اصولاً چدن نشکن با افزودن منیزیم Mg در مذاب، تولید می‌شود. (چون منیزیم در دمای بالا تبخیر میشود معمولاً از آلیاژ‌های منیزیم استفاده می‌شود). برای کروی شدن گرافیت‌های قطعاتی که در قالبهای ماسه‌ای تولید میشوند مقدار 0.04-0.07% منیزیم باقیمانده در قطعات ریخته شده کافی میباشد. برای قطعاتی که در قالبهای فلزی تولید میشوند (مانند لوله‌ریزی) مقدار 0.02% منیزیم باقیمانده کافی می‌باشد. افزودن سریم (Cc)، به مقدار جزئی در آلیاژ منیزیم شکل گرافیت را بهبود می‌بخشد. همانطور که گفته شد برای کروی نمودن گرافیت‌ها، به منیزیم احتیاج داریم که اگر میزان منیزیم از حد مورد نظر کمی کمتر باشد، گرافیت‌های فشرده با استحکام و چقرمگی پائین‌تری بدست می‌آید. اگر مقدار منیزیم باقیمانده باز هم کمتر شود، فقط گرافیت ورقه‌ای تولید میشود. اصولاً چدن نشکن در مقایسه با چدن گرافیت ورقه‌ای، تمایل به تبرید بیشتری دارد و برای بدست‌ آوردن ساختار عاری از کاربید مخصوصاً در مقاطع نازک، لازم است جوانه‌زایی با آلیاژ سیلیسیم Si انجام شود. وقتی که چدن نشکن ریخته میشود اگر کاربید در ساختار ظاهر شود، با عملیات حرارتی مناسب میتوان گرافیت‌ها را کروی نمود.

در حین ریخته‌گری میتوان چدنهایی با ساختار زمینه فریت، پرلیت، مخلوط فریت- پرلیت، آستنیت، بینایت و مارتنزیت تولید نمود. چدنهای نشکن پرلیتی استحکام بالایی دارند ولی چقرمگی آنها کمتر است. چدنهای نشکن فریتی استحکام کمتری دارند ولی ازدیاد طول نسبی آنها بیشتر و مقاومت به ضربه‌شان خوب است.

وب چدن نشکن در کوره القایی بدون هسته

مواد شارژ کوره القایی

مواد مختلف که به کوره القایی (Induction) شارژ میشود روی کیفیت چدن تولیدی اثر می‌گذارد. مواد زیر اصولاً‌ برای شارژ در کوره‌های القایی استفاده میشوند.

الف: شمش چدن

ب: قراضه آهن

پ: برگشتی‌ها قطعات ریخته‌گری

ت: آهن اسفنجی

کوره‌ القایی بدون هسته

اکنون که کوره القایی جایگزین کوره کوپل (Cupola Furnace) شده است، تولید پیوسته موفقیت‌آمیز چدن نشکن بستگی به فاکتورهایی مثل آنالیز شیمیائی مذاب، دمای ریختن، مقدار گاز مذاب و زمان عملیات کروی کردن، دارد.

کوره‌های القایی از دیدگاه اقتصادی دارای مزایای زیر میباشد:

-       کاهش هزینه‌های مستقیم اپراتور دستگاه و تجهیزات.

-       قابلیت تقلیل هزینه‌های مواد خام.

-       افزایش مرغوبیت قطعات ریخته شده و کاهش میزان خرابی در قطعات ریخته‌ شده.

-       تولید محصول بهتر.

گوگرد‌زدایی

آسانترین روش گوگرد‌زدایی، پاشیدن کاربید کلسیم Cac₂ روی مذاب میباشد. کاهش مقدار گوگرد بستگی به مقدار کاربید کلسیم و زمان نگهداری کاربید کلسیم روی مذاب دارد. باید متذکر شد که کاربید کلسیم روی خاک نسوز کوره اثر مضری دارد و عمر کارآئی آنرا کاهش میدهد. اگر کروی کردن با روش ساندویچی بوده و میزان گوگرد تا 0.04% در مذاب باشد، عمل گوگرد‌زدائی لزومی ندارد.

بعضی از این عناصر بصورت عمده حضور دارند و بعضی از این عناصر به مقدار جزئی هستند که روی تولید چدن نشکن اهمیت زیادی دارند. هر عنصر میتواند روی موارد ذیل: تأثیر داشته باشد.

-       ایجاد یا از بین بردن کاربید.

-       شکل و پخش گرافیت یا کاربید.

-       ساختار زمینه.

فقط دو عنصر کربن C و سیلیسیم اثر قوی در ایجاد ساختار عاری از کاربید دارند. کربن و سیلیسیم عناصر اصلی در تعیین مقدار کربن معادل می‌باشند. کربن معادل نقش تعیین‌کننده‌ای روی خواص مختلف چدن نشکن دارد. تعداد گرافیت‌ها در واحد سطح بستگی به مقدار کربن معادل دارد و هر چه کربن معادل بالاتر رود تعداد گرافیت‌ها در واحد سطح افزایش می‌یابد. ولی اگر مقدار کربن معادل بیش از حد بالاتر رود، باعث بوجود آمدن گرافیت‌های شناور و گرافیت‌های پوک میگردد.

اصولاً مقدار کربن در چدنهای نشکن بستگی به مشخصه قطعات تولیدی دارد و میتوان بین 3-4% متغیر باشد. ولی عمدتاً مقدار آنرا 3.4-3.8% در نظر می‌گیرند در چدنهای نشکن، قسمت اعظم کربن بصورت گرافیت‌های کروی در ساختار میکروسکوپی ظاهر میشود و تا حدود 9% حجم را اشغال می‌نماید. چگونگی تأثیر کربن بستگی بسیار زیادی به وجود و مقدار عناصر دیگر، بخصوص سیلیسیم دارد. به همین جهت این پارامتر،‌تحت عنوان کربن معادل تعریف شده که تحت تأثیر مشترک کلیه عناصر موجود به خصوص عناصر کربن و سیلیسیم می‌باشد. افزایش میزان کربن معادل از طریق افزایش کربن، ضمن افزایش حجم گرافیت آزاد شدهع باعث بالا رفتن تعدا گرافیت‌های کروی در واحد سطح هم میگردد.

افزایش سیلیسیم موجب افزایش تعدا گرافیت‌های کروی و کاهش اندازه (SIZE) هسته‌های یوتکتیک در چدنهای نشکن خواهد شد.

در حال حاضر، در تمام کارخانه‌ها، برای کروی نمودن گرافیتهای چدن نشکن از منیزیم، استفاده میگردد.

فاکتورهای اصلی به قرار زیر میباشند.

1-  روش انتخاب شده نباید با ایجاد نور و دود همراه باشد.

2-  قیمت تمام شده چدن تولیدی باید حداقل باشد.

3-  روش نباید احتیاج به سرمایه‌گذاری زیاد در تجهیزات داشته باشد.

4-  کیفیت چدن تولیدی باید مطلوب باشد.

کروی سازی

روش ساندویچی

کروی نمودن با روش ساندویچی استفاده وسیعی دارد. در حال حاضر تقریباً 70% از تولید چدن نشکن به روش ساندویچی میباشد. اگر عملیات با دقت انجام گیرد، راندمان منیزیم باقیمانده زیاد میشود. اکثر ریخته‌گران هنوز به مزایای این روش کاملاً پی نبرده‌اند. اگر به موارد زیر توجه بیشتری بشود، صرفه‌جویی در استفاده از آلیاژ فروسیلیس منیزیم و نیز افزایش راندمان آن امکانپذیر خواهد بود.

1-  طراحی پاتیل، مخصوصاً ارتفاع پاتیل برای جلوگیری از پاشیدن مذاب.(مقدار زیادی از منیزیم از طریق پاشیدن مذاب به بیرون تلف میشود.)

2-  ساختن حفره مناسب برای نگه داشتن آلیاژ فروسیلیس منیزیم و تمیز نگه داشتن این حفره، باضافه پوشش نسبتاً‌ سنگین روی آلیاژ فروسیلیس منیزیم.

برای روش ساندویچی از پاتیل بلند و نسبتاً باریک استفاده میشود. در کف پاتیل حفره‌ایی برای ریختن آلیاژ فروسیلیس منیزیم و ماده پوشش تعبیه شده است. ماده پوشش میتواند ورق آهن نازک یا براده آهن، پودر کاربید کلسیم C₂Ca یا ماسه رزینی باشد. مواد پوشش، واکنش منیزیم را به تأخیر می‌اندازند به طوری که ابتدا مقداری ذوب وارد پاتیل شده و آنگاه واکنش شروع میشود. بلافاصله در قسمت بالای پوشش قسمتی از مذاب منجمد شده و ساختمان آن بصورت دانه‌های سریع شده (Chilled Metal) میگردد و در اثر جوشیدن این لایه سردتر چدن، راندمان بازیابی منیزیم افزایش می‌یابد. برای بازیابی بهتر مواد کروی کننده، باید به ارتفاع پاتیل دقت نموده و سرعت ریختن را بیشتر نمود. اکثر ریخته‌گری‌ها گزارش میدهند که بازیابی منیزیم با روش ساندویچی 40%-50% میباشد. یکی از مضرات این روش کم شدن دما بعلت ذوب شدن آلیاژ فروسیلیس منیزیم و مواد پوشش میباشد.

شکل شماره 1-2، نمای شماتیک یک پاتیل طراحی شده به منظور کروی کردن گرافیت در روش ساندویچی را نشان میدهد.

لاحظات فنی آلیاژ‌های کروی کننده

یکی از آلیاژ‌های کروی کننده که بیشترین استفاده را در تولید چدن نشکن دارد، فروسیلیس منیزیم میباشد. از انواع مختلف آلیاژ‌های فروسیلیس منیزیم موجود، فروسیلیس منیزیم با 0.5% منیزیم بیشترین استفاده را دارد.

همیت جوانه‌زایی

جوانه زایی با آلیاژ سیلیسیم به دلایل زیر انجام میگیرد.

1-  افزایش تعداد هسته‌های یوتکتیکی.

2-  کاهش تبریدی (کاهش مادون انجماد).

نجماد و مکانیزم کروی شدن گرافیت در چدن نشکن

در انجماد چدن با گرافیت ورقه‌ای، یوتکتیک گرافیت و آستنیت تشکیل میشود. در انجماد، این یوتکتیک گرافیت آستنیت با مذاب در تماس است. رشد دندریت‌های آستنیت و هسته‌های گرافیت ورقه‌ای تا زمانی که ذوب کاملاً منجمد شود، ادامه خواهد داشت. انجماد یوتکتیک گرافیت در چدن نشکن، نسبت به چدن با گرافیت ورقه‌ای در دمای بالاتری شروع می‌شود. در حین انجماد چدن نشکن،‌پوسته‌ای از آستنیت پیرامون گرافیت کروی تشکیل میشود. و بهمین علت، فقط فاز آستنیت با مذاب در تماس خواهد بود و چنین انجمادی رانیویوتکتیک مینامند هر واحد گرافیت کروی و پوسته آستنیت دور آن را میتوان یک هسته در نظر گرفت که کربن باید به داخل این هسته نفوذ کند تا رشد گرافیت کروی کامل شود.

رح کار

 ابتدا ماسه قالبگیری را آماده کرده پس از بعد از قالبگیری قطعه مورد نظر محفظه قالب را خششک کرده مذابی را که در ته بوته که رارای محفظه‌ی برای گذاشتن فروسیکو منیزیم بود. یعنی روش ساندویچی به این مذاب را داخل محفظه‌ قالب ریخته و قطعه چدن نشکن را تولید می‌کنیم. و بعد قطعه آزمایش را از مقاطع مختلف برش زده و ساختارها ویژگی‌های آنها را بررسی می‌کنیم

جزیه و تحلیل

علت این که گرافیت کروی شده وجود فروسیلیکو منیزیم در مذاب بوده و باعث کروی شدن گرافیت شده است.

و علت این که زمینه پرلیتی شده به علت سرد شدن مناسب در قالب بوده است که در اطراف گرافیت زمینه پرلیتی وجود دارد.