تحقیق متالوگرافي، سختي سنجي، ميكروسختي سنجي، تمپر در دماهاي C˚(300-700)، چدن هاي سفيد مقاوم به سايش كروم دار حاوي 8-12 درصد كروم

چكيده :

پديده سايش (Wear) يكي از معضلاتي است كه صنعت از ديرباز با آن مواجه بوده است . برخورد منطقي در جهت رفع اين مشكل ، مرهون بررسي دقيق پديده و عوامل موثر بر آن مي باشد . بدين منظور برخي از مواد مناسبي كه با توجه به مباني متالورژيكي در عمل قابل استفاده مي بانشد مانند (چدنهاي سفيد كرم دار، Ni-hard) مورد بررسي قرار مي دهيم .

– تعريف سايش و عوامل موثر بر آن

سايش عبارت است از تلفات مكانيكي ماده از سطح يك جسم بواسطة تماس آن با سطح يا جسم ديگر عليرغم مكانيكي بودن اين پديده ، گاه با واكنشهاي شيميايي نيز همراه مي شود .

– فاكتورهاي كليدي موثر برسايش عبارتند از :

1) متغيرهاي متالورژيكي نظير سختي ، چقرمگي ( tough ness) ساختار ميكروسكوپي و تركيب شيميايي

2) متغيرهايي نظير مواد در حال تماس ( نظير ساينده ها و مشخصات آنها ) نوع و روش بارگذاري (Loading) ،سرعت ، دما ، زمان ، خشونت سطحي ، روانكاري ( Lubrication) و خوردگي .

در اينجا ما دو نوع ا زمواد مقاوم به سايش را مورد بررسي قرار مي دهيم كه عبارتند از چدنهاي سفيد پركرم و چدنهاي سفيد Ni-hard كه ابتدا چكيده اي از اين دو نوع چدن سفيد را در پايين مي آوريم .

در اينجا دو نوع چدن سفيد پركرم و Ni-hard را مورد بررسي قرار ميدهيم .

1- چدنهاي سفيد Ni-hard

Ni-hard چدن سفيد آلياژي نيكل – كرم داري است كه مقاومت قابل ملاحظه اي در مقابل سايش دارد . بيش از 50 سال است كه اين آلياژ وارد صنعت شده و موارد مصرف ، منحصر به فردي در صنايعي چون شكل دادن فلزات ، استخراج معدن ، نيروگاهها ، سيمان ، سراميك ، رنگ، حفاري ، زغال سنگ و كك ، ريخته گري و ديگر صنايع پيدا كرده است اين آلياژ (كه قيمت نسبي آن پايين است ) را مي توان به جاي چدن سفيد معمولي در مواردي كه به مقاومت در مقابل سايش مورد نياز است و نيز به جاي فولاد 12 درصد منگنز در مواردي كه به مقاومت در مقابل آلياژ، غلطك هاي نورد ، زره آسياب ها ، رينگ هاي بولدوزر ، كلاهك غلطك (‌ Noll-heads)اجزاء پمپهايي كه در گل و لاي كار مي كنند لوله و زانوها و خرد كننده ها مي باشد .

در حاليكه Ni-hard نام مناسبي براي قطعات ريختگي اين كلاس آلياژي است ، و در حقيقت در پاره اي از كشورهاي صنعتي جهان اين نام بعنوان يك نام تجاري به ثبت رسيده است ، اما قطعاتي با تركيب شيميايي Ni-hard بوسيله توليد كننده هايي كه در اين زمينه تجربياتي دارند تحت عناوين تجارتي خودشان از قبيل NI CROMAX , DIAMAX , BF954, ELVERITE, DIAMITE نيز توليد مي شوند .

2- چدنهاي سفيد پركرم

چدنهاي سفيد پركرم از جمله پرمصرفترين آلياژها در ساخت قطعات مقاوم به سايش هستند اين آلياژها اغلب با روش ريخته گري توليد مي شوند و عمليات حرراتي عمدتاً باعث بهبود مقاومت سايشي انها مي گردد ، ليكن گزارشاتي در ارتباط با قابليت «‌كارسختي پذيري » آستنيت در حين سايش وجوددارد .

چدنهاي سفيد پركرم يكي از مهمترين آلياژهاي مقاوم به سايش در صنعت مي باشند و كاربرد وسيعي در ساخت گلوله وزره آسياها و قطعات مقاوم به سايش دارند بكار گيري اين آلياژها رد صنعت اغلب بدليل نتايج مطلوب خصوصاً در مورد گلوله هاي آسيا به علت نرخ سايش پايين تر آنها نسبت به ساير آلياژهاي مقاوم به سايش بوده است .

ما در اينجا اين دو نوع از چدن سفيد ( پركرم و Ni-hard) را از جهات مختلفي مانند (‌ساختار ميكروسكوپي ، پروسه توليد ، عمليات حرارتي ، ملاحظات متالورژيكي وغيره و…) مورد بررسي قرار داديم .

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.

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                     صفحه

چكيده

فصل اول :چدنهاي كروم دار

مقدمه …………………………………………………………………………………………………….. 1

چدنهاي كرم دار ……………………………………………………………………………………….. 1

اثر ساختار ميكروسكوپي …………………………………………………………………………… 3

انتخاب زمينه ……………………………………………………………………………………………. 4

ذوب و ريخته گري چدن پركرم ………………………………………………………………….. 7

ريختن فلز مذاب ………………………………………………………………………………………. 9

تنش هاي ناخواسته (‌پسماند ) در قطعات……………………………………………………… 10

ترك ناشي از سنگ زني ……………………………………………………………………………… 11

ملاحظات متالورژيكي ……………………………………………………………………………….. 11

سختي پذيري …………………………………………………………………………………………… 15

انتخاب تركيبات ……………………………………………………………………………………….. 15

مقادير كربن و كرم ……………………………………………………………………………………. 16

عناصر آلياژي …………………………………………………………………………………………… 21

خواص فيزيكي و مكانيكي آلياژهاي پركرم……………………………………………………… 21

كاربرد چدنهاي پركرم…………………………………………………………………………………. 22

گلوله هاي آسيابها وبدنه ها ………………………………………………………………………… 24

خوردگي و سايش با تنش پايين …………………………………………………………………… 26

كاربرد در پمپهاي ضد سايش ……………………………………………………………………… 26

دلايل ناموفق بودن ……………………………………………………………………………………. 28

كم بودن مقاومت سائيدگي …………………………………………………………………………. 28

شكست ترد……………………………………………………………………………………………… 29

عمليات حرارتي چدنهاي پركرم …………………………………………………………………… 30

سرعت گرم كردن …………………………………………………………………………………….. 31

روش آستنيته كردن ……………………………………………………………………………………. 32

سرعت سرد كردن …………………………………………………………………………………….. 33

برگشت يا تمپر…………………………………………………………………………………………. 35

آستنيته باقيمانده ………………………………………………………………………………………… 35

دماي كوئينچ ……………………………………………………………………………………………. 36

سخت كردن با كمك تصرمات حرارتي زير  دماهاي بحراني …………………………….. 37

فصل دوم : چدنهاي نيكل دار (Ni-Hard)

چدنهاي نيكل سخت ……………………………………………………………………………….. 40

چدن سفيد مارتنزيتي …………………………………………………………………………………. 40

استحكام كششي ……………………………………………………………………………………….. 41

مقاومت در برابر ضربه ……………………………………………………………………………….. 41

مسائل طراحي ………………………………………………………………………………………….. 42

تركيب شيميايي ………………………………………………………………………………………… 44

– كربن …………………………………………………………………………………………….. 44

-سيليسيم …………………………………………………………………………………………. 45

-منگنز …………………………………………………………………………………………….. 46

-گوگرد …………………………………………………………………………………………… 46

-فسفر………………………………………………………………………………………………. 46

-نيكل ……………………………………………………………………………………………… 47

-كرم ……………………………………………………………………………………………….. 47

-عناصر ديگر ……………………………………………………………………………………. 48

ساختمان ميكروسكوپي ……………………………………………………………………………… 48

– ساختمان ميكروسكوپي سطح قطعه ريختگي ………………………………………… 52

ذوب در انواع كوره ها

-ذوب در كوره كوپل………………………………………………………………………….. 54

-ذوب در كوره هاي برقي …………………………………………………………………… 57

– ذوب در كوره بوته اي ……………………………………………………………………… 58

– ذوب در كوره هاي شعله اي …………………………………………………………….. 58

-ذوب به روش دوپلكس …………………………………………………………………….. 59

قراضه هاي نيكل – سخت ………………………………………………………………………… 59

ريخته گري چدنهاي نيكل – سخت …………………………………………………………….. 59

انقباض…………………………………………………………………………………………………….. 60

ماهيچه سازي …………………………………………………………………………………………. 60

كاربرد مبرد……………………………………………………………………………………………… 60

جلوگيري از پيچيدگي قطعات مبرد ………………………………………………………………. 62

قرار دادن قسمتهاي قابل تراش در قطعات قبل از ريختن …………………………………. 62

ريختن مذاب  و تغذيه قطعه ريختگي ………………………………………………………….. 64

عمليات تميز كاري ……………………………………………………………………………………. 65

كنترل ……………………………………………………………………………………………………… 66

تعيين سختي …………………………………………………………………………………………….. 67

آناليز شيميايي …………………………………………………………………………………………… 70

مطالعات ميكروسكوپي ………………………………………………………………………………. 71

چدن هاي سفيد مارتنزيتي  ( Ni-Hard)عمليات حرارتي ………………………………… 72

Ni- Hard يوتكتيك…………………………………………………………………………………. 76

جوشكاري……………………………………………………………………………………………….. 76

عمليات تكميلي و نهايي …………………………………………………………………………….. 78

قسمتهاي قابل تراش ………………………………………………………………………………….. 78

عمليات سنگ زني ……………………………………………………………………………………. 79

ماشينكاري ………………………………………………………………………………………………. 80

ماشينكاري بدنة پمپهاي گريز از مركز …………………………………………………………… 81

ماشينكاري ميله ……………………………………………………………………………………….. 81

صفحات مقاوم در مقابل سايش …………………………………………………………………… 81

تعيين سختي …………………………………………………………………………………………….. 82

فصل سوم :‌شرح آزمايش

عنوان آزمايش ………………………………………………………………………………………….. 84

شرح آزمايش …………………………………………………………………………………………… 84

نتايج به دست آمده از آزمايش …………………………………………………………………….. 91

منابع ………………………………………………………………………………………………………. 93