تنش زدایی چدن

فرآیند تنش زدایی چدن

گرمایش برای تنش زدایی چدن معمولا زیر دامنه استحاله پرلیت به آستنیت انجام می شود. اساس فرآیند ریزساختاری تنش زدایی به وسیله گرمایش، حرکت عیوب میکروسکوپی (از قبیل نابجایی ها) به وسیله انرژی گرمایی آنیل است. با افزایش دمای قطعه ریخته گری شده، عیوب یاد شده به سطوح انرژی پایینتر منتقل شده یا به طور کلی حذف می شوند. به این وسیله، قطعه ریخته گری شده تنش زدایی می شود. طی تنش زدایی ، سختی و استحکام قطعه به مقدار خیلی کمی کاهش داده می شود. هدف از این عملیات، تنش گیری چدن بدون از دست رفتن خواص مطلوب قطعه ریخته گری است. به طور کلی محدوده دمایی تنش گیری چدن به حدی نمی رسد که تغییر خاصی در ریزساختار قطعه به وجود بیاید.

دمای تنش زدایی چدن

با افزایش بیش از حد دما در فرآیند تنش زدایی چدن ، سختی و استحکام قطعه ریخته گری شروع به کاهش می کنند. اما اگر قطعه تنها در محدوده دمای تنش زدایی حرارت ببیند، تنش تسلیم آن در این محدوده دمایی اندکی کاهش خواهد یافت. این کاهش به حذف یا کاهش تنش های پسماند کمک می کند. بعد از کاهش تنش های پسماند قطعه به صورتی تا دمای اتاق سرد می شود که استحکام اولیه خود را بدون ایجاد تنش های پسماند حرارتی بیشتر به دست بیاورد.

محدوده  دمایی تنش زدایی چدن های خاکستری اغلب از 540 تا 565 درجه سانتیگراد تعیین می شود. محدوده دمایی تنش زدایی چدن های داکتیل غیر آلیاژی از 510 تا 565 درجه سانتیگراد، برای چدن های کم آلیاژ از 565 تا 595 درجه سانتیگراد، برای چدن های پر آلیاژ 595 تا 650 درجه سانتیگراد و برای چدن های داکتیل آستنیتی از 620 تا 675 درجه سانتیگراد تعیین می شود.

عوامل موثر بر تنش زدایی چدن

میزان کاهش یا حذف تنش های پسماند به این عوامل بستگی دارد: شدت تنش های پسماند اولیه، دمای تنش زدایی و زمان نگه داری در این دما، چرخه گرمایش و سرمایش و ساختار شیمیایی و متالورژیکی قطعه چدنی. تاثیر شدت تنش های پسماند اولیه به این صورت است که هر چه تنش های اولیه بیشتر باشد درصد تنش زدایی انجام شده افزایش می یابد.

رابطه دما-زمان برای تنش زدایی فاکتور مهمی است. در تصویر زیر رابطه دما و زمان با کاهش تنش های پسماند برای چدن خاکستری آلیاژی ترسیم شده است. چدن های خاکستری غیر آلیاژی نسبت به چدن های آلیاژی زمان کمتری برای تنش زدایی نیاز دارند. وجود برخی عناصر آلیاژی (به خصوص منگنز ، کروم و مولیبدن) در دمای بالا موجب حفظ استحکام می شود. بنابراین این دسته عناصر آلیاژی فرآیند تنش زدایی چدن را با مشکل مواجه می کنند.

زمان نگه داری موجب افزایش هزینه تنش زدایی چدن می شود و بر کوره فشار زیادی وارد می کند. به طور کلی از لحاظ هزینه تنش زدایی چدن ، انجام آن در دمای بالا و زمان کم به صرفه تر است. نمودار زیر پیشرفت تنش گیری چدن خاکستری غیر آلیاژی نسبت به دما در زمان های نگه داری مختلف به تصویر می کشد.

 بر اساس نمودار، زمان نگه داری 48 ساعته در 540 درجه سانتیگراد معادل نگه داری یک ساعته در 650 درجه سانتیگراد است. افزایش دما از 540 به 650 میزان تنش زدایی را افزایش می دهد، ولی هزینه تنش زدایی چدن را خیلی بالا نمی برد. با این وجود لازم به ذکر است که افزایش دما موجب تغییر خواص مکانیکی یا متالورژیکی می شود.

نرخ سرمایش و گرمایش در تنش زدایی

نرخ سرمایش بعد از تنش زدایی چدن نیز اهمیت دارد. یکی از دلایلی اصلی بروز تنش های پسماند در قطعه سرمایش غیرهمگن قطعه و تنش های ناشی از گرادیان حرارتی در قطعه است. بنابراین در صورت سرعت بیش از حد سرمایش، تنش های پسماندی که در مرحله عملیات حرارتی حذف شده بودند، دوباره به وجود می آیند. در نتیجه، سرمایش تا حد ممکن آهسته و در فضایی با دمای همگن همانند کوره انجام می شود. بعد از پایان عملیات تنش گیری چدن ، قطعه تا دمای 430 درجه برای قطعات معمولی و تا دمای 150 درجه برای قطعات بسیار پیچیده در کوره سرد می شود. سرمایش چدن های داکتیل آستنیتی در معرض هوا هم انجام می شود.

گرمایش قطعه نیز در فرآیند تنش زدایی اهمیت دارد. قطعات چدنی با چقرمگی پایین، بر اساس گرمایش سریع دچار شکست می شوند. معمولا توصیه می شود که در هنگام بارگذاری کوره در مرحله گرمایش تنش زدایی چدن دما از 95 درجه سانتیگراد تجاوز نکند.

هزینه تنش زدایی چدن

همانند باقی عملیات حرارتی قطعات فلزی، هزینه تنش زدایی چدن نیز جزو هزینه های ضروری تولید به شمار می آید. چرخه عملیات حرارتی تنش گیری چدن به طور کلی پیچیدگی بالایی ندارد و نیاز به زمان زیاد و دماهای خیلی بالا هم ندارد. بین عملیات حرارتی معمول چدن ها از قبیل آنیل چدن و نرماله کردن چدن ، عملیات تنش زدایی کمترین دما را نیاز دارد و ایجاد باز زیادی رو کوره نمی کند. بنابراین قیمت تنش زدایی چدن چندان بالا نبوده و به جز ابعاد قطعه پارامترهای موثر زیادی نیز ندارد.