چدن آستمپرینگ؛ مهم‌ترین عضو خانواده چدن‌ نشکن!

چدن‌‌‌ نشکن (Ductile Cast Iron)، نوعی چدن با نقطه ذوب پایین، ماشین‌کاری عالی، سیالیت و قابلیت ریخته‌گری خوب، مقاومت سایشی بالا و درمجموع خواص مکانیکی قابل‌قبول است. هرچند که استحکام کششی آن برای بسیاری از کاربردهای مهندسی خوب نیست.
ارتقا خواص مکانیکی قطعات چدنی ضمن حفظ خواص دیگر آن، منجر به معرفی دسته جدیدی از چدن‌های‌ نشکن به نام چدن‌ آستمپرینگ (Austempered Ductile Iron) شده است. این نوع چدن‌ها در صنعت با نام آستمپر یا چدن‌ ADI و ASTM A897 شناخته می‌شوند. اما فرآیند تولید این چدن‌ها چگونه است؟ این فرایند چگونه موجب بهبود خواص مکانیکی چدن ‌ADI شده است؟ چرا در بسیاری از کاربردها چدن‌ آستمپرینگ (چدن ‌ADI) تنها انتخاب است؟
تمامی این سؤالات، در این مقاله از متالکست پاسخ داده‌شده‌اند. مجموعه متالکست با تجربه طولانی در حوزه ریخته‌گری فلزات ازجمله انواع چدن‌های نشکن، با بسیاری از چالش‌های این صنعت دست‌وپنجه نرم کرده و اکنون، باکیفیت‌ترین قطعات را تولید می‌کند.

متالکست با استفاده از تکنولوژی‌های روز دنیا، قطعات چدنی با بهترین خواص مکانیکی و دقت ابعادی بالا را تولید می‌کند. جهت ثبت سفارش و یا کسب اطلاعات بیشتر درباره ریخته گری قطعات چدنی روی لینک کلیک نمایید.

چدن آستمپرینگ (چدن ‌ADI) چگونه تولید می‌شود؟

انواع چدن‌ها طی فرایند ریخته‌گری تولید می‌شوند. ریزساختار و خواص این آلیاژها، حین ریخته‌گری یا پس از آن و با انجام برخی فرایندها، تغییر می‌کند. به طور کلی از چندین روش برای ریخته‌گری چدن استفاده می‌شود که هر کدام، متناسب با نوع چدن انتخاب خواهد شد.
توصیه می‌شود برای مطالعه بیشتر در خصوص ریخته گری، به مقاله ریخته گری چدن چیست؟ + مراحل آن مراجعه نمایید.
یکی از فرایندهای پس از ریخته گری قطعه که برای بهبود خواص چدن انجام می‌شود، آستمپرینگ نام دارد. همان‌طور که از نام چدن آستمپرینگ مشخص است، این ساختار با انجام عملیات حرارتی آستمپرینگ روی چدن‌ نشکن به دست می‌آید.
در حقیقت، چدن آستمپرینگ زیرمجموعه‌ای از چدن‌ نشکن بینیتی (Bainitic Ductile Iron) است. تحت عملیات حرارتی مذکور، یک ساختار سوزنی در کنار گرافیت‌های کروی چدن تشکیل می‌شود. در تصویر زیر، این استحاله قابل‌مشاهده است.

این فرایند طی مراحل زیر انجام می‌شود و نتیجه آن، چدن آستمپرینگ نشکن خواهد بود:

1. گرم کردن قطعه تا دمای آستنیتی
2. نگهداری در دمای آستنیتی برای اطمینان از تکمیل تبدیل ریزساختار به آستنیت
3. سرد کردن سریع در حمام نمک مذاب برای تشکیل بینایت
4. نگهداری در دمای حمام نمک برای تکمیل تبدیل به بینیت
5. سرد کردن نهایی در هوا یا آب سرد

دما و زمان عملیات آستمپرینگ، متغیرهای کلیدی در تنظیم خواص چدن آستمپرینگ به شمار می‌روند و باید به‌طور دقیق کنترل شوند. جهت انتخاب دمای آستمپرینگ و زمان نگهداری مناسب، لازم است تا نمودارهای دما-زمان-استحاله (TTT) و دیاگرام تعادلی آهن-کربن، بررسی شود.

باید دو عامل دما و زمان عملیات آستنیته‌سازی را در عملیات آستمپرینگ چدن‌ نشکن کنترل کرد. دمای آستنیته‌سازی معمولاً بین ۸۱۵ تا ۹۲۵ درجه سانتی‌گراد انتخاب می‌شود. این دما بیشترین تأثیر را بر استحاله بینیتی فاز زمینه دارد؛ به‌گونه‌ای که با افزایش دمای آستنیته‌سازی نرخ استحاله بینیتی کاهش می‌یابد. زمان نگهداری در دمای آستنیته نیز بسیار مهم است. به‌طورکلی، زمان این عملیات در چدن‌ نشکن را حدود ۹۰ دقیقه توصیه کرده‌اند.

بر اساس دمای عملیات آستمپرینگ، چدن‌ آستمپرینگ (چدن ‌ADI) را به دو دسته ۱ و ۲ تقسیم‌بندی کرده‌اند. اگر دمای عملیات آستمپرینگ در مرحله تشکیل بینایت، پایین‌تر از ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد انتخاب شود، ریزساختار چدن حاصله حاوی زمینه بینیت پایینی خواهد بود و به دسته ۱ تعلق دارد.
این در حالی است که در چدن‌های متعلق به دسته ۲، دمای عملیات آستمپرینگ بالاتر از ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد بوده و ریزساختاری با زمینه بینیت بالایی تشکیل می‌شود.

چدن‌های دسته اول سختی بالا و استحکام قابل قبولی دارند و در مواردی که نیاز به مقاومت بالا در مقابل تنش‌های تماسی باشد گزینه مناسبی هستند. در مقابل، چدن‌های دسته دوم انعطاف‌پذیری و چقرمگی مناسب و سختی پایین‌تری دارند. هر یک از این دو نوع، باید متناسب با کاربرد مورداستفاده قرار گیرند.

دیگر عامل تأثیرگذار در عملیات آستمپرینگ چدن‌ نشکن، عناصر آلیاژی هستند. وجود برخی از عناصر همچون مس، نیکل و مولیبدن، موجب افزایش زمان آستمپرینگ می‌شوند. به‌این‌ترتیب سرعت کاهش انعطاف‌پذیری چدن نشکن، کم می‌شود.
همچنین عناصر آلیاژی مختلف، با اثر گذاشتن روی حلالیت کربن، مقدار کربن حل‌شده در آستنیت را تغییر می‌دهند. عناصری مانند منگنز، مولیبدن و کروم باعث افزایش و نیکل و سیلیسیم باعث کاهش حلالیت کربن در آستنیت می‌شوند.

خواص چدن آستمپرینگ (چدن ‌ADI)؛ از ریزساختار تا استحکام کششی!

چدن نشکن یکی از مهمترین انواع این آلیاژ در صنعت به شمار می‌رود که ریزساختاری خاص و حاوی گرافیت‌های کروی دارد. این ریزساختار موجب افزایش انعطاف‌پذیری و درعین‌حال، بروز خواص نامطلوب می‌شود. همان‌طور که گفته شد، برخی فرایندها منجر به تغییر ریزساختار و بهبود خواص می‌شوند که یکی از آن‌ها، انجام آستمپرینگ روی چدن نشکن است. چدن آستمپرینگ (چدن ‌ADI)، همچون دیگر انواع چدن‌ نشکن، دارای نقطه ذوب پایین، سیالیت و قابلیت ریخته‌گری خوب، ماشین‌کاری عالی و مقاومت سایشی بالا است.
همچنین، برعکس چدن‌های چکش‌خوار، این انواع را می‌توان با ضخامت‌های مختلف، از نازک تا ضخیم ریخته‌گری کرد. تمامی این موارد را در مقاله “چدن نشکن چیست” به صورت کامل از ۰ تا ۱۰۰ بررسی کرده‌ایم. بااین‌حال، آنچه این چدن‌ را از سایر چدن‌های‌ نشکن متمایز می‌کند خواص مکانیکی آن است. استحکام کششی یک چدن آستمپرینگ حداقل دو برابر چدن‌ نشکن معمولی است. همچنین استحکام خستگی و مقاومت به سایش این انواع به سبب قابلیت کارسختی بالا در سطح قطعه، بسیار مناسب است.

تأثیر ریزساختار چدن آستمپرینگ بر خواص

خواص ممتاز این چدن‌ها مستقیماً ناشی از ریزساختار منحصربه‌فرد حاصل از عملیات آستمپرینگ است. ریزساختار تمامی انواع چدن‌ نشکن حاوی زمینه پرلیتی، فریتی و یا هر دو به‌همراه گرافیت‌های کروی است.
گرافیت‌های کروی را می‌توان نشانه اصلی چدن‌های نشکن دانست. دانشمندان و محققین دریافتند که کروی کردن گرافیت‌ها، منجر به انعطاف‌ بیشتر شده و ذات ترد چدن را تغییر می‌دهد. چدن با گرافیت کروی و عوامل مؤثر در تولید آن را می‌توان ابتدایی‌ترین مرحله در تعیین خواص چدن آستمپر دانست.

از سویی، تحت عملیات آستمپرینگ، زمینه پرلیتی در چدن‌ نشکن، تبدیل به بینیت می‌شود. بنابراین، این ساختار از دو فاز آستنیت و فریت بینیتی -که سوزنی شکل است- تشکیل می‌شود.
استحاله بینیتی در چدن‌ نشکن، یک دگرگونی دومرحله‌ای است. در مرحله اول، آستنیت به فریت بینیتی و آستنیت غنی از کربن تجزیه می‌شود و در مرحله دوم، آستنیت غنی از کربن به فریت و کاربید تجزیه می‌شود. چقرمگی زیاد این چدن‌ا نتیجه مستقیم ساختار منحصربه‌فرد تشکیل‌شده در مرحله اول است. لازم به ذکر است، رخداد مرحله دوم مطلوب نیست؛ زیرا به کاهش انعطاف‌پذیری و چقرمگی منجر می‌شود.

چدن آستمپرینگ در صنایع مختلف چقدر محبوب است؟

بازار چدن آستمپرینگ (چدن ‌ADI)، تقریباً تمامی صنایع را در بردارد. نمودار زیر سهم تقریبی هر صنعت را در بازار چدن آستمپرینگ و در سال ۲۰۰۴ میلادی نشان می‌دهد. صنعت خودروسازی، بیشترین سهم را در بازار چدن‌ آستمپرینگ دارد. این بدین علت است که این صنعت همواره به دنبال افزایش کارایی، کاهش هزینه و بهینه‌سازی وزن محصولات خود است. در این راستا چدن‌ آستمپرینگ با خواص منحصربه‌فرد خود، توانسته‌ کارایی خود را در اجزاء ایمنی و سیستم‌های تعلیق اثبات کند.
صنعت حمل‌ونقل ریلی، دیگر مصرف‌کننده چدن‌ آستمپرینگ است. این چدن با ارائه خواصی همچون مقاومت به سایش بالا، کاهش صدا، مقاومت به خستگی تماسی و خمشی، استحکام و عمر بالا گزینه مناسبی برای تولیدکنندگان دنده و اجزا قطار به شمار می‌رود.

تولید قطعات باکیفیت از جنس چدن آستمپرینگ در مجموعه متالکست

چدن آستمپرینگ یا چدن‌ ADI یکی از مهم‌ترین اعضای خانواده چدن‌ نشکن به شمار می‌آید. آنچه این چدن‌ را از سایر انواع چدن‌ نشکن متمایز می‌کند، خواص مکانیکی ممتاز آن است که این خواص، به کمک عملیات آستمپرینگ قابل‌دستیابی هستند. بااین‌حال، طراحی و انجام عملیات آستمپرینگ مناسب، کاری حساس و البته پیچیده است که نیاز به تخصص و تجربه دارد.
مجموعه متالکست، با سال‌ها فعالیت حرفه‌ای در حوزه ریخته‌گری انواع چدن و دیگر آلیاژها، آماده ارائه خدمات، دقیقا مطابق نقشه قطعه و کاربرد آن است. ما با یاری باتجربه‌ترین ریخته‌گران قطعات را با بالاترین کیفیت، به دست شما می‌رسانیم. شما می‌توانید جهت دریافت مشاوره رایگان یا ثبت سفارش از طریق شماره تلفن ۰۲۱۸۲۸۰۲۰۵۵ با کارشناسان ما در متالکست تماس بگیرید. همچنین، امکان دریافت پیش‌فاکتور برای اطلاع از قیمت‌های رقابتی ما وجود دارد.