بيد M7C3 به M23C6 مشاهده شده که منجر به ساختارهاي کاربيد يوتکتيک دو گانهاي که شامل M7C3 در مرکز که توسط پوسته هاي M23C6 احاطه شده، ميشود. اين کاربيد در فصل مشترک اصلي بين M7C3 يوتکتيک و زمينه جوانه ميزند ]5،17،31[.

شكل (2-20) ساختار دو گانهاي از کاربيدها در چدن نايهارد ]5،17[
کاربيد M23C6 با ساختار FCC داراي مورفولوژي شکلهاي نامنظم، ميلهاي، سوزني، صفحهاي و مکعبي بوده و سختي آن HV 1000 ميباشد. عدم بهبود در مقاومت به سايش چدنهاي سفيد با مقادير کروم %30 حتي بعد از عمليات حرارتي، به دليل تغيير فرم کاربيدها از M7C3 به M23C6 بوده که منجر به تشکيل کاربيدهاي يوتکتيک دو گانه ميشود. اين کاربيدها تمايل زيادي به ترک دارند ]17،30،31[.
* کاربيدهاي ثانويه
زمينه آستنيتي چدنهاي نايهارد با عمليات حرارتي ناپايدار شده و مقدار کربن و کروم موجود در زمينه کاهش مييابد. در نهايت تشکيل رسوب کاربيدهاي ثانويه باعث افزايش دماي MS مي‌شود. ريزساختار بعد از عمليات حرارتي، شامل کاربيدهاي ثانويه در زمينه مارتنزيتي، کاربيد يوتکتيک اوليه و مقداري آستنيت باقيمانده است. اين کاربيدها بر روي کاربيدهاي يوتکتيک اوليه جوانه و رشد نميکند، بلکه در داخل زمينه دندريتي رسوب ميکند ]9،17،32[.رسوب کاربيدهاي ثانويه در شکل (2-21) نشان داده شده است.

شكل (2-21) کاربيدهاي ثانويه ايجاد شده در چدن نايهارد ]17[
کاربيدهاي ثانويه بر روي باندهاي لغزشي يا باندهاي مرزهاي فرعي در داخل نواحي آستنيتي رسوب ميکنند. اين باندها بوسيله تنشهايي ايجاد خواهند شد که از اختلاف انبساط حرارتي بين کاربيدهاي يوتکتيک و زمينه ناشي ميشود. نوع کاربيدهاي ثانويه به ترکيب شيميايي آلياژ و دماي ناپايداري بستگي دارد ]17،30،31[.

شكل (2-22) کاربيدهاي ثانويه تشکيل شده در چدن نايهارد ]30[
2-6-3- تاثير شکل و اندازه کاربيدها در چدن نايهارد
معمولاً ريزتر بودن کاربيدها و يکنواختي آنها خواص ضربه را بهتر ميکند، لذا استفاده از روشهاي انجماد سريع و اضافه کردن پارهاي مواد تلقيحي نظير فروتيتانيم ‌يا فروکروم به ذوب ميتواند ساختاري ظريفتر و يکنواخت‌تر را ترغيب نمايد. البته اخيراً با روشهاي ديگري نظير عمليات حرارتي خاص و يا کنترل ترکيب آناليز، توانسته‌اند شکل کاربيدها را نيز کنترل نمايند ]4،17[.
2-6-4- ساختمان زمينه چدن نايهارد
نايهارد 4 در حالت ريختگي شامل ريزساختار زمينه آستنيت بيشتر از مارتنزيت بوده که به دليل مقادير بالاتر نيکل و منگنز ميباشد. ريزساختار ريختگي چدن نايهارد 4 از يک شبکه کاربيد يوتکتيک M7C3 با زمينه فلزي که مخلوطي از آستنيت، مارتنزيت بوده که با عمليات حرارتي اين ريزساختار تغيير کرده و در زمينه کاربيدهاي ثانويه ايجاد ميشوند و باعث کاهش مقدار آستنيت باقيمانده از %6/1 به %9/0 خواهد شد ]2،5[.
بهترين زمينهاي که ميتوان انتخاب کرد، مارتنزيت پرکربن بوده که سختي آن ناشي از کاربيدهاي ثانويه پراکنده ميباشد. دومين انتخاب خوب ميتواند آستنيت ناپايدار کارسختيپذير باشد. بهترين اتحاد بين استحکام و چقرمگي را ميتوان بر اساس ساختار ميکروسکوپي توضيح داد. در چدنهاي نايهارد4 کاربيدها در زمينه پراکنده شدهاند، و اين برخلاف حالتي است که در چدنهاي سفيد کم آلياژ لدبوريتي وجود دارد. در اين حالت ساختار را ميتوان به صورت زمينهاي با محصولات گوناگون استحاله آستنيت، که فاز ترد کاربيد بر استحکام و چقرمگي غلبه کرده است، توصيف نمود. افزايش مقدار کربن حجم کاربيدها را در ساختار افزايش ميدهد، از آنجايي که اين کاربيدها سختي و مقاومت سايشي بالايي دارند، افزايش کربن موجب افزايش مقاومت سايشي نيز ميشود. به هر حال اگر مقدارکربن از مقدار يوتکتيک زيادتر شود کاربيدهاي اوليهي زيادي تشکيل خواهد شد که ترد بوده و تحت ضربه ذرات ساينده منجر به شکست شده و در نتيجه باعث افزايش کاهش وزن در اثر سايش ميگردند که اين رفتار با کاهش در چقرمگي و خواص مکانيکي همراه است ]4،10،16،29،30،32[.
تنها در حالتهايي که سطح، چه در مقياس ميکروسکوپي و چه در مقياس ماکروسکوپي، تحت ضربه و تنشهاي مکانيکي پاييني باشد، مقدار کربن هايپريوتکتيک مفيد خواهد بود. هرچه زمينه نرمتر باشد مقاومت سايشي آن کمتر شده و تمايل کاربيدها براي خارج شدن از زمينه افزايش خواهد يافت. اثر نامطلوب ديگري که به وجود آمدن زمينهي نرم در پي دارد، پايين بودن استحکام تسليم ميباشد. ممکن است چنين زمينهايي نتواند ساپورت و پشتوانه کافي براي کاربيدها جهت مقاومت در برابر تنشهاي مکانيکي وارده ايجاد کرده و نتيجتاً کاربيدها در اثر اعمال تنش برشي توأم با سايش شکسته ميشوند ]10،32،33[.
ساختار زمينه توسط آلياژي کردن صحيح قطعه با توجه به اندازه آن کنترل مي‌شود. چدن نايهارد درحالت ريخته شده فاقد گرافيت بوده و داراي ساختاري شامل کاربيدهاي يوتکتيکي با زمينهاي که آستنيت در آن غالب است، مي ‌باشد. در صورتيکه عناصر آلياژي به مقدار کافي موجود نباشند، ممکن است به جاي آستنيت مقاديري پرليت نرمتر يا گرافيت به وجود آيد. به منظور ايجاد حداکثر سختي و مقاومت به سايش چدن نايهارد، عمليات حرارتي انجام ميشود تا زمينهاي با ساختار مارتنزيت فاقد آستنيت باقيمانده ايجاد شود. بهترين ترکيب شيميايي چدن نايهارد به ابعاد قطعه ريختگي و خواص مورد نظر بستگي داشته و معمولاً در دامنه زير قرار دارد:
* کربن 3/3-6/2 درصد
* سيليسم 2-5/1 درصد
* منگنز 8/0-6/0 درصد
* کروم 9-8 درصد
* نيکل 5/5-8/4 درصد
* موليبدن 1-5/0 درصد
با در نظر گرفتن اين مطلب که %Si + 0/3 % Cr از 1/4 بزرگتر است، مطمئناً توسط اين ترکيب به جاي کاربيدهاي لدبوريتي، کاربيدهاي ناپيوسته تشکيل مي‌شوند ]9،10،12،33،34[.
علاوه بر کاربيدها آنچه خواص مکانيکي چدن نايهارد را تحت تاثير قرار ميدهد، مابقي ساختار ميباشد. جهت حصول مقاومت سايش بهتر است زمينه مارتنزيتي به دست بيايد، منتهي محدوديتهايي نظير عدم اطلاع دقيق از نحوه خروج حرارت از قطعه و تاثير تغيير ضخامت و ترکيب شيميايي و … باعث عدم توفيق ريختهگران در به دست آوردن زمينه مارتنزيتي شده است. مشکل اين است که در هنگام سرد کردن ممکن است تبديل آستنيت به پرليت صورت گرفته و حضور پرليت در جوار کاربيد به شدت از مقاومت سايشي قطعه ميکاهد. کروم به تنهايي براي جلوگيري از اين تحول کافي نميباشد لذا از عناصر آلياژي موليبدن، مس و نيکل جهت کاهش سرعت بحراني سرد شدن مي‌توان استفاده نمود ]4،10،34،35[.
مساله ديگر اين است که به دليل حلاليت زياد کربن در آستنيت امکان باقي ماندن مقداري آستنيت باقي مانده تا درجه حرارت محيط وجود دارد. در مورد آستنيت باقيمانده دو نظر وجود دارد: در حاليکه صرفاً مقاومت سايشي مطرح است و ضربه وجود ندارد آستنيت باقيمانده نامطلوب تلقي مي‌شود زيرا سختي مجموعه کمتر ميشود و در مواردي که سايش توام با ضربه شديد وجود دارد، کار سختي در لايه تماس صورت گرفته در حالي که ميان قطعه داراي انعطاف بيشتري است. در چنين صورت وجود مقداري آستنيت باقي مانده مجاز خواهد بود که مقدار آن بايد زير 5 درصد درچدن نايهارد باشد ]10،12،32[.
2-7- ذوب و ريخته گري
در حالت ريختگي چدن نايهارد 4 داراي ريزساختاري با کاربيدهاي يوتکتيک M7C3 تيغهاي يا ميلهاي شکل و زمينهاي عاري از پرليت است. ساختار کاربيد مطلوب، نتيجه ترکيب عناصر کروم، نيکل و سيليسيم با کربن يوتکتيک يا هيپويوتکتيک بوده و اين يعني کنترل ترکيب شيميايي براي قطعات ريختگي بسيار مهم ميباشد. اين عناصر علاوه بر تاثير روي نوع کاربيد، روي ساختار و خواص نهايي چدن نايهارد هم موثر هستند ]2،5،36[. در مورد اثرات عناصر آلياژي در قالب ترکيب شيميايي پيشتر توضيح داده شد.
چدن نايهارد 4 ممکن است در کورههاي الکتريکي، دوار و يا بوتهاي توليد شوند. اما فقط کورههاي الکتريکي قادر به ارائه ترکيب صحيحي از کنترل دما و ترکيب شيميايي ميباشد. مواد شارژي شامل برگشتيهاي نايهارد 4، 1 و 2، قراضه فولاد و حتي چدن با مقادير فسفر و گوگرد کم ميتواند باشد. حتي قراضه فولاد زنگ نزن هم ميتواند به جاي آلياژهاي فرو و يا نيکل فلزي استفاده شود. ذوب تا حد امکان بايد سريع انجام شود تا از تشکيل پوسته اکسيدي روي سطح مذاب جلوگيري شود، دماي بارريزي بايد با توجه به نوع و شکل قطعه ريختگي پايين باشد تا ساختار کاربيد با دانهبندي مناسب بوجود آيد، دمايي که براي چدن نايهارد توصيه مي شود ?C 1450ميباشد ]2،5،36،37[.
همه سيستمهاي قالبگيري که براي چدنهاي نشکن و خاکستري و نيز فولادها استفاده ميشوند، براي ساخت قالب و بوتههاي چدن نايهارد 4 قابل کاربرد ميباشند. تغيير فازي که در حين عمليات حرارتي منجر به افزايش تغيير حجم شده، بايد در قالبگيري بصورت انقباض مجاز در نظر گرفته شود. در حاليکه مبردها در چدنهاي نايهارد 1 و 2 جهت ايجاد انجماد جهتدار ميتوانند استفاده شوند، قطعات chill يا قالبهاي دائم براي چدن نايهارد 4 مناسب نيستند زيرا اصلاح دانه سبب بهبود خواص و مقاومت سايشي نمي‌شود ]5،37[.
2-8- انجماد چدن نايهارد
چدن نايهارد از طريق واکنش يوتکتيک (L??+M7C3) منجمد ميشود. با توجه به نمودار فازي (Fe-C-Cr) و نيز نمودار شکل (2-23) رفتار انجمادي چدن نايهارد را ميتوان تشريح کرد. چهار فاز فريت (?)، آستنيت (?)، M3C و M7C3 در نمودار مشاهده ميشود. در چدن هيپو يوتکتيک، دندريتهاي آستنيتهاي اوليه به محض سرد شدن و انجماد پيوسته، منجر به تشکيل بيشتر و بيشتر آستنيت پرويوتکتيک شده و ترکيب مذاب باقيمانده به ناحيه واکنش يوتکتيک رسيده و بصورت مخلوط يوتکتيکي از آستنيت و M7C3 تشکيل ميشود ]5،9،34،35[.

شكل (2-23) نمودار فازي دو تايي چدن نايهارد 4 ]2[

همانطور که بيان شد تفاوت اساسي چدنهاي نايهارد 1 و 2 با 4 در نوع کاربيد تشکيل شده است. بخاطر تفاوت ساختاري موجود در کاربيدها، کاربيد M7C3 از کاربيد M3C سختتر ميباشد. در چدنهاي هيپو و هايپر اولين فازي که تشکيل خواهد شد، به ترتيب آستنيت و کاربيد M7C3 ميباشد. با توجه به نمودار سه فازي، واکنش يوتکتيک تحت تاثير مقادير کربن و کروم قرار دارد، لذا اين واکنش در دماي ثابت اتفاق نيفتاده، و در دماهاي بالاتري که مقدار کروم افزايش يافته، روي ميدهد ]5،34[.
اکثريت چدنهاي مقاوم به سايش در سطح مذاب آستنيت منجمد شده لذا همه اين آلياژها از نوع هيپو مي‌باشند. چدنهاي نايهارد هيپو در حين انجماد، عناصر کربن و کروم را پس زده و به محض رشد دندريتهاي آستنيت، مذاب باقيمانده از کربن و کروم غني شده و به صورت مورب به منطقه يوتکتيک هدايت ميشود. در اينجا کلونيهاي يوتکتيک تشکيل شده و دما کاهش مييابد. دليل پس زدن عناصر کروم و کربن توسط دندريتهاي آستنيت در حين انجماد، ارتباطات دروني پيچيده بين اتمهاي جانشيني کروم و بين نشيني کربن در ساختار کريستالي FCC دندريت آستنيت است. بطور ساده با افزايش مقدار کروم، مقدار کربن دندريت آستنيت کاهش مييابد ]2،5،10،34[.
مبحث مهم در انجماد ، سياليت ميباشد. عوامل زيادي بر روي سياليت تاثيرگذارند که از جمله ميتوان به ترکيب شيميايي، فوق ذوب، تميزي ذوب و نيز فرايند قالبگيري ماسه اشاره کرد. فوق ذوبهاي کم، منجر به رشد دانههاي ستوني در سطح و انتقال به دانههاي هم محور نزديک مرکز قطعه ميشود. در فوق ذوبهاي بالاتر هم براي چدن هيپو و هم چدن هايپر، ريزساختاري حاصل ميشود که توسط دانههاي ستوني احاطه شدند. علاوه بر اين، ترکيب شيمايي هم روي رشد دانههاي ستوني يا هممحور تاثير گذار است .چون براي تشکيل کاربيد M7C3 مقدار کروم بايد زياد باشد، لذا در مقايسه با سرعت رشد آستنيت، کاربيدها به آهستگي رشد ميکنند. سرعت انجماد اثر مستقيمي

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید