دانلود مقاله در مورد چدن خاکستری استنیتی(نایرزیست) در pdf

توضیحات

  مقاله در مورد چدن خاکستری استنیتی(نایرزیست) در pdf دارای 27 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله در مورد چدن خاکستری استنیتی(نایرزیست) در pdf  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله در مورد چدن خاکستری استنیتی(نایرزیست) در pdf،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله در مورد چدن خاکستری استنیتی(نایرزیست) در pdf :

1– چدنهای پر آلیاژ
1-1- مقدمه
گروه مهمی از چدنهای آلیاژی كه با چدنهای ریختگی معمولی تفاوت دارند، به نام چدنهای پرآلیاژ یا چدنهای مخصوص شناخته می‌شوند.
چدن‌های پر آلیاژ را جداگانه بررسی می‌كنیم زیرا مقدار عنصرهای آلیاژی در آنها از 3 درصد بیشتر است و نمی توان آنها را در پاتیل با افزودن عنصرهای آلیاژی به چدنهای با تركیب شیمیایی

استاندارد تولید كرد. چدنهای پر آلیاژ معمولا در ریخته گریهایی تولید می‌شوند كه به تجهیزات لازم برای تولید این گونه تركیبها مجهزند. این چدن‌ها را معمولا در كوره‌های قوس الكتریكی یا القایی ذوب می‌كنند . در این كوره‌ها می‌توان تركیب شیمیایی و دما را به دقت كنترل كرد. چدنهای پر آلیاژ گران قیمت ترند و در شرایط دشوار كاربردی از چدن‌های معمولی بهتر كار می‌كنند. می‌توان ریخته گریهایی را كه این گونه چدن‌ها را تولید می‌كنند به كوره‌های عملیات گرمایی و تجهیزات آبدادن با سرمایش مجهز كرد تا از عنصرهای آلیاژی به اقتصادیترین شیوه استفاده شود.

چدن‌های آلیاژی را معمولا برای كاربرد اقتصادی و رضایت بخش در شرایط خاص انتخاب می‌كنند. عنصرهای آلیاژی گوناگون و مشخصه‌های آنها را در سه نوع وضعیت كاری بررسی می‌شود:
كار در محیط خورنده
الف- چدن‌های نیكل دار ب – چدن‌های پرسیلیسیم
كار در دمای بالا
الف- چدن نیكل دار ب- چدن‌های پر سیلیسیم ج – چدن آلومینیم دار د- چدن سفید پرکرم

كار در محیطهای ساینده و فرساینده الف- چدن‌های سفید نیكل – كروم دار (نای هارد) ب- چدن‌های سفید پر كروم مولیبدن ج- چدن سفید كروم دار
تركیب شیمیایی بسیاری از این چدن‌های مخصوص در مشخصات فنی استاندارد گنجانیده شده است اما بعضی از آنها تركیب شیمیایی اختصاصی دارند. برای دستیابی به سودمندترین خواص بعضی از این چدن‌ها را عملیات گرمایی می‌كنند.

2-چدن خاكستری آستنیتی نای ر زیست
از زمانی كه اولین نوع چدن آستنیتی تهیه گردید یعنی از حدود پنجاه سال پیش تا كنون انواع زیادی از این چدن با خواص مطلوب تولید شده است. در حال حاضر انواع مختلفی از این نوع چدن‌ها با 36-14% نیكل و همچنین مقادیر متغیری از عناصر دیگر نظیر سیلیسیم، منگنز، مس كرم و مولیبدن وجود دارد.
گروهی معروف از چدن‌های پرآلیاژ با نام تجاری نای رزیست شناخته می‌شوند و از مدتها پیش به منظور مقاومت در برابر خوردگی تولید شده اند. مقاومت عالی این چدن‌های پركاربرد در برابر خوردگی مدیون وجود 5/13 تا 36 درصد نیكل و 8/1تا 6 درصد كرم و در یك نوع 5/5 تا 5/7 درصد مس در آنهاست. از چدن‌های نای رزیست برای حل مسائل خوردگی مربوط به تلمبه كردن حمل و پالایش نفت چاههای ترش اب شور، بعضی اسیدها و قلیاها استفاده می‌شود. اغلب چدن‌های نای رزیست را می‌توان به صورت چدن خاكستری یا داكتیل تولید كرد. چدن‌های نای رزیست در مشخصات فنی ASTM جداول 1 و 2 گنجانیده شده اند.

در برابر اكسایش در دمای زیاد و نیز در محیطهای خورنده مقاوم اند. وجود نیكل زیاد باعث تشكیل پولكهای گرافیت در حین انجماد حتی در حضور كروم زیاد ( تا 6 درصد در چدن نوع 2b) می‌شود. زیاد بودن مقدار نیكل از تبدیل زمینه آستنیتی نیز جلوگیری می‌كند. خواص مكانیكی و فیزیكی چدن‌های خاكستری نای رزیست كه در جدولهای 3 و 4 ارائه شده است حاكی از ریز ساختار گرافیت پولكی در زمینه آستنیتی است. به طور كلی استحكام كششی در گسترده 170 تا 240 مگان پاسكال خواهد بود، و اگر چه چدن‌های خاكستری نای رزیست پر آلیاژند، نباید تصور كرد كه پراستحكام نیز هستند. معمولا چدن‌های نای رزیست عملیات گرمایی نمی شوند اما در بعضی

كاربردها و هنگامی كه قطعات ریختگی باید در دمای زیاد كار كنند آنها را باید از لحاظ ابعادی پایدار كرد. این گونه عملیات گرمایی ساختار زمینه آستنیتی را تغییر نخواهد داد.
فازآستنیت در چدن‌ها كاملا مانند فولادها نمی تواند در درجه حرارت معمولی حفظ شود مگر اینكه نقطه Ms با افزایش عناصر مناسب به اندازه مناسبی پایین رود.
برای این منظور عناصر منگنز نیكل مس یا تركیب كروم + نیكل كه استنیت را پایدار می‌كند به كار می‌برند. بعلت مقدار زیاد كربن در چدن اگر بخواهیم از گذار كربن به حالت تركیبی با ناپدید شدن گرافیت و سرانجام به دست آمدن چدن سفید اجتناب شود نباید عناصر منگنز و كروم كه كربورهای كمپلكس می‌دهند بیش از اندازه لازم افزوده شوند. بنابر این نمی توان یك چدن خاكستری بر طبق فرمول مخصوص فولاد تهیه نمود.
برای اینكه چدن خاكستری استنیتی همراه با كربورهای آزاد یا بدون آنرا به دست آوریم با در نظر گرفتن اینكه افزایش مسی نباید از حد حلالیت فراتر رود، و اینكه افزایش منگنز و كروم نباید ایجاد مقدار زیادر كربور بنماید، اساسا از عنصر نیكل استفاده می‌گردد.

دامنه موارد استعمال چدن‌های خاكستری استنیتی فقط بعضی از كاربردهای ویژه را در بر می‌گیرد انواع نای رزیست زمانی كه مقاومت در برابر خوردگی مورد تقاضاست، مناسب می‌باشد. انواع غیر مغناطیسی در قطعات موتورها و ماشینهایی كه قابلیت نفوذ مغناطیسی آنها باید حداقل باشد به كار می‌روند نوع minvar دارای ضریب انبساط فوق العاده كوچكی است و نوع أهزقخسهمشم در درجات حرارتی بالا مورد استعمال دارد.

چدن‌های آستنیتی بدلیل مقاومت در برابر خوردگی وابستگی شدیدی به تركیب دارند بنابر این رعایت حدود تغییرات عناصر در محدوده‌های تعیین شده بسیار مهم است. از آنجائیكه سیلیسیم از تشكیل كاربیدها جلوگیری نموده و باعث رسوب گرافیت می‌شود لذا بایستی با در نظر گرفتن محدوده مجاز استاندارد مقدار آنرا به بالاترین حد ممكن رساند. نوع كاربید تاثیر مهمی بر خواص ریخته گری دارد تشكیل كاربید بیانگر این نكته است كه در هنگام انجماد گرافیت كمتری رس

وب نموده است و در این صورت میزان انبساط چدن در قالب كمتر می‌باشد.
بعلاوه كاربیدهای یوتكتیك كرم در مراحل انتهای انجماد نمی توانند بخوبی تغذیه شوند در نتیجه باعث ایجاد خلل و فرخ و همچنین بروز انقباضهای بین دندریتی در قطعه می‌شوند بنابر این از نظر انقباض ناشی از انجماد بهتر است كه میزان كاربیدها حداقل باشد. در بیشتر چدن‌های آوستینتی كرم وجود دارد كه تشكیل كاربیدهای كرم را می‌دهد. به هر حال كرم مقاومت در برابر خوردگی و اكسید شدن را افزایش می‌دهد و در بعضی موارد برای ایجاد مقاومت سایشی زیاد بیش از 3% كرم به آلیاژ اضافه می‌شود. چدن‌های آوستنیتی نظیر چدن‌های خاكستری غیر آلیاژی نسبت به ضخامت حساس هستند بدین معنی كه مقاطع نازكتر نسبت به مقاطع ضخیمتر دارای كاربیدهای بیشتری هستند. همچنین مقدار كاربید با افزایش كربن معادل كاهش می‌یابد.

كربن معادل باید به نحوی انتخاب شود كه از قابلیت ریخته گری تشكیل تخلخل درونی استحكام و ساختمان گرافیت مطلوبترین شرایط بدست آید، چدن آوستنیتی قادر به تولید ساختمانهای گرافیتی كامل نظیر آنچه كه در چدن‌های غیر آلیاژی دیده می‌شوند نیستند. كربن معادل طبق فرمول زیر قابل محاسبه است:

‍CE=C%+0.33% Si+0.047% Ni – 0-0055% Ni*Si%
مشخصه مشترك چدن‌های استنیتی مختلف مقاومت ضعیف آنها در برابر كشش است. این مقاومت وقتی كه گرافیت ورقه ای باشد 13 تا 25 كیلوگرم بر میلیمتر مربع و وقتی كه گرافیت كروی باشد 32 تا 45 كیلوگرم بر میلیمتر مربع است. این امر ناشی از آنست كه زمینه بسیار نرم می‌باشد. اما با وجود این این زمینه بسیار قابل كشش بوده و این چدن‌ها افزایش طولی قابل اندازه گیری ای را در آزمایش كشش نشان می‌دهند حتی با گرافیت ورقه ای افزایش طول مربوطه می‌تواند به 2 تا 3 درصد برسد زمانی كه گرافیت كروی باشد این اعداد به مقدار زیادی بالاتر

هستند. حتی اگر خواص مكانیكی این چدن‌ها همیشه از اهمیت قابل ملاحظه ای برخوردار باشد، انتخاب این چدن‌ها اساسا بعلت خواص كاربردی بسیار ویژه شان توجیه می‌گردد.
انواع نای رزیست مقاومت خوبی در برابر خوردگی بوسیله اسیدها یا بوسیله نمكهای معدنی یا آلی، نشان می‌دهند. مقاومت آنها در بسیاری از حالات به طور غیر قابل مقایسه ای بهتر از مقاومت یك چدن معمولی با یك چدن كم آلیاژ است.
انواع نی رزیست كه دارای مس هستند به استثنای حالت خوردگی توسط بازها و در حالتی كه باید با تمام قوا از آلوده شدن محصولات مورد عمل بوسیله مس اجتناب شود ترجیح داده می‌شوند. در كنار اینها باید متذكر شد كه انواع دارای مقدار كربن كم خواص مكانیكی بهتری داشته و علاوه بر این نوع 4 در برابر اكسید شدن در درجات حرارت بالا مقاومت بهتری دارد.
غالب چدن‌های استنیتی اصولا بعلت حضور كربورها، مغناطیس ضعیفی هستند،‌قابلیت نفوذ مغناطیسی آنها بین 1/1 تا 4/1 واقع شده است در حالی كه چدن خاكستری معمولی كه شدیدا مغناطیسی است قابلیت نفوذی نزدیك به 200 گوس بر ارستد دارد.
برای چدن‌های واقعا غیر مغناطیسی مانند انواع نوماگ و 556 برعكس قابلیت نفوذی پایینتر از 05/1 و گاهی اوقات پایینتر از 03/1 مورد مطالبه است.
یك چنین مقدار پایینی فقط می‌تواند در غیاب كربورها مثلا به كمك تلقیح گرافیتی كننده به دست آید.
می دانیم كه آستنیت ضریب انبساط حرارتی اش بزرگتر از فریت است، در مقابل در جه سانتیگراد بین صفر و 200 درچه سانتی گراد بر عكس، آستنیت انوار غنی از نیكل ضریب انبساط حرارتی فوق العاده ضعیفی دارد. بین صفر و 200 درجه سانتی گراد) نای رزیست معمولی (نوع 1)‌ ضریب انبساط حرارتی حدود درجه سانتی گراد دارد، این ضریب به تدریج كه مقدار نیكل افزایش می‌یابد كاهش می‌پذیرد و در چدنی نی‌وار به حداقل خود یعنی بین صفر و 200 درجه سانتی گراد

می‌رسد. از این خاصیت زمانی كه پایداری ابعاد باید فوق العاده دقیق باشند استفاده می‌شود مثلا برای بعضی از قطعات ماشین‌های ابزار دقیق و غیره.
چدنNicrosilal دارای خواص مكانیكی تقریبا رضایت بخش حتی در درجات حرارت بالا می‌باشد، این چدن در مقابل اكسید شدن تا حدود 900 درجه سانتی گراد نیز نسبتا خوب مقاومت می‌كمند. با وجود این مقاومت در برابر اكسید شدن Nicrosilal در درجات حرارت بالا كمتر از مقاومت آلیاژ‌های غنی از كروم ( 12 تا 35 درصد) كه گاهی با فولادها و گاهی با چدن‌ها طبقه بندی می‌شوند

می‌باشد.
ساختار چدن‌های آستنیتی تشریح بسیار ساده ای دارند. این چدن‌ها از یك زمینه آستنیتی همراه با گرافیت به صورت ورقه ای یا كروی و همراه با كربورهای اتكتیك تشكیل شده است.
جدول 1_انواع چدن استنیتی
3- تاثیر عناصر آلیاژی
1-3-كربن
مقدار كربن معمولا حدود 3-4/2% می‌باشد. باید توجه داشت مقدار كربن با افزایش نیكل كاهش می‌یابد. تقریبا 20 % كربن به ازای هر 02% نیكل. در چدن‌های كم كربن آستنیتی، مقدار كربن آزاد كمی كمتر از چدن‌های غیر آلیاژی است.
2-3-مس
مس نسبت به نیكل ارزان است و بهمین خاطر می‌توان مقداری از آن را جانشین نیكل نمود. ولی اگر قرار باشد قطعه در مجاورت محلولهای قلیایی و مواد غذایی باشد استفاده از آن مناسب نمی باشد.
3-3-كروم
در چدن‌های آستنیتی وجود كرم باعث افزایش سختی و افزایش مقاومت در برابر پوسته شدن حرارتی و نیز افزایش استحكام می‌شود. در این نوع چدن‌ها كرم بصورت كاربید وجود دارد. اگر مقدار كرم كم حدود 1% باشد می‌تواند بصورت محلول در ساختار چدن وجود داشته باشد كه این مسئله باعث پایدار شدن آستنیت می‌گردد. در چدن آستنیتی كرم دار بعلت بالا بودن مقاومت در برابر سایش ماشینكاری مشكل و هزینه آن زیاد خواهد بود.
4-3-منگنز

منگنز در حدود 5/1 – 5/0 % در چدن‌های آستنیتی وجود دارد. البته گاهی نیز بخاطر بالا بردن مقاومت در مقابل ضربه در درجه حرارتهای پایین ممكن است میزان آن به حدود 7% نیز برسد.
5-3-سیلیسیم
بعلت اینكه ساختمان زمینه آستنیتی می‌باشد سیلیسیم در آن اثر چندانی ندارد و بیشتر برای رسوب ورقه‌های گرافیتها استفاده و بطور معمول مقدار آن بین 5/2 تا 2/1% می‌باشد ( نسبت به ضخامت قطعه)، با افزایش میزان سیلیسیم به حدود 5/5 تا 5/4% و كاهش كربن به مقدار 2/2 -6/1 مقاومت درجه حرارت بالا خزش و مقاومت در برابر اكسید شدن افزایش می‌یابد. حضور بیشتر از 5/5% سیلیسیم، خطر تشكیل فاز ترد سیلیكوفریت را در قطعات بوجود می‌آورد.
6-3-فسفر
فسفر باعث ترد و شكننده شدن قطعات می‌شود. لذا در تمامی چدن‌های آستنیتی عنصری مضر می‌باشد و مقدار آن به حداكثر 08/0% محدود می‌گردد.
7-3-سایر عناصر
سایر عناصر بمقدار جزیی وجود دارند كه در میان آنها می‌توان از سرب آرسنیك و آنتیموان و بیسموت به عنوان عناصر مضر نام برد.
4-كنترل دقیق متغیرها
تحقیق و تجربه نشان داده است كه تغییرات جزئی در تركیب درجه حرارت و سایر پارامترهای متغیر تاثیر زیادی در ساختار زمینه و میزان تخلخل دارد. بنابر این هنگام تولید قطعات از چدن‌های آستنیتی بایستی كنترل دقیقی روی متغیرها اعمال شود. درجه حرارت بهینه در حدود 80 درجه بالای درجه حرارت لیكوئیدوس می‌باشد. مثلا در مورد چدنی كه حاوی 20% نیكل و 8/3% كربن معادل می‌باشد درجه حرارت مناسب حدود 1350 درجه خواهد بود.

1-4-اهمیت كربن معادل

انتخاب كربن معادل باید به گونه ای باشد كه مطلوبت ترین شرایط از نظر قابلیت ریخته گری، تشكیل تخلخل درونی، استحكام و ساختار گرافیت بدست آید. مثلا در مورد قطعاتی كه نیاز به تغذیه گذاری دارند استفاده از چدن‌هایی كه تركیب آنها باعث بوجود آمدن كمترین درجه حرارت انجماد و بیشترین حد سیالیت مذاب می‌شوند بسیار مفید است. بنابر این به ریخته گرانی كه چدن آستنیتی تولید می‌كنند توصیه می‌شود كه از چدن‌هایی استفاده نمایند كه كربن معادل آنها بالاترین مقدار ممكن را دارد. مشروط بر اینكه كربن معادل مقاطع ضخیمتر از رابطه زیر پیروی نمایند.

‍ CE=C%+0.2% Si+0.06% Ni <4.4%
-2-4-مسائل مربوط به تركیب شیمیایی
تركیب شیمیایی چدن های آستنیتی تاثیر زیادی روی مقاومت در برابر خوردگی و حرارت و خواص دیگر آنها دارد. بنابر این بایستی محدوده تعیین شده عناصر آلیاژی را دقیقا حفظ نمود. تا كنون بررسیهای زیادی در مورد دو عنصر كربن و سیلیسیم بخصوص تاثیر آنها بر روی كربن معادل صورت گرفته است. سیلیسیم عنصری است كه باعث رسوب گرافیت می شود، بنابر این با توجه به محدوده مجاز، بهتر است از بالاترین حد سیلیسیم استفاده نمود تا به این ترتیب از تشكیل كاربید جلوگیری شود. ذكر این نكته ضروری است كه هر نوع كاربید،‌تاثیر به سزایی بر روی خواص قطعه ریختگی دارد. برای مثال تشكیل كاربید نشان می دهد كه در هنگام انجماد گرافیت كمتری رسوب كرده و نتیجتا میزان انبساط چدن در قالب كمتر است. در ضمن كاربیدهای یوتكتیكی كرم در مراحل نهایی انجامد بخوبی تجزیه نمی شوند در نتیجه باعث به وجود آمدن خلل و فرج و نیز به وجود آمدن انقباض های بین دندریتی در قطعه می شود. در نتیجه از نظر انقباض ناشی از انجماد بهتر است كه میزان كاربیدها حداقل باشد.
در بعضی از چدن های آستنیتی چه با گرافیت ورقه ای و چه با گرافیت كروی، معمولا كرم وجود دارد كه تشكیل كاربیدهای كرم را تشدید می نماید. كرم می تواند تا میزان 5/0 % در آستنیت حل شود. باید توجه داشت كه با تشكیل كاربید كرم پایدار، تنش تسلیم افزایش یافته و سختی زیاد می گردد وجود بیش از 1% كرم در قطعات با ضخامت متوسط باعث كاهش سریع ازدیاد طول نسبی و مقاومت در مقابل ضربه خواهد شد با این حال كرم باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی و اكسید شدن می گردد. در جائی كه مقاومت به سایش زیادی مد نظر باشد ممكن است بیش از 3% كرم به آلیاژ اضافه شود. بعنوان مثال 20% حجم چدن نشكن آستنیتی (S-Ni-Si-Cr) 30-5-5 راكاربید تشكیل می دهد كه به همین علت مقاومت در برابر خوردگی و سایش این چدن بسیار بالا است و از آن برای ساخت پمپهایی كه مایعات شیمیایی شن و ذرات جامد دیگر را انتقال می دهند استفاده می گردد.
چدن های آستنیتی نظیر چدن های خاكستری و چدن های غیر آلیاژی با گرافیت كروی، نسبت به ضخامت حساس هستند، بدین معنی كه مقاطع نازكتر نسبت به مقاطع ضخیم تر دارای كاربید بیشتری هستند، همچنین مقدار كاربید با افزایش كربن معادل كاهش می یابد.

5-خواص
مجموعه از خواص چدن آستنیتی كه در مقایسه با فلزات ریختگی دیگر بی نظیر می‌باشد شامل موارد زیر می‌باشد:
1- مقاومت در برابر خوردگی
2- خواص خوب انبساطی ( حداقل تغییر ابعاد در اثر تغییر درجه حرارت)
3- مقاومت در برابر حرارت و اكسیداسیون
4- بهبود خواص در درجه حرارتهای پائین ( دمای تبدیل شكست نرم به ترد پائین)
5- استحكام و چقرمگی

6- بهبود مقاومت سایشی
7- قابلیت ماشین كاری بالا و مناسب
8- خاصیت غیر مغناطیسی مفید

برای دریافت اینجا کلیک کنید