ارائه مطالب علمي، تخصصي و عمومي در مورد فولاد

ريخته گري چدن

چدن،  آلياژ آهن حاوي ۲ تا ۴ درصد كربن، همراه با مقادير مختلف سيليكون و منگنز و آثار ناخالصي هايي مانند گوگرد و فسفر.
اين ماده با كاهش سنگ آهن در كوره بلند ساخته مي شود. آهن مايع ريخته مي شود، يا در شمش هاي خام موسوم به مدل قالب ريخته گري ريخته و سخت مي شود و پس از آن قالب ريخته گري ها به همراه ضايعات و عناصر آلياژي موجود در كوره هاي كوبال دوباره ذوب مي شوند و براي توليد محصولات مختلف دوباره در قالب ها قالب مي شوند.

اصطلاح ” چدن ” كل خانواده اي از فلزات را نشان مي دهد كه داراي خواص بسيار متنوعي هستند. اين اصطلاح عمومي مانند فولاد است كه همچنين خانواده اي از فلزات را مشخص مي كند.فولادها و چدن ها در درجه اول آهن با كربن (C) به عنوان عنصر اصلي آلياژ هستند.

فولادها حاوي كمتر از ۲ and و معمولاً كمتر از ۱ C C هستند، در حالي كه تمام چدن ها بيش از ۲ C. C دارند. حدود ۲ C حداكثر محتواي C است كه در آن آهن مي تواند به عنوان يك آلياژ تك فاز با تمام C محلول جامد شود. در آستنيت بنابراين، چدن ها بر اساس تعريف ،

به عنوان آلياژهاي ناهمگن جامد مي شوند و هميشه بيش از يك ماده تشكيل دهنده در ساختار ريز دارند.علاوه بر C، چدن ها بايد حاوي سيليسيم قابل توجهي (Si) باشند كه معمولاً از ۱% تا ۳٪ باشد، بنابراين در واقع آلياژهاي آهن-كربن-سيليكون هستند.

محتواي بالاي C و Si در چدن ها باعث آلياژهاي ريخته گري عالي آن ها مي شود.

دماي ذوب آن ها بسيار كمتر از فولاد است. آهن مذاب نسبت به فولاد مذاب مايعات بيشتري دارد و با مواد قالب گيري واكنش كمتري دارد. تشكيل گرافيت با چگالي كمتري در آهن در هنگام انجماد، تغيير حجم فلز را از مايع به جامد كاهش داده و توليد ريخته گري هاي پيچيده تري را ممكن مي سازد. با اين وجود چدن ها شكل پذيري كافي براي غلتاندن يا جعل ندارند.

بيشتر چدن يا به اصطلاح چدن خاكستري يا آهن سفيد است، رنگ هايي كه توسط شكستگي نشان داده مي شوند.
چدن خاكستري حاوي سيليسيم بيشتري است و سخت تر و قابل پردازش بيشتري نسبت به آهن سفيد دارد. هر دو شكننده هستند، اما نرم و قابل انعطاف آهن توليد شده توسط عمليات حرارتي به مدت يك طولاني در فرانسه در قرن ۱۸ به وجود آمد.
آهن داكتيل چنين اختراع شد. خانواده اصلي فلزات كه به طور گسترده اي براي چرخ دنده ها ، قالب ها، ميل لنگ اتومبيل و بسياري ديگر از قطعات ماشين استفاده مي شود. وجود عناصر جزئي خاص نيز براي توليد موفقيت آميز هر نوع آهن حياتي است.
به عنوان مثال، از عوامل هسته دهنده، موسوم به تلقيح، در توليد آهن خاكستري براي كنترل نوع و اندازه گرافيت استفاده مي شود. مقادير كمي از بيسموت و تلوريم در توليد آهن قابل انعطاف استفاده مي شود و وجود چند صدم درصد منيزيم (ميلي گرم) باعث تشكيل گرافيت كره كره در شكل پذيري آهن مي شود.
علاوه بر اين، تركيب يك آهن بايد متناسب با ريخته گري خاص تنظيم شود. ريخته گري هاي كوچك و ريخته گري هاي بزرگ از يك درجه آهن را نمي توان از همان تركيب فلز انجام داد.

به همين دليل، بيشتر ريخته گري آهن بر اساس خواص مكانيكي و نه تركيب خريداري مي شود. استثنا معمول در مورد ريخته گري است كه به خصوصيات ويژه اي مانند مقاومت در برابر خوردگي يا مقاومت دما بالا نياز دارد.

انواع مختلف چدن را مي تواناز طريق ريزساختار آن ها طبقه بندي كرد. اين طبقه بندي بر اساس شكل و شكلي است كه در آن قسمت عمده C در آهن اتفاق مي افتد.

اين سيستم پنج نوع اساسي را فراهم مي كند:

1-آهن خاكستري

2-آهن شكل پذير

3-آهن قابل انعطاف

4-آهن گرافيت فشرده (CGI)

5-آهن سفيد


هر يك از اين انواع ممكن است بدون تغيير در طبقه بندي اساسي آن، آلياژ متوسطي داشته يا تحت عمليات حرارتي قرار گيرند.
آهن هاي آلياژي بالا، كه به طور كلي بيش از ۳٪ آلياژ اضافه شده دارند، همچنين مي توانند به صورت جداگانه به عنوان آهن خاكستري يا شكل پذير يا سفيد طبقه بندي شوند، اما آهن هاي آلياژي بالا از نظر تجاري به عنوان يك گروه جداگانه طبقه بندي مي شوند.
چدن خاكستر چه ويژگي هايي دارد؟چدن خاكستري يا Gray iron از پركاربردترين انواع چدن در صنعت ريخته گيري فلزات است.

در ساختار چدن خاكستري، كربن به شكل ورقه هايي از گرافيت در كريستال ها جاي دارد، رنگ اين چدن همانطور كه از نامش مشخص است خاكستري است و در برابر سائيدگي و فشار مقاومت خوبي دارد. در ساختار چدن خاكستري وجود كربن باعث وجود ويژگي هاي مختلفي مي شود.


برخي ويژگي هاي چدن خاكستري به شرح زير است:

1-قابليت براده برداري، ماشينكاري و ريخته گري بالا

2-نداشتن خاصيت چكش خواري

3-قابليت جذب ارتعاش بالا و داشتن خاصيت الاستيك

4-ضريب اصطكاك پايين

5-چدن خاكستري در دماي ۱۲۵۰ درجه سانتيگراد ذوب مي شود.


گفتني است ميزان استحكام چدن به ساختار شيميايي آن وابسته است به طوري كه در چدن هاي نوع هيپر به دليل وجود گرافيت هاي غير يكنواخت و درشت، ميزان سختي بالا و در چدن نوع هيپو ميزان استحكام پايين است اما مقاومت در برابر ضربه در نوع هيپو بالاتر است.

معرفي انواع ساختارهاي زمينه چدن

اساس خواص مكانيكي چدن به زمينه آن بستگي دارد. به همين دليل است چدن ها را با عبارت ساختار زمينه آن ها براي مثال انواع پرليتي يا فريتي توصيف مي‌كنند.


مهم ترين ساختار زمينه چدن عبارتند از:

 

فريت

فريت محلول جامد Fe-C است كه به طور قابل ملاحظه‌اي Si و مقادير كمتري Ni ,Cu ,Mn در آن حل شده‌اند. فريت نسبتا نرم، چكش خوار، استحكام كم، مقاومت به سايش ضعيف، شكست خوب، ضريب هدايت گرمايي نسبتا خوب و قابليت ماشينكاري خوبي است.
يك زمينه فريتي را مي‌توان به طور ريختگي توليد كرد اما اغلب با عمليات حرارتي باز پخت (تابكاري) مي‌توان به آن دست يافت.

پرليت

مخلوطي از فريت و سمانتيت Fe₃C است كه توسط واكنش يوتكتيك از استينيت تشكيل شده و نام پرليت از ظاهر صدف گونه‌اش مشتق شده است.
پرليت نسبتا سخت و از چقرمگي كمتري برخوردار بوده و ضريب هدايت گرمايي كم و در ضمن از ماشينكاري خوبي برخوردار است.
وقتي فاصله بين دانه‌هاي پرليت در زمينه كم مي‌شود خواص مكانيكي افزايش مي‌يابد مقدار كربن پرليت در فولادهاي غير آلياژي ۰٫۸ % است در حالي كه در چدنها بسته به تركيب چدن و سرعت خنك شدن متغير بوده و حتي مي تواند كمتر از ۰٫۵% در چدن هاي پرسيلسيم باشد.

فريت- پرليت

ساختار مخلوطي است كه غالبا براي رسيدن به خصوصياتي بينابيني از آنچه كه در فوق شرح داده شده به كار گرفته مي‌شود.

بينيت

اين ساختار مي‌تواند به صورت ريختگي با افزودن عناصر آلياژي Mo و Ni به مقادير معين توليد شد. در ضمن جهت اطمينان بيشتر مي‌توان توسط عمليات حرارتي آستمپر نيز به اين ساختار رسيد.
اين آلياژ، با توجه به صرفه اقتصادي اخيرا توانسته‌اند نقش موثري بويژه در مهندسي خودرو، قطعات دنده ها، قطعات انتقال نيرو داشته باشند.


چدن ها در چه صنايعي كاربرد دارد؟

در توليد قطعات ريختگي تحت فشار از جمله شير فلكه ها، بدنه هاي پمپ قطعات ماشين آلات كه در معرض شوك و خستگي هستند،

ميل لنگ ها، چرخ دنده ها، غلتك ها، تجهيزات فرايند شيميايي، مخازن ريختگي تحت فشار و…

براي خودرو و صنايع وابسته به آن مثلا در ساخت مفصل هاي فرمان، ديسك ترمزها، بازوها، ميل لنگ‌ها و چرخ دند‌ه‌ها، صفحه كلاچ‌ها و…

در راه آهن، كشتيراني و خدمات سنگين و ديگر جاهايي كه نياز به مقاومت در برابر شوك است مثلا در تجهيزات الكتريكي كشتي‌ها، بدنه موتور، پمپ ها، بست ها و غيره

قطعات غير فشاري براي كاربردهاي درجه حرارت بالا براي مثال در ساخت قطعات و جعبه هاي درگير با آتش، ميله هاي شبكه، قطعات كوره‌ها، قالبهاي شمش، قالبهاي شيشه، بوته‌هاي ذوب فلز.

اگر چدن هاي غير آلياژي به طور كلي مقاوم به خوردگي بويژه در محيط هاي قليايي هستند، چدن‌هاي نيكل مقاوم و نيكروسيلال و نيكل و كروم بالا به صورت برجسته‌اي مقاوم به خوردگي در محيط هايي مناسب و مختص به خودشان هستند.

مهم ترين كاربرد اين چدن ها در پمپ هاي دنده‌اي حمل اسيد سولفوريك، پمپ‌ها و شيرهايي كه در آب دريا مصرف مي‌شوند، قطعات مورد استفاده در سيستم هاي بخار و جابجايي محلول هاي آمونياكي، سود و نيز براي پمپاژ و جابه جايي نفت خام اسيدي در صنايع نفت هستند.

.

انواع قطعات ريخته گري اتصالات پتروشيمي

پيچ و مهره‌ها و اتصالات صنايع پتروشيمي در حالت ايده آل بايد بتوانند در سخت ترين محيط‌ها كارايي داشته باشند. تجهيزات مورد استفاده براي حفاري و حمل و نقل نفت و گاز بايد تحمل شرايط سخت را داشته باشند.

به طو مثال شرايطي مانند آب و هواي نا مناسب و يا فشار زياد در برخي از موقعيت‌ها. بنابراين پيچ و مهره‌هايي كه در صنايع پتروشيمي مورد استفاده مي‌گيرند بايد كيفيت مناسب و تاييد شده‌اي داشته باشند و بهتر است تحت استانداردهاي ANSI ، ASME و ISO ساخت شوند.

از اين پيچ و مهره‌ها مي‌توان در پمپ‌ها و مخازن فشار قوي ، ايستگاه هاي پمپاژ و پمپ هاي اندازه گيري استفاده كرد.

هماانطور كه مي‌دانيد بعضي از اتصالات معمولي با استفاده از فولاد ضد زنگ ساخته مي‌شوند كه موجب مي‌شود كه استحكام بيشتري داشته باشند اما اتصالات صنايع پتروشيمي بايد استحكام بيشتري داشته باشند و با مواد و آلياز هاي خاصي كه به عنوان روكش استفاده مي‌شوند ساخته مي‌شوند.

واشر گسكت فلزي چيست و چه كاربردي دارد؟

واشر گسكت فلزي (Ring Joint Gaskets) به منظور تقسيم ميزان فشار و جلوگيري از آسيب در قسمت هاي اتصال بكار ميرود. همچنين از اين قطعات براي جلوگيري از نشت سيالات نيز بهره مي‌رود. امروزه در صنايع نفت، گاز و پتروشيمي انواع بسيار متنوعي از شيرآلات و اتصالات مورد استفاده قرار مي گيرد.

اين قطعات با توجه به وظيفه اي كه در اين خطوط دارند انتخاب مي‌شوند. طراحي صحيح و بهينه آن ها از اهميت بسيار بالايي برخوردار است. با توجه به تقاضاي روز افزون براي اتصالات صنعتي قطعات متنوعي چه از نظر مهندسي و طراحي و ساخت و چه از نظر مواد اوليه و آلياژهاي مختلف و به وجود آمدن تنوع آلياژي قطعات براي سيال هاي مختلف مورد استفاده قرار مي گيرد.

واشر گسكت فلزي براي كاربري در دما و فشارهاي شديداً بالا بسيار مناسب است.

از آنجاييكه طراحي اين قطعات بايد از دقت بالايي برخوردار باشد لازم است كه سطح واشر فلزي به خوبي پرداخت و صيقل شود. تا حداكثر ميزان سطح تماس ايجاد شده، تا بار و فشار به خوبي در قسمت اتصال پخش شود.

اين قطعات طراحي شده‌اند تا در برابر فشاري بالا در يك نقطه كوچك به خوبي مقاومت كنند. واشر گسكت فلزي در اشكال گوناگوني از جمله بيضوي و هشت وجهي قابل استفاده است.

واشر گسكت فلزي

مهره چكشي

مهره چكشي ( Hammer Unions ) به منظور استفاده در تانكرها و مخازن گل و لاي طراحي و ساخته شده است. برآمدگي هاي لبه هاي اتصالات مشكلي ايجاد نمي كند. در شرايطي كه اين مخازن به خوبي تعبيه نشده باشند مهره چكشي مي تواند بستي كاملا ضدنشت و محكم ايجاد كند.

اين قطعات به طور كلي از ۳ بخش تشكيل شده اند:

1-قسمت نرينگي

2-قسمت مادگي و مهره

قسمت نرينگي بخش برآمده و بلندي است كه از يك سو به انتهاي لوله‌اي كه به ديواره ي مخزن متصل است جوش داده شد است. لوله از قسمت مهره رد شده و به قسمت مادگي وارد مي‌شود.
بايد توجه داشت كه نحوه تنظيم و چكش كاري مهمترين بخش نصب مهره چكشي است.

اين اتصالات بايد به شكل مناسب به قسمت مادگي چكش كاري و محكم شود.

انتخاب اتصالات صنعتي توسط پارامترهايي مانند افت فشار، نشتي، نوع و ويژگي هاي سيال تعمير و نگهداري و غيره تعيين شده است

مهره چكشي

مفصل گردان چيست و چه كاربردي دارد؟

مفصل گردان (Swivel Joints ) يك نوع لوله اتصال فلزي خميده است. اين مفصل به لطف وجود يك بلبرينگ در ساختارش قابليت تحرك و چرخش يافته است. اين چرخش بسيار نرم و راحت بوده و هيچگونه تأثير منفي اي بر قدرت و استحكام جنس استيل لوله نداشته است با توجه به قابليت خاص ساختار لوله، آشفتگي جريان سيال داخل لوله، فشار و محدوديت سيالات به حداقل مي رسد.

در صورت نياز تمامي اين مفصل ها قابليت تعمير در محل را دارند و كاربري آن ها نيز بسيار آسان است.

كاربرد مفصل گردان

از كاربردهاي اين نوع لوله ميتوان به استفاده در بازوي بارگيري دريايي نام برد.

مفصل گردان يا به عبارت ديگر مفصل متحرك جايگزيني مناسب براي اتصال مستقيم لوله هاي شناور بارگيري است. اين لوله مخصوص كشتي هاي بزرگ و انتقال بارهاي عظيم با فشار بالا مي‌باشد.

اين بازوها به صورت دستي يا هيدروليكي كنترل مي شود. به لطف وجود مفصل گردان در بازوي بارگيري، تا حد زيادي مي تواند حركت جانبي يك كشتي را دنبال كند.

از آن جايي كه اكثر سيستم هاي بارگيري داراي نصب سريع هستند بكارگيري قطعات گردان با كاربري آسان و نصب سريع مزيت محسوب مي‌شود.

مفصل گردان 

استادبولت‌ها

استاد بولت ها (نوعي پيچ ) ميله هاي مينياتوري رشته‌اي شكلي هستند كه براي اتصالات فلنج فشار بالا در صنعت نفت ، گاز و پتروشيمي استفاده مي‌شوند. بر اساس سيستم لوله كشي مورد استفاده در تجهيزات در محل مورد استفاده، مهره ها مي توانند از نوع شش ضلعي يا شش ضلعي سنگين باشند.

در حالي كه انواع مختلفي از پيچ و مهره ها براي سازه هاي با استحكام بالا و چسباندن تجهيزات پتروشيمي وجود دارد ، استاد بولت ها در اندازه هاي مختلف توليد مي‌شوند.
در درجه اول ، استاد بولت‌ها در دو طرف سطح مورد نظر پيچ مي‌شود. و اين ويژگي كارگران را قادر مي سازد تا محفظه لوله هاي پتروشيمي را با قرار دادن پيچ در يك سر و دريافت مهره در انتهاي ديگر به راحتي ايمن كنند.

در بيشتر موارد، از آن جا كه دوام مورد انتظارترين ويژگي در اينجا است، اين نوع پيچ‌ها به دليل فناوري كه در ساخت آن ها استفاده شده است و از تركيب فلزات مختلف ساخته شده اند، ويژگي الكتروشيميايي دارند.
شيارهاي روي استادبولت ها با دقت ساخته شده است و اين ويژگي خاص امكان نصب آسان فلنج ها را مي دهد. همچنين بازرسي و توليد آسان را تسهيل مي كند.

اگر استادبولت‌ها با استفاده از مواد كم مقاومت مانند آهن ، آلومينيوم و مس توليد شوند، بيشتر با شيارهاي درشت ساخته مي‌شوند و در چنين مواردي، از آن ها براي كاربردهايي با دقت پايين استفاده مي‌شود.

با اين حال، اگر استادبولت‌ها با استفاده از مواد با استحكام بالا مانند آلياژهاي فولادي ساخته شوند، براي كاربردهايي با استحكام بالا مورد استفاده قرار مي‌گيرند زيرا مقاومت كششي بسيار بالاتري را ارائه مي‌دهند.

استادبولت‌

مهره‌هاي شش‌گوش

مهره‌هاي شش گوش به طور گسترده اي در كنار استادبولت‌ها استفاده مي شود. نوع مهره‌هاي شش ضلعي مورد استفاده، به عوامل مختلفي مانند قطر، طول، درجه مواد و نوع شيارها بستگي دارد. پيچ و مهره‌هاي شش گوش را مي ‌توان به دو صورت استفاده كرد يا هر دو طرف پيچ را مي‌توان كج كرد يا يكي از طرفين را مي‌توان با واشر استفاده كرد. اين باعث مي‌شود كه بار و كشش به طور مساوي پخش شود. اين امر همچنين هرگونه آسيب به سطح هر دو طرف را از بين مي برد.

مهره شش گوش