد متغير خواهد بود [9،10].
2-2- تاريخچه
در اواسط سال 1920 ميلادي تحقيقات کمپاني بين المللي نيکل منجر به کشف ترکيبي از نيکل و کروم شد که به چدن اضافه شده و ساختار مارتنزيتي و آستنيتي با مقاومت به سايش بالا در حالت ريختگي را ايجاد ميکرد. بر خلاف چدنهاي پرکروم، نايهارد با هر ضخامتي ميتوانست ريخته گري شده و با توجه به مقادير عناصر آلياژي، ساختار عاري از پرليت با مقاومت به سايش بالا به وجود آورد ]5[.
با ادامه تحقيقات توسط اين کمپاني براي بهبود خواص چدن نايهارد به ويژه مقاومت به سايش و مقاومت به ضربه، سبب شد تا چدن نايهارد يوتکتيک اوليه شامل عناصر8 درصد کروم، 6درصد نيکل و2 درصد سيلسيم در سال1950 گسترش يافته و چدن نايهارد4 ناميده شود. توليد چدن نايهارد 4 به دليل بهبود ساختار کاربيد و سياليت عالي آن در بعضي کارخانجات کاربرد زيادي پيدا کرده است. نقطه ذوب چدن نايهارد 4 در حدودF2250 است که حدود F125 کمتر از چدن پرکروم است. چدن نايهارد4، مقاومت شکست بهتري در مقايسه با چدن نايهارد1 و چدن پر کروم دارد و اين نشان دهنده پتانسيل گسترش چدن نايهارد 4 است [5،11].
2-3- کاربرد چدن‌هاي نايهارد
مصرف چدن‌هاي نايهارد در توليد قطعاتي نظير بوشها، سيلندرها، بوش سيلندرها، کاسه چرخ و … است. به منظور افزايش مقاومت در مقابل سايش چدنها، معمولاً از عناصري نظير کروم و موليبدن استفاده ميگردد. مصارف ديگر اين چدنها در ساخت قالبهاي حديده مربوط به کشش سيم، گلولهها و زره آسيابها، غلطک نوارهاي نقاله و پمپهاي ضد سايش ميباشد. شکل (2-1) صفحه لاينر آسياب از جنس چدن نايهارد را نشان ميدهد[2،9].

شكل (2-1) صفحه لاينر آسياب ]2[
يکي ديگر از موارد استفاده اين نوع چدنها درصفحات داخلي بدنه سنگ شکن هاي فکي است که ابعادي حدود 500 تا 1000 ميلي متر دارند. هرساله مقدار زيادي از اين چدن، به صورت قطعات ريختگي با سطح مقطعي حدود 100ميلي متر، به عنوان غلتکها و چکشهاي سنگ شکن مورد استفاده در صنايع معدن ‌ قرار ميگيرد. بعنوان قطعات خاص مي توان از آستر تلمبه‌هاي لجن ‌کش که در عمليات چاهزني بکار ميروند، بدنهها و پروانههاي تلمبههاي بزرگ گريز از مرکز که براي جابجا کردن دوغاب در خطوط حمل ونقل استفاده ميشود، پروانههاي تلمبه‌هاي تخليه، صفحههاي سايشي آسيابهاي گلولهاي بزرگ، پوشش محافظ در برابر کوارتز که بر روي ميله فولاد منگنزدار قرار ميگيرد، سرندهاي ميلهاي، صفحه ‌هاي جايگزين شونده سرندهاي تاي-راک و کفشک‌هاي سايشي فاير گلاسي ‌مارپيچي ماسه نام برد. پمپ لايروبي ساخته شده از چدن نايهارد4 در شکل (2-2) آمده است [2،9،12]. از نوع پر کربن 55/3 درصد آن، براي مقاطع ريختهگري با مقاطع نسبتاً نازک استفاده ميشود که در معرض بارگذاري ضربه‌اي قرار ندارند، اما بايد در برابر سايش شديد پايداري داشته باشد. در بدنه آسياب از نايهارد به جاي فولاد استفاده ميشود، تا سائيدگي را از1000گرم در تن به 50گرم در تن کاهش دهد [12].

شكل (2-2) پمپ لايروبي ساخته شده از چدن نايهارد 4 ]2[
دستگاه ايجاد دمش در معدن الماس از جنس نايهارد4 در شکل (2-3) آمده است.

شكل (2-3) دستگاه ايجاد دمش در معدن الماس]5[
2-4- چدن‌هاي نايهارد و استانداردهاي آن
2-4-1- ترکيب شيميايي و ريزساختار
چدن‌هاي سفيد مقاوم به سايش Ni-Cr با ترکيب شيميايي مختلف وجود دارد که عنصر نيکل در سختي‌پذيري اين آلياژ نقش عمده‌اي ايفا مي‌کند. عنصر مهم ديگر، کروم است که براي تشکيل کاربيد‌هاي فلزي به جاي گرافيت استفاده مي‌شود. ريزساختار اين چدن شامل مخلوط يوتکتيکي از آستنيت و کاربيد بوده که داراي سختي بالاست و اين سختي بالا به دليل وجود کاربيد‌هاي سخت يوتکتيک و نيز مقادير بالاي نيکل که که منجر به تشکيل مقداري مارتنزيت به جاي پرليت در حالت ريختگي شده، مي‌باشد ]5[.
چدن نايهارد در استاندارد ASTM 532 و کلاس I در انواع A, B, C, D و ديگر استاندارد‌هاي کشور‌‌هاي ديگر وجود دارد [2،5،10]. جدول (2-1) استاندارد اروپايي چدنهاي نايهارد را بيان ميکند. نايهارد به دو گروه تقسيم مي‌شود، گروه اول آلياژهاي متوسط شامل نايهارد 1و2 وگروه دوم شامل نايهارد 4 است [2،5،13،14]. در جدول (2-2) ترکيب شيميايي اين چدن‌ها آمده است. در چدن نايهارد نوع2 چنانچه درصد نيکل پايين باشد پرليت تشکيل ميشود و چنانچه مقدار نيکل زياد باشد به پايداري آستنيت کمک ميکند [3،10].

جدول (2-1) استاندارد اروپايي چدنهاي نايهارد ]2[
USA
ASTM A532
Sweden
SIS 1404XX
India
IS
7925
UK
BS 4844
Germany
DIN 1685
France
NFA 32-401
EU
number
EU
designaion
International trade name
Class 1. Type B
0512
Type 1a Nil Cr 30/500
2A
GX 260 NiCr4 2
FB Ni4 Cr2BC
EN-JN2020
EN-GJN-HV520
Ni-Hard type2
Class 1. Type A
0513
Type 1a Nil Cr 34/550
2B
GA 330 NiCr4 2
FB Ni4 Cr2HC
EN-JN2030
EN-GJN-HV550
Ni-Hard type1
Class 1. Type C




FBA


Ni-Hard type3
Class 1. Type D
0457
Type 1b NiHCr
2C+2D+2E
GX 300 Cr NiSi 9 5 2
FB Cr9Ni5
EN-JN2040
EN-GJN-HV600
Ni-Hard type4

جدول (2-2) ترکيب شيميايي انواع چدنهاي نايهارد [2،5]
Mo
Cr
Ni
P
S
Mn
Si
C
نوع چدن
4/0-0
6/2-5/1
8/4-3/3
Max
3/0
Max 15/0
7/0-3/0
5/0-3/0
6/3-3
نايهارد 1
4/0-0
4/2-4/1
5-3/3
Max
3/0
Max 15/0
7/0-3/0
5/0-3/0
Max
9/2
نايهارد 2
4/0-0
9-8
5/6-5/4
Max 06/0
Max
1/0
6/0-4/0
2-8/1
2/3-6/2
نايهارد 4

2-4-2- چدن نايهارد 1 و2
نايهارد 1 و 2 اساساً شامل 4 درصد نيکل و 2 درصد کروم است. ريزساختار اين چدنها شامل دندريتهاي اوليه و کاربيد يوتکتيک بوده، که اين کاربيدها به صورت صفحات کاربيد M3C ميباشد ]2،13[.
شکل (2-4) ريزساختار نايهارد 1 را نمايش ميدهد.

شكل (2-4) ريزساختار نايهارد 1 در حالت ريختگي ]2[
کاربيد يوتکتيک M3C تشکيل شده در ريزساختار چدن نايهارد1 در شکل (2-5) آمده است.

شكل (2-5) کاربيد يوتکتيک M3C در زمينه ]2[
سختي چدن نايهارد 1 تابعي از مقدار کاربيد و ساختار زمينه است. بعد از انجماد، آستنيت به مارتنزيت، مقداري بينيت، آستنيت باقيمانده و کاربيدهاي ثانويه تبديل ميشود. زمينه نهايي به ترکيب شيميايي آلياژ، سرعت سرد شدن بعد از ريختهگري و عمليات حرارتي اعمال شده بستگي دارد. سختي قطعه ريختگي به مقدار مارتنزيت موجود در زمينه بستگي داشته که براي رسيدن به بيشترين مقدار سختي و مقاومت به سايش، مقدار مارتنزيت حالت ريختگي تا حد امکان بايد بالا باشد ]2،5،13،15[

شكل (2-6) اثر مارتزيت زمينه بر سختي چدن نايهارد 2]2[
شکل (2-6) اثر مارتنزيت زمينه بر سختي چدن نايهارد را نشان ميدهد. مقدار کربن، مقدار موثر کاربيد در زمينه و نيز سختي وارد شده به ساختار زمينه را مشخص ميکند. نايهارد1 شامل تقريباً %(44-40) کاربيد يوتکتيک نوع M3C و نايهارد2 تقريباً داراي %(40-35) کاربيد ميباشد. اختلاف در مقدار کاربيد، تفاوت اساسي بين چدن نايهارد 1 و 2 است ]2،12،13،15[.
عنصر نيکل براي تشکيل ساختار زمينه مارتنزيتي – بينيتي بدون پرليت اضافه ميشود. آنچه ک

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید