در مرز دندريت ها تشکيل شده، لذا رشد دندريت‌هاي آستنيت توسط کاربيدهاي نيوبيم ‌محدود مي‌گردد ]24،2،23[.

شكل (2-12) تشکيل کاربيد نيوبيم ‌در چدن‌هاي نايهارد ]24[
همانطور که اشاره شد افزودن نيوبيم ‌بر ميزان کاربيدها تاثيري نداشته و مقدار کاربيدها تا حدودي ثابت خواهند ماند و اين بدان معني است که با افزايش نيوبيم ‌از ميزان کاربيدهاي نوع M7C3 کاسته خواهد شد و کاربيدهاي NbC جايگزين آن ها خواهد شد ]24[.
سختي کاربيد نيوبيم ‌HV2400 بوده که نسبت به سختي کاربيدهاي نوع M7C3بسيار زيادتر است، لذا خود عاملي خواهد بود تا سختي چدنهاي سفيد با افزودن نيوبيم ‌افزايش يابد. همچنين نيوبيم ‌باعث افزايش سختي زمينه يا آستنيت مي‌شود. نتايج آزمايش‌هاي سايش نشان مي‌دهد که ميزان سايش در نمونه ها با افزايش نيوبيم ‌کاهش مي يابد که مي توان کاهش ميزان سايش را با افزودن Nb ، با افزايش کاربيد نيوبيم ‌و جايگزين شدن آن بجاي کاربيدهاي يوتکتيکي M7C3 و همچنين توزيع غير پيوسته شبکه کاربيدي، توجيه کرد ]23،24[.
2-5-7- واناديم
واناديم ‌از عناصر کاربيدزاي قوي مي‌باشد. اضافه شدن کروم به زمينه به طور موثر مانع از پرليتي شدن زمينه شده و پيدايش زمينه آستنيتي را ترغيب مي ‌نمايد. واناديم ‌ميتواند جايگزين کروم در کاربيد شده و کروم را وارد زمينه کند. واناديم ‌باعث ايجاد کاربيد واناديم ‌با سختيHV2800 در مقايسه با کاربيد يوتکتيک ) HV1200-1800) در چدن پرکروم مي شود . شکل کروي VC باعث جلوگيري از رشد ترک در زمينه شده که اين باعث افزايش چقرمگي ميشود. زماني که درصد واناديم ‌از 4 درصد بيشتر شود، رسوبات ثانويه کاربيدVC در آستنيت مشاهده ميشود ]18،25[.
تاثير افزودن واناديم ‌بر مقاومت سايشي درشکل (2-13) نشان داده شده است که با افزايش درصد واناديم ‌مقاومت سايشي بهبود پيدا ميکند. اين به دليل افزايش درصد کاربيد نوعMC در ساختاربوده که باعث بهبود رفتار زمينه در برابر ذرات ساينده ميشود اگر چه با افزايش واناديم ‌درصد آستنيت باقيمانده افزايش مي‌يابد، اما سهم بهبود مقاومت سايشي به صورت زياد تابع مقدار کاربيد نوع MC بوده و اين موضوع ثابت مي کند که شاخص سختي براي مقاومت سايشي کافي نيست ]15،18،26[.

شكل (2-13) تغييرات مقاومت سايشي نسبت به درصد واناديم ‌[15،18]

2-5-8- منگنز
منگنز جزء پايدار کنندههاي آستنيت بوده که هم در زمينه و هم در کاربيد ميتواند حل شده و باعث کاهش سختي و افزايش آستنيت باقيمانده ‌شود. حل شدن منگنز در کاربيد سختي آنرا افزايش مي‌دهد. در اين مورد گزارش داده شده است که کاربيد M3C بوجود نيامده، از اين رو کاهش سختي کاربيد، ارتباطي با تغيير نوع کاربيد ندارد و ميتوان انتظار داشت که با ورود منگنز به کاربيد M7C3 ، سختي آن کاهش مييابد. با کاهش سختي فاز زمينه همراه با فاز کاربيد، مقاومت سايشي قطعه هم کاهش خواهد يافت ]2،27،28[.
2-5-9- مس
مس معمولاً به عنوان عنصري که سختي ‌پذيري را افزايش ميدهد، باعث افزايش سختي و افزايش آستنيت باقيمانده شده و مقاومت به خوردگي را کاهش ميدهد. براي قطعات ضخيم، مس معمولاً براي جلوگيري از تشکيل پرليت به کار ميرود. مس همچنين دماي Ms را پايين ميآورد ]2،10[.
2-5-10- سيليسيم
سيليسيم در چدنها تاثير دوگانه دارد. درصد زياد سيليسيم ‌بيشترين تاثير را بر شکل پرليت گذاشته که مي‌تواند براي مقاومت سايشي مضر باشد. درصد پايين سيليسيم ‌باعث افزايش کاربيد و در نتيجه افزايش مقاومت سايشي ميشود. سيليسيم ‌دماي MS را در استحاله تبديل آستنيت به مارتنزيت در طول سرد کردن افزايش داده و باعث ميشود تا ساختار مارتنزيت که بهترين مقاومت سايشي را دارد، به دست آيد. در چدنهايي با 3-9 درصد کروم، مقدار سيليسيم ‌مورد نياز 7/1 درصد است. اضافه کردن سيليسيم ‌بيش از 2 درصد باعث رسوب گرافيت به خصوص در محدوده کروم با درصد پايين و کربن زياد، ميشود. بنابراين سيليسيم ‌براي رسيدن به نتيجه مطلوب در خواص مکانيکي چدن هاي نايهارد، در محدوده 2-8/1 درصد توصيه شده است ]2،5[.
جين جو و همکاران مقدار 5/1 درصد سيليسيم ‌را براي چدن نايهارد 4 مقدار بهينهاي بيان کرد ]20[.
در شکل هاي (2-14) و (2-15) تاثير اضافه کردن سيليسيم بر مقاومت سايشي و سختي نشان داده شده است.

شكل (2-14) اثر افزودن سيليسيم ‌بر مقاومت سايشي (a) سخت کردن در دماي ?C820 (b) سخت کردن در ?C850]20[

شكل (2-15) اثر افزودن سيليسيم ‌ بر سختي(a) سخت کردن در دماي ?C820 (b) سخت کردن در?C850]20[
با توجه شکلهاي نشان داده شده، درصد مفيد سيليسيم ‌براي چدن نايهارد4، مقدار 5/1 درصد ميباشد ]20[.
2-5-11- بور
بور درصد کاربيد را افزايش داده و باعث گل برگي شدن کاربيد به جاي سوزني و ميلهاي مي شود و اندازه کاربيد را کوچک ميکند. از آنجايي که بور باعث افزايش سرعت استحاله و افزايش هستهگذاري و سرعت رشد کاربيد ميشود، ساختار مارتنزيت را در حالت ريختهگري افزايش ميدهد. با افزودن بور مقاومت سايشي چدن نايهارد4 افزايش پيدا ميکند. تاثير بور از عنصر موليبدن و ‌بر مقاومت سايش بيشتر ميباشد ]17،20[.
2-5-12- گوگرد
چنانچه گوگرد توسط منگنز خنثي شده باشد موجب پايداري کاربيد شده ولي در مواردي که مقاومت به شوک مهم باشد گوگرد متناسب با مواد خام مصرفي و نحوه عمليات ذوب تا حد امکان پايين نگه داشته ميشود. گوگرد همچنين موجب کاهش مقاومت به سايش چدن نايهارد ميشود ]2،5[.
2-5-13- فسفر
چنانچه مقدار فسفر از 2/0 تجاوز کند موجب تردي ماده شده لذا بايد تا حد امکان پايين نگه داشته شود. در واقع اين عنصر به همراه گوگرد براي چقرمگي چدن نايهارد مضر ميباشد ]2،5[.
2-5-14- نتيجه گيري
به طور کلي در مورد ترکيب شيميايي ميتوان گفت:
1- انتخاب ترکيب شيميايي براي گرفتن حداکثر سختي توام با درصد کنترل شده‌اي از آستنيت باقيمانده براي حفظ چقرمگي و قابليت کار سختيپذيري بعدي صورت ميگيرد.
2- تعيين مقدار کمي تاثير عناصر روي پارامترهاي فوق دقيقاً مشخص نيست و بهترين روش براي نيل به بهترين شرايط کيفي، ريختن آلياژ و اصلاح ترکيب آن تا گرفتن شرايط ايده ‌آل مي‌باشد.
3- درصد کربن، کنترل کننده مقدار کاربيدهاست و ميتواند در حدودي که ساختمان اوليه مورد نظر را از ميزان وجود کاربيد تامين نمايد، تغيير کند.
4- عناصر پايدار کننده آستنيت سختيپذيري را افزايش داده و روي سختي يا تاثيري ندارند يا اثر کمي ميگذارند اما MS را به مقدار قابل توجهي کاهش ميدهند.
5- افزايش ميزان کروم سختيپذيري را بالا برده و دماي MS را کاهش داده اما بر روي سختي ‌تاثير منفي دارد زيرا مقدار کربن زمينه را کاهش مي‌دهد.
6- موليبدن تنها عنصري است که سختي و سختي‌پذيري را بالا ميبرد در حالي که تاثير کمي روي درجه حرارت MS دارد.
7- افزودن ترکيبي عناصر آلياژي کاربيد زا باعث بهبود رفتار سايشي چدنهاي نايهارد ميشود.
2-6- ساختار متالورژيکي چدن نايهارد
2-6-1- فازهاي مختلف موجود در چدن نايهارد
بيشترين مقاومت سايشي اين چدنها نتيجهي مستقيم ساختار ميکروسکوپي آنها است. در واقع خواص مکانيکي و مقاومت سايشي اين چدن به نوع، مورفولوژي، سختي، توزيع و مقدار حجمي کاربيدهاي يوتکتيک و رسوب کرده در ريزساختار آنها و نيز ماهيت زمينه بستگي دارد. مقدار زياد کاربيد يوتکتيک در ريزساختار، سختي مورد نياز را براي کاربردهاي مورد نظر فراهم ميکند. همچنين زمينه فلزي که اين کاربيدها را در بر گرفته، با کمک عناصر آلياژي و عمليات حرارتي مناسب يک تعادل بين مقاومت سايش و نيز چقرمگي مورد نياز در مقابل ضربات مکرر را فراهم ميکند. بنابراين شناخت اين پارامترها ميتواند در شناخت بهتر چدن نايهارد براي رسيدن به خواص بهينه نقش ويژهاي را ايفا نمايد ]12،16،29[.
2-6-2- فازهاي کاربيدي در چدن نايهارد
ترکيب شيميايي تمام چدن نايهارد طوري انتخاب ميشود که بيشتر ساختار به صورت کاربيد يوتکتيک و آستنيت جامد شود. مقدار کاربيد يوتکتيکي که تشکيل شده و نيز ساختار زمينه به ترکيب شيميايي چدن بستگي دارد ]9،12،29،30[.
انواع کاربيدهايي که در چدن نايهارد ديده ميشود به صورت M3C ، M7C3 و يا M23C6 بوده که نوع و مورفولوژي کاربيدهاي يوتکتيک علاوه بر ترکيب شيميايي به سرعت انجماد هم بستگي دارد ]10،17،30[.
تفاوت بين ساختار کاربيدي در انواع چدن نايهارد 2 و 4 در اين است که چدن نايهارد نوع 2 داراي ساختار لدبوريتي خاصي است که در آن کاربيد M3C در برابر ريز ساختار پيوسته حضور دارد. اين ساختار کاربيدي علاوه بر اينکه محل مساعدي براي شروع ترک بوده، مسير بهتري براي اشاعه ترک نيز ميباشد. ولي چدن نايهارد نوع 4 داراي ساختار يوتکتيکي است که در آن کاربيدهاي نوع M7C3 به طور ناپيوسته حضور دارند. مزيت اين نوع ساختار کاربيدي اين است که گر چه کاربيد M7C3 به اندازه M3C ترد بوده، ولي ترکهايي که در آن ايجاد مي ‌شوند، قبل از اين که وارد زمينه به مراتب نرمتري شوند، نمي ‌توانند خيلي اشاعه پيدا کنند و به اين دليل چدن نايهارد نوع 4 به وضوح مقاومت شکست بيشتري نسبت به نوع چدن نايهارد2 دارد ]5،10،17[.
کاربيدهاي نوع M7C3 نسبت به کاربيدهاي M3C از سختي بيشتري برخوردارند، ضمن اين که کاربيدهاي نوع M7C3 ساختار ظريفتر را ايجاد نموده که منجر به سختي ‌پذيري بهتر ميشود. کاربيدهاي M3C عموماً داراي شبکه پيوسته بوده که باعث ميشوند در مقايسه با کاربيدهاي M7C3 ضربه‌پذيري و سختي کمتري داشته باشند. تمام عناصر آلياژي موجب افزايش درصد حجمي فاز کاربيد در چدن نايهارد ميشوند، اما تاثير اين عناصر در مقايسه با اثر خود کربن جزئي است ]10،12،16،29[.
* کاربيد يوتکتيک M3C
بطور عمده اين نوع کاربيد در چدن نايهارد 2 و با درصدهاي کروم حدود %5 و نيز مقدار نيکل %5/1 تشکيل ميشود. اين نوع کاربيد داراي ساختار ارتورمبيک و سختي HV (1100-800) بوده و مورفولوژي آن به صورت شبه صفحات بهم پيوسته ميباشد ]5،17،30[.همانطور که اشاره شد اين نوع کاربيد داراي ساختار لدبوريتي خاصي است که به صورت پيوسته بوده و محل مناسبي براي شروع و رشد ترک مي باشد ]17،30[. تصوير اين نوع کاربيد در شکل (2-16) آمده است.

شكل (2-16) ريزساختار ريختگي چدن نايهارد با کاربيد M3C ]17[
* کاربيد يوتکتيک M7C3
اين کاربيد داراي ساختار هگزاگونال بوده که به صورت کريستالهاي ميلهاي منجمد شده و از بهم پيوستن اين ميلهها، ساختارهاي تيغهاي شکل بوجود ميآيد. افزايش مقدار کربن و کروم در چدن نايهارد، کاربيد يوتکتيک از M3C پيوسته به M7C3 ناپيوسته تغيير خواهد کرد. اين کاربيد داراي سختي HV (1400-1800) بوده که باعث بهبود چقرمگي و مقاومت سايشي چدن نايهارد ميشود ]12،16،17،30[.

شكل (2-17) ريزساختار قطعه ريختگي با کاربيد يوتکتيک M7C3 ]17[
اين کاربيدها بصورت کريستالهاي ميلهاي مانند با سطح مقطع هگزاگونال رشد کرده که با افزايش مقدار کروم و نيز سرعت انجماد نرمتر ميشوند. کاربيد M7C3 تنها در يک جهت <0001> رشد کرده و به نظر ميرسد تا شامل غلظت بالايي از عيوب کريستالي باشد. اين عيوب روي صفحات { 10¯10} و {1120} اتفاق افتاده و توسط حذف اتم کربن از واحد شبکه ناشي ميشود ]5،17،30،31[.

شكل (2-18) مورفولوژي تيغهاي کاربيد M7C3 ]17،31[
شکل (2-18) مورفولوژي تيغهاي و شکل (2-19) سطح مقطع هگزاگونالي اين کاربيد را نشان ميدهد ]17،31[.

شكل (2-19) تشکيل کاريبد يوتکتيک M7C3 ]31[
* کاربيد M23C6
به نظر ميرسد تا در دماهاي عمليات حرارتي و آنيل، کاربيدهاي يوتکتيک M7C3 در چدنهايي با %(25-10) کروم، تحت هيچ تغيير ساختاري نبوده ولي در چدنهايي با مقادير بالاتر کروم در حدود %30، يک انتقال از

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید