چدنها همبستر سه تایی از آهن ، کربن ، سیلیسیم هستند که در آنها عناصری نظیر منگنز ، فسفر ، گوگرد نیز وجود دارد علاوه بر آن فلزاتی مانند کروم ، نیکل ، مولیبدن ،مس ، وافادیم ، منیزیم ، سدیم می توانند در چدنها موجود باشند .
چدنها بر حسب نوع ساختار میکروسکوپی شان تقسیم بندی می شوند درحقیقت شکل کردن مبنای تقسیم بندی آنهاست بر این اساس شش نوع چدن وجود دارد : 1) چدن خاکستری 2) چدن سفید 3) چدن چکش خوار 4) چدن با گرافیت کروی ( داکتیل ) 5) چدن با گرافیت فشرده 6) چدنهای آلیاژی چدنها همبستر سه تایی از آهن ، کربن ، سیلیسیم هستند که در آنها عناصری نظیر منگنز ، فسفر ، گوگرد نیز وجود دارد علاوه بر آن فلزاتی مانند کروم ، نیکل ، مولیبدن ،مس ، وافادیم ، منیزیم ، سدیم می توانند در چدنها موجود باشند .
چدنها بر حسب نوع ساختار میکروسکوپی شان تقسیم بندی می شوند درحقیقت شکل کردن مبنای تقسیم بندی آنهاست بر این اساس شش نوع چدن وجود دارد : 1) چدن خاکستری 2) چدن سفید 3) چدن چکش خوار 4) چدن با گرافیت کروی ( داکتیل ) 5) چدن با گرافیت فشرده 6) چدنهای آلیاژی چدن سفید : Fonte Blanche انجماد چدنها به دو صورت با گرافیت آزاد و بدون گرافیت آزاد صورت می گیرد .
که انجماد بدون گرافیت آزاد موجب تشکیل شدن چدن سفید می شود .
چدن سفید آلیاژی از آهن و کربن است که محتوی بیش از 7/1 درصد کربن بوده و انجمادش در سیلیسیم نیمه پایدار انجام می پذیرد و تقریباً تمامی کربن چدن سفید درترکیب بین نشین Fe3,C با آهن ترکیب شده است .
مبنای این نامگذاری ظاهر سطح مقطع شکست این نوع چدنها می باشد .
به علت وجود توده های سمنتیبیت در ساختمان میکروسکوپی این نوع چدنها سطح مقطع شکست آنها سفید ، براق و حالت دانه ای دارد .
چدنهای سفید استحکام فشاری سیار ، مقاومت سایشی عالی و سختی بالایی دارند .
اصولاً چدنهای سفید به خانواده ای از چدن اطلاق می شود که کربن در آنها به صورت ترکیب بوده و بصورت آزاد یافت نمی شود از نظر تولید چدن سفید به دو دسته تقسیم می شوند : چدن سفید تبریدی چدن سفید آلیاژی چدن سفید تبریدی در اثر سریع سرد کردن در چدنهای با ضخامت کم بوجود می آید که برای مصارف سایش و تمیزکاری به عنوان ساچمر به کار می رود و چدن سفید آلیاژی که با استفاده از عناصر کاربیدزا بوجود می آید .
چدن خالدار : تحت شرایطی که ترکیب شیمیائی مذاب ، سرعت سرد شدن و نحوه انجماد طوری باشد که قسمتی از کربن در ضمن انجماد به صورت گرافیت رسوب کرده و بقیه به صورت سمنتیت ردآید ساختمان میکروسکوپی حاوی رگه های سیاه رنگ و نواحی سفید رنگ سمنتیتخواهد بود از این رو به چدن خالدار موسوم است .
اثر درصد سیلیسیم و کربن مذاب و نحوه انجماد آن بر روی ساختار زمینه چدن تأثیر دارد .
شرح آزمایش : ابتدا نمونه را انتخاب نموده و بوسیله سنگ فرز ستونی آنرا پرداخت و گونیا می نمائیم سپس بوسیله سمباده خطوط به جای مانده سنگ فرز را از آن سطحی از قطعه که می خواهیم متالوگرافی کنیم از بین می بریم که از مش های 1200 ـ 1000ـ 400 ـ 220 استفاده می کنیم .باید دقت کنیم که بعد از هر بار عوض کردن سنباده جهت کشش قطعه بر روی سنباده نیز 90 درجه تغییر پیدا می کند بعد از مرحله سنباده کاری قطعه باید پولیش شود که پرداخت نرم نامیده می شود در پولیشکاری اثرات و خطوط ناشی از سنباده ازبین می رود که در دو نوع الکتریکی ( بوسیله الکترولیز ) و مکانیکی ( توسط موتور الکتریکی و صفحه گردان) وجود دارد و برای اینکه در پولیشکاری قطعه ما گرم نشود و عمل سریعتر انجام شود از پودر Al2O3 و آب بصورت سوسپانسیون استفاده می کنیم بعد از اینکه مرحله پولیش تمام شد نمونه باید اچ شود که اج نیز دردو نوع الکتریکی ( الکترولیز ) و شیمیائی که در آن ازمحلول اچ استفاده می شود که ما برای نمونه مورد نظر خود از محلول نایتال (nital) که شامل اسید نیتریک و الکل اتیلیک می باشد استفاده می کنیم .
بعد از اچ باید قطعه را در زیر میکروسکوپ مورد مطالعه قرار داد که با مشاهده تصویر متوجه شدیم ساختار پرلیت و سمنتیت ( لدبوریت ) و پرلیت وهمچنین رگه های سیاه رنگ گرافیت می باشند .
تفسیر نتایج : با توجه به تصاویر بالا و همچنین مطالب ذکر شده نتیجه می گیریم این چدن ساختاری بین چدن سفید و خالدار داشته و دارای زمینه لدبوریت ( فریت و سمنتیت ) و پرلیت و رگه های سیاه گرافیت می باشد .
معمولاً این نوع چدنها در قطعات مقاوم در مقابل سایش در صنایع استخراج و… استفاده می شود .
هدف : چدن خاکستری و ریز ساختار آن زیر میکروسکوپ چکیده : آزمایش ما درمورد چدن خاکستری با گرافیت نوع A بوده که ابتدا قطعه را به ترتیب با سوهان ، سمباده ، پولیش صیقلی و پرداخت می کنیم و سپس قطعه برای اچ آماده می شود که از محلول نایتال برای اچ کردن استفاده می کنیم و سپس برای مطالعه زیر میکروسکوپ متالوژی نور از بالا برده می شود تا فازها مورد بررسی قرار گیرد که این چدن دارای گرافیت نوع A بوده و زمینه فریتی ـ پرلیتی دارد .
تئوری : کربن می تواند به دو صورت آزاد یعنی گرافیت و یا بصورت ترکیبی سمنتیت باشد اگر مذاب چدن در قالب به آهستگی سرد گردد تمام یا حداکثر قسمتی از کربن در آن به صورت گرافیت خواهد بود در حالی که ایجاد سمنتیت نتیجه سرد شدن سریع مذاب در قالب است از آنجایی که گرافیت عنصری نرم و ضعیف است لذا حضور آن در چدن خاکستری باعث ضعیف شدن زمینه فلزی می گردد و در هنگام اعمال نیرو قطعه گرافیت به صورت شیارهایی عمل کرده و اشاعه و انتشار ترک در قطعات چدن خاکستری را تسهیل می نماید .
چدن خاکستری دارای گرافیت ورقه ای است .
از انجا که مقطع شکست این نوع چدنها خاکستری است از این رو به چدنهای خاکستری مشهور است .
چدنهای خاکستری معمولاً به سادگی ماشینکاری می شوند و جاذب ارتعاش و شوکهای حرارتی هستند بر طبق استاندارد (ASTM) نحوه توزیع گرافیت در ساختمان میکروسکوپی چدنهای خاکستری به 5 نوع تقسیم بندی می شوند که از A تا E نامگذاری شده اند .
گرافیت نوع A : لایه های گرافیت به طور یکنواخت در زمینه پخش می شوند .
منتها دارای جهات خاصی نمی باشند این نوع توزیع اکثراً درچدنهای خاکستری با ضخامت زیاد تا متوسط دیده می شود و در کاربردهای سایشی نظیر سیلندرهای موتورهای احتراق داخلی استفاده می شود.
گرافیت نوع A با اندازه های متوسط نسبت به انواع دیگر آن مزیت دارد این گرافیت ها در چدنهای خاکستری هنگامی بوجود می آیند که جوانه زای کافی در مذاب موجود بوده ( یعنی عمل تلقیح با فرد سیلیسیم به درستی انجام شده ) و قطعات نیز به آهستگی سرد شده باشند .
گرافیت نوع B : در این حالت توزیع گرافیت های لایه ای اصولاً به توزیع گل زری موسوم است معمولاً در چدنهای با ترکیب شیمیائی نزدیک به یوتکتیک که از انجماد آنها با تعداد معدودی جوانه انجام گرفت میشود در مرکز هر مجموعه لایه های گرافیت نازک و ظریف می باشند علت این امر تحت انجماد موقتی است که در شروع انجماد بوجود می آید سپس باآزاد شدن گرمای نهان انجماد درجه حرارت مذاب افزایش یافته و تحت شرایط موقتی ازبین می رود .
بنابراین ادامه انجماد در درجه حرارت معمولی انجام گرفته و در نتیجه لایه های گرافیت خارجی در هر مجموعه ضخیم تر و درشت تر خواهند شد از نظر ابعاد این نوع گرافیت در مقاطع نازکتر ( در حدود 10 میلی متر 9 و بر روی سطوح مقاطع متوسط دیده می شود .
و گاهی نیز از عملکرد ضعیف جوانه زاها می باشد این نوع گرافیتها در زمینه فریتی توزیع می شوند وجود گرافیت نوع B در چدنهای خاکستری خواص مکانیکی را تنزل داده و سطوح تمام شده پس از ماشینکاری دارای کیفیت خوبی نخواهد بود .
گرافیت نوع C : در این نوع توزیع لایه های ضخیم بزرگ و مستقیم گرافیت ( گرافیت نوع کیش ) همراه با لایه های نازک و کوچکتر گرافیت در ساختمان دیده می شود .
گرافیت نوع C در چدنهای هیپر یوتکتیک (hypereutectic) یعنی تحت شرایطی که گرافیت قبل از شروع انجماد یوتکتیک در مذاب تشکیل شود دیده می شود از آنجایی که این نوع گرافیت های درشت سهل تر می توانند حرارت را هدایت کنند لذا در قطعاتی که قابلیت انتقال حرارتی در آنها مطرح است نظیر قالب شمشرها می تواند باشد .
مقاومت این چدنها در مقابل شوکهای حرارتی زیاد است به هر حال ذکر این نکته ضروری است که به علت درشت بودن گرافیت ها سطوح تراشیده شده قطعات دارای حفره های زیادی می گردد از سوی دیگر درمواردی که کیفیت خوب سطح قطعات ماشینکاری شده و با استحکام و مقاوم به ضربه نسبتاً خوب مورد نظر باشد گرافیت نوع کیش مناسب نمی باشد .
گرافیت نوع D : این توزیع لایه های گرافیت به صورت رسوب بین دندریتی تشکیل شده و دارای جهات خاصی نمی باشد این توزیع اغلب در آلیاژهایی دیده می شود که خیلی سریع سرد شده اند که معمولاً در نقاطی از قطعات ( نظیر سطوح خارجی آنها ) بوجود می آیند که دارای سرعت انجماد زیادی است مانند قطعات ریخته شده در قالبهای دائمی و یا سطوحی که در تماس با مبرد است بوجود می آید برای این کار باید آلیاژ مورد نظر به اندازه کافی سیلیسیم داشته باشد ازتشکیل کاربید جلوگیری شود این ساختمان اگر چه بیشتر درچدنهای یوتکتیتک بوجود می آید اما در چدن با ترکیب هیپو یو تکتیک نیز دیده می شود که علت آن تغییر نقطه یوتکتیک با افزایش سرعت سرد شدن مذاب می باشد .
در یک صفحه یکسان خواص کششی چدنهای خاکستری با گرافیت نوع D نسبت به گرافیت نوع A به مراتب بالاتر می باشد ولی تهیه زمینه پرلیتی با این نوع گرافیت نسبتاً مشکل است .
علت این امر مربوط می شود به مسافت بسیار کوتاه برای دیفوزیون کربن و نشستن بر روی گرافیتها است .
گرافیت نوع D مصارف جالبی داشته و در مورد بعضی از قطعات که نیاز به سطوح تراشیده شده بسیار صافی دارند نظیر سیلندر ترمز اتومبیل این نوع گرافیت بر انواع دیگر آن ترجیح دارد باعث بهبود کیفیت سطوح قطعات ماشینکاری شده خواهد شد از آنجائی که ایجاد ترک و اشاعه آن در گرافیت نوع D مشکلتر انجام می گیرد لذا سطوح قطعاتی که در تماس با حرارت هستند از این نوع گرافیت استفاده می شود .
وجود تیتانیسم به میزان 2/0 % در چدنهای خاکستری باعث افزایش گرافیت نوع D می گردد با گوگرد تشکیل سولفیدتیتانیم داده که جوانه های غیر فعال برای جوانه زنی گرافیت می باشد .
گرافیت نوع E : در این نوع توزیع لایه های بسیار نازک گرافیت همانند نوع D در بین ساختمان دندریتی اوستنیت اولیه محبوس شده و بنابراین به رسوبات بین دندریتی موسوم است ولی برخلاف نوع D در این نوع توزیع گرافیتها دارای جهات خاصی می باشند .
توزیع نوع E در چدنهایی که درصد کربن آنها پایین بوده و با سرعت های معمولی سرد شده باشند دیده می شود برخلاف نوع D این نوع گرافیت ها را می توان در زمینه پرلیتی بوجود آورد .
شرح آزمایش : ابتدا نمونه را انتخاب نموده و بوسیله سنگ فرز ستونی آن را پرداخت و گونیا می نماییم سپس بوسیله سنباده خطوط به به جای مانده سنگ فرز را از آن سطحی از قطعه که می خواهیم ساختار آنرا مشاهده کنیم از بین می بریم که از مش های 600ـ 400ـ220ـ1200ـ 1000ـ800 استفاده می کنیم باید دقت کرد که بعد از هر بار عوض کردن سنباده جهت کشش قطعه بر روی سنباده میز 90 درجه تغییر پیدا می کند بعد از مرحله سنباده کاری ، قطعه باید پولیش شود که پرداخت نرم نامیده می شود .
در پولیش کاری اثرات و خطوط ناشی از سنباده از بین می رود که دردو نوع الکتریکی ( بوسیله الکترولیز ) و مکانیکی ( توسط موتور الکتریکی و صفحه گردان ) وجود دارد .
و برای اینکه در پولیشکاری قطعه ما گرم نشود و عمل سریعتر انجام شود از پودر Al2O3 و اب بصورت سوسپانسیون استفاده میکنیم بعد از اینکه مرحله پولیش تمام شد نمونه باید اچ شود که اچ نیز در دو نوع الکتریکی ( الکترولیز ) و اچ شیمیائی که در آن از محلول اچ استفاده می شود که ما برای نمونه مورد نظر خود ازمحلول نایتال (nital) که شامل اسید نیتریک و الکل اتیلیک می باشد استفاده می کنیم زمان اچ کردن نباید زیاد باشد زیرا سطح قطعه سیاه دیده می شود که به آن overtch می گویند بعد از اچ کردن باید قطعه در زیر میکروسکوپ متالوگرافی مورد مطالعه قرار گیرد که با مشاهده تصویر ساختار متوجه می شویم که قطعه چدن خاکستری با گرافیت نوع A و زمینه پرلیتی فریتی می باشد .
نتایج : تفسیر نتایج : از صفحه قبل و مطالبی که در تئوری آزمایش در مورد چدن خاکستری مطرح شد نتیجه می گیریم که گرافیت های قطعه ها از نوع A می باشد و دارای زمینه فریتی پرلیتی است و از این نوع چدنها در کاربردهای سایشی و مقاوم درمقابل ضربه استفاده می شود .
از لحاظ درصد کربن این چدن جز چدنهای هیپویوتکتیکی می باشد .