2-9- عملیات حرارتی38
2-10- عملیات ناپایدارسازی و تبدیل آستنیت در آن41
2-10-1- تشریح فرایند41
2-10-2- تبدیل مارتنزیتی در حین عملیات حرارتی ناپایدارسازی43
2-11- عملیات حراتی تمپر43
2-12- پارامترهای عملیات حرارتی44
2-13- مقاومت به سایش چدن‌های نایهارد47
2-13-1- رابطه بین سختی و مقاومت به سایش48
2-13-2- درصد کربن و ریزساختار48
2-13-3- مورفولوژی، مقدار حجمی و اندازه کاربید یوتکتیک50
2-13-4- دمای تمپر50
2-13-5- اثر آستنیت باقیمانده50
2-13-6- روش‌های آزمون سایش51
2-14- خلاصه تحقیقات انجام شده در خصوص نایهارد 453
2-15- جمع ‌بندی و هدف از تحقیق54
فصل 3- روش تحقیق55
3-1- طراحی آزمایش56
3-1-2- تهیه مدل و قالبگیری57
3-1-3- ذوب و بارریزی58
3-1-4- ترکیب شیمایی چدن نایهارد4 ریخته شده58
3-1-5- عملیات حرارتی ناپایدارسازی59
3-1-6- مطالعات میکروسکوپی برای بررسی ریزساختار59
3-1-7- آنالیز تفرق اشعه X (XRD)60
3-1-8- آزمون سختی60
3-1-9- آزمون سایش61
فصل 4- نتایج و بحث63
4-1- بررسی ریزساختار و سختی چدن نایهارد در حالت ریختگی63
4-2- اثر زمان ناپایدارسازی بر سختی65
4-3- اثر زمان ناپایدارسازی در دماهای مختلف بر ریزساختار68
4-4- اثر دمای ناپایدارسازی در زمان ثابت بر سختی79
4-5- اثر دمای ناپایدارسازی بر ریزساختار در زمان ثابت82
4-6- بررسی ریزساختار با میکروسکپ‌الکترونی روبشی85
4-7- اثر عملیات تمپر بر تغییرات سختی و ریزساختار86
4-8- اثر عملیات ناپایدارسازی بر مقاومت به سایش چدن نایهارد91
نتیجه‌‌گیری97
پیشنهادات برای تحقیقات بیشتر99
مراجع101
پیوست ‌ها107
فهرست شکل ‌ها
عنوان صفحه
شکل (2-1) صفحه لاینر آسیاب ]2[7
شکل (2-2) پمپ لایروبی ساخته شده از چدن نایهارد 4 ]2[8
شکل (2-3) دستگاه ایجاد دمش در معدن الماس]5[9
شکل (2-4) ریزساختار نایهارد 1 در حالت ریختگی ]2[11
شکل (2-5) کاربید یوتکتیک M3C در زمینه ]2[11
شکل (2-6) اثر مارتزیت زمینه بر سختی چدن نایهارد 2]2[12
شکل (2-7) ریزساختار کاربید یوتکتیک چدن نایهارد 4 و کاربید میلهای شکل یوتکتیک(تصویر راست) [2،17]13
شکل (2-8) اثر کربن بر سختی و مقاومت به ضربه نایهارد 4 بعد از عملیات حرارتی [2،19].15
شکل (2-9) دیاگرام فازی آهن- کربن- کروم [18].16
شکل (2-10) اثر کروم بر مقاومت سایشی (a) سخت کردنکC820 (b) سخت کردنکC800 [20].17
شکل (2-11) کاربیدهای یوتکتیکی M2C ]17،21[19
شکل (2-12) تشکیل کاربید نیوبیم ‌در چدن‌های نایهارد ]24[20
شکل (2-13) تغییرات مقاومت سایشی نسبت به درصد وانادیم ‌[15،18]21
شکل (2-14) اثر افزودن سیلیسیم ‌بر مقاومت سایشی (a) سخت کردن در دمای C820 (b) سخت کردن در C850]20[23
شکل (2-15) اثر افزودن سیلیسیم ‌ بر سختی(a) سخت کردن در دمای C820 (b) سخت کردن دردC850]20[23
شکل (2-16) ریزساختار ریختگی چدن نایهارد با کاربید M3C ]17[27
شکل (2-17) ریزساختار قطعه ریختگی با کاربید یوتکتیک M7C3 ]17[28
شکل (2-18) مورفولوژی تیغهای کاربید M7C3 ]17،31[28
شکل (2-19) تشکیل کاریبد یوتکتیک M7C3 ]31[29
شکل (2-20) ساختار دو گانهای از کاربیدها در چدن نایهارد ]5،17[29
شکل (2-21) کاربیدهای ثانویه ایجاد شده در چدن نایهارد ]17[30
شکل (2-22) کاربیدهای ثانویه تشکیل شده در چدن نایهارد ]30[31
شکل (2-23) نمودار فازی دو تایی چدن نایهارد 4 ]2[35

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

شکل (2-24) سطح شکست ریزساختار انجماد چدن سفید هیپو با فوق گداز کم ]36[37
شکل (2-25) سطح شکست ریزساختار انجمادی چدن سفید هیپو با فوق گداز بالا]36[37
شکل (2-26) تاثیر سرعت انجماد بر ریزساختار چدن مقاوم به سایش ]36[37
شکل (2-27) تشکیل کاربید M3C طبق واکنش پریتکتیک ]36[38
شکل (2-28) نمودارپیوسته چدن Ni-hard 4 ]2[41
شکل (2-29) نمودار ایزوترمال چدن Ni-hard 4 ]2[42
شکل (2-30) رابطه درصد آستنیت باقیمانده، قبل و بعد از عملیات حرارتی با درجه حرارت ]39[45
شکل (2-31) تاثیر دمای عملیات حرارتی بر سختی چدن نایهارد ]39[45
شکل (2-32) تصویر میکروسکوپ نوری مربوط به نمونهای که در هوای آرام سرد شده است ]38[46
شکل (2-33) تصویر میکروسکوپ نوری مربوط به نمونه شکل (2-32) که در روغن سرد شده است ]38[46
شکل (2-34) تاثیر دمای تمپر بر روی سختی چدن نایهارد ]38[47
شکل (2-35) تغییرات مقاومت سایش با نسبت سختی ماده به سختی ساینده در چدن سفید ]2،40[48
شکل (2-36) مقاومت سایشی بر حسب مقدار کربن و ریزساختار فولادها و چدنهای سفید ]2[49
شکل (2-37) نمایی از دستگاه پین روی دیسک ]44[52
شکل (2-38) نمایی از دیسک ساینده و نگهدارنده پین ]44[53
شکل (3-1) فلوچارت طراحی آزمایش.56
شکل (3-2) مدل فومی ریخته شده57
شکل (3-3) قالب ریخته شده جهت ذوب ریزی57
شکل (3-4) نمونه پینهای آزمون سایش62
شکل (3-5) سنگ ساینده مورد استفاده در آزمون سایش62
شکل (3-6) نحوه انجام آزمون سایش62
شکل (4-1) ریزساختار نمونه ریختگی چدن نایهارد 463
شکل (4-2) اثر زمان ناپایدارسازی بر ماکروسختی در دماها و زمانهای مختلف66
شکل (4-3) اثر دما و زمان ناپایدارسازی بر میکروسختی نمونههای نایهارد67
شکل (4-4) ریزساختار نمونه ناپایدار شده در دمای C°750 در زمان‌های مختلف 1 تا 6 ساعت.69
شکل (4-5) ریزساختار نمونه ناپایدار شده در دمای C°800 در زمان‌های مختلف 1 تا 6 ساعت.71
شکل (4-6) ریزساختار نمونه ناپایدار شده در دمای C°850 در زمان‌های مختلف 1 تا 6 ساعت.73
شکل (4-7) ریزساختار نمونه ناپایدار شده در دمای C°900 در زمان‌های مختلف 1 تا 6 ساعت.74
شکل (4-8) تاثیر زمان ناپایدارسازی بر مقدار حجمی فازها77
شکل (4-9) اثر زمان ناپایدارسازی بر مقدار آستنیت باقیمانده در دماهای ناپایدارسازی78
شکل (4-10) اثر زمان ناپایدارسازی بر مقدار حجمی فازها79
شکل (4-11) اثر دمای ناپایدارسازی بر سختی در زمان ثابت 5 ساعت80
شکل (4-12) اثر دمای ناپایدارسازی بر سختی در زمان ثابت شش ساعت80
شکل (4-13) اثر دمای ناپایدارسازی بر مقدار حجمی فازهادر زمان 6 ساعت81
شکل (4-14) اثر دمای ناپایدارسازی بر ریزساختار نمونهها در زمان 5 ساعت82
شکل (4-15) اثر دمای ناپایدارسازی بر ریزساختار نمونهها در زمان 6 ساعت83
شکل (4-16) اثر دمای ناپایدارسازی بر مقدار حجمی فازها84
شکل (4-17) ریزساختار مشاهده شده توسط SEM از نمونههای ناپایدار شده86
شکل (4-18) اثر دمای تمپر بر سختی87
شکل (4-19) ریزساختار نمونه‌های تمپر شده بعد از ناپایدارسازی آستنیت در دمای C°75088
شکل (4-20) ریزساختار نمونه‌های تمپر شده بعد از ناپایدارسازی آستنیت در دمای C°80089
شکل (4-21) ریزساختار نمونه‌های تمپر شده بعد از ناپایدارسازی آستنیت در دمای C°85090
شکل (4-22) ریزساختار نمونه‌های تمپر شده بعد از ناپایدارسازی آستنیت در دمای C°90091
شکل (4-23) اثر عملیات ناپایدارسازی بر مقاومت به سایش چدن نایهارد92
شکل (4-24) تصویر SEM گرفته شده از سطح سایش نمونههای نایهارد493

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب(به صورت کاملا تصادفی و به صورت نمونه) با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود-این مطالب صرفا برای دمو می باشد

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

شکل (4-25) اثر سختی معادل بر مقاومت به سایش96
فهرست جدول ‌ها
جدول (2-1) استاندارد اروپایی چدنهای نایهارد ]2[10
جدول (2-2) ترکیب شیمیایی انواع چدنهای نایهارد [2،5]10
جدول (3-1) اطلاعات مربوط به فرایند ذوب58
جدول (3-2) آنالیز ذوب نایهارد 458
جدول (3-3) شرایط انجام عملیات حرارتی59
جدول (4-1) درصد حجمی فازهای تشکیل شده در نمونه ریختگی65
جدول (4-2) اثر دما و زمان ناپایدارسازی بر ماکروسختی نمونهها بر حسب ویکرز66
جدول (4-3) درصد حجمی فازهای تشکیل شده در دمای 750 درجه سانتی‌گراد75
جدول (4-4) درصد حجمی فازهای تشکیل شده در دمای 800 درجه سانتیگراد75
جدول (4-5) درصد حجمی فازهای تشکیل شده در دمای 850 درجه سانتیگراد76
جدول (4-6) درصد حجمی فازهای تشکیل شده در دمای 900 درجه سانتیگراد76
جدول (4-7) اثر دمای تمپر بر سختی نمونهها بر حسب ویکرز87
فصل 1- مقدمه
چدنهای مقاوم به سایش بر مبنای ریزساختار و آلیاژهای آنها به پنج گروه عمده تقسیم میشود که در این میان چدن نایهارد4 چدنی با 6% نیکل، 9% کروم و 2% سیلیسیم با کربن یوتکتیک و ساختاری با کاربیدهای یوتکتیک M7C3 و زمینه عاری از پرلیت در حالت ریختگی و نیز بعد از عملیات حرارتی غالباً بصورت مارتنزیتی میباشد. این آلیاژها از طریق یک واکنش یوتکتیک که منجر به تشکیل آستنیت و کاربید یوتکتیک M7C3 شده، منجمد میشود.
چدن نایهارد4 از قدیمیترین گروه های چدنهای پر آلیاژ در صنعت بوده که بیش از 50 سال قدمت داشته و مواد بسیار مناسبی در آسیابهای سیمان محسوب میشوند. همچنین مصرف این نوع چدنها در تولید قطعاتی نظیر بوش ‌ها، سیلندرها، بوش سیلندرها، کاسه چرخ و … می باشد.
در این چدن، نیکل عنصری است که مانع از تشکیل پرلیت از زمینه آستنیتی شده و باعث تشکیل یک ساختار سخت مارتنزیتی در حین سرد شدن در قالب میشود. کروم هم در تشکیل کاربیدهای یوتکتیک M7C3 و نیز بی اثر کردن اثر گرافیت زایی نیکل مورد استفاده قرار میگیرد.
مقاومت سایشی و خواص مکانیکی چدن نایهارد به نوع، مورفولوژی و توزیع کاربیدهای یوتکتیک و نیز ماهیت ساختار زمینه بستگی دارد. ترکیب شیمیایی، شرایط انجماد و نیز عملیات حرارتی بر این پارامترها تاثیر گذار خواهند بود.
مقاومت سایشی خوب چدنهای نایهارد به دلیل ریزساختار آنهاست که شامل کاربیدهای سخت یوتکتیک توزیع شده در زمینه مارتنزیتی، آستنیتی و رسوب کاربیدهای ثانویه میباشد. در مجموع ساختار زمینه میتواند هم روی مقاومت سایشی و هم مقاومت ضربه تاثیر گذار باشد.
ریزساختار آلیاژ یک نقش اساسی را در رفتار سایشی ایفا میکند. همانطور که بیان شد مقدار حجمی کاربیدها و نیز ساختار زمینه و توانایی آن برای تغییر فرم و کارسختی در حین سایش، بر مقاومت سایشی موثر میباشند. با مطالعات صورت گرفته، مشحص شد که ارتباط بسیار قوی بین پارامترهای ریزساختاری و مقاومت به سایش با شرایط عملیات حرارتی وجود دارد. لذا تعیین پارامترهای عملیات حرارتی برای بهبود مقاومت به سایش و خواص مکانیکی چدن نایهارد موثر میباشد..
ساختار بعد از عملیات حرارتی نقش عمدهای را بر خواص مکانیکی و متالورژیکی ایفا میکند که در نحوه کارکرد چدنهای نایهارد تاثیر به سزایی دارد. این چدن در حالت ریختگی شامل 50% آستنیت باقیمانده بوده و دارای سختی HB (500-400) بوده که با انجام سیکل عملیات حرارتی جهت تشکیل مارتنزیت مقدار سختی به HB (600-550) افزایش مییابد.
عملیات حرارتی این چدنها شامل ناپایدارسازی در دماهای 750 تا 820 درجه سانتی گراد بوده و آنچه در عملیات حرارتی صورت میگیرد رسیدن به ریزساختاری عاری از پرلیت است. این قطعات پس از ناپایدارسازی با سرعت آهستهای سرد میشوند. از پارامترهای مهم در عملیات حرارتی، زمان و دمای ناپایدارسازی میباشد. بهترین دمای ناپایدارسازی برای رسیدن به ماکزیمم سختی برای هر ترکیب شیمیایی متغیر است.
دمای ناپایدارسازی مقدار کربنی که باید در زمینه آستنیتی بصورت محلول باقی بماند را تعیین میکند. دماهای خیلی بالا پایداری آستنیت را افزایش داده لذا مقادیر آستنیت باقیمانده بیشتر، سبب کاهش سختی میشود. دماهای پایین هم منجر به مارتنزیت کم کربن شده و باعث کاهش سختی و مقاومت به سایش میشود. بنابراین تعیین این پارامترها در خواص مورد نظر کاملاً موثر میباشند.
در این تحقیق سعی شد تا تاثیر دما و زمان ناپایدارسازی بر ریزساختار و خواص سایشی چدن نایهارد4 با انجام آزمایشهای مختلف بررسی شود. لذا با ثابت در نظر گرفتن سایر پارامترها، ناپایدارسازی نمونههای چدن نایهارد4 در چهار دمای 750،800،850،900 درجه سانتیگراد و زمانهای 1،2،3،4،5،6 ساعت صورت گرفت و سپس با انجام آزمایشهای مختلف اثر این پارامترها بر ریزساختار چدن نایهارد بررسی شد.
آزمون سایش هم در شرایط تنش آرام به روش Pin On Disc و با ساینده Al2O3 بر روی نمونهها انجام شد تا اثر پارامترهای مورد نظر بر روی خواص سایشی چدن نایهارد مورد بررسی قرار گیرد.
لازم به ذکر است که برای بررسی تاثیر پارامترهای دما و زمان ناپایدارسازی آزمایشهای مختلفی چون تعیین ریزسختیسنجی و درشتسختیسنجی به روش ویکرز، تعیین ریزساختار با میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ SEM، آنالیز XRD صورت گرفته تا نتایج حاصله بتواند تحلیل درستی را ارائه نماید.
فصل 2- مرور بر منابع
2-1- معرفی چدن های سفید مقاوم به سایش (چدن نایهارد)
چدنهای نایهارد بر مبنای سیستم سه تایی Fe-Cr-C و از مهمترین آلیاژهای مقاوم به سایش در صنعت میباشند. این آلیاژها به دلیل خواص ضد سایش، به طور گسترده‌ای در صنایع سیمان، فولاد و آسیابهای خرد کننده به کار میروند. قطعاتی که در آسیابها استفاده میشوند، نه تنها در مقابل سایش، بلکه در برابر تنشهای دینامیکی متعدد در حین کار باید مقاوم بوده تا از بروز عیوب ناگهانی و شکست قطعات جلوگیری شود [1،2].
چدنهای غیر آلیاژی یا کم آلیاژ با کربن حدود 4% با اینکه ساختارشان مارتنزیتی است، چقرمگی پایینی دارند. چدنهای سفید غیر آلیاژی که اغلب کاربید موجود در آنها به صورت سمانتیت است، به خاطر مقاومت در مقابل سایش مورد استفاده قرار گرفته‌اند. ضعف عمده این چدنها در ساختارشان است [3].
فاز کاریبد یک شبکه پیوسته‌ای را در اطراف دانه‌های آستنیت تشکیل داده و موجب تردی و ترک‌دار شدن می‌گردد. افزایش یک عنصر آلیاژی که کربن را به صورت کاربیدی غیر از سمانتیت با سختی بیشتر و خواص مطلوب‌تر درآورده و مقدار کربن زمینه را کاهش دهد، موجب بهبود هم ‌زمان چقرمگی و مقاومت سایشی میشود. عنصر مورد استفاده معمولاً کروم بوده و کاربید آن به صورت M7C3 میباشد [3،4].
چدن‌های مقاوم به سایش بر مبنای ریزساختار و آلیاژهای آنها، به پنج گروه عمده شامل چدن‌های پرلیتی (FeC)، نایهارد یا نیکل – کروم (M3C)، نایهارد 4 (M7C3)، پرکروم (M7C3) و در نهایت ویژه (MXC) تقسیم میشود [5].
نخستین خانواده چدنهای پرآلیاژ که بیشترین اهمیت را کسب کرده‌اند، چدنهای نایهارد با زمینه مارتنزیتی، کاربیدی بوده که مقدار کربن در آنها از 5/2 تا 6/3 درصد متغیر میباشد. نایهارد نام عمومی برای خانواده چدنهای سفید است که با نیکل و کروم آلیاژ شده و مقاومت سایشی بالایی دارند. نایهارد شامل ریزساختاری از کاربیدها و یک زمینهی مارتنزیتی- آستنیتی- بینیتی یا زمینه‌ی غالباً مارتنزیتی است که این ساختار توسط مقادیر کربن، نیکل، کروم، سیلیس و نیز عملیات حرارتی نهایی ایجاد می‌شود [2،6].
در چدن نایهارد وجود عنصر نیکل به منظور به تعویق افتادن تشکیل پرلیت و نیز کاهش سرعت بحرانی سرد شدن در محدودهی 3/3 تا 5 درصد، به کار می‌رود که منجر به تشکیل مارتنزیت به همراه مقداری آستنیت باقی مانده در زمینه ساختار میشود. کروم از خاصیت گرافیت‌زایی نیکل جلوگیری کرده و باعث پایداری کاربیدها میشود [2،7،8،9].
ترکیب کاربیدها با زمینهی مارتنزیتی مقاومت سایشی خوبی ایجاد می‌کند. تعیین درصد عناصر آلیاژی در چدن نایهارد به ابعاد قطعه و خواصی که از آن انتظار می‌رود، بستگی دارد. زمانیکه مقاومت سایشی خوب و ضربه پذیری پایین مورد نظر باشد، کاربیدهای درشتتر انتخاب شده و مقدار کربن بین 3/3 تا 6/3 بوده و در صورتی که قطعه در معرض بارهای ضربهای قرار میگیرد مقدار کربن بین 7/2 تا 2/3 درصد متغیر خواهد بود [9،10].
2-2- تاریخچه
در اواسط سال 1920 میلادی تحقیقات کمپانی بین المللی نیکل منجر به کشف ترکیبی از نیکل و کروم شد که به چدن اضافه شده و ساختار مارتنزیتی و آستنیتی با مقاومت به سایش بالا در حالت ریختگی را ایجاد میکرد. بر خلاف چدنهای پرکروم، نایهارد با هر ضخامتی میتوانست ریخته گری شده و با توجه به مقادیر عناصر آلیاژی، ساختار عاری از پرلیت با مقاومت به سایش بالا به وجود آورد ]5[.
با ادامه تحقیقات توسط این کمپانی برای بهبود خواص چدن نایهارد به ویژه مقاومت به سایش و مقاومت به ضربه، سبب شد تا چدن نایهارد یوتکتیک اولیه شامل عناصر8 درصد کروم، 6درصد نیکل و2 درصد سیلسیم در سال1950 گسترش یافته و چدن نایهارد4 نامیده شود. تولید چدن نایهارد 4 به دلیل بهبود ساختار کاربید و سیالیت عالی آن در بعضی کارخانجات کاربرد زیادی پیدا کرده است. نقطه ذوب چدن نایهارد 4 در حدودF2250 است که حدود F125 کمتر از چدن پرکروم است. چدن نایهارد4، مقاومت شکست بهتری در مقایسه با چدن نایهارد1 و چدن پر کروم دارد و این نشان دهنده پتانسیل گسترش چدن نایهارد 4 است [5،11].
2-3- کاربرد چدن‌های نایهارد
مصرف چدن‌های نایهارد در تولید قطعاتی نظیر بوشها، سیلندرها، بوش سیلندرها، کاسه چرخ و … است. به منظور افزایش مقاومت در مقابل سایش چدنها، معمولاً از عناصری نظیر کروم و مولیبدن استفاده میگردد. مصارف دیگر این چدنها در ساخت قالبهای حدیده مربوط به کشش سیم، گلولهها و زره آسیابها، غلطک نوارهای نقاله و پمپهای ضد سایش میباشد. شکل (2-1) صفحه لاینر آسیاب از جنس چدن نایهارد را نشان میدهد[2،9].
شکل (2-1) صفحه لاینر آسیاب ]2[
یکی دیگر از موارد استفاده این نوع چدنها درصفحات داخلی بدنه سنگ شکن های فکی است که ابعادی حدود 500 تا 1000 میلی متر دارند. هرساله مقدار زیادی از این چدن، به صورت قطعات ریختگی با سطح مقطعی حدود 100میلی متر، به عنوان غلتکها و چکشهای سنگ شکن مورد استفاده در صنایع معدن ‌ قرار میگیرد. بعنوان قطعات خاص می توان از آستر تلمبه‌های لجن ‌کش که در عملیات چاهزنی بکار میروند، بدنهها و پروانههای تلمبههای بزرگ گریز از مرکز که برای جابجا کردن دوغاب در خطوط حمل ونقل استفاده میشود، پروانههای تلمبه‌های تخلیه، صفحههای سایشی آسیابهای گلولهای بزرگ، پوشش محافظ در برابر کوارتز که بر روی میله فولاد منگنزدار قرار میگیرد، سرندهای میلهای، صفحه ‌های جایگزین شونده سرندهای تای-راک و کفشک‌های سایشی فایر گلاسی ‌مارپیچی ماسه نام برد. پمپ لایروبی ساخته شده از چدن نایهارد4 در شکل (2-2) آمده است [2،9،12]. از نوع پر کربن 55/3 درصد آن، برای مقاطع ریختهگری با مقاطع نسبتاً نازک استفاده میشود که در معرض بارگذاری ضربه‌ای قرار ندارند، اما باید در برابر سایش شدید پایداری داشته باشد. در بدنه آسیاب از نایهارد به جای فولاد استفاده میشود، تا سائیدگی را از1000گرم در تن به 50گرم در تن کاهش دهد [12].

شکل (2-2) پمپ لایروبی ساخته شده از چدن نایهارد 4 ]2[
دستگاه ایجاد دمش در معدن الماس از جنس نایهارد4 در شکل (2-3) آمده است.
شکل (2-3) دستگاه ایجاد دمش در معدن الماس]5[
2-4- چدن‌های نایهارد و استانداردهای آن
2-4-1- ترکیب شیمیایی و ریزساختار
چدن‌های سفید مقاوم به سایش Ni-Cr با ترکیب شیمیایی مختلف وجود دارد که عنصر نیکل در سختی‌پذیری این آلیاژ نقش عمده‌ای ایفا می‌کند. عنصر مهم دیگر، کروم است که برای تشکیل کاربید‌های فلزی به جای گرافیت استفاده می‌شود. ریزساختار این چدن شامل مخلوط یوتکتیکی از آستنیت و کاربید بوده که دارای سختی بالاست و این سختی بالا به دلیل وجود کاربید‌های سخت یوتکتیک و نیز مقادیر بالای نیکل که که منجر به تشکیل مقداری مارتنزیت به جای پرلیت در حالت ریختگی شده، می‌باشد ]5[.
چدن نایهارد در استاندارد ASTM 532 و کلاس I در انواع A, B, C, D و دیگر استاندارد‌های کشور‌‌های دیگر وجود دارد [2،5،10]. جدول (2-1) استاندارد اروپایی چدنهای نایهارد را بیان میکند. نایهارد به دو گروه تقسیم می‌شود، گروه اول آلیاژهای متوسط شامل نایهارد 1و2 وگروه دوم شامل نایهارد 4 است [2،5،13،14]. در جدول (2-2) ترکیب شیمیایی این چدن‌ها آمده است. در چدن نایهارد نوع2 چنانچه درصد نیکل پایین باشد پرلیت تشکیل میشود و چنانچه مقدار نیکل زیاد باشد به پایداری آستنیت کمک میکند [3،10].
جدول (2-1) استاندارد اروپایی چدنهای نایهارد ]2[
USA
ASTM A532Sweden
SIS 1404XXIndia
IS
7925UK
BS 4844Germany
DIN 1685France
NFA 32-401EU
numberEU
designaionInternational trade nameClass 1. Type B0512Type 1a Nil Cr 30/5002AGX 260 NiCr4 2FB Ni4 Cr2BCEN-JN2020EN-GJN-HV520Ni-Hard type2Class 1. Type A0513Type 1a Nil Cr 34/5502BGA 330 NiCr4 2FB Ni4 Cr2HCEN-JN2030EN-GJN-HV550Ni-Hard type1Class 1. Type C—-FBA–Ni-Hard type3Class 1. Type D0457Type 1b NiHCr2C+2D+2EGX 300 Cr NiSi 9 5 2FB Cr9Ni5EN-JN2040EN-GJN-HV600Ni-Hard type4
جدول (2-2) ترکیب شیمیایی انواع چدنهای نایهارد [2،5]
MoCrNiPSMnSiCنوع چدن4/0-06/2-5/18/4-3/3Max
3/0Max 15/07/0-3/05/0-3/06/3-3نایهارد 14/0-04/2-4/15-3/3Max
3/0Max 15/07/0-3/05/0-3/0Max
9/2نایهارد 24/0-09-85/6-5/4Max 06/0Max
1/06/0-4/02-8/12/3-6/2نایهارد 4
2-4-2- چدن نایهارد 1 و2
نایهارد 1 و 2 اساساً شامل 4 درصد نیکل و 2 درصد کروم است. ریزساختار این چدنها شامل دندریتهای اولیه و کاربید یوتکتیک بوده، که این کاربیدها به صورت صفحات کاربید M3C میباشد ]2،13[.
شکل (2-4) ریزساختار نایهارد 1 را نمایش میدهد.
شکل (2-4) ریزساختار نایهارد 1 در حالت ریختگی ]2[
کاربید یوتکتیک M3C تشکیل شده در ریزساختار چدن نایهارد1 در شکل (2-5) آمده است.
شکل (2-5) کاربید یوتکتیک M3C در زمینه ]2[
سختی چدن نایهارد 1 تابعی از مقدار کاربید و ساختار زمینه است. بعد از انجماد، آستنیت به مارتنزیت، مقداری بینیت، آستنیت باقیمانده و کاربیدهای ثانویه تبدیل میشود. زمینه نهایی به ترکیب شیمیایی آلیاژ، سرعت سرد شدن بعد از ریختهگری و عملیات حرارتی اعمال شده بستگی دارد. سختی قطعه ریختگی به مقدار مارتنزیت موجود در زمینه بستگی داشته که برای رسیدن به بیشترین مقدار سختی و مقاومت به سایش، مقدار مارتنزیت حالت ریختگی تا حد امکان باید بالا باشد ]2،5،13،15[
شکل (2-6) اثر مارتزیت زمینه بر سختی چدن نایهارد 2]2[
شکل (2-6) اثر مارتنزیت زمینه بر سختی چدن نایهارد را نشان میدهد. مقدار کربن، مقدار موثر کاربید در زمینه و نیز سختی وارد شده به ساختار زمینه را مشخص میکند. نایهارد1 شامل تقریباً %(44-40) کاربید یوتکتیک نوع M3C و نایهارد2 تقریباً دارای %(40-35) کاربید میباشد. اختلاف در مقدار کاربید، تفاوت اساسی بین چدن نایهارد 1 و 2 است ]2،12،13،15[.
عنصر نیکل برای تشکیل ساختار زمینه مارتنزیتی – بینیتی بدون پرلیت اضافه میشود. آنچه که مهم میباشد این است که مقادیر کم نیکل برای جلوگیری از تشکیل پرلیت کافی نبوده و منجر به کاهش سختی و مقاومت به سایش میشود. این در حالی است که مقادیر زیاد نیکل هم باعث تشکیل آستنیت باقیمانده شده و منجر به کاهش سختی میشود ]15[.
عنصر مهم دیگر، کروم بوده که در فاز کاربید متمرکز شده و سختی آنرا افزایش میدهد. کروم اثر گرافیت زایی نیکل را جبران کرده و ریزساختار کاملاً سفید و بدون گرافیت میدهد ]2،13[.
2-4-3- چدن نایهارد 4
همانطور که ذکر شد دو گروه عمده چدن نایهارد وجود دارند. چدنهای با 4درصد نیکل و چدنهای با 6 درصد نیکل و 9درصد کروم که معمولاً به چدن نایهارد 2 و 4 موسوم ‌اند. نوع 2 چدن نایهارد شامل کاربیدهای یوتکتیکی M3C لدبوریتی بوده و بنابراین چقرمگی کمتری خواهد داشت و عمدتاً در تولید غلطکهای فلز کاری مورد استفاده قرار میگیرد. چقرمگی پایین یک نقطه ضعف برای چدن نایهارد 1 و 2 است. حضور عناصری که منجر به تشکیل کاربید M7C3 شود، باعث افزایش چقرمگی چدن نایهارد میشود که به این نوع از چدن، چدن نایهارد 4 گویند ]2،5،13[.
نایهارد 4 چدن سفیدی با 9% کروم، 6% نیکل و 2% سیلیس بوده که ساختاری با کاربیدهای یوتکتیک (Cr,Fe)7C3 و زمینهی عاری از پرلیت در حالت ریختگی و نیز بعد از عملیات حرارتی به صورت غالباً مارتنزیتی حتی در قطعات ریختگی سنگین خواهد بود ]2[.
این ساختار کاربیدی مطلوب، نتیجه پیوستن مقادیر کروم، نیکل و سیلیس با کربن یوتکتیک یا هیپو یوتکتیک میباشد. مقادیر کاربید در چدن نایهارد 4، %(28-20)کمتر از نایهارد 1 یا 2 است [2،17].
ریزساختار عمومی نایهارد 4 در شکل (2-7) آمده است.
شکل (2-7) ریزساختار کاربید یوتکتیک چدن نایهارد 4 و کاربید میلهای شکل یوتکتیک(تصویر راست) [2،17]
به دلیل مقدار پایین کاربید و مورفولوژی میلهای مانند آن، چدن نایهارد 4 مقاومت شکست بالاتری نسبت به نوع 1 و 2 دارد. ساختار زمینه ریختگی شامل مقادیر تقریباً مساوی از مارتنزیت و آستنیت میباشد. با عملیات حرارتی اکثر آستنیت به مارتنزیت و بینیت و کاربیدهای ثانویهی بیشترتبدیل میشود. مقدار آستنیت باقی مانده %(20-10) است [2،17].
متالورژی و کاربرد چدن نایهارد نوع 4 تقریباً مشابه چدنهای پرکروم میباشد. اما با وجود تشابه میان این دو چدن، به طور کلی مشخصه‌ای که سبب ارجحیت بارز چدن نایهارد 4 در مقایسه با چدنهای پرکروم شده، قابلیت سختی ‌پذیری عالی آن میباشد [8،9،10].
محدودیت استفاده از چدن نایهارد مخصوصاً در نوع 2، مربوط به شبکه پیوسته کاربید است که دانه‌‌های آستینت را در خود احاطه کرده و سبب تردی آن می‌‌گردد. همچنین در مقاطع ضخیم چدن نایهارد را نمی ‌توان تولید نمود زیرا امکان به وجود آمدن گرافیت آزاد و کاهش مقاومت به سایش وجود دارد. همچنین در چدن نایهارد2 سختی فاز کاربید از کاربیدهای آلیاژی کمتر است. سمانتیت یا کاربید آهن را می ‌توان با کاربیدهای دیگر جایگزین نمود، در نتیجه این امکان وجود دارد تا چدنی تولید نمود که فاز کاربید آن از سمانتیت سختتر بوده و از نظر ساختاری نیز خواص مکانیکی بهتری را ایجاد نماید [13،15،18].
2-5- تاثیر عناصر آلیاژی
2-5-1- کربن
سختی به مقدار زیاد توسط مقدار کاربیدهای موجود، که خود به مقدار کربن بستگی دارد، کنترل میشود. در کاربردهایی که حداکثر سختی و مقاومت به بارگذاری ضربه‌ای از اهمیت ثانویه برخوردار است، باید از کربن به مقدار 3/3درصد استفاده کرد ولی در جایی که ضربات تکراری اعمال میشود باید مقدار کربن در دامنه 6/2 تا 9/2درصد باشد ]2،10،19[.
جهت حصول حجم مناسب از کاربیدهای M7C3 و ایجاد سختی ‌پذیری لازم در چدن نایهارد، مقدارکربن آن در گرید 1 نوع D 6/3 – 5/2 وگرید 1 نوع C، 7/3 – 5/2 انتخاب می‌شود. ازدیاد کربن باعث ازدیاد مقدار کاربید شده که سختی قطعه را افزایش داده و تردی را نیز زیادتر می‌‌کند. در مقادیر قبل از یوتکتیک ( مقدار کربن یوتکتیک برای 7درصد کروم، حدود 2/3 است) ابتدا آستنیت جدا شده و در تحول یوتکتیک مابقی ذوب به کاربید M7C3 و آستنیت تبدیل میشود که نهایتاً ساختار دارای کاربیدهای محصور در زمینه آستنیت خواهد شد. در حوالی کربن یوتکتیک ساختمان یکنواختی از کاربید M7C3 و آستنیت یوتکتیکی ظاهر میشود. اما چنانچه مقدار کربن بیشتر از یوتکتیک باشد، از مذاب کاربیدهای M7C3 جدا خواهد شد که دانههای یوتکتیکی را احاطه میکند. چنانچه مقدار کربن خیلی پایین باشد با تشکیل کاربید کروم، درصد کربن آستنیت ‌ به میزان قابل توجهی کاهش یافته و لذا در تبدیلات بعدی نخواهد توانست سختی ‌پذیری کافی را داشته باشد [18،19].
بنابراین مقدار کربن نایهارد 4 یک ترکیب یوتکتیک یا هیپو یوتکتیک میدهد . مقدار کربن، مقدار شکست کاربیدهای یوتکتیک را مشخص میکند. این مقدار در %5/2 کربن، نهایتاً %20 و در %5/3 کربن، مقدار شکست کاربیدها تقریباً %28 است. تاثیر درصد کربن بر روی سختی بعد از عملیات حرارتی در ‏شکل (2-7) نشان داده شده است. حجم کم کاربید و شکل میلهای کاربید و غیر پیوسته بودن که در ‏شکل (2-7) نشان داده شده، علت مقاومت به شکست بهتر کاربید نایهارد4 نسبت به نایهارد1و2 است. به طور معمول در چدن نایهارد4، مقدار کربن بین 2/3-9/2 درصد بوده تا مقاومت سایشی و تافنس همزمان تامین شود [2،5].
شکل (2-8) اثر کربن بر سختی و مقاومت به ضربه نایهارد 4 بعد از عملیات حرارتی [2،19].
2-5-2- کروم
کروم سه هدف عمده را در چدن نایهارد 4 فراهم میکند. مقدار کروم از %(10-8) برای تشکیل کاربیدهای (Cr,Fe)7C3 به جای کاربید (Fe,C)3Cلازم است. همچنین کروم از تشکیل گرافیت به دلیل اثر Si جلوگیری کرده و در نهایت سختی پذیری چدن نایهارد را حتی اگر بخش عمده آن در کاربید متمرکز شده باشد، افزایش میدهد ]2،5[.
چنانچه درصد کروم پایین باشد (حوالی 3درصد)، تشکیل کاربیدهای نوع M3C را ترغیب کرده و چنانچه درصد کروم به حوالی 10% برسد کاربیدهای M7C3 تشکیل می‌شود. با افزایش درصد آن، نقطه یوتکتیک به سمت چپ متمایل شده و منطقه آستنیت نیز کوچکتر خواهد شد، در نتیجه حد حلالیت کربن در آستنیت نیز کاهش مییابد. همچنین کروم دیاگرام TTT را به سمت راست و خط مارتنزیت Ms را هم پایین می ‌برد. وجود مقادیر کروم بیش از حد، طوری که سبب تشکیل کاربید کروم بسیار نرم ‌تر M23C6 شود، ضرورت ندارد که این مهم در شکل (2-9) نشان داده شده است [2،5،18].
شکل (2-9) دیاگرام فازی آهن- کربن- کروم [18].
کروم بر مرفولوژی و نوع کاربید اثر میگذارد. کاربید کروم در چدن نایهارد4 به صورت M7C3 تشکیل شده که توزیع ریز و غیرپیوسته آن مهم میباشد. با افزایش کروم مقدار کاربید کروم افزایش مییابد، گر چه این افزایش باعث تاثیر بر ساختار زمینه هم میشود. البته همانطور که اشاره شد، مقادیر بالاتر کروم منجر به تشکیل کاربید های از نوع M23C6 شده که باعث عدم بهبود مقاومت به سایش میشوند. تاثیر مقدار کروم بر افزایش مقاومت به سایش چدن نایهارد در شکل (2-10) نشان داده شده است ]20[.
شکل (2-10) اثر کروم بر مقاومت سایشی (a) سخت کردن)C820 (b) سخت کردن)C800 [20].
2-5-3- نیکل
در چدنهای نایهارد، نیکل اولین عنصری است که در توقف تبدیل زمینهی آستنیتی به پرلیت موثر بوده و باعث ایجاد یک ساختار سخت مارتنزیتی در حین سرد شدن در قالب میشود. لذا وجود نیکل در بالابردن قابلیت سختی ‌پذیری ضروری بوده، از تشکیل پرلیت جلوگیری کرده و بعد از عملیات حرارتی نیز سبب ایجاد ساختار مارتنزیتی میشود ]2،15[.
مقدار مورد نیاز نیکل به آهنگ سرد شدن و ضخامت قطعه ریختگی بستگی دارد. برای مقاطع با ضخامت mm 50 مقدار نیکل از 4/4 درصد الی 8/4 درصد بوده، در صورتی که مقدار نیکل در قطعات ضخیم‌تر بین 5 الی 6 درصد قرار دارد. مقدار حداقل نیکل در چدن نایهارد، در حدود 5% باید نگه داشته شود تا از تشکیل پرلیت در حین سرد شدن آهسته در قالب و یا در حین عملیات حرارتی جلوگیری به عمل آید. البته نیکل بیش از حد ممکن است سبب ایجاد آستنیت باقیمانده بعد از عملیات حرارتی و ورقه ورقه شدن سطح در حین کار شود. بنابراین اگر قابلیت سختی پذیری بالاتر مورد نیاز باشد، اضافه کردن مولیبدن راه حل بهتری نسبت به افزایش بیشتر مقدار نیکل است ]2،15،18[.
2-5-4- مولیبدن
مولیبدن سختی و سختی ‌پذیری آلیاژ را بالا برده ولی تاثیر چندانی روی MS ندارد. در چدن‌های سفید مولیبدن تا حدود 3 درصد به کار می‌رود. چنانچه بیش از 4 درصد حضور یابد، کاربیدهای نوعM4C مشاهده میشود که این نوع کاربیدها باعث افزایش سختی شده و مقاومت به سایش را کم می‌‌کند و در نتیجه باعث افزایش مقاومت به ضربه ‌و خوردگی خواهد شد. مولیبدن به ندرت از 3 درصد تجاوز می‌کند ]20،21[.
مولیبدن سبب پایداری مقدار بیشتری از آستنیت تا دمای محیط می‌‌شود ولی مکانیزم آن با عناصری مانند نیکل و منگنز که باعث افزایش منطقه گاما می‌شوند، متفاوت است. عناصر اخیر MS را نیز به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهند در حالی که مولیبدن تاثیر قابل توجهی روی درجه حرارت MS ندارد. مولیبدن سرعت رسوب کاربید ثانویه را از آستنیت تقلیل داده و دارای اثر ایجاد تاخیر در تشکیل پرلیت می‌‌باشد. وجود مقادیر بیشتر مولیبدن استفاده از مقادیر بیشتر کربن را مجاز میکند، چون حلالیت مولیبدن در M7C3 محدود بوده و اثر آن بر سختی حداقل می‌‌باشد ]5،20،21[.
2-5-5- تنگستن
اصولاً کاربیدهای تنگستن در آلیاژهایی با مقادیر بیشتر از3 درصد تنگستن ایجاد میشوند. کاربیدهای تنگستن بدلیل جدایش بلند دامنه در حین انجماد و به واسطه یک واکنش یوتکتیک مانند تشکیل میشوند. در این استحاله یوتکتیکی مذاب حاوی تنگستن به آستنیت، کاربید یوتکتیک کروم و کاربید تنگستن تبدیل شده که دو نوع کاربید ذکر شده بر روی هم رشد می‌کنند. علت این پدیده آن است که هر دو کاربید در یک بازه دمایی و زمانی مشابه تشکیل شده و نیز هر دو فاز، ساختار کریستالوگرافی مشابهی (هگزاگونال) داشته و شعاع اتمی تنگستن وکروم به هم نزدیک می‌باشد. ظاهراً تشکیل کاربیدهای یوتکتیک استخوان ماهی شکل تنگستن به واسطه جدایش بلند دامنه تنگستن در حین انجماد رخ داده، که این کاربیدها بر روی کاربیدهای یوتکتیک تشکیل میشوند. ازآنجا که تشکیل این کاربیدها حاصل واکنش یوتکتیک در سیستم سه تایی آهن-تنگستن-کربن بوده و مستقل از میزان کروم آلیاژ میباشد، با پیشرفت واکنش یوتکتیک آهن-کروم-کربن و پس زده شدن تنگستن نامحلول در محصولات ، به مرور غلظت تنگستن درمناطق اطراف کاربیدهای کروم افزایش یافته و سرانجام یوتکتیک Fe7W5C2(M12C6 ) یا همانM2C بر روی کاربیدهای یوتکتیک تشکیل میشود. این نوع کاربید در شکل (2-11) نشان داده شده است ]22[.
شکل (2-11) کاربیدهای یوتکتیکی M2C ]17،21[
2-5-6- نیوبیم
افزودن نیوبیم ‌به چدنها باعث شکل‌گیری کاربید سخت NbC با سختی HV2400 می شود. نیوبیم ‌باعث تغییر مکان نقطه یوتکتیک به سمت راست می‌شود. مرفولوژی کاربید نیوبیم ‌بلوک-قلابی بوده و در محدوده 47/3-17/0 درصد اضافه می شود. با افزودن نیوبیم ‌تغییر چندانی در ساختارها بوجود نمی‌آید اما باعث خرد شدن کاربیدهای کروم و همچنین کوچک شدن دندریتهای آستنیت خواهد شد. به این معنی که افزودن نیوبیم ‌بر مرفولوژی کاربیدهای یوتکتیکی کروم تاثیر خواهد داشت. لذا میتوان گفت که با افزایش نیوبیم ‌به این چدنها، شبکه غیرپیوسته کاربیدی غیر پیوستهتر خواهد شد که این خود یک عامل بسیار مهم در بهبود رفتار سایشی و چقرمگی این آلیاژها میباشد. علت ریز شدن کاربیدهای یوتکتیکی را این طور میتوان توجیه کرد که چون کاربیدهای نیوبیم ‌از کاربیدهای M7C3 تشکیل میشوند و اغلب کاربیدهایNbC در مرز دندریت ها تشکیل شده، لذا رشد دندریت‌های آستنیت توسط کاربیدهای نیوبیم ‌محدود می‌گردد ]24،2،23[.
شکل (2-12) تشکیل کاربید نیوبیم ‌در چدن‌های نایهارد ]24[
همانطور که اشاره شد افزودن نیوبیم ‌بر میزان کاربیدها تاثیری نداشته و مقدار کاربیدها تا حدودی ثابت خواهند ماند و این بدان معنی است که با افزایش نیوبیم ‌از میزان کاربیدهای نوع M7C3 کاسته خواهد شد و کاربیدهای NbC جایگزین آن ها خواهد شد ]24[.
سختی کاربید نیوبیم ‌HV2400 بوده که نسبت به سختی کاربیدهای نوع M7C3بسیار زیادتر است، لذا خود عاملی خواهد بود تا سختی چدنهای سفید با افزودن نیوبیم ‌افزایش یابد. همچنین نیوبیم ‌باعث افزایش سختی زمینه یا آستنیت می‌شود. نتایج آزمایش‌های سایش نشان می‌دهد که میزان سایش در نمونه ها با افزایش نیوبیم ‌کاهش می یابد که می توان کاهش میزان سایش را با افزودن Nb ، با افزایش کاربید نیوبیم ‌و جایگزین شدن آن بجای کاربیدهای یوتکتیکی M7C3 و همچنین توزیع غیر پیوسته شبکه کاربیدی، توجیه کرد ]23،24[.
2-5-7- وانادیم
وانادیم ‌از عناصر کاربیدزای قوی می‌باشد. اضافه شدن کروم به زمینه به طور موثر مانع از پرلیتی شدن زمینه شده و پیدایش زمینه آستنیتی را ترغیب می ‌نماید. وانادیم ‌میتواند جایگزین کروم در کاربید شده و کروم را وارد زمینه کند. وانادیم ‌باعث ایجاد کاربید وانادیم ‌با سختیHV2800 در مقایسه با کاربید یوتکتیک ) HV1200-1800) در چدن پرکروم می شود . شکل کروی VC باعث جلوگیری از رشد ترک در زمینه شده که این باعث افزایش چقرمگی میشود. زمانی که درصد وانادیم ‌از 4 درصد بیشتر شود، رسوبات ثانویه کاربیدVC در آستنیت مشاهده میشود ]18،25[.
تاثیر افزودن وانادیم ‌بر مقاومت سایشی درشکل (2-13) نشان داده شده است که با افزایش درصد وانادیم ‌مقاومت سایشی بهبود پیدا میکند. این به دلیل افزایش درصد کاربید نوعMC در ساختاربوده که باعث بهبود رفتار زمینه در برابر ذرات ساینده میشود اگر چه با افزایش وانادیم ‌درصد آستنیت باقیمانده افزایش می‌یابد، اما سهم بهبود مقاومت سایشی به صورت زیاد تابع مقدار کاربید نوع MC بوده و این موضوع ثابت می کند که شاخص سختی برای مقاومت سایشی کافی نیست ]15،18،26[.
شکل (2-13) تغییرات مقاومت سایشی نسبت به درصد وانادیم ‌[15،18]
2-5-8- منگنز
منگنز جزء پایدار کنندههای آستنیت بوده که هم در زمینه و هم در کاربید میتواند حل شده و باعث کاهش سختی و افزایش آستنیت باقیمانده ‌شود. حل شدن منگنز در کاربید سختی آنرا افزایش می‌دهد. در این مورد گزارش داده شده است که کاربید M3C بوجود نیامده، از این رو کاهش سختی کاربید، ارتباطی با تغییر نوع کاربید ندارد و میتوان انتظار داشت که با ورود منگنز به کاربید M7C3 ، سختی آن کاهش مییابد. با کاهش سختی فاز زمینه همراه با فاز کاربید، مقاومت سایشی قطعه هم کاهش خواهد یافت ]2،27،28[.
2-5-9- مس
مس معمولاً به عنوان عنصری که سختی ‌پذیری را افزایش میدهد، باعث افزایش سختی و افزایش آستنیت باقیمانده شده و مقاومت به خوردگی را کاهش میدهد. برای قطعات ضخیم، مس معمولاً برای جلوگیری از تشکیل پرلیت به کار میرود. مس همچنین دمای Ms را پایین میآورد ]2،10[.
2-5-10- سیلیسیم
سیلیسیم در چدنها تاثیر دوگانه دارد. درصد زیاد سیلیسیم ‌بیشترین تاثیر را بر شکل پرلیت گذاشته که می‌تواند برای مقاومت سایشی مضر باشد. درصد پایین سیلیسیم ‌باعث افزایش کاربید و در نتیجه افزایش مقاومت سایشی میشود. سیلیسیم ‌دمای MS را در استحاله تبدیل آستنیت به مارتنزیت در طول سرد کردن افزایش داده و باعث میشود تا ساختار مارتنزیت که بهترین مقاومت سایشی را دارد، به دست آید. در چدنهایی با 3-9 درصد کروم، مقدار سیلیسیم ‌مورد نیاز 7/1 درصد است. اضافه کردن سیلیسیم ‌بیش از 2 درصد باعث رسوب گرافیت به خصوص در محدوده کروم با درصد پایین و کربن زیاد، میشود. بنابراین سیلیسیم ‌برای رسیدن به نتیجه مطلوب در خواص مکانیکی چدن های نایهارد، در محدوده 2-8/1 درصد توصیه شده است ]2،5[.
جین جو و همکاران مقدار 5/1 درصد سیلیسیم ‌را برای چدن نایهارد 4 مقدار بهینهای بیان کرد ]20[.
در شکل های (2-14) و (2-15) تاثیر اضافه کردن سیلیسیم بر مقاومت سایشی و سختی نشان داده شده است.
شکل (2-14) اثر افزودن سیلیسیم ‌بر مقاومت سایشی (a) سخت کردن در دمای سC820 (b) سخت کردن در C850]20[
شکل (2-15) اثر افزودن سیلیسیم ‌ بر سختی(a) سخت کردن در دمای C820 (b) سخت کردن در C850]20[
با توجه شکلهای نشان داده شده، درصد مفید سیلیسیم ‌برای چدن نایهارد4، مقدار 5/1 درصد میباشد ]20[.
2-5-11- بور
بور درصد کاربید را افزایش داده و باعث گل برگی شدن کاربید به جای سوزنی و میلهای می شود و اندازه کاربید را کوچک میکند. از آنجایی که بور باعث افزایش سرعت استحاله و افزایش هستهگذاری و سرعت رشد کاربید میشود، ساختار مارتنزیت را در حالت ریختهگری افزایش میدهد. با افزودن بور مقاومت سایشی چدن نایهارد4 افزایش پیدا میکند. تاثیر بور از عنصر مولیبدن و ‌بر مقاومت سایش بیشتر میباشد ]17،20[.
2-5-12- گوگرد
چنانچه گوگرد توسط منگنز خنثی شده باشد موجب پایداری کاربید شده ولی در مواردی که مقاومت به شوک مهم باشد گوگرد متناسب با مواد خام مصرفی و نحوه عملیات ذوب تا حد امکان پایین نگه داشته میشود. گوگرد همچنین موجب کاهش مقاومت به سایش چدن نایهارد میشود ]2،5[.
2-5-13- فسفر


پاسخ دهید