مقدمه

در حقیقت پیدایش چدن گرافیت فشرده شاید بطور اتفاقی در جهت ایجاد گرافیتهای کروی حاصل شده باشد . در وا قع هنگام تولید چدن نشکن در مواردی که مقدار منیزیم کم بوده این ساختار گرافیت پدید آمده و محققین با این ساختار گرافیت مواجه شدند و کم کم به فکر بازرسی بیشتر این ساختار رو یافتن خواص آن افتادند تا اینکه امروزه چدن گرافیت فشرده بصورت یک چدن خاص صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. تولید صنعتی چدن گرافیت فشرده از حدود سال 1965 صورت گرفته است .

چدن گرافیت فشرده                               

چدن گرافیت فشرده و یا ""Compacted Graphite Cast Iron محدوده ای از چدنها هستند که


از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی بین چدنهای خاکستری و داکتیل قرار دارند و چدن گرافیت فشرده به دلیل دارا بودن ترکیبی از استحکام، هدایت حرارتی بالا و قابلیت ریخته گری مناسب مورد توجه ریخته گران قرار گرفته است. کارآیی CGI در اکثر موارد کاربردی مورد تایید قرار گرفته است منظور از چدن گرافیت فشرده این است که چدن عاری از گرافیت ورقه ای و دارای20% گرافیت کروی و 80% گرافیت فشرده باشد.

ترکیب شیمیایی

تهیه مذاب برای ساختن قطعات با گرافیت فشرده به کمک فروسیلیکو منیزیم انجام می گیرد. حضور عناصر خاکی نادر در کنار آلیاژ فروسیلیکو منیزیم باعث ایجاد خواص مکانیکی بهتر می شود.

مشخصات و خواص چدن گرافیت فشرده در دامنه وسیعی از کربن معادل هیپویوتکتیک یعنی 3.7% تا هیپریوتکتیک یعنی 4.7%،با میزان کربن4-3.1%  و میزان سیلیسیم 3-1.7% تعریف شده است.

با مقدار کربن معادل ثابت، مقدار سیلیسیم بالاتر، تعداد گرافیت های کروی را افزایش می دهد.

کربن معادل بهینه بایستی بر مبنای ضخامت قطعه انتخاب شود.برای ایجاد چدن گرافیت فشرده از دو نوع آلیاژ استفاده می شود: آلیاژ فروسیلیکو منیزیم که با عناصر خاکی نادر مثل سریم و لانتانیم همراه است و آلیاژ سریم میش متال.

ترکیب شیمیایی چدن گرافیت فشرده

برای یک ضخامت معین ،کربن معادل بالاتر ایجاد گرافیت شناور و کربن معادل پائین تر تمایل به تبریدی شدن را افزایش می دهد. برای ضخامت های 40-10 میلی متر، ترکیبات یوتکتیکی (3.4=CE) توصیه می شود تا خواص مطلوبی در قطعه بدست آید. مقدار منگنز می توانید 0.6-0.1 درصد باشد. فسفر باید پائین تر از 0.06 درصد باشد چون میزان بالاتر از آن باعث کاهش چقرمگی می شود. مذاب چدن گرافیت فشرده را می توان با میزان گوگرد 0.12-0.7 درصد تولید کرد ولی به منظور مصرف کمتر آلیاژ بهسازی، حدود 0.01-0.025 درصد گوگرد توصیه می شود.

ریز ساختار چدن گرافیت فشرده (CGI):

گرافیتها در چدن گرافیت فشرده (CGI)به صورت کرمی شکل (Worm-Shape ) دیده می شوند این ذرات مانند گرافیتهای ورقه ای در جهات تصادفی آرایش یافته اند با این تفاوت که نسبت به آن کوتاهتر و ضخیم تر و گوشه های آن گرد می باشد.

برای تبدیل زمینه ساختار از فریت به پرلیت از عناصر آلیاژی مثل مس،قلع و مولیبدن استفاده می شود.

برای پرلیت سازی اصولا میزان 0.5% مس،0.3%قلع،1-0.5% مولیبدن اضافه می شود. چدن گرافیت فشرده تمایل زیادی به فریتی بودن دارد و عناصر پرلیت زا باید طوری تنظیم شوند تا تبدیل فریت به پرلیت کامل گردد.

حضور گرافیت های کروی در ریز ساختارهای چدن گرافیت فشرده CGI اجتناب ناپذیر می باشد. با افزایش میزان گرافیت کروی، استحکام و سختی افزایش ولی قابلیت ریخته گری، ماشینکاری و هدایت حرارتی کاهش می یابد. فاز زمینه چدن گرافیت فشرده بر حسب نوع مصارف آن و خواص مورد نظر قطعه می تواند کاملا پرلیتی، فریتی و یا مخلوطی از هر دو باشد.

خواص چدن گرافیت فشرده:

از آنجایی که شکل گرافیت یک عامل تعیین کننده در خواص چدن ها است چدن گرافیت فشرده را می توان در موقیعت ما بین چدن خاکستری با گرافیت ورقه ای و چدن نشکن با گرافیت کروی بشمار آورد.

چدن گرافیت فشرده در مقایسه با چدن خاکستری دارای انعطاف پذیری و استحکام بالاتری می باشد و این در حالی است که نسبت به چدن نشکن انقباض حاصل از انجماد کمتری داشته و تغذیه های محدودتری نیاز دارد که در نتیجه راندمان ریخته گری  آن بالاتر خواهد بود.

سرعت انجماد که تاثیر قابل توجهی  در محصول نهایی به جا می گذارد. از یک طرف به ضخامت قطعه واز طرفی دیگر به فاصله زمانی بین تلقیح منیزیم و ریختن ذوب بستگی دارد،

خواص کشش چدن گرافیت فشرده:

در صورتیکه ساختارهای زمینه در هر سه نوع چدن خاکستری ، نشکن و چدن گرافیت فشرده یکسان باشد ، استحکام کششی چدن گرافیت فشرده دارای حد متوسطی بین دو نوع دیگر ( خاکستری و نشکن ) خواهد بود . استحکام کششی وتنش های تسلیم چدن گرافیت فشرده کمی پائین تر از چدن نشکن بوده و بطور کلی خوب است . بر خلاف چدن گرافیت ورقه ای ، استحکام پست ترین نوع چدن گرافیت فشرده تقریبا کمی بیشتر از استحکام مرغوبترین نوع چدن گرافیت ورقه ای می باشد . استحکام چدن گرافیت فشرده با افزایش ضخامت کاهش می یابد . مقدار مدول الاستیسیته چدن گرافیت فشرده نیز بیشتر از چدن گرافیت ورقه ای و کمتر از چدن نشکن است .

چدن کروی < مدول الاستیسیته چدن گرافیت فشرده < چدن ورقه ای

هدایت حرارتی چدن گرافیت فشرده:

هدایت حرارتی گرافیت در چدنها ، نسبت به زمینه فلزی بیشتر است بنابراین شکل ، مقدار ، اندازه و پراکندگی گرافیت های موجود در چدن ، نقش تعیین کننده در کنترل هدایت حرارتی چدنها دارد . گرافیت های درشت و نزدیک به هم در چدن گرافیت ورقه ای ، هدایت حرارتی بالایی را ایجاد می نماید . در چدن نشکن که گرافیت کروی و منفصل دارند ، هدایت حرارتی کمتر است . در چدن گرافیت فشرده ،علیرغم ایتکه گرافیتها منفصل می باشند ، هدایت حرارتی تقریبا شبیه چدن گرافیت ورقه ای می باشد .

 در چدن گرافیت فشرده ، نظیر سایر چدنها ، هدایت حرارتی با زمینه فریتی بیشتر از هدایت حرارتی با زمینه پرلیتی است  هدایت حرارتی چدن گرافیت فشرده با افزایش درصد گرافیت کروی شدیدا افت پیدا میکند.

جذب ارتعاش چدن گرافیت فشرده:

مقدار قابلیت جذب ارتعاش چدن گرافیت فشرده کمی بیشتر از چدن نشکن و کمتر از چدن گرافیت ورقه ای می باشد

مقدار کربن معادل و ساختار زمینه روی خواص جذب ارتعاش تاثیر مهمی ندارد ، اما افزایش ضخامت قطعه ریختگی که منجر به درشت شدن گرافیت می شود باعث افزایش قابلیت جذب ارتعاش چدن گرافیت فشرده می گردد .

قابلیت رشد و پوسته شدن چدن گرافیت فشرده:

هدایت حرارتی خوب و استحکام کششی بالای چدن گرافیت فشرده ،کاربرد آنها را برای کار در درجه حرارتهای بالا مناسب می سازد که به همین خاطر مقاومت در برابر رشد و پوسته شدن آنها از اهمیت زیادی برخوردار است .

ذوب چدن گرافیت فشرده:

برای تهیه مذاب چدن گرافیت فشرده از کوره های القایی،قوسی و کوپل استفاده می شود.

اگر ساختار کاملا فریتی مورد نظر باشد باید از شمش با خواص بالا استفاده شود. اگر وجود مقداری پرلیت مشکل نداشته باشد،مواد شارژی می تواند قراضه باشد.برای بهسازی با آلیاژ فروسیلیس منیزیم یا سریم میش متال می توان  از روش ساندویچی یا افزودن منیزیم در راهگاه  استفاده کرد.

درجه حرارت مذاب در هنگام بهسازی چدن گرافیت فشرده 1480-1450 درجه می باشد بعد از بهسازی،جوانه زایی انجام می گیرد.

درجه حرارت در زمان جوانه زایی چدن گرافیت فشرده نبایستی کمتر از 1400 درجه باشد.وجود تیتانیم در آلیاژ بهسازی ،اثر زیادی روی خاصیت جوانه زایی دارد. 

کاربرد قطعات چدن گرافیت فشرده:

امروزه چدن گرافیت فشرده به عنوان یک محصول جدید در میان انواع چدنهای شناخته شده است و برای ساخت قالبهای چدنی و قالب شمش ریزی در صنعت فولاد ، سرسیلندرهای موتورهای دیزلی و نیز محافظ احتراق توربین بسیار مناسب می باشد کاربرد قطعات چدنی گرافیت فشرده در قطعات با ضخامت بالاتر از 75mm  اهمیت زیادی دارد. چون در چدن گرافیت ورقه ای، استحکام بستگی به اندازه و شکل گرافیت دارد ، دسترسی به استحکام لازم در قطعات ضخیم با گرافیت ورقه ای بسیار مشکل می باشد . لذا استفاده از چدن گرافیت فشرده در این موارد، دسترسی به استحکام مورد نظر را میسر می سازد .

 


نوشته شده در تاريخ ۱۳۸۸/۸/۱٥ توسط رضا علیزاده-سید محمد درودی
.: Weblog Themes By Blog Skin :.

اسلایدر