ه مهم ميباشد اين است که مقادير کم نيکل براي جلوگيري از تشکيل پرليت کافي نبوده و منجر به کاهش سختي و مقاومت به سايش ميشود. اين در حالي است که مقادير زياد نيکل هم باعث تشکيل آستنيت باقيمانده شده و منجر به کاهش سختي ميشود ]15[.
عنصر مهم ديگر، کروم بوده که در فاز کاربيد متمرکز شده و سختي آنرا افزايش ميدهد. کروم اثر گرافيت زايي نيکل را جبران کرده و ريزساختار کاملاً سفيد و بدون گرافيت ميدهد ]2،13[.
2-4-3- چدن نايهارد 4
همانطور که ذکر شد دو گروه عمده چدن نايهارد وجود دارند. چدنهاي با 4درصد نيکل و چدنهاي با 6 درصد نيکل و 9درصد کروم که معمولاً به چدن نايهارد 2 و 4 موسوم ‌اند. نوع 2 چدن نايهارد شامل کاربيدهاي يوتکتيکي M3C لدبوريتي بوده و بنابراين چقرمگي کمتري خواهد داشت و عمدتاً در توليد غلطکهاي فلز کاري مورد استفاده قرار ميگيرد. چقرمگي پايين يک نقطه ضعف براي چدن نايهارد 1 و 2 است. حضور عناصري که منجر به تشکيل کاربيد M7C3 شود، باعث افزايش چقرمگي چدن نايهارد ميشود که به اين نوع از چدن، چدن نايهارد 4 گويند ]2،5،13[.
نايهارد 4 چدن سفيدي با 9% کروم، 6% نيکل و 2% سيليس بوده که ساختاري با کاربيدهاي يوتکتيک (Cr,Fe)7C3 و زمينهي عاري از پرليت در حالت ريختگي و نيز بعد از عمليات حرارتي به صورت غالباً مارتنزيتي حتي در قطعات ريختگي سنگين خواهد بود ]2[.
اين ساختار کاربيدي مطلوب، نتيجه پيوستن مقادير کروم، نيکل و سيليس با کربن يوتکتيک يا هيپو يوتکتيک ميباشد. مقادير کاربيد در چدن نايهارد 4، %(28-20)کمتر از نايهارد 1 يا 2 است [2،17].
ريزساختار عمومي نايهارد 4 در شکل (2-7) آمده است.

شكل (2-7) ريزساختار کاربيد يوتکتيک چدن نايهارد 4 و کاربيد ميلهاي شکل يوتکتيک(تصوير راست) [2،17]
به دليل مقدار پايين کاربيد و مورفولوژي ميلهاي مانند آن، چدن نايهارد 4 مقاومت شکست بالاتري نسبت به نوع 1 و 2 دارد. ساختار زمينه ريختگي شامل مقادير تقريباً مساوي از مارتنزيت و آستنيت ميباشد. با عمليات حرارتي اکثر آستنيت به مارتنزيت و بينيت و کاربيدهاي ثانويهي بيشترتبديل ميشود. مقدار آستنيت باقي مانده %(20-10) است [2،17].
متالورژي و کاربرد چدن نايهارد نوع 4 تقريباً مشابه چدنهاي پرکروم ميباشد. اما با وجود تشابه ميان اين دو چدن، به طور کلي مشخصه‌اي که سبب ارجحيت بارز چدن نايهارد 4 در مقايسه با چدنهاي پرکروم شده، قابليت سختي ‌پذيري عالي آن ميباشد [8،9،10].
محدوديت استفاده از چدن نايهارد مخصوصاً در نوع 2، مربوط به شبکه پيوسته کاربيد است که دانه‌‌هاي آستينت را در خود احاطه کرده و سبب تردي آن مي‌‌گردد. همچنين در مقاطع ضخيم چدن نايهارد را نمي ‌توان توليد نمود زيرا امکان به وجود آمدن گرافيت آزاد و کاهش مقاومت به سايش وجود دارد. همچنين در چدن نايهارد2 سختي فاز کاربيد از کاربيدهاي آلياژي کمتر است. سمانتيت يا کاربيد آهن را مي ‌توان با کاربيدهاي ديگر جايگزين نمود، در نتيجه اين امکان وجود دارد تا چدني توليد نمود که فاز کاربيد آن از سمانتيت سختتر بوده و از نظر ساختاري نيز خواص مکانيکي بهتري را ايجاد نمايد [13،15،18].
2-5- تاثير عناصر آلياژي
2-5-1- کربن
سختي به مقدار زياد توسط مقدار کاربيدهاي موجود، که خود به مقدار کربن بستگي دارد، کنترل ميشود. در کاربردهايي که حداکثر سختي و مقاومت به بارگذاري ضربه‌اي از اهميت ثانويه برخوردار است، بايد از کربن به مقدار 3/3درصد استفاده کرد ولي در جايي که ضربات تکراري اعمال ميشود بايد مقدار کربن در دامنه 6/2 تا 9/2درصد باشد ]2،10،19[.
جهت حصول حجم مناسب از کاربيدهاي M7C3 و ايجاد سختي ‌پذيري لازم در چدن نايهارد، مقدارکربن آن در گريد 1 نوع D 6/3 – 5/2 وگريد 1 نوع C، 7/3 – 5/2 انتخاب مي‌شود. ازدياد کربن باعث ازدياد مقدار کاربيد شده که سختي قطعه را افزايش داده و تردي را نيز زيادتر مي‌‌کند. در مقادير قبل از يوتکتيک ( مقدار کربن يوتکتيک براي 7درصد کروم، حدود 2/3 است) ابتدا آستنيت جدا شده و در تحول يوتکتيک مابقي ذوب به کاربيد M7C3 و آستنيت تبديل ميشود که نهايتاً ساختار داراي کاربيدهاي محصور در زمينه آستنيت خواهد شد. در حوالي کربن يوتکتيک ساختمان يکنواختي از کاربيد M7C3 و آستنيت يوتکتيکي ظاهر ميشود. اما چنانچه مقدار کربن بيشتر از يوتکتيک باشد، از مذاب کاربيدهاي M7C3 جدا خواهد شد که دانههاي يوتکتيکي را احاطه ميکند. چنانچه مقدار کربن خيلي پايين باشد با تشکيل کاربيد کروم، درصد کربن آستنيت ‌ به ميزان قابل توجهي کاهش يافته و لذا در تبديلات بعدي نخواهد توانست سختي ‌پذيري کافي را داشته باشد [18،19].
بنابراين مقدار کربن نايهارد 4 يک ترکيب يوتکتيک يا هيپو يوتکتيک ميدهد . مقدار کربن، مقدار شکست کاربيدهاي يوتکتيک را مشخص ميکند. اين مقدار در %5/2 کربن، نهايتاً %20 و در %5/3 کربن، مقدار شکست کاربيدها تقريباً %28 است. تاثير درصد کربن بر روي سختي بعد از عمليات حرارتي در ‏شكل (2-7) نشان داده شده است. حجم کم کاربيد و شکل ميلهاي کاربيد و غير پيوسته بودن که در ‏شكل (2-7) نشان داده شده، علت مقاومت به شکست بهتر کاربيد نايهارد4 نسبت به نايهارد1و2 است. به طور معمول در چدن نايهارد4، مقدار کربن بين 2/3-9/2 درصد بوده تا مقاومت سايشي و تافنس همزمان تامين شود [2،5].

شكل (2-8) اثر کربن بر سختي و مقاومت به ضربه نايهارد 4 بعد از عمليات حرارتي [2،19].
2-5-2- کروم
کروم سه هدف عمده را در چدن نايهارد 4 فراهم ميکند. مقدار کروم از %(10-8) براي تشکيل کاربيدهاي (Cr,Fe)7C3 به جاي کاربيد (Fe,C)3Cلازم است. همچنين کروم از تشکيل گرافيت به دليل اثر Si جلوگيري کرده و در نهايت سختي پذيري چدن نايهارد را حتي اگر بخش عمده آن در کاربيد متمرکز شده باشد، افزايش ميدهد ]2،5[.
چنانچه درصد کروم پايين باشد (حوالي 3درصد)، تشکيل کاربيدهاي نوع M3C را ترغيب کرده و چنانچه درصد کروم به حوالي 10% برسد کاربيدهاي M7C3 تشکيل مي‌شود. با افزايش درصد آن، نقطه يوتکتيک به سمت چپ متمايل شده و منطقه آستنيت نيز کوچکتر خواهد شد، در نتيجه حد حلاليت کربن در آستنيت نيز کاهش مييابد. همچنين کروم دياگرام TTT را به سمت راست و خط مارتنزيت Ms را هم پايين مي ‌برد. وجود مقادير کروم بيش از حد، طوري که سبب تشکيل کاربيد کروم بسيار نرم ‌تر M23C6 شود، ضرورت ندارد که اين مهم در شکل (2-9) نشان داده شده است [2،5،18].

شكل (2-9) دياگرام فازي آهن- کربن- کروم [18].

کروم بر مرفولوژي و نوع کاربيد اثر ميگذارد. کاربيد کروم در چدن نايهارد4 به صورت M7C3 تشکيل شده که توزيع ريز و غيرپيوسته آن مهم ميباشد. با افزايش کروم مقدار کاربيد کروم افزايش مييابد، گر چه اين افزايش باعث تاثير بر ساختار زمينه هم ميشود. البته همانطور که اشاره شد، مقادير بالاتر کروم منجر به تشکيل کاربيد هاي از نوع M23C6 شده که باعث عدم بهبود مقاومت به سايش ميشوند. تاثير مقدار کروم بر افزايش مقاومت به سايش چدن نايهارد در شکل (2-10) نشان داده شده است ]20[.

شكل (2-10) اثر کروم بر مقاومت سايشي (a) سخت کردن?C820 (b) سخت کردن?C800 [20].
2-5-3- نيکل
در چدنهاي نايهارد، نيکل اولين عنصري است که در توقف تبديل زمينهي آستنيتي به پرليت موثر بوده و باعث ايجاد يک ساختار سخت مارتنزيتي در حين سرد شدن در قالب ميشود. لذا وجود نيکل در بالابردن قابليت سختي ‌پذيري ضروري بوده، از تشکيل پرليت جلوگيري کرده و بعد از عمليات حرارتي نيز سبب ايجاد ساختار مارتنزيتي ميشود ]2،15[.
مقدار مورد نياز نيکل به آهنگ سرد شدن و ضخامت قطعه ريختگي بستگي دارد. براي مقاطع با ضخامت mm 50 مقدار نيکل از 4/4 درصد الي 8/4 درصد بوده، در صورتي که مقدار نيکل در قطعات ضخيم‌تر بين 5 الي 6 درصد قرار دارد. مقدار حداقل نيکل در چدن نايهارد، در حدود 5% بايد نگه داشته شود تا از تشکيل پرليت در حين سرد شدن آهسته در قالب و يا در حين عمليات حرارتي جلوگيري به عمل آيد. البته نيکل بيش از حد ممکن است سبب ايجاد آستنيت باقيمانده بعد از عمليات حرارتي و ورقه ورقه شدن سطح در حين کار شود. بنابراين اگر قابليت سختي پذيري بالاتر مورد نياز باشد، اضافه کردن موليبدن راه حل بهتري نسبت به افزايش بيشتر مقدار نيکل است ]2،15،18[.
2-5-4- موليبدن
موليبدن سختي و سختي ‌پذيري آلياژ را بالا برده ولي تاثير چنداني روي MS ندارد. در چدن‌هاي سفيد موليبدن تا حدود 3 درصد به کار مي‌رود. چنانچه بيش از 4 درصد حضور يابد، کاربيدهاي نوعM4C مشاهده ميشود که اين نوع کاربيدها باعث افزايش سختي شده و مقاومت به سايش را کم مي‌‌کند و در نتيجه باعث افزايش مقاومت به ضربه ‌و خوردگي خواهد شد. موليبدن به ندرت از 3 درصد تجاوز مي‌کند ]20،21[.
موليبدن سبب پايداري مقدار بيشتري از آستنيت تا دماي محيط مي‌‌شود ولي مکانيزم آن با عناصري مانند نيکل و منگنز که باعث افزايش منطقه گاما مي‌شوند، متفاوت است. عناصر اخير MS را نيز به ميزان قابل توجهي کاهش مي‌دهند در حالي که موليبدن تاثير قابل توجهي روي درجه حرارت MS ندارد. موليبدن سرعت رسوب کاربيد ثانويه را از آستنيت تقليل داده و داراي اثر ايجاد تاخير در تشکيل پرليت مي‌‌باشد. وجود مقادير بيشتر موليبدن استفاده از مقادير بيشتر کربن را مجاز ميکند، چون حلاليت موليبدن در M7C3 محدود بوده و اثر آن بر سختي حداقل مي‌‌باشد ]5،20،21[.
2-5-5- تنگستن
اصولاً کاربيدهاي تنگستن در آلياژهايي با مقادير بيشتر از3 درصد تنگستن ايجاد ميشوند. کاربيدهاي تنگستن بدليل جدايش بلند دامنه در حين انجماد و به واسطه يک واکنش يوتکتيک مانند تشکيل ميشوند. در اين استحاله يوتکتيکي مذاب حاوي تنگستن به آستنيت، کاربيد يوتکتيک کروم و کاربيد تنگستن تبديل شده که دو نوع کاربيد ذکر شده بر روي هم رشد مي‌کنند. علت اين پديده آن است که هر دو کاربيد در يک بازه دمايي و زماني مشابه تشکيل شده و نيز هر دو فاز، ساختار کريستالوگرافي مشابهي (هگزاگونال) داشته و شعاع اتمي تنگستن وکروم به هم نزديک مي‌باشد. ظاهراً تشکيل کاربيدهاي يوتکتيک استخوان ماهي شکل تنگستن به واسطه جدايش بلند دامنه تنگستن در حين انجماد رخ داده، که اين کاربيدها بر روي کاربيدهاي يوتکتيک تشکيل ميشوند. ازآنجا که تشکيل اين کاربيدها حاصل واکنش يوتکتيک در سيستم سه تايي آهن-تنگستن-کربن بوده و مستقل از ميزان کروم آلياژ ميباشد، با پيشرفت واکنش يوتکتيک آهن-کروم-کربن و پس زده شدن تنگستن نامحلول در محصولات ، به مرور غلظت تنگستن درمناطق اطراف کاربيدهاي کروم افزايش يافته و سرانجام يوتکتيک Fe7W5C2(M12C6 ) يا همانM2C بر روي کاربيدهاي يوتکتيک تشکيل ميشود. اين نوع کاربيد در شکل (2-11) نشان داده شده است ]22[.

شكل (2-11) کاربيدهاي يوتکتيکي M2C ]17،21[
2-5-6- نيوبيم
افزودن نيوبيم ‌به چدنها باعث شکل‌گيري کاربيد سخت NbC با سختي HV2400 مي شود. نيوبيم ‌باعث تغيير مکان نقطه يوتکتيک به سمت راست مي‌شود. مرفولوژي کاربيد نيوبيم ‌بلوک-قلابي بوده و در محدوده 47/3-17/0 درصد اضافه مي شود. با افزودن نيوبيم ‌تغيير چنداني در ساختارها بوجود نمي‌آيد اما باعث خرد شدن کاربيدهاي کروم و همچنين کوچک شدن دندريتهاي آستنيت خواهد شد. به اين معني که افزودن نيوبيم ‌بر مرفولوژي کاربيدهاي يوتکتيکي کروم تاثير خواهد داشت. لذا ميتوان گفت که با افزايش نيوبيم ‌به اين چدنها، شبکه غيرپيوسته کاربيدي غير پيوستهتر خواهد شد که اين خود يک عامل بسيار مهم در بهبود رفتار سايشي و چقرمگي اين آلياژها ميباشد. علت ريز شدن کاربيدهاي يوتکتيکي را اين طور ميتوان توجيه کرد که چون کاربيدهاي نيوبيم ‌از کاربيدهاي M7C3 تشکيل ميشوند و اغلب کاربيدهايNbC

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید