چدنهای آلیاژی پرسیلیسم مقاوم به خوردگی
چدنهای آلیاژی به خانواده‌ای از چدنهای خاکستری، با گرافیک کروی و سفید گفته می‌شود که محتوی مقادیر بالائی از عناصر آلیاژی (3 تا 40%) هستند.
اگر چه این خانواده از چدنها دارای خواس فیزیکی و مکانیکی بسیار مهمی هستند. معهذا ریخته‌گری آنها به همان سهولت چدنهای غیر آلیاژری انجام می‌گیرد. تولید این نوع چدنها در صنایع چدن‌ریزی تخصص جداگانه‌ای راا به خود اختصاص داده و اکثر واحدهای ریخته‌گری این نوع چدنها تنها فعالیت خود را محدود به چند نوآوری از انواع آنها می‌نمایند.
تقسیم‌بندی این نوع چدنها بررسی مبنای خواص آنها نظیر استحکام در درجات حرارتی بالا، مقاومت در مقابل اکسیداسیون (اکسایش)، مقاومت در مقابل سرماخوردگی، مقاومت در شرایط سایند شدید، انبساط حرارتی بسیار کم نوآوری یا خاصیت غیر مغناطیسی بودن آنها قرار دارد. تولید استاتور (شکل 1-1) یکی از موارد مصرف این خانواده از چدنها را نشان می‌دهد.
پره‌های این توربین از چدن آلیاژی بدون انجام عملیات حرارتی ساخته شده است.
مطالب فوق توضیحات مختصری درباره انواعچدنهای آلیاژی و موارد کاربرد آنها بود، در این تحقیق و آزمایش هدف اصلی ما تولید و آزمایش چدنهای مقاوم به خوردگی از نوع پرسیلیسم می‌باشد.
همانطور که می‌دانید گسترش روزافزون صنایع شیمیایی – پتروشیمی ها و آزمایشگاه‌های مدرن شیمی و سنایع مربوطه که با محیط‌ها یا مواد خورنده سر و کار دارند، نیاز به این نوع چدنها، بعنی چدنهای مقاوم به خوردگی در محیطهای اسیدی بازی و ... بیشتر احساس می‌شود که لازم است به آنها اهمیت و توجه بیشتری شود.
به همین دلیل ابتدا ما در این قسمتت قصد بر این داریم که خوردگی چدنهای غیر آلیاژی در محیطهای مختلف و علت اینکه به چدنهای آلیاژی مقاوم به خوردگی احتیاج می‌شود را مورد بررسی قرار داده و سپس به انواع چدنهای آلیاژی مقاوم به خوردگی اشاهر مختصری کرده و بعداً در ادامه در مورد کلیات تولید آلیاژ مورد نظرمان در تحقیق و آزمایش (چدنهای پرسیلیسم)، مواد اولیه مورد نیاز برای تولید آن، تجهیزات ذوب و قالبگیری، نحوه آزمایش، مراحل عملیات و نتایج آن توضیحات مفصل‌تری داده خواهد شد.
مقاومت خوردگی خاصیت ویژه‌ای برای یک ماده محسوب نمی‌شود. ارزیابی این مشخصه به وضعیت قرار گرفتن ماده در معرض خوردگی و به کیفیت لازم برای کاربرد بستگی دارد.
مقاومت خوردگی چدنها اصولاً به ترکیب شیمیایی و نحوه پخش عناصر داخل ساختار میکروسکوپی آن بستگی دارد. طبق تعریف همه چدنها غیر متقارن بوده و بدین ترتیب لااقل دو مورد از اجزا مختلف در ساختارشان دارند. تیپ‌های مختلف چدنها به وسیله شکل و نحوه پخش گرافیک در ساختار و تیپ زمینه میکروسکوپی از هم متمایز می‌شوند.
خوردگی چدنها با خوردگی فولادها تفاوت دارد زیرا چدنها شامل مقادیر محسوس کربن و سیلیم می‌باشند. مقدار زیادی از کربن به صورت گرافیت درمی‌آید که به طور کلی نامحلول بوده و در بیشتر محیطهای خورنده خنثی است. گرافیک موجود در چدن، در برابر حمله خوردگی بیشتر محیطهای خورنده بی‌اثر است، حمله خوردگی به طور اصلی روی زمینه ساختار فلز می‌باشد. اگر گرافیک روی سطح در جای خود بماند باعث تشکیل پوسته محافظ به زنگ سیاه یا خاکستری به نظر می‌رسد. این پوسته محافظ گرافیکی می‌تواند عاملی برای سرعت دادن یا کاهش سرعت خوردگی در فلز باشد.
در یک محیط خورند با PH کم، گرافیک در برابر آهن به شدت کانذیک است و شاید به طور الکترولیتی موجب تسریع حمله خوردگی روی فلز شود. اما اگر محصولات خوردگی در روی فلز نگاه داشته شوند، می‌توانند مانند یک سد مکانیکی موجب افزایش مقاومت الکتریکی شده و حمله ثانوی خوردگی را جلوگیری کنند.
تحقیق چدنهای پر آلیاژ
نخستین خانواده چدنهای پر آلیاژ که بیشترین اهمیت را کسب کردند چدنهای نایهارد بودند با زمینه مارتنزینی، کاربیدی، کربن در آنها از 5/2% تا 6/3% متغیر می‌باشد. در این چدنها تشکیل عنصر اساسی است که به منظور به تعویق افتادن تشکیل پرلیت است و کاهش سرعت بحرانی سرد شدن در رنج 3/3% تا5/0 به کار می‌رود که نتیجتاً مارتزیت به همراه مقداری آستیت باقیمانده در زمینه ساختار به وجود می‌آید. کروم در رنج %5/3 – 4/1% اضافه می‌شود، برای حصول اطمینان از اینکه مازاد کربن آلیاژ به جرم کاربیدهای پایدار می‌سازد و همچنین از خاصیت گرافیت زایی نیکل نیز جلوگیری به عمل می‌آید. ترکیب کاربیدها به علاوه مارتنزیت زمینه‌ای با مقاومت سایشی خوبی ایجاد می‌کند. تعیین درصد عناصر آلیاژی در چدنهای نایهار بستگی دارد به ابعاد قطعه و خواصی که از آن انتظار می‌رود. زمانیکه مقاومت سایشی خوب و ضربه‌پذیری پایین مورد نظر باشد کاربیدهای درشت‌تر انتخاب شده و نتیجتاً درصد کربن بین 6/3 -3/3% انتخاب می‌شود و زمانیکه قطعه در معرض بارهای ضربه‌ای قرار می‌گیرد کربن بین 2/3-7/2% متغیر خواهد بود. درصد عناصر بستگی به سرعت سرد شدن و ضخامت قطعه دارد برای قطعات با ضخامت 1 تا 2 اینچ سیکل بین 2/4 – 4/3% برای به تعویق انداختن در تبدیل پرلیتی و اطمینان از تبدیل کامل مارتنزیتی ضروری است. چنانچه ضخامت قطعه بالاتر باشد نیکل از 5/5 – 4% مورد استفاده قرار می‌گیرد تا پرلیت تشکیل شود.
در نایهارد نوع II چنانچه درصد نیکل پایین باشد پرلیت تشکیل می‌شود و چنانچه مقدار نیکل زیاد باشد به پایداری استنیت کمک می‌کند. تفاوت اصلی در بین 4 آلیاژ چدنهای نایهارد در کاربردد آنهاست. در جدول زیر که بر اساس ASTM است مشخصات کلی این 4 کلاس متفاوت نایهارد با هم مقایسه شده است:
|
| M5% | %cr | % Ni | %mn | %si | %T.c | Tape | Specify no | Specifying body |
| Min |
| 4/1 | 5/3 |
|
| 3 | A | A532 Fe3c
(fecr)7c3 |
Astm |
| Max | 1 | 4 | 5 | 3/1 | 8/0 | 6/3 | |||
| Min |
| 4/1 | 5/3 |
|
| 5/2 | B | ||
| Max | 1 | 4 | 5 | 3/1 | 8/0 | 3 | |||
| Min |
| 1/1 | 7/2 |
|
| 9/2 | C | ||
| Max | 1 | 5/1 | 4 | 3/1 | 8/0 | 7/3 | |||
| Min |
| 7 | 5 |
| 1 | 5/2 | D | ||
| Max | 1 | 11 | 7 | 3/1 | 2/2 | 6/3 |
مقاومت به ضربه نوع D بسیار بالاتر از سه مورد قبل (A, B, C) می‌باشد. SI در آن بالاست و نقش کمک کردن به تشکیل کاربید را تسریع می‌کند چون حلالیت کربن در گاما را کاهش می‌دهد. چدنهای نیکل- سخت بوفور در عملیات خرد کردن، پودر کردن، نورد کردن، و حمل مواد به کار برده می‌شوند. دو گروه عمده چدن نیکل سخت وجود دارند، چدنهای با 4% نیکل و چدنهای با 6% نیکل و 9% کروم که معمولاً به نیکل سخت 2 و 4 موسوم‌اند. نوع 2 چدن نیکل سخت شامل کاربیدهای یوتکتیکی M3C لدبوریتی است و بنابراین دارای چقرمگی کمی است در صورتیکه نوع 4 چدن نیکل سخت عمدتاً شامل کاربیدهای ناپیوسته M7C3 است و در نتیجه چقرمگی نیکل سخت 4 بیشتر است. چدن نیکل سخت نوع 2 چقرمگی کمتری دارد عمدتاً در تولید غلطکهای فلز کاری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
متالورژی و کاربرد چدنهای نیکل- سخت نوع 4 تقریباً مشابه چدنهای پرکروم است. اما مشاهده شده است که در کاربردهای خاص مانند گلوله‌های آسیاب و جدار پوسته آسیابهای سیمان با قطر زیاد که قطعات ریختگی در آن هم تحت سایش و هم ضربات مکرر سنگین قرار دارند نیکل سخت 4 مقاومت لازم برای شکست را ایجاد نمی‌کند. به طور کلی مقاومت شکست چدنهای پرکروم بیش از چدنهای نیکل سخت 4 است. مشخصه‌ای که سبب ارجحیت بارز چدنهای نوع نیکل سخت 4 در مقایسه با چدنهای پرکروم می‌شود قابلیت سختی‌پذیری عالی آن است.
محدودیت استفاده از این نوع چدنها مخصوصاً در نوع 2، مربوط به شبکه پیوسته کاربید آهن می‌شود که دانه‌های آستینت رادر خود احاطه کرده است و باعث تردی آن می‌گردد. همچنین در مقاطع ضخیم این نوع چدنها را نمی‌توان تولید نمود زیرا امکان به وجود آمدن گرافیت آزاد و کاهش مقاومت به سایش وجود دارد. دیگر اینکه سختی فاز کاربید آهن از کاربیدهای آلیاژی کمتر است. سمانتیت یا کاربید آهن را می‌توان با کاربیدهای دیگر جایگزین نمود به این طریق این امکان وجود دارد که چدنی تولید نمود که فاز کاربید آن از سمانتیت سخت تر بوده و از نظر ساختاری نیز خواص مکانیکی بهتری را عاید نماید.
عواملی که روی خواص این گونه چدنها مخصوصاً بر روی سختی ضربه‌پذیری آن اثر می‌گذارند عبارتند از: