روش تهیه چدن مالیبل (چدن چکش خوار)

چدنهای مالیبل چدنهایی هستند که دارای قابلیت چکش خواری ،خم شوندگی و استحکامی در حدود فولادهای ساده کربنی هستند،از طریق انجام عملیات حرارتی روی چدن سفید تهیه می شوند. به این صورت که چدن سفید تا درجه حرارت 900 درجه سانتیگراد حرارت داده می شود تا کاربید آهن به کربن و آهن تجزیه شده وذرات گرافیت بصورت شبه کروی بدور یکدیگر تجمع می کنند. تبدیل کاربید اهن به گرافیت شبه کروی دلیل اصلی تغییر چدن سفید به چدنی چکش خوار با خواص مکانیکی اصلاح شده است و در نهایت چدن سفید که سخت وشکننده است چدنی چکش خوار با سختی پایین تر وقابلیت ماشین کاری خوب بدست می آید. چدن مالیبل در ایران اولین بار در سال 1346 جهت ساخت اتصالات آب وگاز مورد استفاده قرار گرفت. شکل زیر ساختار میکروسکوپی چدن مالیبل با زمینه پرلیتی را نشان می دهد.

کاربرد چدن مالیبل – چدن چکش خوار

چقرمگی مناسب(داشتن استحکام به همراه قابلیت انعطاف بالا)در این نوع چدنها باعث موارد مصرف زیادی برای انها شده که از جمله ساخت قطعاتی نظیر اکسل ،قید ها،پوسته دیفرانسیل،زیر فنری کامیون ها،ابزار های دستی،اتصالات آب وگاز و... شده است.


مزیت چدن مالیبل

چدن مالیبل دارای استحکام و قابلیت انعطاف بیشتری از چدنهای خاکستری است.


محدودیت چدن مالیبل یا چدن چکش خوار

محدودیت عمده چدن مالیبل در مقایسه با چدن خاکستری و چدن گرافیت کروی طولانی بودن سیکل عملیات حرارتی ونیاز به تغذیه گذاری بیشتر نسبت به چدن سیفید است. ازآنجایی که برای تولید چدنهای مالیبل ابتدا باید چدن سفید تولید گردد و چدن سفید هنگامی بدست می آید که سرعت انجماد مذاب سریع باشد لذا قطعات تولیدی از نظر ضخامت با محدودیت روبروهستند.به بیان دیگر هر قدر ضخامت بیشتر شود سرعت سرد شدن مذاب کمتر بوده ولذا تولید چدن سفید با مشکل بیشتری روبرو است.


ساختار چدن مالیبل-چدن چکش خوار

در انواع چدنهای مالیبل ،قسمت اعظم کربن بصورت گرافیت های شبه کروی در زمینه فریتی، پرلیتی و یا مارتنزیتی توزیع شده اند.
تقسیم بندی چدنهای مالیبل

چدنهای مالیبل معمولا به دو نوع زیر تقسیم می شوند:

1-چدن مالیبل فریتی:که نوع متداول چدن مالیبل بوده ودارای استحکام کمتر از چدنهای مالیبل پرلیتی اما با قابلیت انعطاف و چکش خواری بیشتر است و به سهولت می تواند ماشینکاری شده و تحت کار مکانیکی قرار گیرد.

2-چدن مالیبل پرلیتی:این نوع چدن دارای استحکام بالا ومقاومت به سایشی خوب بوده ودر قطعاتی نظیر شاتون ها وچرخ دنده ها کاربرد دارد.

مشخصات ریخته گری چدن سفید مصرفی برای تهیه چدن مالیبل

ماده اولیه برای تولید چدنهای مالیبل چدن سفید است.لذا مهم ترین بخش فرایند تهیه چدن مالیبل تولید صحیح چدن سفید است.بر خلاف چدنهای خاکستری،چدنهای سفید محتوی کربن و سیلیسیم کمتری بوده ولذا دارای سیالیت کمتر،تمایل به انقباض وترک های گرم وسرد بیشتری می باشند.و علاوه بر ان در جریان سرد شدن سریع دارای تنشهای پسماند بیشتری هستند.


روش ذوب چدن سفید در کوره برای تهیه چدن مالیبل

متداولترین روش ذوب چدنهای سفید،ذوب در کوره کوپل ونگه داری مذاب در یک کوره الکتریکی نظیر کوره القایی یا کوره شعله ای می باشد ویک فرایند ذوب دو گانه است.


سیکل عملیات حرارتی آنیلینگ چدن مالیبل –چدن چکش خوار

از آنجایی که در این عملیات چدن سخت وشکننده به چدن چکش خوار تبدیل می شود به عملیات مالیبل کردن نیزموسوم است. ساختمان اولیه مورد نیاز برای تهیه چدن مالیبل-چکش خوار،باید شامل پرلیت وکاربید اهن باشد،یعنی 100% چدن سفید باشد.


سیکل عملیات مالیبل کردن شامل سه مرحله است

مرحله1 : این مرحله شامل جوانه زنی گرافیت می باشد.وعمدتا گرم کردن تا درجه حرارت بالا(محدوده آستنیت)وشروع نگه داری در این درجه حرارت می باشد.به این صورت که کاربیدها به تدریج در فاز آستنیت حل شده وهمزمان کربن به سمت گرافیت دیفوزیون(نفوذ)کرده وبر روی آن رسوب می کند.رشد ذرات گرافیت شبه کروی در این مرحله تابع میزان کاربید موجود در ساختمان بوده و زمانی که کاربید ها تمام شوند مرحله1 گرافیت زایی به پایان می رسد،زمان لازم برای انجام مرحله اول گرافیت زایی عمدتا تابع تعداد جوانه های گرافیت،انحلال کاربیدها دراستنیت وسرعت دیفوزیون کربن در درجه حرارت ثابت سیکل مالیبل-چکش خوار کردن می باشدو درجه حرارت معمولا بین 840 تا 980 درجه می باشد وبا افزایش درجه حرارت سیکل مالیبل-چکش خوار کردن کاهش می یابد.

مرحله2 :که اولین مرحله گرافیت زایی(FSG)نامیده می شود،شامل نگه داری در درجه حرارت بالا یعنی840 تا 980 درجه سانتیگراد می باشد.هدف از این مرحله حذف توده های سمنتیت آزاد از ساختمان چدن سفید است.این مرحله شامل آهسته سرد کردن در محدوده حرارتی استحاله یوتکتوئیدی(705-790 درجه سانیگراد)می باشد،سرعت سرد کردن دراین مرحله باید انقدر آهسته باشد که آستنیت مجال تجزیه شدن به فریت وگرافیت شبه کروی را داشته باشد.و اگر سرعت سرد کردن زیادباشد همانند فولاد ها آستنیت به پرلیت تبدیل میشود.

مرحله3 :به دومین مرحله گرافیت زایی(SSG)موسوم است،شامل سرد کردن آهسته در محدوده حرارتی استحاله یوتکتوئیدی می باشد.هدف از این مرحله تشکلیل زمینه فریتی عاری از هرگونه پرلیت و یا کاربید است.

جوانه زنی گرافیت شبه کروی

در ضمن حرارت دادن و پس از عبور ازمحدوده حرارتی استحله یوتکتوئیدی،پرلیت بطور کامل به آستنیت تبدیل می شود.و ساختمان شامل آستنیت اشباع از کربن،توده های کاربید حل نشده وجوانه های گرافیت می باشند.جوانه های گرافیت که عمدتا در ضمن حرارت دادن وشروع نگه داری در درجه حرارت ثابت تشکیل میشوند،در داخل پرلیت اولیه ودر فصل مشترکهای سمنتیت-آستنیت وروی ناخالصیهای غیر فلزی به وجود می آیند.