چدن سفید پر کروم ( High Chromium white cast iron ) گروهی از چدنها است که تحت فرآیندهای مختلف عملیات حرارتی ساختارهای زمینه‌ی متفاوتی در آن‌ها ایجاد می‌شود .

انواع چدنهای سفید پر کروم

انواع این آلیاژها عبارتند از گروه‌های ۳A ، ۳B ، ۳C ، ۳D ، ۳E ، ۳F و ۳G [1] .

ترکیب شیمیایی چدن سفید پر کروم

۳A : شامل ۱.۸ تا ۳.۰ درصد کربن ، حداکثر ۱.۰ درصد سیلیسیم ، ۰.۵ تا ۱.۵ درصد منگنز ، حداکثر ۲.۰ درصد نیکل ، ۱۴ تا ۱۷ درصد کروم ، حداکثر ۲.۵ درصد مولیبدن ، حداکثر ۲ درصد مس و ۰.۱ درصد فسفر است [۱] .

چدن سفید پر کروم ۳B : شامل ۳.۰ تا ۳.۶ درصد کربن ، حداکثر ۱.۰ درصد سیلیسیم ، ۰.۵ تا ۱.۵ درصد منگنز ، حداکثر ۲.۰ درصد نیکل ، ۱۴ تا ۱۷ درصد کروم ، حداکثر ۳.۰ درصد مولیبدن ، حداکثر ۲ درصد مس و ۰.۱ درصد فسفر است [۱] .

۳C : شامل ۱.۸ تا ۳.۰ درصد کربن ، حداکثر ۱.۰ درصد سیلیسیم ، ۰.۵ تا ۱.۵ درصد منگنز ، حداکثر ۲.۰ درصد نیکل ، ۱۴ تا ۱۷ درصد کروم ، حداکثر ۳.۰ درصد مولیبدن ، حداکثر ۲ درصد مس و ۰.۱ درصد فسفر است [۱] .

چدن سفید پر کروم ۳D  : شامل ۲.۰ تا ۲.۸ درصد کربن ، حداکثر ۱.۰ درصد سیلیسیم ، ۰.۵ تا ۱.۵ درصد منگنز ، حداکثر ۲.۰ درصد نیکل ، ۱۴ تا ۱۷ درصد کروم ، حداکثر ۱.۵ درصد مولیبدن ، حداکثر ۲ درصد مس و ۰.۱ درصد فسفر است [۱] .

ترکیب شیمیایی سایر چدنهای سفید پر کروم

۳E : شامل ۲.۸ تا ۳.۵ درصد کربن ، حداکثر ۱.۰ درصد سیلیسیم ، ۰.۵ تا ۱.۵ درصد منگنز ، حداکثر ۲.۰ درصد نیکل ، ۱۴ تا ۱۷ درصد کروم ، حداکثر ۱.۵ درصد مولیبدن ، حداکثر ۲ درصد مس و ۰.۱ درصد فسفر است [۱] .

چدن سفید پر کروم ۳F : شامل ۲.۰ تا ۲.۷ درصد کربن ، حداکثر ۱.۰ درصد سیلیسیم ، ۰.۵ تا ۱.۵ درصد منگنز ، حداکثر ۲.۰ درصد نیکل ، ۱۴ تا ۱۷ درصد کروم ، حداکثر ۲.۵ درصد مولیبدن ، حداکثر ۲ درصد مس و ۰.۱ درصد فسفر است [۱] .

۳G : شامل ۲.۷ تا ۳.۷ درصد کربن ، حداکثر ۱.۰ درصد سیلیسیم ، ۰.۵ تا ۱.۵ درصد منگنز ، حداکثر ۲.۰ درصد نیکل ، ۱۴ تا ۱۷ درصد کروم ، حداکثر ۳.۰ درصد مولیبدن ، حداکثر ۲ درصد مس و ۰.۱ درصد فسفر است [۱] .

سختی چدن سفید پر کروم گروه ۳A تا ۳F برابر ۶۰۰ HB و سختی چدنهای گروه ۳G 650 HB گزارش شده است [۱] .

عملیات حرارتی چدن سفید پر کروم

چدنهای دارای کروم بالا یا چدنهای سفید پر کروم ( High chromium cast irons ( HCCI’s ))  از خواص مکانیکی بسیار خوبی برخوردار هستند و برای طیف وسیعی از کاربردهای تولید ، مزایایی خاصی را عرضه می‌کنند .

یکی از اصلی‌ترین مزایای چدن های سفید پر کروم امکان حضور ساختارهای مختلف زمینه در آن‌ها است . این ساختارهای مختلف در عملیات‌های مختلف حاصل می‌شود . بعنوان مثال در عملیات ریخته گری ساختار آستنیتی ، در عملیات آنیل ساختار پرلیتی ، در عملیات کوئنچ ساختار مارتنزیتی و در عملیات تمپرینگ ساختار مارتنزیت تمپر شده بدست می‌آید . شکل زیر ریزساختار چدن سفید پر کروم را در عملیات‌های مختلف نشان می‌دهد [۲] .

• 

تصاویر متالوگرافی چدن سفید پر کروم تحت عملیات‌های مختلف : a ) حالت ریخته گری ، b ) حالت آنیل ، c ) حالت کوئنچ و d ) حالت تمپرینگ [۲] .

خواص چدنهای سفید پر کروم

چدنهای سفید پر کروم گروه مهمی از مواد مقاوم در برابر سایش هستند . مقاومت سایش استثنایی این چدنها از وجود محتوای کاربید بالای آن‌ها نشات می‌گیرد . این کاربیدها در طی فرآیند انجماد به همراه آستنیت ، بعنوان یک فاز پرویوتکتیک یا یوتکیتیک ( بسته به ترکیب آلیاژ مخصوصا ترکیب کربن و کروم ) ، تشکیل می‌شوند . بطور کلی چدنهای سفید پر کروم برای کاربردهای مقاوم به سایش مناسب هستند و در دیاگرام‌های فازی سه تایی آهن – کروم – کربن بررسی می‌شوند . انجماد توسط یک فرآیند یوتکتیک انجام می‌شود . محصولات واکنش یوتکتیک شامل آستنیت و کاربیدهای غنی از کروم ( FeCr_۷ ) C_۳ است . برای یک چدن سفید پر کروم با غلظت کروم حدود ۱۸ تا ۲۰ درصد وزنی ( ترکیب هیپویوتکتیک ) ، فرآیند انجماد با جوانه زنی دندریت‌های آستنیت اولیه  و به دنبال آن تشکیل کاربید  انجام می‌شود [۲] .

چدن سفید پر کروم یا آهن سفید پر کروم ( High chromium white iron ( HC – Wi ) ) در دمای محیط دارای یک زمینه آستنیتی با کاربیدهای کروم پراکنده شده در زمینه است . مقاومت به سایش این ماده زمانی در سطح بوجود می‌آید که ذرات فرسایشی یا بار ضربه‌ای تحت مکانیزم اعمال تنش ، آستنیت ناپایدار را به مارتنزیت تبدیل کنند . این پدیده تبدیل آستنیت به مارتنزیت باعث افزایش سختی سطح و کاهش نرخ سایش می‌شود . محتوای کربن نقش مهمی را در تشکیل کاربیدهای کروم و موفولوژی آن‌ها و همچنین سختی ، چقرمگی ضربه‌ای و مقاومت به سایش چدنها ایفا می‌کند [۲] .

کاربرد چدن سفید پر کروم

سایش یک مشکل مهم است که بسیاری از صنایع با آن روبرو هستند . جایگزینی قطعات فرسوده می‌تواند منجر به ایجاد هزینه‌های قابل توجهی ، از جمله هزینه تعویض اجزا ، نیروی کار و اتلاف وقت در تولید و کاهش بهره وری از تجهیزات سرمایه ، شود . برای به حداقل رساندن این هزینه‌ها و جلوگیری از اتلاف وقت ، معمولا در محیط‌های با سایش بالا از مواد مقاوم در برابر سایش استفاده می‌شود . یکی از گروه‌های مواد متداول مورد استفاده در محیط‌های سایشی ، آلیاژهای چدن سفید پر کروم ( HCWCI ) است . چدنهای سفید پر کروم بطور موثر در سطوح سایش ( پروانه ( Impeller ) و حلزونی ( Volute ) ) در پمپ‌های دوغاب ، آسترهای دیواره ( Shell liners ) ، تجهیزات انفجار کوتاه ، دیسک‌های تصفیه کننده در تصفیه خانه‌های خمیر کاغذ استفاده می‌شوند [۳] .

چدنهای سفید پر کروم گروه مهمی از چدنهای سفید است که مقاومت به سایش بالایی دارد . این ویژگی چدن سفید پر کروم ، از وجود کاربیدهای غنی از کروم ناشی می‌شود . سطح این چدنها نیز با مکانیزم اعمال تنش سخت می‌شود ؛ چرا که در این فرآیند زمینه‌ی آستنیتی به مارتنزیت تبدیل می‌شود . این چدنها در کاربردهایی که نیاز به مقاومت سایش بالا باشد ، کاربردهای زیادی دارند .

منابع

[۱]         “https://www.borofoundry.co.uk/ni-hard.php.” .

[۲]         “https://www.totalmateria.com/page.aspx?ID=CheckArticle&site=kts&NM=500.” .

[۳]         M. Ngqase and X. Pan, “An Overview on Types of White Cast Irons and High Chromium White Cast Irons,” J. Phys. Conf. Ser., vol. 1495, no. 1, 2020.