طرز عمل آهن هاي خاكستري (gray irons) :

چكيده :

آهن هاي خاكستري گروهي از چدنها هستند كه گرافيت ورقه را در طول انجماد تشكيل مي دهند. در مقابل شكل شناسي گرافيت گلوله اي آهن هاي شكل پذير و نرم. گرافيت ورقه در آهن هاي خاكستري در يك قالب با ريزساختاري كه توسط عمل تركيب و گرما مشخص مي شود، پخش مي گردد.

ريزساخت معمول آهن خاكستري يك قالب پرليت با ورقه هاي گرافيت كه در سرتاسر پخش شده است مي باشد. برحسب تركيب، آهن خاكستري معمولاً شامل 5/2% تا 4% كربن (c) 1% تا 3% سيليسيوم (si) و اضافاتي از منگنز بسته به ريزساخت مطلوب مي باشد. (به اندازه حداقل 1/0% منگنز در آهن خاكستري كه داراي بيشترين جزء آهن است و حداكثر 2/1% در پرليت). ديگر عناصر آلياژي شامل نيكل، مس، موليبدنيوم و كُرُم است.

كاهش ميزان سيليسيوم و ميزان كل كربن يا با افزودن عناصر آلياژي معمول ترين عمليات گرمايي در آهن خاكستري بازپخت يا تمپرينگ و آزاد كردن فشار است.

تركيب شيميايي يك پارامتر مهم ديگر است كه بر عمليات گرما در چدن هاي خاكستري و سيليسيوم اثر مي گذارد. براي مثال: قابليت انحلال كربن را كاهش و درجه انتشار كربن را در آستنتيت را افزايش مي دهد و معمولاً واكنش هاي مختلف را در طول عمليات گرما سرعت مي بخشد. سيليسيوم نيز دماي سخاتار آستنيتكي را تا حد زيادي بالا برده و ميزان كربن تركيبي را كاهش مي دهد. (حجم استحكام يا سخت كاري شدن) در مقابل منگنز دماي ساختار آستنتيكي را پايين مي آورد و قابليت سخت شدن را افزايش مي دهد. آن همچنين قابليت انحلال كربن را افزايش و انتشار كربن را در آستنتيك كاهش داده و ميزان كربن تركيب شده را افزايش مي دهد. به علاوه، منگنز تبديل به آلياژ شده و كاربيد پرليت را تثبيت مي كند و از اين رو ميزان پرليت را افزايش مي دهد.

گداختگي (تمپرينگ) :

عمليات گرما اغلب براي آهن خاكستري بكار مي رود به استثناء آهن در كاهش فشار كه همان گداختگي يا بازپخت است. گداختگي آهن خاكستري شامل گرما دادن به آهن توصيه مي گردد.

تمپرينگ (گداختگي) متوسط يا كامل :

اين عمل معمولاً در دماهاي بين 790 و 900 درجه سانتيگراد (1450 و 1650 درجه فارنهايت) انجام مي شود. اين عمليات وقتي استفاده مي شود كه يك گداختگي تبديل به آهن بدليل ميزان آلياژ بالا در آهن خاصي بي اثر باشد. در هر حال توصيه مي شود كه ميزان تأثير دماهاي زير 760 درجه سانتيگراد (F 1400) را قبل از اينكه دماي گداختگي بالا به عنوان بخشي از رويه استاندارد پذيرفته شود، آزمايش كنيد.

حفظ زمان قابل مقايسه با زمانهاي استفاده شده در گداختگي تبديل به آهن معمولي بكار گرفته مي شوند. وقتي كه از دماهاي بالا در گداختگي متوسط استفاده مي شود، ريخته گري بايد به آرامي از طريق ناحيه تبديل از حدود 790 تا 675 درجه سانتيگراد (1450 تا 1250 درجه فارنهايت) سرد گردد.

تمپرينگ (گداختگي تبديل به گرافيت) :

اگر ريزساختار آهن خاكستري شامل ذرات كاربيد بزرجگ باشد دماهاي تمپرينگ بالاتر مورد نياز است. گداختگي تبديل به گرافيت ممكن است به سادگي براي تبديل كاربيد بزرگ به پرليت و گرافيت عمل كنند. اگرچه در بعضي موارد كاربرد انجام عمل گداختگي تبديل به آهن براي فراهم كردن قابليت تراش حداكثر ممكن است مطلوب باشد.

محدوده دما براي طبيعي سازي آهن خاكستري تقريباً 885 تا 925 درجه سانتيگراد (1625 تا 1700 درجه فارنهايت) است. دماي تبديل به آستنتيك تأثير زيادي بر ريزساختار و بر ويژگي هاي مكانيكي مانند قدرت كشش و سختي دارد.

قدرت كشش و سختي ريخته گري آهن خاكستري طبيعي شده بستگي به پارامترهاي زير دارد:

ـ ميزان كربن تركيبي

ـ فاصله و فضاي پرليت (فاصله بين صفحات محكم شده)

ـ شكل شناسي گرافيت

ـ شكل شناسي گرافيت تا حد زيادي در طول طبيعي سازي تغيير نمي كند و اثر آن بر سختي و قدرت كشش در اين بحث در مورد طبيعي سازي حذف مي گردد.

ميزان تركيب كربن با دماي طبيعي سازي (آستنتيك) و تركيب شيميايي ريخته گري مشخص مي شود. دماي طبيعي سازي بالاتر قابليت انحلال كربن را در آستنتيك افزايش مي دهد. (يعني حجم محكم سازي در پرليت حاصل). حجم محكم سازي بالاتر در عوض هم سختي و هم قدرت كشش را افزايش مي دهد. تركيب آلياژ ريخته گري آهن خاكستري نيز بر قابليت انحلال كربن در آستنتيك اثر مي گذارد. بعضي از عناصر قابليت انحلال كربن را افزايش مي دهند و بعضي آن را كاهش مي دهند. عناصر ديگر اثري بر روي آن ندارند. ميزان كربن قالب از اثرات تركيبي عناصر آلياژي تعيين مي شود.