اين نوع چدن از نظر ترکيب شيميائي شبيه به چدن خاکستري و با درصد گوگرد و فسفر کمتري ميباشد . ولي در ضمن انجماد گرافيت بجاي ورقه اي شدن بشکل کروي رسوب ميکند .

عمل کروي کردن توسط اضافه کردن مقدار بسيار کم , ولي محاسبه شده و کنترل شده , از عناصري نظير ليتيم , سديم , پتاسيم , منيزيم , کلسيم و سريم و ... درست قبل از ريختن مذاب بدرون قالب انجام ميپذيرد . لازم بذکر است که عمليات کروي کردن در داخل راهگاه قالب نيز امکان پذير ميباشد . که به روش in mold مشهور است .

گرافيت کروي مسقيماٌ از مذاب ولي در تحت انجماد بيشتري نسبت به گرافيت ورقه اي بوجود ميآيد . از بين عناصر ياد شده براي کروي کردن گرافيت عنصر منيزيم بيشترين مورد استفاده را دارد , زيرا هم ارزانتر است و هم در دامنه وسيعترط از چدنها قابل استفاده ميباشد .

گرچه مکانيزم و نحوه دقيق کروي شدن گرافيت هنوز از مباحث ناشناخته ميباشد ولي مشخص شده است که علت اصلي کروي شدن حذف گوگرد و اکسيژن از مذاب ميباشد . در غياب عناصر فوق سنيتيک رشد گرافيت در جهات کريستالي C,a يکسان است در حالي که در حضور عناصر فوق رشد گرافيت در امتداد محور a بيشتر از محور C ميباشد .

در چدنهاي خاکستري سرعت رشد گرافيت در جهات کريستالي يکسان نيست . به اينصورت که رشد آن در امتداد محور A راحتر و بيشتر از C ميباشد . از جمله دلايلي که براي اين امر آورده شده عبارتست از : جذب گروگرد و اکسيژن مذاب بر روي صفحات قاعده و در نتيجه محدود کردن رشد گرافيت در جهت محور C . اين نکته با مطالعه و مقايسه آلياژهاي آهن – کربن – سيلسيم خالص و عاري از اکسيژن و گوگرد و آلياژهاي معمولي آهن – کربن – سيلسيم به اثبات رسيده است . گرافيت از استحکام و خاصيت پلاستيکي کمتري برخوردار است .

نتايج حاصل از بررسي ساختمان کره هاي گرافيت نشان ميدهد که محور C در شبکه کريستالي گرافيت تقريباٌ هم جهت و موازي شعاع بوده و صفحات قاعده بطور موضعي موازي سطح کره گرافيت ميباشند .

چدنهاي نشکن همانند چدنهاي خاکستري داراي سياليت بالا , نقطه ذوب پايئن , قابليت ماشينکاري خوب و مقاومت سايشي عالي ( ناشي از وجود گرافيت ) ميباشد . مزيت عمده چدنهاي نشکن بر چدنهاي خاکستري استحکام و انعطاف پذيري بالا ميباشد . 

روش توليد :

براي توليد چدن با گرافيت کروي و زمينه فريتي معمولاٌ از عملايات حرارتي کمک گرفته ميشود . به اين صورت که ابتدا چدن با زمينه پرليتي ريخته گري کرده و سپس بوسيله آنلينگ , پرليت را به فريت و گرافيت تجزيه ميکنند . گرافيت حاصله بر روي گرافيتهاي کروي موجود رسوب ميکند . همچنين تحت شرايطي زمينه فريتي را ميتوان مسقيماٌ از ريخته گري بدست آورد . در شرايطي که ساختمان زمينه مخلوطي از فريت و پرليت باشد . دانه هاي فريت اغلب بصورت هاله اي در اطراف کره هاي گرافيت تشکيل ميشود . علت اين امر بر ميگردد به اين نکته که کربن محلول در زمينه , در اطراف ذرات گرافيت براحتي ميتواند به سمت گرافيتها ديفوزيون کرده و بر روي آنها رسوب کند . اين ساختمان به ساختمان چشم گاوي مرسوم است .

توليد چدن با گرافيت کروي

عموماٌ با اضافه کردن مقادير جزئي منيژيم بعنوان عنصر کروي کننده به مذابي که داراي ترکيبي مشابه با چدن خاکستري ميباشد انجام ميگيرد . علاوه بر منيزيم عناصري نظير سديم , کلسيم , ليتيم , سديم – تريم نيز ميتوانند اين عمل را ترغيب کنند , مهمترين دليل استفاده از منيزيم ( معمولاٌ بصورت الياژي با اهن – سيليسيم با نيکل و ... ) در مقايسه با ديگر عناصر ياد شده جنبه هاي اقتصادي آن است .

· عناصري همچون گوگرد , اکسيژن , هيدروژن , ازت , سرب , تيتانيم و آرسنيک عامل جلوگيري کندده از تشکيل گرافيت کرويميباشند .

· مقدار درصد منيزيم جهت کروي کردن گرافيتها بسته بحضور اکسيژن و گروگرد محتي مذاب ميتواند از 0.03-0.06 متغيير باشد .

· مقدار کربن در چدنهاي نشکن بيم 3-4 درصد تغيير ميکند . هر چه درصد کربن بيشتر باشد تعداد گرافيتهاي کروي تيز بيشتر ميشود . و چنانچه بيشتر از 4.3 باشد "رافيتها درشتر ميشوند و در قطعات بزرگتر در هنگام انجماد بصورت جدايش در قسمتهاي فوقاني قطعه تجمع ميکنند

· کربن معادل در اين چدنها CE=%C=0.31(Si+P)-0.03Mn

·  درصد سيلسيم در اين چدنها بين 1.8-2.0 درصد ميباشد . و چون سيلسيم در کربن معادل تاثير گذار است لذا افزايش درصد سيلسيم ميتواند بر تعداد گرافيتهاي کروي و تمايل جمع شدن انها در سطوح فوقاني قطعات ضخيم موثر باشد . و همچنين باعث ترغيب تشکيل فاز فريت ميگردد . هر چه درصد سيلسيم کمتر باشد خواص مکانيکي بهبود ميابد . و عيب سيلسيم پائين استفاده از تغذيه هاي بزرکتر ميباشد .

· عيب گوگرد در آن است که ميبايست از منيزيم بيشتري استفاده کرد

· فسفر تشکيل فاز استديت را ميدهد و مقدار آن معولاٌ زير 0.05 درصد در نظر ميگيرند اما در قطعاتي که قالبليت انعطاف , استحکام و چکش خواري بالا از آنها طلب ميشود اين مقدار تا 0.02 درصد در نظر ميگيرند .

· منگنز استحکام چدن را افزايش ميدهد اما چکش خواري را کاهش ميدهد و مقدار آن عموماٌ 0.4 % ميباشد .

· از عناصر آلياژي همچون نيکل , موليبدن , مس و منگنز در جهت افزايش استحکام , چقرمگي , و ايجاد استحکام در درجه حرارتهاي بالا , مقاومت در برابر خوردگي و سايش استفاده ميشود .

· عناصري مانند Ar- B- Cr- Sn – V به ايجاد فاز سمنتيت و پرليت کمک ميکند .

 

کوره هاي ذوب و روش ذوب :

· از کوره هاي کوپل ( اسيدي و بازي) , دوار , الکتريکي و زميني ميتوان استفاده کرد .

· عمل گوگرد زدائي قبل از افزودن منيزيم بايد انجام شود .

· با ريختن 2 درصد پودر کاربيد کلسيم بر روي مذاب موجود در پاتيل و هم زدن مذاب از طريق دميدن گاز ازت از ته پاتيل است .

روش افزودن منيزيم به مذاب :

· نقطه ذوب منيزيم 651 در جه ميباشد و نقطعه جوش 1107 درجه نقطه تبخير 1107 درجه فلزي است بسيار فعال که در مجاورت اکسيژن بشدت اکسيد ميشود .

· بواسطه پايين بودن دانسيته (1.74gr/cm3 )آن نسبت به مذاب چدن(7.0gr/cm3) در سطح مذاب شناور ميشود و در آنجا اکسيد ميشود .

· بواسطه فشار بخار بالا 12 اتمسفر افزودن منيزيم به مذاب مشکل است و حل نميشود .

· هاردنرها :

1- منيزيم ـ آهن _ سيلسيم

2- منيزيم ـ نيکل

3- منيزيم ـ سيلسيم ـ مس ـ آهن

4- منيزيم ـ سيلسيم ـ زيرکونيوم ـ آهن

5- منيزيم ـ مس

6- منيزيم ـ کربن ( کک ـ منيزيم )

آلياژهاي فوق بدو صورت در صنعت مورد استفاده قرار ميگيرد . آلياژهاي محتوي ميش متال ( فلزلت قليائي نادر مانند سريم و لاتانيم ... ) و بدون ميش متال در هنگاميکه از شمش چدن و برکشتي و زائده هاي کارگاه که عاري از عناصر مضر همچون سرب و الومنيوم و .. هستند استفاده ميگردد .

چنانچه از شمش خالص و قراضه هاي بدست آمده از ذوب آن استفاده شود نيازي به ميش متال در آلياژ منيزيم دار نبوده زيرا حضور آن در مذاب باعث ميگردد تا گرافيت در چدن بصورت کاملا کروي در نيايد .

 

روشهاي افزودن منيزيم به مذاب

1- فرايند روريزي مذاب

2- روش فرو بردن

3- روش افزودن منيزيم در راهگاه

 

فرايند روريزي مذاب ( روش ساندويچي )

در اين روش آلياژ محتوي چدن را در ته پاتيل قرار داده و مذاب چدن را روي آن ميريزند پاتيل مصرفي در اين فرايند بايد داراي ارتفاع به قطر ½ باشد در چنين حالتي بخار منيزيم ايجاد شده و در ته پاتيل قادر به بيرون پاشيدن مذاب نبوده از طرف ديگر ضمن طي فاصله اي که از ته پاتيل به سطح مذاب جذب چدن ميگردد.هنگامي که ارتفاع پاتيل کم باشد منيزيم سريعا به سطح مذاب آمده و بازيابي آن در مذاب کم خواهد بود . نکته قابل توجه اينست که قبل از روريزي مذاب روي منيزم قرار گرفته شده در ته پاتيل ميبايست بوته پيش گرم شود . 

 

روش فرو بردن

در اين روش آلياژ محتوي منيزيم را درون يک بوته گرافيتي ديرگداز که اطراف آن سوراخ سوراخ باشد قرار داده و سپس بکمک دسته وسيله فرو برنده آن را درون مذاب موجود در پاتيل فرو ميبرند بوته محتوي منيزيم را آنقدر در ته پاتيل نگه ميدارند و مقدار بازيابي در اين روش بين 30 تا 50 درصد از روش رو ريزي مذاب بيشتر است

روش فرو بردن آلياژ محتوي منيزيم اگر چه داراي مزاياي زيادي از جمله امکان استفاده از فرو سيلسيم منيرم با درصد منيزيم بالا , ثابت بودن نتيجه عمل افزودن منيزيم و بازيابي بسيار خوب منيزيم ميباشد

 

 

روش افزودن منيزيم در راهگاه :

اين فرايند يکي از جالبترين و در عين حال جديد ترين روشهاي افزودن منيزيم ( توسط فرو سيلسيم منيزيم يا نيکل منيزيم ) به مذاب چدن ميباشد .

در اين روش آلياژ محتوي منيزيم را بصورت ذراتي بين 5 تا 8 ميليمتر در محفظه اي در سيستم راهگاهي بنام محفظه فعل و انفعال قرار داده و مذاب عاري از منيزيم با گوگرد کم را درون قالب ميريزند . مذاب در جريان تماس با منيزيم در محفظه فعل و انفعال منيزيم لازم را جذب کرده و سپس وارد محفظه قالب ميگردد.

مزاياي افزودن منيزيم در داخل راهگاه :

1- تقليل مقدار فرو سيلسيم منيزيمي مصرفي به نصف

2- کاهش آلودگي محيط کار حاصل از متصاعد شدن بخار منيزيم

3- بهبود کيفيت مکانيکي قطعات

4- حذف مشکل ميرائي

5- ايجاد گرافيتهاي کروي ريز تر در قطعات ريختيگي

 

بررسي ساختار قطعه ريختگي

 

در قطعه ريختگي که دراي ضخامتهاي مختلف از 5 ميليمتر ميباشد و در برخي قسمتها تا 30 ميليمتر هم نيز ميرسد .

اين قطعه به روش افزودن منيزيم در داخل راهگاه انجام پذيرفته است و نتيجه حاصل از آن بنحوي که شرح آن نيز در بالا اشاره شود باعث بوجود آمدن گرافيتهاي کروي تر و ريز تر در زير ساختار قطعات گرديده . اندازه گرافيتها بر خلاف ريخته گري بروش ساندويچي که در قسمتهاي کم ضخامت ريز تر ميباشد و در قسمتهاي ضخيم تر اندازه گرافيتها بزرکتر بودند در اين روش تقريبا اندازه گرافيتها در تمام سطح قطعه داراي اندازه يکنواخت ميباشند . 

ساختار زمينه در اين قطعه عموماٌ پرليتي ميباشد و جراير پراکنده اي از فريت نيز مشاهده ميشود .