مروری بر اهمیت و خواص چدنهای با گرافبت های فشرده

منظور از چدن با گرافيت فشرده اين است كه چدن عاري از گرافيت ورقه اي و داراي 20% گرافيت كروي و 80% گرافيت فشرده باشد".[2] در حقيقت پيدايش چدنهاي با گرافيت فشرده شايد به طور اتفاقي در جهت ايجاد گرافيتهاي كروي حاصل شده باشد.
در واقع هنگام توليد چدنهاي نشكن در مواردي كه مقدار منيزيم كم بوده اين ساختار گرافيت پديد آمده و محققين با اين ساختار گرافيت مواجه شدند و كم كم به فكر بازرسي بيشتر اين ساختار و يافتن خواص آن افتادند.
توليد صنعتي اين چدنها براي مصارف صنعتي در سال 1965 و توسط R.D.Schelleng پتنت شد.
ولي قابل توجه اينكه امروزه طراحان موتور با افزايش ميزان فشار اشتعال در داخل موتور موفق به بهبود كاركرد موتور، كاهش ميزان مصرف سوخت و آلاينده ها شده اند. به همين خاطر در ساخت موتورها بايستي از مواد با استحكام بالا استفاده شود كه چدن خاكستري جوابگوي اين مسيله نيست.
چدن داكتيل نيز به خاطر هدايت حرارتي پايين آن مورد توجه قرار نگرفته است. چدن با گرافيت فشرده تنها نوع چدن است كه هم خاصيت استحكام و هم هدايت حرارتي بالا را دارا مي باشد. امروزه شركت اتومبيل سازي Ford پيشتاز در امر توليد موتور از جنس CGI است.
بدنه و سر سيلندر موتور مستلزم ايجاد ساختار تقريبا يكنواخت گرافيت و عدم استفاده از تيتانيم به علت تضعيف خاصيت ماشينكاري آن است.
بعضي از نمونه هايي كاربردي CGI عبارتند از : "مانيفلد خروجي دود، سر سيلندر، بدنه موتور، اجزاي سيستم ترمز و قطعات مقاوم به خستگي حرارتي".[1]
ريز ساختار " : "CGI
گرافيتها در چدن CGI به صورت كرمي شكل (Worm-Shape ) ديده مي شوند اين ذرات مانند گرافيتهاي ورقه اي در جهات تصادفي آرايش يافته اند با اين تفاوت كه نسبت به آن كوتاهتر و ضخيم تر و گوشه هاي آن گرد مي باشد.( در شکل 1 و 2 نمونه ای از این ساختار دیده می شود.)
http://www.felezat.com/paper%20archi...5/image002.gif
شکل1: شکل گرافیت های فشرده با 10 % کرویت در متالوگرافی

http://www.felezat.com/paper%20archi...5/image004.gif
شکل 2: تصویر سه بعدی از مورفولوژی گرافیت[2]
با اين كه ذرات كرمي شكل (worm shape) به حالت دو بعدي به صورت مجزا ديده مي شوند ولي در حالت سه بعدي با گرافيت هاي كناري خود در فاز زمينه مرتبط هستند.
مورفولوژي پيچيده مرجاني شكل اين نوع گرافيتها همراه با گوشه هاي گرد سطح نا صاف، منجر به چسبندگي قوي ذرات با فاز زمينه مي گردد كه به خاطر همين مسئله از شروع و اشاعه ترك جلوگيري مي كند و موجب بهبود خواص مكانيكي مي گردد.
در شکل 3 می توانید چگونگی مورفولوژی گرافیت را در سه نوع چدن خاکستری، گرافیت فشرده و نشکن مورد بررسی قرار دهید.

الف- ورقه ای

http://www.felezat.com/paper%20archi...5/image006.jpg پ- كروي
http://www.felezat.com/paper%20archi...5/image008.jpg ب- فشرده
http://www.felezat.com/paper%20archi...5/image010.jpg
شکل 3: عكس هاي SEM از گرافيتهاي کروی، فشرده و خاکستری[1]

حضور گرافيت هاي كروي در ريز ساختارهاي چدنهاي CGI اجتناب ناپذير مي باشد. با افزايش ميزان گرافيت كروي، استحكام و سختي افزايش ولي قابليت ريخته گري، ماشينكاري و هدايت حرارتي كاهش مي يابد. فاز زمينه اين نوع چدنها بر حسب نوع مصارف آن و خواص مورد نظر قطعه مي تواند كاملا پرليتي، فريتي و يا مخلوطي از هر دو باشد.
يكي از مهمترين مسايل در ارتباط با اين چدن تعيين ميزان فشردگي و درصد كروي شدن است. مي توان از فرمولهاي معتبر نيز براي تعيين ميزان درصد گرافيت كروي در مقطع خاصي از قطعه استفاده كرد، در معادله زير مي توان با استفاده از مساحت گرافيتهاي كروي به كل مساحت گرافيتها ، درصد كرويت را تعيين كرد.
http://www.felezat.com/paper%20archi...25/paper21.gif