مقدمه:
چدن های آلومینیوم دار در دو نوع خاکستری و داکتایل وجود دارند. در یکی از انواع آلومینیوم جایگزین سیلیسیم میشود و در نوع دوم آلومینیوم علاوه بر سیلیسیم در چدن حاضر است. این چدنها بخاطر داشتن عناصر آلیاژی نسبتا ارزان و مقاومت خوب در برابر حرارت وخزش در گستره دمائی 570 تا 980 درجه سانتیگراد مورد توجه قرار گرفته است.
مقاومت در برابر حرارت بصورتی است که در چدنهای حاوی آلومینیوم لایه نازک اکسیدی نفوذ ناپذیر وچسبنده ای تشکیل میشود که از نفوذ اتمهای اکسیژن به درون فلز جلوگیری میکند.
متاسفانه ریختن چدنهای آلومینیوم دار دشوار است ،زیرا در دمای ذوب ریزی چدن ،آلومینیوم بسیار فعال است. تماس آلیاژ مذاب با هوا و رطوبت باید به حداقل برسد تا از تشکیل سرباره فلزی ،سطح ناصاف و قطعه ناسالم جلوگیری میشود. فرآیندهای تولید این آلیاژ در حال تکامل اند.
شکل1:اکسایش چدن آلومینیوم دار در هواودردمای زیاد
مقدار آلومینیوم انی چدنها بین 0 تا 12 درصد است . آزمایشهای اکسایش در دماهای 800 ،900 ، 1000 ، 1100 انجام شده است. مقدار آلومینیوم ،بر گرافیته شدن چدنهای خاکستری و داکتیل تاثیر میگذارد. اگر مقدار آلومینیوم کمتر از 7 درصد باشد در حین انجماد گرافیت تشکیل میشود. بین 7 و18 درصد آلومینیوم فاز کاربیدی پایداری ایجاد میشود و قطعات ریختگی اساسا فاقد گرافیت هستند. چدنهای حاوی 18 تا 25 درصد آلومینیوم با ریزساختار گرافیتی ریز منجمد میشوند اگرچه مقدار کربن محلول در مذاب کاهش می یابد. ماشینکاری چدنهای آلومینیوم راحت است و قطعات سالمتری تولید میشود.
چدنهای آلومینیوم دار به دو دسته تقسیم میشوند:
1_ چدنهای حاوی 1 تا 7 درصد آلومینیوم
2_ چدنهای حاوی 18 تا 25 درصد آلومینیوم
مطلوب ترین ریزساختار برای پایداری در دماهای زیاد ترکیبی از فریت و گرافیت است و اگر زمینه کاملا فریتی نباشد آنها را در 930 تا 1040 درجه سانتیگراد تابکاری میکنند تا سمنتیت باقی مانده در آنها تجزیه شود وپایداری ساختاری افزایش یابد.
چدن های خاکستری آلومینیوم دار:
آزمایشهای خوبی بر روی چدنهای آلومینیوم دار کم سیلیس انجام شده است . آنها با آزمایش بر روی سه نوع چدن کم آلومینیوم و دو نوع چدن پر آلومینیوم نشان دادند که مقاومت چدنهای خاکستری در برابر اکسایش در هوا در دمای 650 تا 780 با افزایش مقدار آلومینیوم بشدت افزایش می یابد.
ولی با افزایش آلومینیوم خواص کششی در دمای محیط کاهش می یابد ولی این خاصیت در دمای بالا زیاد کاهش نمی یابد.
(جدول در فایل اصلی موجود است)
جدول 1:خواص مکانیکی 5 نوع چدن خاکستری آلمینیوم دار
با افزایش مقدار آلومینیوم زمان شکست تحت تنش در دماهای بیشتر از 500 درجه سانتیگراد افزایش می یابد .(شکل های 2 ،3 و4 ).از مقدار آلومینیوم بر خواص مکانیکی چدنهای داکتایل در دمای تا 980 درجه آزمایش شد. چدنهای آلومینیوم دار با چدن خاکستری غیر آلیاژی چدن داکتایل غیر آلیاژی با چدن خاکستری با 5.9% آلومینیوم و چدن خاکستری با %2.5 آلومینیوم مقایسه شدند. (جدول 17 ).
شکل3:نمودارزمان تاشکست دردمایc540برحسب تنش اعمالی اولیه برای چدن خاکستری با مقدارهای مختلفAl
شکل4:نمودارزمان تاشکست دردمایc650برحسب تنش اعمالی اولیه برای چدن خاکستری با مقدارهای مختلف Al
داده های ارزشمندی از چدنهای داکتایل و خاکستری آلومینیوم دار بدست آمده اند تا مبنایی برای انتخاب اقتصادی ترین ترکیب شیمیائی برای کار در دمای 650 تا 980 درجه سانتیگراد باشد..
(الف)(ب)
(ج)
شکل5:مقایسه منحنیهای تنش گسیختگیچدنهای داکتیل وخاکستری Alداردر(الف)c650(ب)c760(ج)c870(د)980
شکل5(د)
کاربردهای چدن خاکستری آلومینیوم دار :
چند راهه های موتور دیزل را با موفقیت از دو جنس مختلف در ماسه ریخته اند ، یکی با %2 آلومینیوم ، %2 سیلیسیم ، %2.8 کربن.
روتورهای ترمز دیسکی ساخته شده از چدن خاکستری آلومینیوم دار از آزمون های کنترل کیفیت سربلند بیرون آمدند و در برابر ترک خوردگی حرارتی مقاومت عالی از خود نشان دادند مقاومت این چدن برابر سایش نسبت به مقاومت چدن خاکستری استا ندارد بیشتری بود.
چدن خاکستری آلومینیوم دار بدون کاربید ریخته شده در ماسه در پخش کننده دود خروجی از توربین بود که ضخامت دیواره های آن به 3.2 میلیمتر میرسید که در یک موتور توربینی نمونه آزمایش شده و خواسته های مکانیکی و مقاومت در برابر اکسایش را برآورده کرده خواص چدنهای آلومینیوم دار در دمای زیاد ، با افزودن 1 یا 2 درصد مولیبدن بشدت بهبود می یابد.
دیکنسون نشان داده است که با افزودن 5.2 درصد آلومینیوم و %1.2 مولیبدن به چدن خاکستری حاوی 2.75 تا 3.1 درصد کربن میتوان خواص مکانیکی در دمای زیاد را بهبود بخشید
شکل6:اثرعنصرهای آلیاژی بر استحکام کششی چدنهای داکتایل وخااکستری دردمای زیاد چدن خاکستری با 5.2 % Al1.9 % Moو چدن داکتایل با 5تا6 % Al و 2 %و 2 %Moآلیاژ شده است.
شکل7:مقدارهای تنش گسیختگی چدن داکتایل آلیاژی غیرآلیاژی در دمای 650 درجه سلسیوس
چدن های داکتایل پر آلومینیوم :
این نوع چدن ها مقاومت خوبی در برابر اکسایش دارند وخواص مکانیکی آنهانسبت به چدنهای خاکستری پرآلومینیوم بهتر است . بهبود خواص چدن داکتایل در دمای زیاد بدلیل افزودن 5 تا 6 درصد آلومینیوم و در حدود 2 درصد مولیبدن ذکر شده است .
با ترکیب سیلیسیم زیاد و آلومینیوم و مولیبدن تولید میشود که برای کاربردهای دمای بالا بسیار عالی اند و مشکلات تولید چدنهای داکتیل حاوی 5 تا 6 درصد آلومینیوم همراه نیست.
اسپونسار، شولتز و راندل درباره چدنهای داکتیل پر آلومینیوم آزمایش انجام دادند و نتیجه گرفتند که مناسب ترین چدن داکتیل برای کاربردهایی که مستلزم مقاومت در برابر اکسایش می باشد چدنی با 4 درصد سیلیسیم 0.5 تا 1 درصد آلومینیوم و 2 درصد مولیبدن است.
شکل8:اثر مولیبدن بررفتار خزش گسیختگی چدن آلومینیوم دار حاوی 4 %سیلیسیوم یکنواخت شده در دماهای 650و815 درجه ی سلسیوس .
چدن داکتایل شده با 5.5% آلومینیوم و %3 سیلیسیم و%2 مولیبدن برای کار در دماهایی بالاتر از 820 درجه مورد بررسی قرار گرفته است. آهنگ اکسایش این نوع چدن بسیار اندک است و خواص کششی آن در دماهای تا 925 درجه خوب است (جدول 20 ).
ذوب و ریخته گری چدن های آلومینیوم دار:
تولید چدنهای پر آلومینیوم ، به سبب دشواریهایی در ذوب وریخته گری هنوز چندان متداول نیست و ذوب و ریخته گری این چدن ها مستلزم بکارگیری شیوه های خاص است. در هنگام ریختن چدنهای آلومینیوم دار باید دقت لازم را به خرج داد زیرا غالبا لایه ای از اکسیدها در پیرامون جریان فاز مناسب تشکیل میشود. جلوگیری از کشیده شدن این لایه به درون قالب اهمیت دارد. چدن های پرآلومینیوم بشدت در معرض خطر ایجاد مکهای گازی قرار دارند. آلومینیوم حل شده در چدن مذاب با آب و هیدروکربن ها واکنش می دهد و هیدروژن آزاد تشکیل میدهد که در چدن مذاب حل شده و در حین انجماد بیرون رانده میشود پس باید قالبها کاملا خشک و فاقد رطوبت باشند و در ساخت آنها هیدروکربن بکار نرفته باشد. همچنین کاهش سطح تماس فلز مذاب با اکسیژن ، به منظور به حداقل رسانیدن عیبهای ناشی از وجود سرباره در قطعه ریختگی ضرورت دارد. با شستشوی حوضچه بارریز و قالب بوسیله گاز بی اثر قبل از بارریزی میتوان این کار را انجام داد.