بخشی از مقاله
مقدمه
نخستين خانواده چدنهاي پر آلياژ كه بيشترين اهميت را كسب كردند چدنهاي نايهارد بودند با زمينه مارتنزيني، كاربيدي، كربن در آنها از 5/2% تا 6/3% متغير مي‌باشد. در اين چدنها تشكيل عنصر اساسي است كه به منظور به تعويق افتادن تشكيل پرليت است و كاهش سرعت بحراني سرد شدن در رنج 3/3% تا5/0 به كار مي‌رود كه نتيجتاً مارتزيت به همراه مقداري آستيت باقيمانده در
زمينه ساختار به وجود مي‌آيد. كروم در رنج %5/3 – 4/1% اضافه مي‌شود، براي حصول اطمينان از اينكه مازاد كربن آلياژ به جرم كاربيدهاي پايدار مي‌سازد و همچنين از خاصيت گرافيت زايي نيكل نيز جلوگيري به عمل مي‌آيد. تركيب كاربيدها به علاوه مارتنزيت زمينه‌اي با مقاومت سايشي خوبي ايجاد مي‌كند. تعيين درصد عناصر آلياژي در چدنهاي نايهار بستگي دارد به ابعاد قطعه و خواصي كه از آن انتظار مي‌رود. زمانيكه مقاومت سايشي خوب و ضربه‌پذيري پايين مورد نظر باشد كاربيدهاي
درشت‌تر انتخاب شده و نتيجتاً درصد كربن بين 6/3 -3/3% انتخاب مي‌شود و زمانيكه قطعه در معرض بارهاي ضربه‌اي قرار مي‌گيرد كربن بين 2/3-7/2% متغير خواهد بود. درصد عناصر بستگي به سرعت سرد شدن و ضخامت قطعه دارد براي قطعات با ضخامت 1 تا 2 اينچ سيكل بين 2/4 – 4/3% براي به تعويق انداختن در تبديل پرليتي و اطمينان از تبديل كامل مارتنزيتي ضروري است. چنانچه ضخامت قطعه بالاتر باشد نيكل از 5/5 – 4% مورد استفاده قرار مي‌گيرد تا پرليت تشكيل شود.
در نايهارد نوع II چنانچه درصد نيكل پايين باشد پرليت تشكيل مي‌شود و چنانچه مقدار نيكل زياد باشد به پايداري استنيت كمك مي‌كند. تفاوت اصلي در بين 4 آلياژ چدنهاي نايهارد در كاربردد آنهاست. در جدول زير كه بر اساس ASTM است مشخصات كلي اين 4 كلاس متفاوت نايهارد با هم مقايسه شده است:
M5% %cr % Ni %mn %si %T.c Tape Specify no Specifying body
Min 4/1 5/3 3 A A532
Fe3c
(fecr)7c3
Astm
Max 1 4 5 3/1 8/0 6/3
Min 4/1 5/3 5/2 B
Max 1 4 5 3/1 8/0 3
Min 1/1 7/2 9/2 C
Max 1 5/1 4 3/1 8/0 7/3
Min 7 5 1 5/2 D
Max 1 11 7 3/1 2/2 6/3
مقاومت به ضربه نوع D بسيار بالاتر از سه مورد قبل (A, B, C) مي‌باشد. SI در آن بالاست و نقش كمك كردن به تشكيل كاربيد را تسريع مي‌كند چون حلاليت كربن در گاما را كاهش مي‌دهد. چدنهاي نيكل- سخت بوفور در عمليات خرد كردن، پودر كردن، نورد كردن، و حمل مواد به كار برده مي‌شوند. دو گروه عمده چدن نيكل سخت وجود دارند، چدنهاي با 4% نيكل و چدنهاي با 6% نيكل و 9% كروم كه معمولاً به نيكل سخت 2 و 4 موسوم‌اند. نوع 2 چدن نيكل سخت شامل كاربيدهاي
يوتكتيكي M3C لدبوريتي است و بنابراين داراي چقرمگي كمي است در صورتيكه نوع 4 چدن نيكل سخت عمدتاً شامل كاربيدهاي ناپيوسته M7C3 است و در نتيجه چقرمگي نيكل سخت 4 بيشتر است. چدن نيكل سخت نوع 2 چقرمگي كمتري دارد عمدتاً در توليد غلطكهاي فلز كاري مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
متالورژي و كاربرد چدنهاي نيكل-
سخت نوع 4 تقريباً مشابه چدنهاي پركروم است. اما مشاهده شده است كه در كاربردهاي خاص مانند گلوله‌هاي آسياب و جدار پوسته آسيابهاي سيمان با قطر زياد كه قطعات ريختگي در آن هم تحت سايش و هم ضربات مكرر سنگين قرار دارند نيكل سخت 4 مقاومت لازم براي شكست را ايجاد نمي‌كند. به طور كلي مقاومت شكست چدنهاي پركروم بيش از چدنهاي نيكل سخت 4 است. مشخصه‌اي كه سبب ارجحيت بارز چدنهاي نوع نيكل سخت 4 در مقايسه با چدنهاي پركروم مي‌شود قابليت سختي‌پذيري عالي آن است.
محدوديت استفاده از اين نوع چدنها مخصوصاً در نوع 2، مربوط به شبكه پيوسته كاربيد آهن مي‌شود كه دانه‌هاي آستينت رادر خود احاطه كرده است و باعث تردي آن مي‌گردد. همچنين در مقاطع ضخيم اين نوع چدنها را نمي‌توان توليد نمود زيرا امكان به وجود آمدن گرافيت آزاد و كاهش مقاومت به سايش وجود دارد. ديگر اينكه سختي فاز كاربيد آهن از كاربيدهاي آلياژي كمتر است. سمانتيت يا كاربيد آهن را مي‌توان با كاربيدهاي ديگر جايگزين نمود به اين طريق اين امكان وجود دارد كه چدني توليد نمود كه فاز كاربيد آن از سمانتيت سخت تر بوده و از نظر ساختاري نيز خواص مكانيكي بهتري را عايد نمايد.
ساختمان سطح مقطع و تاثير آن روي خواص مكانيكي:
عواملي كه روي خواص اين گونه چدنها مخصوصاً بر روي سختي ضربه‌پذيري آن اثر مي‌گذارند عبارتند از:
1- نوع كاربيد
2- شكل و اندازه كاربيدها
3- اندازه دانه ها
4- ساختمان زمينه
فازهاي كاربيدي در چدنهاي نيكل سخت
تركيب شيميايي تمام چدنهاي نيكل – سخت طوري انتخاب مي‌شود كه بيشتر ساختار به صورت كاربيد يوتكتيك و آستنيت جامد شود. مقدار كاربيد يوتكتيك كه تشكيل مي‌شود و نيز ساختار زمينه به تركيب شيميايي چدن بستگي دارند.
تفاوت بين ساختار كاربيدي در انواع 2 و 4 چدنهاي نيكل – سخت در شكل زير نشان داده شده است.
چدن نيكل – سخت نوع 2 داراي ساختار لدبوريتي خاصي است كه در آن كاربيد M3C در برابر زير ساختار پيوسته حضور دارد. ساختار كاربيدي علاوه بر اينكه محل مساعدي براي شروع ترك است مسير بهتري براي اشاعه ترك نيز است. بر عكس چدن نيكل سخت نوع 4 داراي ساختار يوتكتيكي است كه در آن كاربيدهاي نوع M7C3 به طور ناپيوسته حضور دارند. مزيت اين نوع ساختار كاربيدي اين است كه گر چه كاربيد M7C3 به اندازه M3C ترد است ولي تركهايي كه در آن ايجاد مي‌شوند قبل از اين كه وارد زمينه به مراتب نرمتري شوند نمي‌توانند خيلي اشاعه پيدا كنند و به اين دليل چدن نيكل- سخت نوع 4 مقاومت به وضوح بيشتري به شكست دارند تا نوع چدن نيكل سخت 2.
كاربيدهاي نوع M7C3 نسبت به كاربيدهاي M3C از سختي بيشتري برخوردارند ضمن اين كه كاربيدهاي نوع M7C3 ساختار ظريفتر را ايجاد مي‌نمايد كه منجر به سختي‌پذيري بهتر مي‌گردد. كاربيدهاي M3C عموماً داراي شبكه پيوسته هستند كه باعث مي‌شوند در مقايسه با كاربيدهاي M7C3 ضربه‌پذيري و سختي كمتري داشته باشند.
تمام عناصر آلياژي موجب افزايش درصد حجمي فاز كاربيد در چدنهاي نيكل – سخت مي‌شوند. اما تاثير اين عناصر در مقايسه با اثر خود كربن جزئي است. دامنه حجمي كاربيد در نوع 4 چدن نيكل- سخت كلي چدنهاي نيكل- سخت دخالت دارد.
تاثير شكل و اندازه كاربيدها
معمولاً ريزتر بودن كاربيدها و يكنواختي آنها نيز خواص ضربه را بهتر مي‌كند لذا استفاده از روشهاي انجماد سريع و اضافه كردن پاره‌اي مواد تلقيحي نظير فرونيتانيوم يا فروكروم كربن به ذوب ميتواند ساختاري ظريفتر و يكنواخت‌تر را ترغيب نمايد. البته اخيراً با روشهاي ديگري نظير عمليات حرارتي خاص و يا كنترل تركيب آناليز توانسته‌اند شكل كاربيدها را نيز كنترل نمايد.
اندازه دانه‌ها
هر قدر اندازه دانه‌ها كوچكتر باشند مقاومت به ضربه را بهبود مي‌بخشد.
ساختمان زمينه:
ساختار زمينه توسط آلياژي كردن صحيح قطعه با توجه به اندازه آن كنترل مي‌شود. اين چدنها درحالت ريخته شده فاقد گرافيت بوده و داراي ساختار شامل كاربيدهاي يوتكتيكي با زمينه‌اي كه آستنيت در آن غالب است مي‌باشند. در صورتيكه عناصر آلياژي به مقدار كافي موجود نباشند ممكن است به جاي آستنيت مقاديري پرليت نرمتر يا گرافيت به وجود آيد. انجام عمليات آلياژي كردن سبب ايجاد مقادير زيادي آستنيت باقيمانده بعد از عمليات حرارتي مي‌شود. به منظور ايجاد حداكثر
سختي و مقاومت به سايش عمليات حرارتي انجام مي‌شود تا زمينه‌اي با ساختار مارتنزيت فاقد آستنيت باقميمانده ايجاد شود. بهترين تركيب شيميايي به ابعاد قطعه زيختگي و خواص مورد نظر بستگي داشته و معمولاً در دامنه زير قرار دارد:
كربن 3/3-6/2%
سيليسم 2-5/1%
منگز 8/0-6/0%
كروم 9-8%
نيكل 5/5-8/4%
موليبدن 1-5/0%
با در نظر گرفتن اين مطلب كه %si + 0/3 % Cr از 1/4 بزرگتر است. مطمئناً توسط اين تركيب به جاي كاربيدهاي لدبوريتي، كاربيدهاي ناپيوسته تشكيل مي‌شوند.
علاوه بر كاربيدها آنچه خواص مكانيكي اين نوع چدن را تحت تاثير قرار مي‌دهد مابقي ساختار است. جهت حصول بهتر مقاومت سايش بهتر است زمينه مارتنزيتي به دست بيايد منتهي محدوديتهاي نظير عدم اطلاع دقيق از نحوه خروج حرارت از قطعه و تاثير تغيير ضخامت و تركيبشيميايي و ... باعث عدم توفيق ريخته‌گران در به دست آوردن زمينه مارتنزيتي مي‌باشد.
مشكل اين است كه در هنگام سرد كردن تبديل آستنيت به پرليت صورت گرفته و حضور پرليت در جوار كاربيد به شدت از مقاومت فرسايشي قطعه مي‌كاهد و كروم به تنهايي براي جلوگيري از اين تحول كافي نمي‌باشد لذا از عناصر آلياژي موليبدن، مس و نيكل جهت كاهش سرعت بحراني سرد شدن مي‌توان استفاده نمود.
مساله ديگر اين است كه به دليل حلاليت زياد كربن در آستنيت امكان باقي ماندن مقداري آستنيت باقي مانده تا درجه حرارت محيط وجود دارد. در مورد آستنيت باقيمانده دو نظر وجود دارد: در حاليكه صرفاً مقاومت سايشي مطرح است و ضربه وجود ندارد آستنيت باقيمانده نامطلوب تلقي مي‌شود زيرا سختي مجموعه كمتر مي‌شود و در مواردي كه سايش توام با ضربه شديد وجود دارد كار سختي در لايه تماس صورت گرفته در حالي كه ميان قطعه داراي انعطاف بيشتري است در چنين صورت وجود مقداري آستنيت باقي مانده مجاز خواهد بود كه مقدار آن بايد زير 5% باشد.
اثر عناصر آلياژي
كربن: سختي به مقدار زياد توسط مقدار كاربيدهاي موجود، كه خود به مقدار كربن بستگي دارد كنترل مي‌شود. در كاربردهايي كه حداكثر سختي و مقاومت به بارگذاري ضربه‌اي از اهميت ثانوي برخوردار است از كربن به مقدار 3/3% استفاده كرد ولي در جايي كه ضربات تكراري اعمال مي‌شود بايد مقدار كربن در دامنه 6/2 تا 9/2 باشد. جدول زير اثر مقدار كربن را بر عمر سختي ناشي از ضربه در چدنهاي نيكل سخت نوع 4 نشان مي‌دهد.
مقدار كربن % عمليات حرارتي عمر خستگي – ضربه‌اي (تعداد ضربات)
48/3 8 ساعت –0c800 سرد شدن در هوا 648
01/3 8 ساعت –0c800 سرد شدن در هوا 1670
90/2 8 ساعت –0c800 سرد شدن در هوا 3728
60/2 8 ساعت –0c800 سرد شدن در هوا 4590
چقرمگي تحت ضربات تكراري (عمر خستگي ضربه‌اي) بر حسب تعدا ضربات لازم براي شروع شكست در يك گلوله چدني نيكل سخت به قطر mm60 كه مكرراً از ارتفاع m7 بر روي يك سندان فولادي شيب‌دار مي‌افتد ارزيابي شده است.
جهت حصول حجم مناسب از كاربيدهاي m7c3 و ايجاد سختي‌پذيري لازم در چدنهاي نايهارد مقدار آن
Grade 2A Bs2/3 – 7/2% و B2 Grade Bs% 6/3 -2/3 انتخاب مي‌شود. ازدياد كربن باعث ازدياد مقدار كاربيد شده كه سختي قطعه را افزايش مي‌دهد و همچنين تردي را نيز زيادتر مي‌كند. در مقادير ماقبل يوتكتيك (اگر مقدار كربن يوتكتيك براي 7% كروم حدود 2/3 است) ابتدا مذاب آستنيت جدا شده در تحول يوتكتيك مابقي ذوب به كاربيد m7c3 و آستنيت تبديل مي‌شود كه نهايتاً زمينه داراي كاربيدهاي محصور در زمينه آستنيت است. در حوالي كربن يوتكتيك ساختمان يكنواختي از كاربيد m7c3 و آستنيت يوتكتيكي ظاهر مي‌شود اما چنانچه مقدار كربن بيشتر از يوتكتيك باشد از
مذاب كاربيدهاي m7c3 جدا شده كه دانه‌هاي يوتكتيكي را احاطه كرده است. چنانچه مقدار كربن خيلي پايين باشد با تشكيل كاربيد كروم درصد كربن آستنيت به ميزان قابل توجهي كاهش مي‌يابد و لذا در تبديلات بعدي نخواهد توانست سختي‌پذيري كافي را داشته باشد.
كروم: چنانچه درصد آن پايين باشد (حوالي 3% ) پيدايش كاربيدهاي نوع M3c را ترغيب مي‌كند و چنانچه درصد كروم به حوالي 10% برسد كاربيدهاي m7c3 تشكيل مي‌شود. با افزايش درصد آن نقطه يوتكتيك به سمت چپ متمايل شده و منطقه آستنيت نيز كوچكتر مي‌شود. به اين لحاظ حد حلاليت كربن در آستنيت نيز كاهش مي‌يابد. همچنين كروم دياگرام T.T.T را به سمت راست و خط مارتنزيت استارت (Ms) را هم پايين مي‌برد. وجود مقدار كروم بيش از حد طوري كه سبب تشكيل كاربيد كروم بسيار نرمتر M23c6 شود ضرورت ندارد. سيليسيم (si) به علت گرافيت‌زايي خيلي كم
مورد استفاده قرار مي‌گيرد و مقدار آن بين 2- 5/1% است. اخيراً مطلبي در مورد تاثير si بر نوع كاربيدها در چدنهاي نايهارد نوع 4 ذكر شده كه حاوي 5% نيكل، 8% كروم، و 5/3% كربن بوده و كاربيدهايي از نوع M3c، m7c3 با si 35/0% بودند اما موقعيكه si به %95/1 رسيد كاربيدها همگي تبديل به m7c3 شدند كه مطلوبترند. اثر ديگر آن اين است كه درجه حرارت شروع و تحول مارتنزيتي
(ms) را افزايش مي‌دهد. Si موجب كاهش حلاليت كربن در آستنيت و در نتيجه بالا رفتن درصد كربن در كاربيدها و تشكيل آنها به m7c3 شده است. si موجب پايداري كاربيده m7c3 شده و بنابراين مقدار كروم مورد نياز براي ايجاد ساختار كاربيدي ناپيوسته را كاهش مي‌دهد اما وجود سيليسيم همراه با آهنگ سرد شدن آهسته وجود كربن به مقدار زياد، موجب تشكيل گرافيت آزاد مي‌شود. به طور كلي SI به تسريع تبديل مارتنزيتي كمك مي‌كند.
منگز: جزء پايدار كنند آستنيت است. MN هم در زمينه و هم در كاربيد ميتواند حل شود كه باعث كاهش سختي و افزايش آستنيت باقي مانده مي‌شود. حل شدن منگز در كاربيد سختي آنرا افزايش مي‌دهد. در اين مورد گزارش داده شده است كه كاربيد M3c بوجود نيامده است. از اين رو كاهش سختي كاربيد ارتباطي با تغيير نوع كاربيد ندارد و مي‌توان انتظار داشت كه با ورود MN به كاربيد m7c3 سختي آن كاهش يافته است. سختي فاز زمينه همراه با كاهش فاز كاربيد مقاومت سايش قطعه را به دنبال دارد.
واناديوم: واناديوم از عناصر كاربيدزاي قوي مي‌باشد. اضافه شدن كروم به زمينه به طور موثر مانع از پرليتي شدن زمينه مي‌شود و پيدايش زمينه آستنيتي را ترغيب مي‌نمايد. واناديوم ميتواند جايگزين كروم در كاربيد شده و كروم را وارد زمينه كند.
مس CA: مس معمولاً به عنوان عنصري كه سختي‌پذيري را افزايش مي‌دهد، باعث افزايش سختي و افزايش آستنيت باقي مانده مي‌شود و همچنين مقاومت به خوردگي را كاهش مي‌دهد. براي قطعات ضخيم مس معمولاً براي جلوگيري از تشكيل پرليت به كار مي‌رود. مس Ms را پايين مي‌آورد.
موليبدن MO:: موليبدن سختي و سختي‌پذيري آلياژ را بالا مي‌برد تاثير چنداني روي mS ندارد. در چدنهاي سفيد تا حدود 3% به كار مي‌رود. چنانچه بيش از 4% حضور يابد كاربيدهاي نوع M4C
مشاهده مي‌شود كه اين نوع كاربيدها باعث افزايش سختي مي‌شود و مقاومت به يش را كم مي‌كند و مقاومت به ضربه و خوردگي را افزايش مي‌دهد. با موليبدن كمتر به ندرت از 3% تجاوز نمايد كاربيدهاي ظريف محصور شده مشاهده مي‌شود كه كاربيدهاي يوتكتيكي يا M2C و ياM6C هستند. سرعت بحراني سرد شدن را به ميزان قابل توجهي كاهش مي‌دهد كه اطمينان از تحول مارتنزيت در موقع سخت كردن را در مقاطع ضخيم بيشتر نما
يد.
موليبدن باعث باقيماندن درصد بيشتري آستنيت تا درجه حرارت محيط مي‌شود ولي مكانيزم آن با عناصري كه را وسيع مي‌كنند مانند Ni (نيكل) و منگز MN متفاوت مي‌باشد. عناصر اخير MS را نيز به ميران قابل توجهي كاهش مي‌دهند در حالي كه موليبدن تاثير قابل توجهي روي درجه حرارت Ms ندارد. موليبدن سرعت رسوب كاربيد ثانويه را از آستنيت تقليل مي‌دهد لذا باقيماندن كربن در محلول بيشتر در آستنيت آن را پايدار مي‌نمايد. موليبدن داراي اثر ايجاد تاخير در تشكيل پرليت مي‌باشد. وجود مقادير بيشتر موليبدن، استفاده از مقادير بيشتر كربن را مجاز مي‌كند. چون حلاليت موليبدن در m7C3 محدود است اثر موليبدن بر سختي حداقل مي‌باشد.
نيكل: نيكل در بالابردن قابليت سختي‌پذيري ضروري است. از تشك
يل پرليت
جلوگيري كرده و بعد از عمليات حرارتي سبب ايجاد ساختار مارتنزيتي مي‌شود و مقدار مورد نياز آن به آهنگ سرد شدن و ضخامت قطعه ريختگي بستگي دارد. براي مقاطع به ضخامت تا MM 50 دامنه مقدار نيكل از 4/4% الي %8/4 درصد است. در صورتي كه مقدار نيكل قطعات ضخيم‌تر بين 5 الي 6 درصد قرار دارد. نيكل بيش از حد ممكن است سبب ايجاد آستنيت باقيمانده بعد از عمليات حرارتي و ورقه ورقه شدن سطح در حين كار شود.
گوگرد (S): چنانچه گوگرد توسط منگز خنثي شده باشد موجب پايداري كاربيد، مي‌شود ولي در مواردي كه مقاومت به شوك مهم باشد گوگرد متناسب با مواد خام مصرفي و نحوه عمل ذوب تا حد امكان پايين نگه داشته مي‌شود.
فسفر (P): چنانچه مقدار فسفر از 2/0 تجاوز كند موجب تردي ماده شده لذا بايد تاحد امكان پايين نگه داشته شود.
به طور كلي در مورد تركيب شيميايي مي‌توان گفت:
- انتخاب تركيب شيميايي براي گرفتن حداكثر سختي توام بادرصد كنترل شده‌اي از آستنيت باقيمانده براي حفظ (چقرمگي) و قابليت كار سختي‌پذيري بعدي صورت مي‌گيرد.
- تعيين مقدار كمي تاثير عناصر روي پارامترهاي فوق دقيقاً نيست و بهترين روش براي نيل به بهترين شرايط كيفي ريختن آلياژ و اصلاح تركيب آن تا گرفتن شرايط ايده‌آل مي‌باشد.
- درصدر كربن كنترل كننده مقدار كاربيدهاست و ميتواند در حدودي كه ساختمان اوليه مورد نظر را از ميزان وجود كاربيد تامين نمايد تغيير كند.
- عناصر پايدار كننده آستنيت سختي‌پذيري را افزايش مي‌دهند و روي سختي يا تاثيري ندارند يا اثر كمي مي‌گذارند اما MS را به مقدار قابل توجهي كاهش مي‌دهند.
- افزايش مزان كروم سختي‌پذيري را بالا مي‌برد و MS را نيز بالا مي‌برد ليكن براي
براي سختي تاثير منفي دارد زيرا مقدار كربن زمينه را كاهش مي‌دهد.
- موليبدن تنها عنصري است كه سختي و سختي‌پذيري را بالا مي‌برد در حالي كه تاثير كمي روي درجه حرارت MS دارد.
تجهيزات ذوب
اين نوع چدنها ممكن است در كوره‌هاي الكتريكي يا دوار يا بوته‌اي توليد شوند. براي توليد آنها از مواد نسوز اسيدي و يا بازي استفاده مي‌شود. اما فقط كوره‌هاي الكتريكي قادر به ارائه تركيب صحيحي از فاز كنترل دما است. با كوره‌ها معمولاً شامل چدن خام، قراضه فولاد، نيكل، فروكروم، فروسيليسم و فرو موليبدن است. انجام عملكربوره شدن در ذوب كوره الكتريكي امري متداول است. براي تهيه بار ارزان قيمت‌تر ممكن است باري شامل چدن خام، قراضه فولاد، فولاد زنگ نزن مورد استفاده قرار گيرند.
دمايي كه براي ريختن چدنهاي نيكل سخت توصيه مي‌شود در دامنه 0C1370 -0C1340 است. فلز بايد مستقيماًٌ به درون سر تغذيه ريخته شود طوري كه سرعت آن برابر اين كه سطح فلز را در بالاي كانال فرعي در راهباره نگه دارد، كافي باشد.
عمليات ذوب چدن در كوره القايي بدون هسته:
مشخصات و مقدار مواد مختلفي كه به كوره القايي شارژ مي‌شود، بستگي به نوع و كيفيت چدن توليدي دارد. خواص فيزيكي و شيميايي مواد شارژ كوره از قبيل اندازه چگالي، تميزي و عاري از اكسيده بودن و پوشش‌هاي فلزي و غيز فلزي و درجه آلودگي ميتواند بر مواد زير اثر بگذارد.
- كيفيت چدن توليد شده
- ميزان سرعت ذوب چدن
- حجم سربارخ توليد شده
- طول عمر نسوز كوره القايي
- معرف انرژي الكتريكي
به علت وجود تلاطم در ذوب مواد آلياژي به سرعت و با كمترين افت جذب ذوب مي‌شود. اين مطلب در زماني كه كربن به ذوب اضافه مي‌شود، تفاوت مي‌كند. بدين صورت كه به دليل پايين‌تر بودن وزن مخصوص آن نسبت به مذاب چدن كربن تمايل زيادي به روي سطح مذاب آمدن دارد. با نشستن كربن روي سطح مذاب چون كه در تماس با كربن است اشباع مي‌شود. اين مذاب اشباع شده بر اثر تلاطم به كنار رفته و مذاب اشباع نشده جاي آن را مي‌گيردو سپس اين مذاب نيز به نوبه خود از كربن اشباع مي‌شود و به اين ترتيب كربن در داخل مذاب حل مي‌شود. بايد دقت داشت كه كربن به روي سطح مذاب تميز ريخته شود و نه روي سرباره كه در غير اين صورت كربن به صورت منواكسيد كربن از دست مي‌رود. كارآيي عمل كربن دهي به ذوب بستگي به دماي ذوب تركيب شيميايي و نيز زمان و شرايط افزودن كرنبن دارد. هنگاميكه قراضه به كوره ريخته مي‌شود. بهترين راه افزودن كربن ريختن تدريجي آن است. پس از رسيدن ميزان كربن به درصد مورد نظر بايستي سيليس و ديگر آلياژها را به حد مطلوب خود برسانيم.
ملاحظات خاك نسوز كوره
در حال حاضر سيليسي بهترين عايق كوره براي ذوب چدن در كوره‌هاي القايي است. مهمترين علت آن است كه اين خاك از نظر شيميايي مناسب‌ترين تطابق را با سرباره اسيدي توليد شده در ذوب چدن دارد. براي ساخت جداره نسوز كوره، ابتدا خاك نسوز سليسي با اسيد بوريك يا اكسيد بور به عنوان مواد گدازآور مخلوط مي‌شود. در طي اين سيكل حرارتي مشخصي كه به آن مي‌دهند خاك زينتر شده و يك بوته يك پارچه به وجود مي‌آيد. عمق زينتر شدن به ميزان اسيد بوريك يا اكسيد بور اضافه شده به خاك حداكثر دماي خاك و نيز منحني شيبهاي دما بستگي دارد. در پشت منطقه زينتر شده تركي به وجود آيد مذاب از درون آن به پشت منطقه زينتر شده خواهد رسيد. در اين حالت خاك نسوز در منطقه تداخل مذاب درباره زينتر شده و موجب جلوگيري مقابل انبساط و حرارتي براحتي مي‌توان كوره را خاموش و تا دماي محيط سرد كرده و مجدداً آن را روشن كرد. اين خاك در سرد شدن تا دماي 0C650 همان ابعاد زمان گرم شدن خود را حفظ كرده و پايين‌تر از آن شروع به انقباض مي‌كند.
در اين جاست كه احتمال ترك در خاك نسوز به وجود مي‌آيد. با گرم شدن مجدد كوره، خاك نسوز منبسط شده و تا دماي 0C650، تركها را ترميم مي‌كند و انبساط متوقف مي‌شود. حال اگر در كوره مواد براي ذوب نيز موجود باشد پيش از مايع شدن آن، تركهاي انقباض تماماً بسته مي‌شود.
عمر اين عايق كوره متاثر از دماي متوسط كار آن و درصد كربن و سيليسيم ذوب است. دماي
متوسط نيز به نوبه خود وابسته به دماي ذوب‌ريزي، اندازه ذوب‌گيري در هر نوبت و مواد افزودني به كوره است.
رابطه كلي فعل و انفعالات براي خاك سيليسيمي به شكل زير است:
(در ذوبCo +Si2 (در خاك نسوز) Sio2 + (در ذوب) C2
همانطور كه مشاهده مي‌گردد، اين فعل و انفعال در هر زمان دو طرفه يا برگشت‌پذير است. زمانيكه سرعت فعل و انفعال در هر دو طرف برابر شود، به شرايط تعادل رسيده و در هيچ طرف واكنش موثري مشاهده نخواهد شد.
حركت مذاب در قالب و سيستم راهگاهي
برترين و با اهميت‌ترين مفهوم توليد قطعات سالم ريختگي برقراري روشهاي ورود چدن مذاب به درون حفره قالب و ترتيبات انجام شده براي جبران انقباض ناشي از انجماد است. در برخي مواقع وضعيتي وجود دارد كه سيستم راهگاهي ميتواند عمل تغذيه قطعات را به عهده گيرد. محل راهباره روي توزيع دماي مذاب به محض ريختن تاثير مي‌گذارد و سپس به ايفاي نقش خود در مدل انجماد و رفتار عمل تغذيه مي‌پردازد. زمان لازم براي پر كردن كامل قطعه ريختگي و زمان انجماد راهباره در كنترل فشار تغذيه مهم است. اگر طرح براي زمان ممكنه بيشتري براي در حالت مذاب ماندن تغذيه نياز داشته باشد، در اين صورت مي‌توان با اتصال راهباره به تغذيه و پركردن حفره داخل قالب از طريق تغذيه اقدام نمود.
نسبت به شيبهاي حرارتي، به طور كلي، آخرين فلز مذاب داخل شده به قالب داغ‌ترين را تشكيل مي‌دهد. در نتيجه اگر مطلوب انجماد جهت دار باشد در اين صورت آخرين قسمت فلز مذاب ميتواند با ورود مذاب به نزديك تغذيه قطعه كه راهگاه از بالا ناميده مي‌شود به آن دست يافت. به هر حال،
در اين تكنيك فلز مذاب از يك بلندي درون قالب به پايين سقوط كرده و ممكن است به اطراف قالب پاشيده شده باشد و باعث فرسايش گردد. لذا براي دوري از اين مشكل فلز مذاب را مي‌توان از پايين‌ترين قسمت حفره قالب وارد آن نموده كه به آن راهگاه از پايين مي‌گويند.
