فصل اول :

چدنهاي كرم دار 

مقدمه:

چدنهاي كرم دار

در تجهيزاتي كه عمليات سايش انجام مي گيرد آلياژهاي آهني با بيشترين كربن بهترين مقاومت سايشي را دارند. ولي بخاطر تنشهاي متعددي كه هنگام كار به وجود مي آيد بايد ماده به كار رفته چقرمگي كافي براي جلوگيري از بروز عيوب گوناگون را داشته باشد. فولادهاي غير آلياژي يا كم آلياژ با كربني حدود 4/0% در حالتي كه ساختارشان مارتنزيتي است چقرمگي پائيني دارند. چدنهاي سفيد غير آلياژي كه اغلب كاربيد موجود در انها سمنيتت است سالها به علت مقاومتي كه در مقابل سايش دارند مورد استفاده قرار گرفته اند. با اين حال در موارد متعددي استفاده از انها رضايت بخش نبوده است. ضعف اين چدنها در ساختارشان است. فاز كاربيد يك شبكه پيوسته اي را در اطراف دانه هاي آستنيت تشكيل داده و موجب تردي و ترك خوردن مي گردد. افزايش يك عنصر آلياژي كه كربن را به صورت كاربيدي غير از سمنتيت با سختي بيشتر و خواص مطلوب تر در آورده و نيز مقدار كربن زمينه را كاهش دهد، موجب بهبود همزمان چقرمگي و مقاومت سايشي مي شود. عنصري كه معمولاً مورد استفاده قرار مي گيرد كرم است، و كاربيد آن بيشتر به صورت M7C3 مي باشد. در خردكننده ها قطعاتي كه تحت سايش هستند بايد نه تنها در مقابل سايش بلكه در مقابل تنشهاي ديناميكي هم كه مي تواند منجر به شكستهاي ناگهاني شود مقاومت كنند. قطعاتي كه در معرض تنشهاي سنگين هستند مشكل بزرگي را به وجود مي آورند و آن اينكه قطعه بايد دو خاصيت متناقض را در كنار هم داشته باشد كه عبارت است از مقاومت سايشي و چقرمگي.

مقاومت در مقابل شكست ناگهاني در اين قطعات خاصييت پيچيده اي است كه نه تنها به چقرمگي بلكه به شكل هندسي قطعه و نحوه توزيع تنشهاي داخلي بستگي دارد. چقرمگي وابسته به پارامترهاي متعدد مكانيكي، فيزيكي و متالورژيكي است. كربن مهمترين عاملي است كه روي مقاومت سايشي و چقرمگي آلياژهاي آهني به طور همزمان ولي در خلاف جهت هم اثر مي گذارد. با افزايش مقدار كربن تأثير آن روي مقاومت سايشي بيشتر مي شود. انتخاب تركيب شيميائي و عمليات حرارتي براي كسي كه درصدد يافتن راهي براي بهينه كردن مقاومت سايشي و چقرمگي باشد از بيشترين اهميت برخوردار است. جهت بدست آوردن سختي پذيري كافي است براي ضخامت مشخص مقدار عنصر آلياژي مناسب انتخاب شود. ساختار ميكروسكوپي اين گروه از چدنهاي سفيد شامل كاربيدهاي آهن – كرم يوتكتيك ناپيوسته (Cr, Fe)7 C3 و كاربيدهاي ثانويه غني از كرم در زمينه اي از آستنيت يا محصولات استحاله آن مي باشد. به كمك عمليات حرارتي مي توان زمينه آستنيتي، مارتنزيتي، بينيتي و يا پرليتي بدست آورد. مقاومت سايشي بهينه و بهترين تركيب مقاومت سايشي – استحكام – چقرمگي در چدنهائي كه زمينه مارتنزيتي دارند مي آيد. نامهاي معروف چدنهاي سفيد آلياژي تجارتي عبارتند از: چدنهاي نيكل هارد CR (IV, II, I)12، CR15، CR20، CR25.

 

اثر ساختار ميكروسكوپي

بيشترين مقاومت سايشي اين چدنها نتيجه مستقيم ساختار ميكروسكوپي آنهاست. اغلب فرايندهاي سايشي را مي توان يك عمل برشي يا فراشي تعريف نمود. نظير عمليات ماشينكاري كه يك ذره ساينده به سطح فلز فرورفته و خطوط سايش و تغيير شكل ايجاد كرده و ذراتي را از سطح جدا مي كند. براده هائي كه از محل سايش بدست آمده اند حاوي ذرات بسيار ريزي هستند كه از قلم تراش در حين عمليات ماشينكاري جدا شده اند. براي عملي شدن مكانيزم سايش كاملاً ضروري است كه وسيله ساينده از فلز سخت تر باشد. اگر اين وسيله نرمتر باشد فرآيند بيشتر به خوردگي و اكسيداسيون شبيه خواهد باشد. اگر اين وسيله نرمتر باشد فرآيند بيشتر به خوردگي و اكسيداسيون شبيه خواهد بود و فقط سايش ناچيزي انجام مي گيرد. جدول 1 سختي ميانگين تعدادي از مينرالها، كاربيدها و آلياژهاي پر آهن با تركيبات مختلف زمينه را نشان مي دهد. اين مقايسه مشخص مي كند كه كوارتز كه مهمترين تركيب در اغلب مينرالهاي ساينده مي باشد از آلياژهاي آهن با هر نوع ساختاري كه زمينه آنها داشته باشد سخت تر است به همين جهت مي تواند به راحتي آنها را بسايد. كاربيد آهن (سمنيتت) كه بيشترين كاربيد در چدنهاي سفيد كم آلياژ مي باشد از كوارتز نرمتر است و كاربيد كرم كه بيشترين كاربيد در چدنهاي پر كرم است از كوارتز سخت تر است و به همين جهت در مقابل سايش مقاومت مي كند. كاربيدهاي زيادي هستند كه از كاربيد كرم هم سخت تر مي باشند ولي متأسفانه بسيار گران هستند و اين مسئله موجب محدود شدن كاربرد آنها شده است. در چدن سفيد كاربيدها چيزي كمتر از 50- 40 درصد از كل حجم قطعه را نشان مي دهند بقيه زمينه است و چون اين زمينه از كوارتز نرمتر است سائيده مي شود بنابراين ممكن است كاربيدها كنده شده و از زمينه خارج شوند و فقط از قسمتي از مقاومت سايشي آنها به طور كامل استفاده گردد.