۱-چدن های پر کروم
در تجهیزاتی که عملیات سایش انجام می گیرد آلیاژهای آهنی با بیشترین کربن بهترین مقاومت سایشی را دارند. در عین حال، به خاطر تنش های متعددی که هنگام کار ایجاد می شود، ماده مربوطه بایستی از چقرمگی کافی برخوردار باشد. فولادهای غیرآلیاژی یا کم آلیاژ با کربنی حدود 0.4 درصد در حالتی که ساختارشان مارتنزیتی است چقرمگی پایینی دارند. چدن های سفید غیرآلیاژی که اغلب کاربید موجود در آنها سمنتیت است سالها به علت مقاومتی که در مقابل سایش دارند مورد استفاده قرار گرفته اند. ضعف این چدن ها در فاز کاربید بوده که به صورت شبکه ای پیوسته در اطراف دانه های آستنیت تشکیل شده و موجب تردی و ترک خوردن قطعه می شوند. افزایش عناصری که کربن را به صورت کاربیدی غیر از سمنتیت با سختی بیشتر و خواص مطلوبتر در آورده و نیز مقداری کربن زمینه را کاهش می دهد، موجب بهبود همزمان چقرمگی ومقامت سایشی می شود. کروم عنصری است که بدین منظور استفاده شده و کاربید آن بیشتر به شکل M7C3 است.
امروزه، چدنهاي پركروم، در شرايطي كه قطعات تحت ضربات متوسط و سايش شديدي قرار دارند، به عنوان يك جايگزين براي فولادهاي پركروم، در نظر گرفته مي شوند. اين گروه از چدنهاي سفيد، بدليل وجود زمينه مارتنزيتي توام با كاربيدهاي رسوبي، توانسته است، مقاومت به سايش بسيار خوبي از خود نشان دهد. در شرايطي كه قطعه تحت ضربات متوسط و سايش شديد قرار دارد، انتخاب چدنهاي نيكل كرومي مناسب خواهد بود.
جدول 1- ترکیب شیمیایی سه نوع آلیاژ پرکروم.
| Grade | Content of elements % | ||||
| C | Mn | Si | Cr | Ni | |
| ICHH28I2 | 2.7-3 | 0.8-1.4 | 0.5-0.8 | 28-30 | 1.5-3 |
| ICHH15M3 | 3-3.5 | 0.3-0.6 | 0.5-0.9 | 12-18 | – |
| ICHH14G2N | 2-2.4 | 0.5-0.7 | 1.8-3.2 | 13-15 | 1.2-2 |
۲- فولاد منگنزی
فولاد منگنزی (Hadfield) آلیاژی است حاوی 0.8 تا 1.25 درصد کربن و 11 تا 15 درصد منگنز، فولاد غیر مغناطیسی بی نظیری با خواص مقاوم به سایش می باشد. این فولاد مقاومت سایشی بسیار بالایی دارد و این خاصیت را مرهون افزایش سه برابری سختی سطح در اثر ضربه می باشد، این خاصیت همزمان با عدم افزایش تردی؛ که به طور معمول با افزایش سختی شاهد آن هستیم؛ منجر به (toughness) چقرمگی بالای این فولاد می شود.
فولادهای منگنزی به طور وسیع در بخش خردایش و زره های آسیابِ صنایع معدنی ، صنایع سیمان، میل بار ها وسنگ شکن ها، سوزنهای ریل قطار، شنی بولدوزر، کلاهخود و سایر مصارف در محیط های ساینده، همچنین در مواردی که تحت ضربات هستند نظیر شات بلاست مورد بهره برداری قرار می گیرند. این فولادها به علت استحکام ضربه در دمای پایین، اخیرا در صنایع برودتی نیز مورد استفاده قرار گرفته اند.
اغلب گریدهای فولاد منگنزی پس از عملیات حرارتی بازپخت انحلالی در دمای حدود 1000 درجه سانتیگراد و کوئنچ در آب، بدون نیاز به عملیات بازگشت قابل مصرف هستند. سختی برینل در این حالت حدود 200HB می باشد ( تقریبا مشابه فولاد زنگ نزن 304) اما به خاطر خواص بی نظیرش پس از برخورد با مواد ساینده و ضربات متوالی حین کار این سختی تا 550HB بالا رفته و اصطلاحا “کار سخت” می شود.
قطعات فولاد منگنزی اغلب با دشواری در ماشینکاری روبرو هستند. این فولادها قابل نرم شدن توسط بازپخت (Anealing) نیستند، و معمولا برای ماشینکاری به ابزارهای مخصوص نیاز دارند. اگر چه قابلیت آهنگری گرم (Forging) از دمای 1100 درجه سانتیگراد را دارند، اما از هم گسیختگی در دمای 1200 درجه سانتیگراد در حین پتک کاری محتمل است و اصولا در دمای بالا نسبت به فولاد های کربنی چقرمگی بیشتری دارند. به همین علت معمولا این فولادها را از روش ریخته گری تولید می کنند. فولاد منگنزی را توسط سری برش اکسی استیلن می توان برشکاری نمود، امابرش پلاسمایا لیزر ترجیح داده می شود.
۳- نسوزها
فولادهای نسوز در اصل همان فولادهای مقاوم به حرارت (Heat resistant Steel) هستند. همانطور که می دانید خواص استحکامی فولادهای با افزایش درجه حرارت کاهش می یابد. مقاومت به حرارت به این معنا است که فولاد بتواند در دمای بالای ۵۰۰ درجه سانتیگراد از خود مقاومت نشان دهد، به همین دلیل فولادهای مقاوم به حرارت برای استفاده در دماهای بالای ۵۰۰ درجه سانتیگراد طراحی شده اند. این فولادها که غنی از عناصر آلیاژی کروم و نیکل هستند توسط مکانیزم عملیات حرارتی ( انحلال حالت جامد و رسوب سختی) مستحکم می شوند و عموما در جاهایی استفاده می شوند که نیاز به مقاومت به خوردگی در درجه حرارت بالا، مقاومت به ترک و خستگی گرم و مقاومت به خزش لازم باشد. این آلیاژها با توجه به هندبوک ASM به سه دسته تقسیم می شوند که عبارتند از :
۳-۱ – آلیاژهای آهن- کروم:
- آلیاژهایی حاوی ۸ تا ۳۰ درصد کروم
- دارای ساختار فریتی
- دارای داکتیلیته واستحکام کم در درجه حرارت های بالا
- کاربرد درجاهایی که نیاز به مقاومت به خوردگی در مجاورت گازها مدنظر است.
جدول 2- ترکیب شیمیایی آلیاژهای نسوز فریتی.
| Steel designation | % by mass | |||||||
| Number | Name | Approximate
AISI/ASTM designation |
C | Si | Mn
Max. |
Cr | Al | Others |
| 1.4713 | X10CrAlSi7 | – | Max. 0.12 | 0.5-1.00 | 1.00 | 6.00-8.00 | 0.5-1.00 | |
| 1.4724 | X10CrAlSi13 | – | Max. 0.12 | 0.7-1.4 | 1.00 | 12.00-14.00 | 0.7-1.2 | |
| 1.4742 | X10CrAlSi18 | – | Max. 0.12 | 0.7-1.4 | 1.00 | 17.00-19.00 | 0.7-1.2 | |
| 1.4762 | X10CrAlSi25 | – | Max. 0.12 | 0.7-1.4 | 1.00 | 23.00-26.00 | 1.2-1.7 | |
| 1.4749 | X18CrN28 | 446 | 0.15-0.2 | Max. 1.00 | 1.00 | 26.00-29.00 | N: 0.15 to 0.25 | |
| 1.4736 | X3CrAlTi18-2 | – | Max. 0.04 | Max. 1.00 | 1.00 | 17.00-18.00 | 1.7-2.1 | 0.2+4.(C+N)≤Ti≤0.8 |
۳-۲- آلیاژهای آهن-کروم- نیکل
- بیشتر از ۱۸ درصد کروم و بیشتر از ۸ درصد نیکل (میزان کروم همواره از میزان نیکل بیشتر است)
- ساختاری با زمینه آستنیتی با مقدار بسیار کمی فریت
- دارای استحکام و داکتیلیته زیاد در درجه حرارتهای بالا و مقاوم به سیکل های حرارتی
- قابل استفاده در مجاورت گازهای احیاکننده و اکسیدکننده که حاوی مقداری گوگرد هستند.
۳-۳- آلیاژهای آهن- نیکل- کروم
- بیشتر از ۱۰ درصد کروم و بیشتر از ۲۳ درصد نیکل (میزان نیکل همواره از میزان کروم بیشتر است)
- دارای ساختاری کاملا آستنیتی
- دارای استحکام زیاد در درجه حرارتهای بالا و مقاوم به سیکل ها و گرادیان های شدید حرارتی
- غیر قابل استفاده در محلهایی که گوگرد زیادی دارند.
- قابل استفاده در اتمسفرهایی که حاوی کربن و نیتروژن هستند. (به دلیل دارا بودن درصد نیکل بالا، به راحتی کربوره و نیتریده نمی شوند).
جدول 3- ترکیب شیمیایی آلیاژهای نسوز آستنیتی.
| Steel designation | % by mass | |||||||
| Number | Name | Approximate
AISI/ASTM designation |
C | Si | Mn | Cr | Ni | Others |
| 1.4878 | X8CrNiTi18-10 | 321H | Max. 0.1 | Max. 1.00 | Max. 2.00 | 17.00-19.00 | 9.00-12.00 | Ti:5.%C≤Ti≤0.8 |
| 1.4828 | X15CrNiSi20-12 | – | Max. 0.20 | 1.5-2.5 | Max. 2.00 | 19.00-21.00 | 11.00-13.00 | |
| 1.4835 | X9CrNiSiNCe21-11-2 | S30815 | 0.05-0.12 | 1.4-2.5 | Max. 1.00 | 20.00-22.00 | 10.00-12.00 | Ce:0.03-0.08 |
| 1.4833 | X12CrNi23-13 | 309S | Max. 0.15 | Max. 1.00 | Max. 2.00 | 22.00-24.00 | 12.00-14.00 | |
| 1.4845 | X8CrNi25-21 | 310S | Max. 0.1 | Max. 1.5 | Max. 2.00 | 24.00-26.00 | 19.00-22.00 | |
| 1.4841 | X15CrNiSi25-21 | 314 | Max. 0.2 | 1.5-2.5 | Max. 2.00 | 24.00-26.00 | 19.00-22.00 | |
| 1.4864 | X12NiCrSi35-16 | – | Max. 0.15 | 1-2 | Max. 2.00 | 15.00-17.00 | 33.00-37.00 | |
| 1.4876 | X10NiCrAlTi32-21 | – | Max. 0.12 | Max. 1.00 | Max. 2.00 | 19.00-23.00 | 30.00-34.00 | Al:0.15-0.6
Ti:0.15-0.6 |
| 1.4877 | X6NiCeNbCe32-27 | – | 0.04-0.08 | Max. 0.3 | Max. 1.00 | 26.00-28.00 | 31.00-33.00 | Al:max. 0.025
Ce: 0.05-0.1 Nb:0.6-1.00 |
| 1.4872 | X25CrMnNiN25-9-7 | – | 0.2-0.3 | Max. 1.00 | 8.00-1.00 | 24.00-26.00 | 6.00-8.00 | N:0.2-0.4 |
| 1.4818 | X6CrNiSiNCe19-10 | S30415 | 0.04-0.08 | 1.00-2.00 | Max. 1.00 | 18.00-20.00 | 9.00-11.00 | Ce:0.03-0.08 |
| 1.4854 | X6NiCrSiNCe35-25 | S35315 | 0.04-0.08 | 1.2-2.00 | Max. 2.00 | 24.00-26.00 | 34.00-36.00 | N:0.12-0.2
Ce:0.03-0.08 |
| 1.4886 | X10NiCrSi35-19 | N08330 | Max. 0.15 | 1-2 | Max. 2.00 | 17.00-20.00 | 33.00-37.00 | |
| 1.4887 | X10NiCrSiNb35-22 | – | Max. 0.15 | 1-2 | Max. 2.00 | 20.00-23.00 | 33.00-37.00 | Nb:1.00-1.5 |
۴- چدن های Ni- Hard
چدن های نیکل سخت به وفور در عملیات خرد کن ، پودر کردن ، نورد کردن و حمل مواد به کار برده می شوند . دو گروه عمده ی چدن نیکل سخت وجود دارند:
چدن های با 4 درصد نیکل و چدن های با 6 درصد نیکل و 9 درصد کروم که این دو گروه معمولا با نام نیکل سخت 2 و نیکل سخت 4 شناخته می شوند . نوع 2 چدن نیکل سخت شامل کاربیدهای یوتکتیکی M3C لدبوریتی است و بنابراین دارای چقرمگی کمی است ، در صورتی که نوع 4 نیکل سخت عمدتاً شامل کاربیدهای ناپیوسته M7C3 است و در نتیجه چقرمگی نیکل سخت 4 بیشتر است . چدن نیکل سخت 2 چقرمگی کمتری دارد و عمدتاً در تولید غلطک های فلز کاری مورد استفاده قرار می گیرد . متالورژی و کاربرد چدن های نیکل سخت 4 تقریباً مشابه چدن های پر کروم است اما مشاهده شده است که در کاربردهای خاصی مانند گلوله های آسیاب و جداره پوسته ی آسیاب های سیمان با قطر زیاد که قطعات ریختگی در آن هم تحت سایش و هم ضربات مکرر سنگین قرار دارند، نیز مورد استفاده قرار می گیرند. . نیکل سخت 4 مقاومت لازم برای شکست را ایجاد نمی کند ، به طور کلی مقاومت شکست چدن های پر کروم بیش از چدن های نیکل سخت 4 است . مشخصه ای که سبب برتری بارز چدن های نیکل سخت 4 در مقایسه با چدن های پر کروم می شود ، قابلیت سختی پذیری عالی آن است .
ترکیب شیمیایی تمام چدن های نیکل سخت طوری انتخاب می شود که بیشتر ساختار به صورت ترکیب یوتکتیک و آستنیت جامد شود . مقدار کاربید یوتکتیک که تشکیل می شود و نیز ساختار زمینه به ترکیب شیمیایی چدن بستگی دارند . چدن نیکل سخت 2 دارای ساختار لدبوریتی خاصی است که در آن کاربید M3C در برابر ریز ساختار پیوسته حضور دارد اما چدن نیکل سخت 4 دارای ساختار یوتکتیکی است که در آن کاربیدهای نوع M7C3 به طور ناپیوسته حضور دارد . مزیت این نوع ساختار کاربیدی این است که اگرچه کاربید M7C3 ترد است ولی ترک هایی که در آن ایجاد می شوند قبل از اینکه وارد زمینه به مراتب نرمتر شوند نمی توانند خیلی اشاعه پیدا کنند.
جدول 4- ترکیب شیمیایی چدن های Ni- Hard.
| Grade | Chemical composition | |||||||
| C (total) | Si | Mn | S | P | Ni | Cr | Mo | |
| Ni-Hard 1 | 3-3.6 | 0.3-0.5 | 0.3-0.7 | Max 0.15 | Max 0.3 | 3.3-4.8 | 1.5-2.6 | 0-0.4 |
| Ni-Hard 2 | Max 2.9 | 0.3-0.5 | 0.3-0.7 | Max 0.15 | Max 0.3 | 3.3-5 | 1.4-2.4 | 0-0.4 |
| Ni-Hard 4 | 2.6-3.2 | 1.8-2 | 0.4-0.6 | Max 0.1 | Max 0.06 | 4.5-6.5 | 8-9 | 0-0.4 |
۵- چدن های Ni- resist
گروهی معروف از چدنهاي پرآلياژ با نام تجاري ناي رزيست شناخته مي‌شوند و از مدتها پيش به منظور مقاومت در برابر خوردگي توليد شده اند. مقاومت عالي اين چدنهاي پركاربرد در برابر خوردگي مديون وجود 5/13 تا 36 درصد نيكل و 8/1تا 6 درصد كرم و در يك نوع 5/5 تا 5/7 درصد مس در آنهاست. از چدنهاي ناي رزيست براي حل مسائل خوردگي مربوط به تلمبه كردن حمل و پالايش نفت چاههاي ترش اب شور، بعضي اسيدها و قلياها استفاده مي‌شود. اغلب چدنهاي ناي رزيست را مي‌توان به صورت چدن خاكستري يا داكتيل توليد كرد.
این چدن ها در برابر اكسايش در دماي زياد و نيز در محيطهاي خورنده مقاوم اند. وجود نيكل زياد باعث تشكيل پولكهاي گرافيت در حين انجماد حتي در حضور كروم زياد مي‌شود. زياد بودن مقدار نيكل از تبديل زمينه آستنيتي نيز جلوگيري مي‌كند. معمولا چدنهاي ناي رزيست عمليات حرارتی نمي شوند اما در بعضي كاربردها و هنگامي كه قطعات ريختگي بايد در دماي زياد كار كنند آنها را بايد از لحاظ ابعادي پايدار كرد. اين گونه عمليات حرارتی ساختار زمينه آستنيتي را تغيير نخواهد داد.
جدول 5- ترکیب شیمیایی چدن های Ni- resist با گرافیت لایه ای.
| Chemical Compositions of Flake Graphite Ni-Resist Alloys, % | |||||||
| Common Name | Ni | Cr | Si | Cu | Mn | C max | Other |
| NiMn 13 7 | 12-14 | 0.2 max | 1.5-3 | – | 6-7 | 3.0 | – |
| Ni Resist 1 | 13.5-17.5 | 1.5-2.5 | 1-2.8 | 5.5-7.5 | 0.5-1.5 | 3.0 | – |
| Ni Resist 1b | 13.5-17.5 | 2.5-3.5 | 1-2.8 | 5.5-7.5 | 0.5-1.5 | 3.0 | – |
| Ni Resist 2 | 18-22 | 1.5-2.5 | 1-2.8 | 0.5 max | 0.5-1.5 | 3.0 | – |
| Ni Resist 2b | 18-22 | 3-6 | 1-2.8 | 0.5 max | 0.5-1.5 | 3.0 | – |
| Ni crosil-al | 18-22 | 1.5-4.5 | 3.5-5.5 | – | 0.5-1.5 | 2.5 | – |
| Ni Resist 3 | 28-32 | 2.5-3.5 | 1-2 | 0.5 max | 0.5-1.5 | 2.6 | – |
| Ni Resist 4 | 29-32 | 4.5-5.5 | 5-6 | 0.5max | 0.5-1.5 | 2.6 | – |
| Ni Resist 5 | 34-36 | 0.1 max | 1-2 | 0.5 max | 0.5-1.5 | 2.4 | – |
| Ni Resist 6 | 18-22 | 1-2 | 1.5-2.5 | 3.5-5.5 | 0.5-1.5 | 3 | 1 Mo |
جدول 6- ترکیب شیمیایی چدن های Ni- resist با گرافیت کروی.
| Chemical Compositions of Spheroidal Graphite Ni-Resist Alloys, % | |||||||
| Common Name | Ni | Cr | Si | Cu | Mn | C max | Other |
| Ni Resist D-2 | 18-22 | 1.75-2.75 | 1-3 | 0.5max | 0.7-1.25 | 3 | – |
| Ni Resist D-2w | 18-22 | 1.5-2.2 | 1.5-2.2 | 0.5max | 0.5-1.5 | 3 | 0.12-20Nb |
| Ni Resist D-2B | 18-22 | 2.75-4 | 1.5-3 | 0.5max | 0.7-1.25 | 3 | |
| Ni Crosilal Spheronic | 18-22 | 1-2.5 | 4.5-5.5 | 0.5max | 0.5-1.5 | 3 | |
| Ni Resist D-2C | 21-24 | 0.5 max | 1-3 | 0.5max | 1.8-2.4 | 2.9 | |
| Ni Resist D-2M | 22-24 | 0.2 max | 1.5-2.5 | 0.5max | 3.75-4.5 | 2.6 | |
| Ni Resist D-3A | 28-32 | 1-1.5 | 1-2.8 | 0.5max | 1 max | 2.6 | |
| Ni Resist D-3 | 28-32 | 2.5-3.5 | 1-2.8 | 0.5max | 1 max | 2.6 | |
| Ni Resist D-4A | 29-32 | 1.5-2.5 | 4-6 | 0.5max | 0.5-1.5 | 2.6 | |
| Ni Resist D-428 | 0-32 | 4.5-5.5 | 5-6 | 0.5max | 1 max | 2.6 | |
| Ni Resist D-534 | 0-36 | 0.1 max | 1-2.8 | 0.5max | 1 max | 2.4 | |
| Ni Resist D-5B | 34-36 | 2-3 | 1-2.8 | 0.5max | 1 max | 2.4 | |
| Ni Resist D-5S | 34-37 | 1.15-2.25 | 4.9-5.5 | 0.5max | 1 max | 2.3 | |
| Ni Resist D-6 | 12-14 | 0.2 max | 2-3 | 0.5max | 6-7 | 3 | |
۶- فولادهای FMU
فولادهای کروم- مولیبدن دار به دلیل مقاومت به سایش و ضربه مناسب و هزینه تولید نسبتا پایین یکی از پرکاربردترین آلیاژهای مورد استفاده در آستری آسیاب ها به خصوص آسیاب های سنگ آهن هستند.
با توجه به نوع کارکرد آستری آسیابها و محل نصب آستری در آسیاب، آلیاژ مورد استفاده باید دارای تلفیق مناسبی از مقاومت به سایش و ضربه باشد. در آستری های مورد استفاده در دیواره آسیاب مقاومت در برابر سایش در اولویت قرار دارند و در آستری های کف آسیاب مقاومت در برابر ضربه از اهمیت بیشتری برخوردار است. در آستری های مختلف از آلیاژهای مختلفی از قبیل فولادهای آستنیتی منگنزی، فولادها وچدن های پرکروم، چدن های نایهارد و فولادهای کروم- مولیبدن دار استفاده می شود.
اخیرا نوع جدیدی از فولادها معروف به فولادهای FMU (مارک تجاری شرکت مگاتو) کاربرد فراوانی در تولید آستری های آسیاب های سیمان پیدا کرده است. این نوع فولادها دارای تلفیق مناسبی از مقاومت در برابر سایش و ضربه می باشد. با توجه به مقادیر نسبتا بالای عناصر آلیاژی این فولاد (به خصوص کروم)، سختی پذیری این آلیاژها نسبتا بالا می باشد.
با توجه به اینکه آلیاژ مورد استفاده در آسیاب ها باید دارای بیشترین مقاومت به سایش ودرضمن چقرمگی کافی باشد، ساختار مارتنزیت تمپر شده تلفیق مناسبی از خواص فوق را ارائه می دهد.
جدول 7- ترکیب شیمیایی فولادهای کروم- مولیبدن دار.
| Reference Standard | Nominal Chemical Composition (W%) | |||||||
| C | Si | Mn | Cr | Mo | Ni | S | P | |
| FMU-29 | 0.25-0.45 | 0.3-1 | 0.6-1.5 | 6-8 | 0.2-0.4 | – | ≤0.04 | ≤0.04 |
| FMU-11 | 0.9-1.3 | 0.3-1 | 0.6-1.5 | 11-13 | 0.3-0.5 | – | ≤0.04 | ≤0.04 |
| FED- 13 | 0.8-1.3 | 0.4-1.2 | 0.8-1.5 | 11-13 | 0.4-0.8 | – | ≤0.04 | ≤0.04 |
| FED-14 | 1.6-2 | 0.4-1.2 | 0.8-1.5 | 11-13 | 0.6-1 | – | ≤0.04 | ≤0.04 |