مالیبل کردن چدن

چدن مالیبل در اغلب مصارف با چدن داکتیل جایگزین شده است. دلیل این مسئله بالا بودن قیمت مالیبل کردن چدن و دشواری تولید چدن سفید در مرحله ریخته گری است. قطعه مورد استفاده برای عملیات مالیبلیزاسیون چدن از چدن سفید ساخته شده و دارای ریزساختاری متشکل از کاربید و پرلیت است. به عبارت دیگر، چدن ریخته گری شده بایستی صد در صد از چدن سفید تشکیل شود. به منظور تشکیل چدن سفید در قطعه ریخته گری شده سرعت سرمایش بعد از ریخته گری باید به اندازه کافی بالا باشد. چنانچه ضخامت قطعه از حد خاصی بیشتر باشد، تشکیل چدن سفید و در نتیجه عملیات حرارتی مالیبلیزاسیون چدن به درستی انجام نخواهد شد.

مالیبل کردن چدن مغز سیاه

مالیبل کردن چدن برای ایجاد چدن مالیبل مغز سیاه در اتمسفری کنترل شده شامل نیتروژن خشک، هیدروژن و کربن مونواکسید انجام می شود. این شرایط به منظور جلوگیری از دکربوره شدن یا ایجاد پوسته های اکسیدی در کوره برقرار می شود.

مالیبل کردن چدن در این فرآیند در سه مرحله انجام می شود.

مرحله اول تولید چدن مالیبل مغز سیاه

در مرحله اول گرافیت شروع به جوانه زنی می کند. در این مرحله قطعه تا درجه حرارت بالا گرم شده و در این درجه حرارت نگه داری می شود.

مرحله دوم تولید چدن مالیبل مغز سیاه

در مرحله دوم مالیبل کردن چدن که اولین مرحله گرافیت زایی نامیده می شود، قطعه در 900 تا 950 درجه سانتیگراد نگه داری می شود. طی گرمایش تا بالای دمای بحرانی استحاله پرلیت به آستنیت انجام خواهد شد. با افزایش دما، آستنیت تشکیل شده سمنتیت موجود در ساختار را در خود حل خواهد کرد. گرافیت زایی در محدوده دمای 900-950 درجه سانتیگراد آغاز می شود. طی فرآیند گرافیت زایی، آستنیت از کربن تهی می شود و بنابراین کمبود کربن خود را با انحلال سمنتیت جبران می کند. این کربن روی جوانه های گرافیت انباشته می شود و جوانه های گرافیت در تمام جهات رشد خواهند کرد. در نتیجه در این دما ریزساختار از آستنیت و توده ها یا کره های گرافیت تشکیل خواهد شد.

افزایش دما تا بالاتر از محدوده یاد شده، هر چند سرعت فرآیند مالیبل کردن چدن را افزایش می دهد اما موجب اعوجاج و تخریب قطعه نیز می شود. زمان نگه داری چدن در این دما به منظور گرافیت زایی بین 20 تا 70 ساعت تعیین می شود. نگه داری طولانی مدت چدن در دمای 955 درجه سانتیگراد حلالیت نیتروژن در چدن را کاهش می دهد. حل شدن نیتروژن در چدن موجب کاهش خواص مکانیکی چدن می شود. بعد از حذف کاربیدها، چدن تا 740 درجه سانتیگراد به سرعت سرد شده و مرحله سوم فرآیند شروع می شود.

مرحله سوم تولید چدن مالیبل مغز سیاه

مرحله سوم مالیبل کردن چدن که به دومین مرحله گرافیت زایی معروف است. در این مرحله، قطعه در محدوده استحاله به آرامی سرد شده و زمینه فریتی و عاری از پرلیت یا کاربید تشکیل می شود. سرعت سرمایش در این مرحله بایستی به قدر کافی کند باشد تا استحاله آستنیت به فریت و تولید گرافیت انجام شود. با وجود درصد سیلیسیم بالا در ترکیب چدن می توان سرعت سرمایش را افزایش داد.

مالیبل کردن چدن پرلیتی

عملیات حرارتی مالیبل کردن چدن به منظور تشکیل چدن مالیبل پرلیتی نیز تا حدی مشابه عملیات حرارتی چدن مالیبل مغز سیاه است. تفاوت اصلی این دو عملیات در این است که در ساخت چدن مالیبل پرلیتی فرآیند گرمایش و سرمایش به گونه ای انجام می شود که ساختار نهایی از پرلیت تشکیل می شود. این چدن بین انواع چدن مالیبل بیشترین سختی ، استحکام و مقاومت به سایش و کمترین چقرمگی را دارد.

عملیات مالیبل کردن چدن برای تولید این نوع چدن به دو روش انجام می شود.

1-حرارت دهی دوباره بعد از مرحله گرافیت زایی و سپس سرمایش سریع

2-بعد از پایان عملیات تولید چدن مالیبل فریتی ، گرمایش تا دمای بالا به منظور آستنیت زایی و حل شدن گرافیت در آستنیت سپس سرمایش سریع. این فرآیند نسبت به فرآیند اول موجب سختی کمتری می شود.

مالیبل کردن چدن مغز سفید

عملیات حرارتی مالیبل کردن چدن برای چدنهایی که دارای کربن زیاد (بیش از سه درصد) و سیلیسیم کم (کمتر از 0.6 درصد) هستند به گونه دیگر انجام می شود. این عملیات منجر به تولید چدن مالیبل مغز سفید می شود.

بر خلاف عملیات حرارتی مالیبل کردن چدن مغز سیاه ، این عملیات حرارتی در اتمسفر اکساینده شامل هوا یا در معرض عامل اکساینده مثل اکسید آهن انجام می شود. طی این عملیات، درصد کربن در عمق قطعه کاهش می یابد و در سطح قطعه به کمترین حد خود می رسد. درصد عامل اکساینده به گونه ای تنظیم می شود که عیب پوسته ای شدن ایجاد نشود.

فرآیند دکربوره شدن قطعه چدن سفید به وسیله گرمایش در دماهای بالای 950 درجه سانتیگراد و در زمان طولانی (بالای صد ساعت) انجام می شود. در این دما باید تلاش شود که اعوجاج قطعه به کمترین حد خود برسد. ریزساختار قطعه بعد از این فرآیند بستگی به ضخامت آن دارد. در سطح قطعه دکربوره شده معمولا ساختار کاملا فریتی ایجاد می شود و در عمق آن ساختار پرلیتی ، فریتی با توده های کربن یا گرافیت ایجاد می شود.

قیمت مالیبل کردن چدن

همانگونه که گفته شد، بالا بودن قیمت مالیبل کردن چدن موجب کاهش مصرف آن در صنایع و جایگزینی چدن مالیبل با چدن داکتیل نرماله شده می شود. در تولید چدن مالیبل نیاز به چند مرحله عملیات حرارتی پیچیده در اتمسفر کنترل شده می باشد. همچنین به دلایل گفته شده، چدن های مالیبل محدودیت ابعادی دارند. در حالی که چدن داکتیل با اضافه کردن مجموعه ای از عناصر کروی کننده به ترکیب آهن مذاب ایجاد می شود. لازم به ذکر است که این دو چدن خواص مکانیکی و فیزیکی مشابهی نیز دارند. بنابراین تنها در مواردی که تهیه چدن داکتیل به دلایل مختلف به صرفه نباشد، تولید چدن مالیبل با وجود بالا بودن قیمت مالیبل کردن چدن به صرفه تلقی می شود