چدن و استانداردهای آن(cast iron and its standard )

آلیاژی از آهن- کربن و سیلیسیم است که همواره محتوی عناصری در حد جزئی (کمتر از 0.1 درصد) و غالبا عناصر آلیاژی (بیشتر از 0.1 درصد) بوده و به حالت ریختگی یا پس از عملیات حرارتی به کار برده می‌شود. عناصر آلیاژی ای بهبود کیفیت چدن برای مصارف ویژه به آن افزوده می‌شود. آلیاژهای چدن در کارهای مهندسی که در آنها چدن معمولی ناپایدار است به کار می‌روند. اساسا خواص مکانیکی چدن به زمینه ساختاری آن بستگی دارد و مهمترین زمینه ساختار چدن‌ها عبارتند از: فریتی ، پرلیتی ، بینیتی و آستینتی. انتخاب نوع چدن و ترکیب آن براساس خواص و کاربردهای ویژه مربوطه تعیین می‌شود.

طبفه‌بندی چدن‌ها

چدن ها به دو گروه اصلی طبقه‌بندی می‌شوند، آلیاژهایی برای مقاصد عمومی که موارد استعمال آنها در کاربردهای عمده مهندسی است و آلیاژهای با منظور و مقاصد ویژه از جمله چدنهای سفید و آلیاژی که برای مقاومت در برابر سایش ، خوردگی و مقاوم در برابر حرارت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.

چدن های معمولی (عمومی)

این چدن ها چزو بزرگترین گروه آلیاژهای ریختگی بوده و براساس شکل گرافیت به انواع زیر تقسیم می‌شوند: چدن های خاکستری ورقه ای یا لایه ای: چدن های خاکستری جزو مهمترین چدن های مهندسی هستند که کاربردی ارند نام این چدن ها از خصوصیات رنگ خاکستری سطح مقطع شکست آن و شکل گرافیت مشتق می‌شود.خواص چدن های خاکستری به اندازه ، مقدار و نحوه توزیع گرافیت‌ها و ساختار زمینه بستگی دارد. خود این‌ها نیز به کربن و سیلیسیم (C.E.V=%C+%⅓Si+%⅓P) و همچنین روی مقادیر جزئی عناصر ، افزودنی‌های آلیاژی ، متغیرهای فرایندی مانند، روش ذوب ، عمل جوانه زنی و سرعت خنک شدن بستگی پیدا می‌کنند. اما به طور کلی این چدن ها ضریب هدایت گرمایی بالایی داشته، مدول الاستیستیه و قابلیت تحمل شوکهای حرارتی کمی دارند و قطعات تولیدی از این چدن ها به سهولت ماشینکاری و سطح تمام شده ماشینکاری آنها نیز مقاوم در برابر سایش از نوع لغزشی است. این خواص آنها را برای ریختگی هایی که در معرض تنش‌های حرارتی محلی با تکرار تنشها هستند، مناسب می‌سازد. افزایش میزان فریت در ساختار باعث استحکام مکانیکی خواهد شد. این نوع حساس بودن به مقاطع نازک و کلفت در قطعات چدنی بدنه موتورها مشاهده می شود دیواره نازک و لاغر سیلندر دارای زمینه‌ای فریتی و قسمت ضخیم نشیمنگاه یا تاقان‌ها زمینه‌ای با پرلیت زیاد را پیدا می‌کند. همچنین در ساخت ماشین آلات عمومی ، کمپرسورهای سبک و سنگین ، قالب‌ها ، میل لنگ‌ها ، شیر فلکه‌هاو اتصالات لوله‌ها و غیره از چدنهای خاکستری استفاده می‌شود. چدن های مالیبل یا چکش خوار: چدن های چکش خوار با دیگر چدن ها به واسطه ریخته گری آنها نخست به صورت چدن سفید فرق می‌کنند. ساختار آنها مرکب از کاربیدهای شبه پایدار در یک زمینه‌ای پرلیتی است بازپخت در دمای بالا که توسط عملیات حرارتی مناسب دنبال می‌شود باعث تولید ساختاری نهایی از توده متراکم خوشه‌های گرافیت در زمینه فریتی یا پرلیتی بسته به ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی می‌شود. ترکیب به کار برده شده براساس نیازهای اقتصادی ، نحوه باز پخت خوب و امکان جذب و امکان تولید ریخته‌گری انتخاب می‌شود. مثلا بالا رفتن Si بازپخت را جلو انداخته و موجب عملیات حرارتی خوب و سریعی با سیلکی کوتاه می‌شود و در ضمن مقاومت مکانیکی را نیز اصلاح می‌نماید. تاثیر عناصر به مقدار بسیار کم در این چدن ها دست آورد دیگری در این زمینه هستند. Te و Bi تشکیل چدن سفید در حالت انجماد را ترقی داده، B و Al موجب اصلاح قابلیت بازپخت و توام با افزایش تعداد خوشه‌های گرافیت می‌شود میزان Mn موجود و نسبت Mn/S برای آسان کردن عمل بازپخت می‌بایستی کنترل گردد. عناصری از جمله Cu و Ni و Mo را ممکن است برای بدست آوردن مقاومت بالاتر یا افزایش مقاومت به سایش و خوردگی به چدن افزود. دلیل اساسی برای انتخاب چدن های چکش خوار قیمت تمام شده پایین و ماشینکاری راحت و ساده آنهاست. کاربردهای آنها در قطعات اتومبیل قطعات کشاورزی ، اتصالات لوله ها ، اتصالات الکتریکی و قطعات مورد استفاده در صنایع معدنی است.

چدن های گرافیت کروی یا نشکن:

این چدن در سال 1948 در فیلادلفیای آمریکا در کنگره جامعه ریخته گران معرفی شد. توسعه سریع آن در طی دهه 1950 آغاز و مصرف آن در طی سال های 1960 روبه افزایش نهاده و تولید آن با وجود افت در تولید چدن ها پایین نیامده است. شاخصی از ترکیب شیمیایی این چدن به صورت کربن 3.7% ، سیلیسیم 2.5% ، منگنز0.3% ، گوگرد 0.01% ، فسفر 0.01% و منیزیم 0.04% است. وجود منیزیم این چدن را از چدن خاکستری متمایز می‌سازد. برای تولید چدن گرافیت کروی از منیزیم و سریم استفاده می‌شود که از نظر اقتصادی منیزیم مناسب و قابل قبول است. جهت اصلاح و بازیابی بهتر منیزیم برخی از اضافه شونده‌هایی از عناصر دیگر با آن آلیاژ می‌شوند و این باعث کاهش مصرف منیزیم و تعدیل کننده آن است. منیزیم ، اکسیژن و گوگرد زدا است. نتیجتا منیزیم وقتی خواهد توانست شکل گرافیتها را به سمت کروی شدن هدایت کند که میزان اکسیژن و گوگرد کم باشند. اکسیژن‌زداهایی مثل کربن و سیلیسیم موجود در چدن مایع این اطمینان را می‌دهند که باعث کاهش اکسیژن شوند ولی فرآیند گوگردزدایی اغلب برای پایین آوردن مقدار گوگرد لازم است. از کاربردهای این چدن ها در خودروسازی و صنایع وابسته به آن مثلا در تولید مفصل‌های فرمان و دیسک ترمزها ، در قطعات تحت فشار در درجه حرارت های بالا مثل شیر فلکه‌ها و اتصالات برای طرحهای بخار و شیمیایی غلتکهای خشک‌کن نورد کاغذ ، در تجهیزات الکتریکی کشتی‌ها ، بدنه موتور ، پمپ‌ها و غیره است.

چدن های گرافیت فشرده یا کرمی شکل:

این چدن شبیه خاکستری است با این تفاوت که شکل گرافیت‌ها به صورت کروی کاذب ، گرافیت تکه‌ای با درجه بالا و از نظر جنس در ردیف نیمه نشکن قرار دارد. می‌توان گفت یک نوع چدنی با گرافیت کروی است که کره‌های گرافیت کامل نشده‌اند یا یک نوع چدن گرافیت لایه‌ای است که نوک گرافیت گرد شده و به صورت کرمی شکل درآمده‌اند. ایت چدن ها اخیرا از نظر تجارتی جای خود را در محدوده خواص مکانیکی بین چدن های نشکن و خاکستری باز کرده است. ترکیب آلیاژ موجود تجارتی که برای تولید چدن گرافیت فشرده استفاده می‌شود عبارت است از: Mg%4-5 ،Ti%8.5-10.5 ، Ca% 4-5.5 ، Al%1-1.5 ، Ce %0.2-0.5 ،Si%48-52 و بقیه Fe. چدن گرافیت فشرده در مقایسه با چدن خاکستری از مقاومت به کشش ، صلبیت و انعطاف‌پذیری ، عمر خستگی ، مقاومت به ضربه و خواص مقاومت در دمای بالا و برتری بازمینه‌ای یکسان برخوردار است و از نظر قابلیت ماشینکاری ، هدایت حرارتی نسبت به چدن های کروی بهتر هستند. از نظر مقاومت به شکاف و ترک خوردگی برتر از سایر چدن ها است. در هر حال ترکیبی از خواص مکانیکی و فیزیکی مناسب ، این چدن ها را به عنوان انتخاب ایده آلی جهت موارد استعمال گوناگون مطرح می‌سازد. مقاومت بالا در مقابل ترک‌خوردگی آنها را برای قالبهای شمش‌ریزی مناسب می‌سازد. نشان دادن خصوصیاتی مطلوب در دماهای بالا در این چدن ها باعث کاربرد آنها برای قطعاتی از جمله سر سیلندرها ، منیفلدهای دود ، دیسکهای ترمز ، دیسکها و رینگهای پیستون شده است.

چدن های سفید و آلیاژی مخصوص

کربن چدن سفید به صورت بلور سمانتیت (کربید آهن ، Fe3C) می‌باشد که از سرد کردن سریع مذاب حاصل می‌شود و این چدن ها به آلیاژهای عاری از گرافیت و گرافیت‌دار تقسیم می‌شوند و به صورتهای مقاوم به خوردگی ، دمای بالا، سایش و فرسایش می‌باشند.
• چدن های بدون گرافیت: شامل سه نوع زیر می باشد:

چدن سفید پرلیتی:

ساختار این چدنها از کاربیدهای یکنواخت برجسته و توپر M3C در یک زمینه پرلیتی تشکیل شده است. این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند و هنوز هم کاربرد داشته ولی بی‌نهایت شکننده هستند لذا توسط آلیاژهای پرطاقت دیگری از چدن های سفید آلیاژی جایگزین گشته‌اند.

چدن سفید مارتنزیتی (نیکل- سخت:

نخستین چدن های آلیاژی که توسعه یافتند آلیاژهای نیکل- سخت بودند. این آلیاژها به طور نسبی قیمت تمام شده کمتری داشته و ذوب آنها در کوره کوپل تهیه شده و چدن های سفید مارتنزیتی دارای نیکل هستند. Ni به عنوان افزایش قابلیت سختی پذیری برای اطمینان از استحاله آستنیتی به مارتنزیتی در طی مرحله عملیات حرارتی به آن افزوده می‌شود. این جدن ها حاوی Cr نیز به دلیل افزایش سختی کاربید یوتکتیک هستند. این چدنها دارای یک ساختار یوتکتیکی تقریبا نیمه منظمی با کاربیدهای یکنواخت برجسته و یکپاره M3C هستند که بیشترین فاز را در یوتکتیک دارند و این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند.

چدن سفید پرکرم:

چدن های سفید با Cr زیاد ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر خوردگی ، حرارت و سایش را دارا هستند این چدنها مقاومت عالی به رشد و اکسیداسیون در دمای بالا داشته و از نظر قیمت نیز از فولادهای ضد زنگ ارزان تر بوده و درجاهایی که در معرض ضربه و یا بازهای اعمالی زیادی نیستند به کار برده می‌شوند این چدنها در سه طبقه زیر قرار می‌گیرند:
1.چدنهای مارتنزیتی با Cr %12-28
2. چدنهای فریتی با 34-30% Cr
3. چدنهای آستنیتی با 30-15%Cr و 15-10% Niبرای پایداری زمینه آستنیتی در دمای پایین.
طبقه بندی این چدنها براساس دمای کار ، عمر کارکرد در تنش های اعمالی و عوامل اقتصادی است. کاربرد این چدنها در لوله‌های رکوپراتو ، میله ، سینی ، جعبه در کوره‌های زینتر و قطعات مختلف کوره‌ها، قالب‌های ساخت بطری شیشه و کاسه نمدهای فلکه‌ها است.

چدن های گرافیت دار:

o چدن های آستنیتی: شامل دو نوع )نیکل- مقاوم) و نیکروسیلال Ni-Si ، که هر دو نوع ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر حرارت و خوردگی را دارا هستند. اگرچه چدن های غیر آلیاژی به طور کلی مقاوم به خوردگی بویژه در محیط های قلیایی هستند، این چدنها به صورت برجسته‌ای مقاوم به خوردگی در محیط هایی مناسب و مختص خودشان هستند. چدن های نیکل مقاوم آستنیتی با گرافیت لایه‌ای که اخیرا عرضه شده‌اند از خواص مکانیکی برتری برخوردار بوده ولی خیلی گران هستند. غلظت نیکل و کرم در آنها بسته به طبیعت محیط خورنده شان تغییر می‌کند. مهمترین کاربردها شامل پمپهای دنده‌ای حمل اسید سولفوریک، پمپ خلا و شیرهایی که در آب دریا مصرف می‌شوند، قطعات مورد استفاده در سیستم‌های بخار و جابه‌جایی محلول‌های آمونیاکی، سود و نیز برای پمپاژ و جابجایی نفت خام اسیدی در صنایع نفت هستند.

چدن های فریتی

: شامل دو نوع زیر می‌باشد:
چدن سفید 5% سیلیسیم در سیلال که مقاوم در برابر حرارت می‌باشد و نوع دیگر چدن پرسیلیسیم (15%) که از مقاومتی عالی به خوردگی در محیطهای اسیدی مثل اسید نیتریک و سولفوریک در تمام دماها و همه غلظتها برخوردارند. اما برخلاف چدن های نیکل- مقاوم ، عیب آن ، ترد بودن است که تنها با سنگ‌زنی می‌توان ماشینکاری نمود. مقاومت به خوردگی آنها در برابر اسیدهای هیدروکلریک و هیدروفلوریک ضعیف است. جهت مقاوم سازی به خوردگی در اسید هیدروکلریک می‌توان با افزودن Si تا 18-16% ، افزودن Cr%5-3 یا Mo %4-3 به آلیاژ پایه ، اقدام نمود.

چدن های سوزنی

در این چدنها Al به طور متناسبی جانشین Si در غلظت های کم می‌گردد. چدن های آلیاژهای Alدار تجارتی در دو طبقه بندی یکی آلیاژهای تا Al %6 و دیگری Al%18-25 قرار می‌گیرند. Al پتانسیل گرافیته‌شدگی را در هر دوی محدوده‌های ترکیبی ذکر شده حفظ کرده و لذا پس از انجماد چدن خاکستری بدست می‌آید. این آلیاژ به صورت چدنهای گرافیت لایه‌ای ، فشرده و کروی تولید می‌شوند. مزایای ملاحظه شده شامل استحکام به کشش بالا ، شوک حرارتی و تمایل به گرافیته شدن و سفیدی کم می‌باشند که قادر می‌سازند قطعات ریختگی با مقاطع نازک‌تر را تولید کرد. چدن های با Al کم مقاومت خوبی به پوسته پوسته شدن نشان داده و قابلیت ماشینکاری مناسبی را نیز دارا هستند. محل های پیشنهادی جهت کاربرد آنها منیفلدهای دود ، بدنه توربوشارژرها ، روتورهای دیسک ترمز، کاسه ترمزها ، برش سیلندرها، میل بادامکها و رینگهای پیستون هستند. وجود Al در کنار Si در این نوع چدنها باعث ارائه خواص مکانیکی خوب توام با مقاومت به پوسته‌شدگی در دماهای بالا می‌شود. این آلیاژها مستعد به تخلخل‌های گازی هستند. آلومینیوم حل شده در مذاب می توان با رطوبت یا هیدروکربنهای موجود در قالب ترکیب شده و هیدروژن آزاد تولید کند. این هیدروژن آزاد قابل حل در فلز مذاب بوده و باعث به وجود آوردن مک‌های سوزنی شکل در انجماد می‌شود

جوش پذیری چدنها

چدنها در مقایسه با فولادهای کربنی دارای قابلیت جوشکاری کم و محدود تری هستند . در میان چدن ها ، چدن با گرافیت کروی بهترین جوشپذیری را دارا است و بعد از آن چدن چکش خوار قرار دارد . جوشکاری چدن خاکستری به مهرت و توجه ویژه نیاز دارد و چدن خاکستری را به دشواری زیاد می توان جوشکاری کرد .
با این ملاحظات دامنه جوشکاری چدنها بسیار محدود می شود و صرفا به تعمیر و اصلاح قطعات ریخته شده و قطعات فرسوده و شکسته شده منحصر می گردد .

علت های جوش پذیری محدود چدن ها :

- بعلت زیادی کربن در فلز مبنا ، سیکل جوشکاری باعث ایجاد کاربیدهایی در منطقه فلز جوش و تشکیل فاز مارتنزیت پرکربن در منطقه متاثر از حرارت HAZ میشود . هردوی این ریز ساختار ها شکننده بوده و باعث ایجاد ترک در حین جوشکاری و یا بعد از آن می شود . این مطلب در مورد تمامی چدن ها مصداق دارد .
- به علت ضعف چقرمگی ، چدن ها قابلیت تغییر شکل پلاستیکی را ندارند و از این رو نمی توانند تنش های حرارتی ایجاد شده جوشکاری را تحمل کنند . هرچه نرمی چدن بهبود یافته باشد احتمال ترک خوردگی آن کاهش می یابد . لذا چدن چکش خوار و چدن با گرافیت کروی کمتر از چدن خاکستری ترک خواهند خورد .
با توجه به عامل اول شکنندگی منطقه HAZ به میزان و سهولت حل شدن گرافیت در آستنیت در حین جوشکاری بستگی پیدا میکند . در مورد چدن خاکستری که دارای پولک های گرافیتی با سطح رویه نسبتا وسیعی می باشند ، انحلال این نوع گرافیت در آستنیت به سهولت انجام می شود . در حالیکه در مورد چدن با گرافیت کروی ، چون نسبت حجم رویه به حجم کره گرافیت کم می باشد بنابراین مقدار گرافیت کمتری در آستنیت حل میگردد و در نتیجه کاربید های درشت کمتری و مارتنزیت کم کربن تری در منطقه HAZ تشکیل میشود . این مطلب گواه دیگری بر قابلیت بهتر جوش پذیری چدن با گرافیت کروی در مقایسه با سایر انواع چدن ها ست .
برای اجتناب از تمایل منطقه حرارت پذیرفته به ترک خوردن لازم است که قطعه چدنی را در موقع جوشکاری با قوس برقی با انرژی حرارتی کم جوشکاری نمود . زیرا این روش باعث کاهش پهنای منطقه سخت و شکننده کنار فلز جوش می شود . برای غلبه بر سختی و تردی منطقه حرارت پذیرفته اعمال تدابیری نظیر پیش گرمایش و خنک کردن تدریجی قطعه جوشکاری شده ضرورت دارد .
در مورد جوشکاری چدن با قوس برقی دامنه درجه حرارت پیش گرم از درجه حرارت محیط کارگاه تا 300 درجه سانتی گراد توصیه میشود . این حرارت برای جوشکاری با استیلن در محدوده 450-650 درجه سانتی گراد قرار دارد . چدن خاکستری به حرارت پیش گرم بیشتری زیادتری و چدن با گرافیت کروی و چدن چکش خوار به درجه حرارت پیشگرم کمتری نیاز دارند. درجه حرارت پیش گرم و محدوده آن به نوع چدن ، اندازه قطعه ، روش جوشکاری ، نوع الکترود و مقدار فلز جوشی که باید رسوب داده شود بستگی پیدا میکند .
در مورد قطعات حساس ریختگری چدنی ، درست پس از خاتمه جوشکاری عملیات تنش زدایی از طریق حرارت دهی قطعه تا حدود 600 درجه سانتی گراد و نگهداری در این حرارت بمدت کافی صورت می پذیرد.

چدن نسوز

این نوع از چدن ها به گروهی از آلیاژهی آهنی گفته میشود که شرایط کاری آنها در محیط گرم ودر درجات حرارتی تا حدود 1100 درجه سانتی گراد می باشد در چنین درجات حرارتی چدن ها نبایستی اکسیده شده وتحمل نیرو های مکانیکی را نیز دارا باشند. در هنگامی که حد اکثر درجه حرارت 600 درجه سانتی گراد باشد این نوع چدن ها حتی میتوانند تحت شرایط دینامیکی( همان نیروهای سیکلی یا متحرک بر قطعه به خوبی کار کنند نیکل کرم و مولیبدن از مهمترین عناصری هستند که دراین نوع چدن هاوجود دارد دارند علاوه بر مسئله مقاوم بودن این نوع چدن ها در مقابل اکسیداسیون بایستی در اثر حرارت دیدن باد نکرده وترک نخورند. میزان باد کردگی و رشد چدن ها در درجه حرارتی بالای400 درجه سانتی گراد زیاد بوده می تواند تا 10 درصد نیز برسد علت رشد وباد کردگی چدن ها به دلیل تجزیه شدن سمنتیت به آهن وگرافیت در اثر حرارت است که توام با رشد وباد کردگی قطعات خواهد بود لذا برای جلوگیری از این مشکل از عناصری نظیر مولیبدن مس وکرم و فسفر استفاده می گردد به طور کلی منظور از افزودن عناصر آلیاژی حفظ استحکام چدن در درجه حرارت کار قطعه – اکسیده نشدن وعدم رشد و باد کردن چدن می باشند مهمترین عنصر آلیاژی و ارزانترین آن کرم می باشد. چدن هایی که دارای 20 درصد کرم هستند می توانند تا درجات حدود1000 درجه سانتی گراد کار نموده وچدن هایی که دارای 35درصد کرم هستند تا درجه حرارت 1150 درجه سانتی گراد اکسیده نمی شوند

تر کیبات مربوط به این نوع چدن ها

کربن 2تا6/2 – سیلسسیم حدود 1 – تا 5/1 در صد نیکل – کرم 18 تا 23 مس حدود5/1 –
گوگرد کمتر از 06/0 – فسفر حدود1/0 درصد
مقدار کرم در این نوع چدن ها را می توان تا 35 درصد نیز افزایش داد
نمونه ای دیگر از ترکیب این نوع چدن ها : کربن 1تا 2 – سیلیسیم 5/0 تا 2/2 – منگنز حد
اکثر 25/0 گوگرد 05/0 – فسفر حد اکثر 1/0 وکرم 30 تا 34 درصد در تولید این نوع
چدن ها از فروتیتا نیم یا فروکرم به عنوان جوانه زا استفاده می شود
انواع دیگر چدن هابژی مقاوم در مقابل حرارت چدن های پر سیلیسیم می باشد این نوع چدن
ها در شرایطی مصرف می گردند که درجه حرارتی کار بالا تر از 900 درجه سانتی گراد نباشد
ترکیبات نمونه ای از این نو ع چدن ها :
1: کربن 2/2 تا 3/2- سیلیسیم 5/4 ت 5/5 – منگنز 1تا 5/1 نیکل 18 تا 22 کرم 8/1 تا 5/4

چدن با گرافیت کروی( چدن نشکن)

این چدن در سال 1948 در فیلادلفیای آمریکا در کنگره جامعه ریخته گران معرفی شد. توسعه سریع آن در طی دهه 1950 آغاز و مصرف آن در طی سال های 1960 روبه افزایش نهاده و تولید آن با وجود افت در تولید چدن ها پایین نیامده است. شاخصی از ترکیب شیمیایی این چدن به صورت کربن 3.7% ، سیلیسیم 2.5% ، منگنز0.3% ، گوگرد 0.01% ، فسفر 0.01% و منیزیم 0.04% است.

توضیحات تکمیلی :

وجود منیزیم این چدن را از چدن خاکستری متمایز می‌سازد. برای تولید چدن گرافیت کروی از منیزیم و سریم استفاده می‌شود که از نظر اقتصادی منیزیم مناسب و قابل قبول با آن آلیاژ می‌شوند و این باعث کاهش مصرف منیزیم و تعدیل کننده آن است. منیزیم ، اکسیژن و گوگرد زدا است. نتیجتا منیزیم وقتی خواهد توانست شکل گرافیتها را به سم کروی شدن هدایت کند که میزان اکسیژن و گوگرد کم باشند. اکسیژن‌زداهایی مثل کربن و سیلیسیم موجود در چدن مایع این اطمینان را می‌دهند که باعث کاهش اکسیژن شوند ولی فرآیند گوگردزدایی اغلب برای پایین آوردن مقدار گوگرد لازم است.در این نوع چدن کربن بصورت گرافیت بوده و شکل آن بصورت تکه های کروی بوده است.در چدنهای نشکن درصد گوگرد فسفر در آن کمتر از چدن خاکستری می باشد.خاصیت مکانیکی آن نزدیک و مشابه چدنهای معمولی می باشد ،برای آلیاژ سازی این نوع چدن ،کمی قبل از ریختن مذاب در قالب، منیزیم (Mg)،سدیم (Na) و یا کلسیم (Ca) به صورت آلیاژهای اولیة نیکل و سیلیسیم اضافه می گرد،منیزیم اضافه شده به مذاب توسط جوانه های گرافیت جذب شده و تنش سطحی را آنچنان تغییر می دهدکه شرایط رشد درتمام جهات یکنواخت شود.چدنهای باگرافیت کروی (نشکن )همانند چدنهای خاکستری دارای سیالیّت بالا بوده و نقطه ذوب آن پایین است و قابلیت ماشین کاری و مقاومت سایشی چدن خوب است،مزیت بزرگ استفاده از این نوع چدن در صنایع ریخته گری نسبت به چدن خاکستری،استحکام و انعطاف پذیری آن است که در حقیقت چدنی است که خواص فولادی داشته , ساختار آن به فولاد نزدیک است از کاربردهای این نوع از چدن ها در خودروسازی و صنایع وابسته به آن مثلا در تولید مفصل‌های فرمان و دیسک ترمزها ، در قطعات تحت فشار در درجه حرارت های بالا مثل شیر فلکه‌ها و اتصالات برای طرحهای بخار و شیمیایی غلتکهای خشک‌کن نورد کاغذ ، در تجهیزات الکتریکی کشتی‌ها ، بدنه موتور ، پمپ‌ها و غیره است

چدنهای نشکن آستمپرشده:

Astempered ( ADI)Ductile Iron) خانواده جدیدی از چدنهای نشکن هستند که در صنعت امروز از جایگاه ویژه‌ای برخوردارند نیاز روزافزون به قطعات با استحکام بالا همراه با انعطاف‌پذیری خوب باعث رشد سریع این چدنها در دهه 1980 میلادی گشت. بطوریکه این دهه در صنایع ریخته‌گری جهان به دهه آستمپر مشهور شده است. در گذشته
برای قطعات با استحکام و انعطاف‌پذیری بالا، عموماً از فولادهای کم آلیاژی و یا فولاد‌های فورج و عملیات حرارتی شده استفاده می شد. اما از آنجا که صنعت فولادریزی و آهنگری اصولاً مشکل‌تر از ریخته‌گری چدنها می‌باشد، سعی بر آن است که چدنهای آستمپرشده جایگزین آنها شده و به این ترتیب از مشکلات تولید آنها کاسته وسرعت تولید را نیز افزایش دهند. آستمپر کردن، چدن داکتیل را به یک ماده عالی بهبود می بخشد که ابن ماده دارای خواص جالبی مانند استحکام بالا ،داکتیلیته و چقرمگی ،آمیخته با پوششی مقاوم وقابلیت ماشین کاری می باشد .همه این خواص را میتوان با عملیات حرارتی کافی بدست آورد ،که حاصل آن میکرو ساختاری مطلوب با یک ترکیب شیمیائی معین است. در این مقاله نتایج آستمپر کردن آلیاژی با45/0 درصد مس برای یک محدوده زمانی و دمایی گزارش وبررسی شد. در تمامی عملیات ریز ساختار و مقطع شکست با وسائلی نظیر میکروسکوپ نوری والکترونی و پراش اشعه ایکس تعین گردید. اینها استحکام را نشان می دهند، افزایش طول وانرژی شکست شدیدا به مقدار فریت بینیتی و آستنیت باقیمانده وابسته است .ساختار اصلی زمینه چدنهای آستمپرشده، بینایت می باشد. این زمینه توسط افزودن عناصر آلیاژی مثل نیکل و مولیبدن به ترکیب چدن های داکتیل و انجام عملیات حرارتی آستمپرینگ ( حرارت دادن تا دمای آستنیت و سپس نگهداری در دماهای تشکیل بینایت) حاصل می گرددباید توجه داشت که با تغییر پارامترهای مختلف عملیات حرارتی از جمله دما و زمان آستینیته و همچنین دما و زمان آستمپرینگ، می‌توان به ساختارهای با درصدهای مختلف از فریت،
آستنیت باقی مانده، کاربید و مارتنزیت در زمینه دست یافت. وجود فریت و آستنیت باعث استحکام این نوع چدنها در برابر ضربه خواهد شد و وجود کاربید و مارتنزیت در زمینه نیز افزایش سختی را حاصل می‌نماید.
« استانداردهای چدن »
هدف از مشخصات استاندارد برای ریخته گری چدن داکتیل تهیه بک مجموعه ای از اطلاعات است که هر دو، طراح و ریختگر میتوانند با اطمینان از آن استفاده کنند.که طراح توسط این مجموعه میتواند برای انتخاب مجموعه ای از خصوصیات وی‍‍ژه مورد نظر خود، کارگاهای ریخته گری را به استفاده ازطرح، متقاعد کند. استفاده از استاندارد مشخصات فنی از خرید قطعات ریختگی توسط کارپردازکه طراح نیازی به آنها ندارد، جلوگیری میکند. چون یک ریخته گری استاندارد بیان میکند که چه چیزهائی نیازهای طراح را برطرف میکند.
بدون توجه به مکان و یا اینکه قطعه ریختگی چطور تولید میشود . این مشخصات باید با دقت انتخاب و استفاده شوند به طوری که مقرون به صرفه باشد تا متقاعد کند که آنها به قدر کافی نیازهای طراح را برطرف میکند، بدون اینکه هزینه های غیر ضروری را افزایش دهد و بی جهت سبب محدود کردن انتخابات کارپرداز میشود.از جمله وظایف طراح وریختگر به منظورجلوگیری ازپیچیده شدن فرایند ریخته گری و افزایش هزینه ها، این است که هر دو آنها آگاه باشند از نقش عواملی که خواص را محدود میکند. و همچنین هر دو آنها روی یک مشخصه که یک نسبت بهینه از هزینه های اجراء را فراهم میکند ، موافق باشند. این مربوط به طراح است که یک مجموعه ازمناسبترین خواص مکانیکی ، فیزیکی و شیمیائی یا ابعادی را برای اهداف طراحی خود، تعیین بکند. این خواص یکبار انتخاب میشوند و کارخانه ریختگری باید این همه قطعه تحویل داده شده را تضمین بکند یا خواص را بالا ببرد. مواد خام و روش تولید بوسیله کارخانه ریخته گری بکار میرود بمنظور فراهم کردن تطابق با قطعات ریختگری و معمولاً بوسیله طراح محدود نمیشوند. مگر اینکه خواص جزئی شامل این چنین دستور العملی باشد . و یا طراح و ریختگر به اضافه کردن چنین دستورالعملهائی موافق باشند.چنین دستورالعملهائی باید عاقلانه باشد چون آنها تقریباً به طور ثابت هزینه ها را افزایش میدهند. و فقط محدود میشود به تعدادی از کارخانه های ریخته گری که بحثهای رقابتی را مطرح میکند.

آمریکای شمالی

ASTM پنج استاندارد در مورد چدن داکتیل دارد. ASTM A536 بیشترین کاربرد را در زمینه مهندسی پوشش چدن داکتیل دارد . سایر استانداردها با پوشش آستنیتی که مخصوص چدن داکتیل است . ASTM یک جزئیات جدیدی از خواص چدن داکتیل آستمپر شده را تعریف میکند که در سال 1990 بیان شد . استاندارد ASTM J434 معمولاً برای تعیین خواص قطعاتی از جنس چدن داکتیل که در خودرو استفاده میشود ، بکار می رود . به منظور بوجود آمدن یک سیگنال ، سیستم جامعی برای تعیین فلزات وآلیاژها بیان میشود که از اشتراک ASTM و ASA حاصل شده است. که سیستم شمارگذاری متحد نامیده میشود (UNS) . زمانی این سیستم ناشناخته بود ولی UNS در حال حاضر دارای مقدار قابل قبولی در امریکای شمالی است و به عنوان یک وسیله مناسب در خلاصه کردن انواع مشخصات موجود بکار میرود. UNS هم برای چدن داکتیل بکار برده میشود. crossreferenced به ASTM corresponding و AMS و SAE و مشخصات mil در پائین نشان داده شده است.

جداول در ادامه مطلب...