مقالات تجارت آلیاژ مقالاتی از فلزات پرکاربرد
چدن مالیبل یا چدن چکش خوار به صورت آهن سفید ریخته میشود و ساختار آن یک کاربید متابولیسم در یک ماتریس پرلیتی است. مالیبل به طور ذاتی از نوع چدنهای هیپو یوتکتیکی غیر آلیاژی یا کم آلیاژی است و به منظور تشکیل گرافیتهای کروی فشرده و به دست آمدن خواص مکانیکی مانند چکشخواری، استحکام و … عملیات آنیل کردن انجام میشود.
سه نوع اصلی از آهن چکش خوار در صنعت ریختهگری با نامهای چدن مالیبل با زمینه پرلیتی، چدن مالیبل مغز سفید و چدن مالیبل مغز سیاه وجود دارد.
تاریخچه چدن مالیبل
آهن چکش خوار در اوایل قرن 4 قبل از میلاد مورد استفاده قرار گرفت و مصنوعات آن توسط باستان شناسان بین قرن 4 قبل از میلاد و قرن نهم پس از میلاد در چین کشف شده است. آهن چکش خوار در انگلستان در حق اختراع مربوط به دهه 1670 ذکر شده است. Réaumur در سال 1720 تحقیقات گستردهای در مورد آهن چکش خوار انجام داد. او کشف کرد که قطعات ریخته گری آهنی که برای کار بسیار سخت هستند، میتوانند با بسته بندی آنها در سنگ آهن یا سرباره چکشی و قرار دادن آنها در دمای بالا برای چند روز نرم شوند. ایجاد آهن چکش خوار در ایالات متحده در سال 1826 آغاز شد، زمانی که ست بویدن یک کارخانه ریخته گری برای تولید سخت افزار مهار و سایر قطعات ریخته گری کوچک راه اندازی کرد.
نحوه ساخت
مانند آهنهای مشابه، با کربنی که به شکل کروی یا گرهای شکل میگیرد، چدن چکش خوار شکلپذیری خوبی از خود نشان می دهد. چدن مالیبل برای ریخته گریهای کوچک یا ریختهگری با سطح مقطع نازک (کمتر از 0.25 اینچ، 6.35 میلی متر) انتخاب خوبی است. چدن مالیبل همچنین خواص چقرمگی شکست بهتری را در محیط های با دمای پایین نسبت به سایر آهن های گرهای نشان میدهد، زیرا محتوای سیلیکون کمتری دارد.
در چدن چکشخوار، کربن به شکل کرههایی از گرافیت با ظاهری نامنظم قرار دارد. این نوع چدن نخست به شکل چدن سفید همراه با ترکیب شیمیایی مناسب ریخته میشود و در مرحله آنیل از سمنتیت چدن سفید، گرافیت به صورت کروی جوانه میزند. به منظور دستیابی به خواص مکانیکی مختلف میتوان عملیات آنیل را تغییر داد. ضخامت قطعات چدن چکشخوار محدود است زیرا برای تولید چدن سفید به انجماد سریع نیاز است. پس از عملیات آنیل کردن ساختار شامل کربن برفکی در زمینه آستنیت اشباع شده از کربن است و در مرحله بعد با تنظیم نمودن سرعت سرد کردن میتوان ساختار را از فریت تا پرلیت عوض کرد.
پس از فرآیندهای ریختهگری و عملیات حرارتی، چدن چکش خوار را میتوان از طریق کار سرد، مانند مهر زنی برای عملیات صاف کردن، خم کردن یا سکه سازی شکل داد. این امر به دلیل خاصیت مطلوب آهن چکش خوار در حساسیت کمتر به نرخ کرنش نسبت به سایر مواد امکان پذیر است.
مقایسه چدن مالیبل و چدن نشکن
چدن مالیبل از نظر چقرمگی و چکشخواری مانند چدن نشکن است و در مواردی که این ویژگیها اهمیت داشته باشد چدن مالیبل و نشکن میتوانند جایگزین یکدیگر شوند. در بیشتر موارد برای انتخاب این دو جنبه اقتصادی بیش از خواص آنها اهمیت دارد.
از چدن مالیبل در مصارف زیر به جای چدن نشکن استفاده میشود:
- سنبه کاری
- انجام کار سرد
- نیاز به مقاطع نازک
- مقاوم به ضربه در درجه حرارت پایین
- پرچ کاری
- مقاومت به سایش
- قلاویز زنی
- خواص ماشینکاری حداکثر
اما اگر برطرف نمودن خطر ترک گرم، به حداقل رساندن مقدار انقباض یا برطرف نمودن مشکل سفید چدن در مقاطع بزرگ اهمیت داشته باشد بهتر است از چدن نشکن استفاده شود.
کاربرد
اغلب برای ریختهگریهای کوچک که نیاز به استحکام کششی خوب و توانایی خم شدن بدون شکستگی (شکل پذیری) دارند، از چدن مالیبل استفاده میشود. موارد استفاده شامل اتصالات الکتریکی، ابزارهای دستی، اتصالات لوله، واشر، براکت ها، اتصالات حصار، سخت افزار خط برق، تجهیزات کشاورزی، سخت افزار معدن، و قطعات ماشین آلات است.
قبل از استفاده گسترده از آهن چکش خوار در اقلام روزمره، گیرههای نیمکتی سنگین از فولاد ریختهگری ساخته میشدند. استفاده از فولاد ریختهگری بهدلیل ریختگریپذیری ضعیف به سرعت در اکثر کاربردها کاهش یافته است، و از این رو گیرههای ریختهگری با کیفیت بالا (برخلاف فولادهای آهنگری)، در میان سایر ابزارها و عناصر ماشین، در حال حاضر تقریباً به طور انحصاری از آهن چکشخوار ساخته میشوند.
عناصر تشکیل دهنده
عناصر آلیاژی موجود در چدن مالیبل شامل بیسموت، مس، تلوریم، نیکل و بور است. قلع، کروم و وانادیوم به دلیل ایجاد تاخیر در عملیات گرافیت زایی با پایدار کردن کاربید استفاده نمیشوند. همچنین تیتانیوم، کلسیم و باریم به دلیل تشکیل چدن پایدار و قدرت گرافیت زایی در تولید این چدن کاربرد ویژهای ندارند.
افزایش عنصر مولیبدن و مس به این چدن سبب افزایش مقاومت در برابر خوردگی و استحکام چمیشود و در مرحله باز پخت احتمال تردی را کاهش میدهند. همچنین مولیبدن به دلیل تمایل به پایدار کردن کاربید، سبب بالا رفتن زمان عملیات حرارتی آنیلینگ میشود.
انواع چدن مالیبل
انواع چدنهای مالیبل عبارتند از:
– چدن مالیبل با زمینه پرلیتی
– چدن مالیبل مغز سفید
– چدن مالیبل مغز سیاه
چدن مالیبل با زمینه پرلیتی
این چدن در مقایسه با چدن مالیبل فریتی دارای انعطافپذیری کمتر و استحکام بیشتری است. و در ساختار آن گرافیتهای برفکی در زمینه پرلیتی کروی یا لایه لایه وجود دارد. این چدن در نتیجه فرایند آنیل چدنهای چکش خوار مغز سیاه همراه با 1 تا 1.2 درصد منگنز به دست میآید. در حال حاضر توسط روشهایی مانند سریع سرد نمودن چدن با ترکیب شیمیایی چدن مالیبل مغز سیاه عادی در مرحله تمپر کردن تهیه میگردد.
چدن مالیبل مغز سیاه
در چدنهای مالیبل مغز سیاه، احتمال اکسید شدن سطح یا دکربوره شدن وجود دارد به همین دلیل آنیل کردن چدنها باید در یک محیط کنترل شده انجام شود. در مرحله اول آنیل کردن درجه حرارت از 150-980 درجه سانتی گراد متغیر است. در مرحله بعدی استحاله فاز اتفاق میفتد که حرارت از حدود 780 درجه سانتی گراد روند کاهشی داشته و تا 680 درجه سانتی گراد میرسد. سپس گرافیتهای فشرده در زمینه فریتی تشکیل میشوند که امکان دارد به صورت غیر متراکم و پراکنده و متراکم قرار بگیرند. لازم به ذکر است ساختار زمینه از سطح تا مرکز یکنواخت بوده و گاهی امکان دارد پرلیتی باشد.
چدن مالیبل مغز سفید
چدن مالیبل مغز سفید در مقایسه با مغز سیاه دارای سیلسیوم کمتر و کربن بیشتری است. این چدن هنگام عملیات حرارتی به مقدار کمی دکربوره شده و فقط تحت فرایند آنیل یک مرحلهای در دمای 980-1070 درجه سانتی گراد قرار میگیرد و سپس سرد میشود. با دی کربوره شدن، یک قشر نازک بدون گرافیت در سطح چدن ایجاد میشود که مقدار کربن آن با شیب مشخصی از سطح به سمت مرکز افزایش مییابد که در میکروسکوپ قابل مشاهده است.
ظاهر گرافیتهای برفکی و ساختار زمینه از مقادیر منگنز و گوگرد تبعیت میکند. اگر مقدار گوگرد زیاد باشد و با منگنز در حالت نامتعادلی قرار گیرد در مقاطع ضخیمتر زمینه پرلیتی تشکیل و در هنگام آنیل گرافیت زایی شدیدا کاهش مییابد. بنابراین امکان تراشکاری بهبود مییابد و گرافیتها فشرده یا کروی میشوند.
بیشتر بخوانید: چدن نشکن چیست و کاربرد آن در صنایع
