آنیل چدن

آنيل چدن جزو فرآیندهای ضروری تولید است. به خصوص برای کاربردهایی که نیاز به چقرمگی بالا و خواص ضربه مناسب دارند. انیل کردن چدن به روش های متنوعی انجام می شود که بستگی به چرخه عملیات حرارتی دارد. عملیات حرارتی آنیل کردن چدن می تواند به گونه ای انجام شود که نرمی و توان ماشین کاری حداکثر یا نرم کاری جزئی با سختی مناسب ایجاد کند. با انتخاب سرعت سرمایش مناسب، فرآیند آنیل می تواند تنش های پسماند را نیز حذف کند.

آنیل چدن خاکستری

آنیل چدن خاکستری پر کاربرد ترین عملیات حرارتی مربوط به این نوع چدن ها است و شامل حرارت دادن آن ها تا دمایی است که موجب نرم شدن چدن و افزایش قابلیت ماشین کاری آن بشود.

تا دمای 595 درجه سانتیگراد، تاثیر دما روی سختی و ریزساختار چدن خاکستری ناچیز است. با حرارت دهی چدن بالای 595 درجه سانتیگراد نرخ تجزیه و تبدیل کاربید آهن به گرافیت افزایش می یابد و در مورد چدن های غیر آلیاژی یا کم آلیاژ در دمای 760 درجه سانتیگراد به حداکثر خود می رسد.

سه نوع فرآیند آنیل چدن برای کاهش سختی چدن خاکستری به کار گرفته می شوند، که اختلاف بین این فرآیند ها در محدوده دمایی گرمایش آنها است. این فرآیند ها عبارت از آنیل کم دما یا فریتی، آنیل دمای متوسط یا کامل و آنیل دما بالا یا آنیل گرافیتی هستند.

آنیل چدن به روش دما پایین یا فریتی

آنیل دما پایین یا فریتی چدن غیر آلیاژی یا کم آلیاژ به منظور تبدیل کاربید شبکه پرلیتی به فریت و گرافیت انجام می شود. این عملیات حرارتی قابلیت ماشین کاری را تقویت می کند. در این فرآیند نیازی به افزایش دما تا محدوده دمایی استحاله نیست. در این فرآیند چدن در دمای 700 تا 760 درجه سانتیگراد حرارت داده می شود، سپس سرد می شود. زمان نگه داری در آنیل فریتی وابسته به ترکیب شیمیایی یا ابعاد قطعه است و می تواند از ده دقیقه برای مقاطع نازک چدن های غیرآلیاژی شروع شود. زمان نگه داری برای آنیل چدن به این روش اغلب به مدت یک ساعت به ازای هر 25 میلی متر ضخامت قطعه در نظر گرفته می شود.

نرخ سرمایش در آنیل چدن به روش فریتی اهمیت زیادی ندارد. هر چند نرخ سرمایش باید در حدی باشد که ایجاد تنش های پسماند حرارتی نکند.

آنیل چدن به روش دمای متوسط یا آنیل کامل

آنیل دمای متوسط یا آنیل کامل معمولا در دمای 790 تا 900 درجه سانتیگراد انجام می شود. هدف این فرآیند تبدیل کاربید به گرافیت در چدن های آلیاژی یا تجزیه ذرات کاربید پراکنده در چدن های غیرآلیاژی است. زمان نگه داری در بازپخت چدن به این روش همانند آنیل فریتی است، با این تفاوت که توصیه می شود سرمایش از دمای 790 درجه تا 675 درجه سانتیگراد در کوره انجام شود.

به طور کلی بازپخت چدن به این روش موجب کاهش بیشتر سختی و باقی خواص مکانیکی قطعه نسبت به روش فریتی می شود. به همین دلیل اغلب تلاش می شود که انیل کردن چدن به روش کامل انجام نشود. به خصوص که عملیات حرارتی بعدی مورد نیاز برای بازگرداندن خواص مکانیکی موجب افزایش هزینه آنیل چدن می شود. همچنین آنیل کامل می تواند منجر به تولید چدن سفید بشود که فرآورده ای غیر قابل ماشین کاری است. قبل از به کارگیری قطعه دارای چدن سفید، این قطعه با عملیات حرارتی دیگری باید تبدیل به فریت و گرافیت بشود.

آنیل چدن به روش دمای بالا یا آنیل گرافیت زایی

آنیل گرافیت زایی یا آنیل دمای بالای چدن قابلیت تجزیه چدن های الماسه یا کاربید های بسیار حجیم را دارد. این فرآیند منجر به کاهش شدید خواص مکانیکی قطعه می شود. بسته به دمای گرمایش، عملیات حرارتی آنیل چدن به روش گرافیت زایی، کاربید های حجیم را به پرلیت و گرافیت یا فریت و گرافیت تبدیل می کند. انتخاب بین این دو ساختار وابسته به کاربرد قطعه و حد ماشین کاری مورد نیاز است. بازپخت چدن در این محدوده دمایی برای موارد خاصی انجام می شود. این موارد خاص شامل چدن هایی است که در مرحله ریخته گری زمان کافی برای جوانه زنی گرافیت نداشتند یا دارای عناصر آلیاژی بودند که مانع ایجاد گرافیت می شدند. در باقی موارد بایستی تا حد امکان از روشهای دیگر آنیل قطعه استفاده نمود.

به منظور تجزیه کاربید های حجیم با سرعت معقول، حداقل دمای نگه داری قطعه 870 درجه سانتیگراد لحاظ می شود. با افزایش دما تا 955 درجه سانتیگراد سرعت تجزیه کاربید ها چند برابر می شود.

زمان نگه داری برای آنیل گرافیت زایی از چند دقیقه تا چندین ساعت متغیر است. آنیل چدن برای حذف ساختار چدن سفید در آلیاژ های پر سلیسیم و پر کربن در دمای 940 درجه سانتیگراد در 15 دقیقه انجام می شود. چدن خاکستری در دماهای بالا مستعد تشکیل پوسته های اکسیدی است. بنابراین در این دماها، چنانچه انیل کردن چدن در اتمسفر کنترل شده انجام نشود، زمان فرآیند بایستی تا حد ممکن کوتاه در نظر گرفته شود تا قطعه دچار پوسته اکسیدی نشود.

سرمایش قطعه بعد از اتمام فرآیند آنیل وابسته به کاربرد آن است. چنانچه استحکام بالا مد نظر باشد، سرمایش در معرض هوا انجام می شود تا ساختار پرلیتی تشکیل شود. اگر حداکثر قابلیت ماشین کاری مد نظر باشد، سرمایش در کوره انجام می شود تا ساختار فریت و گرافیت تشکیل بشود.

آنیل چدن داکتیل

آنیل چدن داکتیل نیز به منظور تشکیل ریزساختار نرم تعادلی انجام می شود. میزان استحکام نهایی مورد نیاز برای قطعه بستگی به دما و زمان نگه داری چدن داکتیل و درصد ساختار پرلیتی یا کاربید های باقیمانده بعد از آنیل دارد. انیل کردن چدن داکتیل ریزساختاری شامل گرافیت کروی در زمینه فریتی ایجاد می کند. وجود منگنز و فسفر در چدن و عناصر آلیاژی همچون کروم ، نیکل ، مس و مولیبدن در فرآیند بازپخت چدن ایجاد اختلال می کند.

دمای آنیل چدن داکتیل از 870 تا 900 درجه سانتیگراد برای چدن های غیر آلیاژی و 900 تا 925 درجه برای چدن های آلیاژی لحاظ می شود.

هزینه آنیل چدن

هزینه آنیل چدن نه تنها وابسته به ابعاد قطعه بلکه وابسته به شرایط ریخته گری و نوع چدن مورد استفاده نیز است. چنانچه گفته شد در اغلب موارد استفاده از بازپخت چدن به روش دما پایین کفایت می کند. هزینه آنیل چدن به این روش به دلیل دمای پایین کوره و ساده بودن سیکل عملیات حرارتی پایین تر از دو روش دیگر آنیل است. روش های دیگر آنیل کردن چدن نه تنها موجب پیچیده شدن سیکل عملیات و لزوم به استفاده از عملیات بعد از آنیل شده، بلکه فشار زیادی نیز به کوره وارد می کنند. در رابطه با آنیل دمابالای چدن خاکستری لزوم استفاده از اتمسفر کنترل شده باعث بالا رفتن قیمت آنیل چدن می شود. سیکل های عملیات حرارتی چدن داکتیل به طور کلی ساده تر از سیکل های عملیات حرارتی چدن خاکستری هستند.