ગ્રે કાસ્ટ આયર્નમાં દરેક તત્વની ભૂમિકા વિશે વાત કરો

 

ગ્રે કાસ્ટ આયર્નમાં સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા તત્વોની ભૂમિકા

1.કાર્બન અને સિલિકોન: કાર્બન અને સિલિકોન એવા તત્વો છે જે ગ્રેફિટાઇઝેશનને મજબૂત રીતે પ્રોત્સાહન આપે છે. કાર્બન સમકક્ષનો ઉપયોગ મેટાલોગ્રાફિક સ્ટ્રક્ચર અને ગ્રે કાસ્ટ આયર્નના યાંત્રિક ગુણધર્મો પર તેમની અસરોને દર્શાવવા માટે થઈ શકે છે. કાર્બન સમકક્ષમાં વધારો થવાથી ગ્રેફાઇટના ટુકડા વધુ બરછટ બને છે, સંખ્યામાં વધારો થાય છે અને તાકાત અને કઠિનતામાં ઘટાડો થાય છે. તેનાથી વિપરિત, કાર્બન સમકક્ષ ઘટાડવાથી ગ્રેફાઈટની સંખ્યા ઘટાડી શકાય છે, ગ્રેફાઈટને શુદ્ધ કરી શકાય છે અને પ્રાથમિક ઓસ્ટેનાઈટ ડેંડ્રાઈટ્સની સંખ્યામાં વધારો થાય છે, જેનાથી ગ્રે કાસ્ટ આયર્નના યાંત્રિક ગુણધર્મોમાં સુધારો થાય છે. જો કે, કાર્બન સમકક્ષ ઘટાડવાથી કાસ્ટિંગ કામગીરીમાં ઘટાડો થશે.

2. મેંગેનીઝ: મેંગેનીઝ પોતે એક તત્વ છે જે કાર્બાઇડને સ્થિર કરે છે અને ગ્રાફિટાઇઝેશનને અવરોધે છે. તે ગ્રે કાસ્ટ આયર્નમાં પરલાઇટને સ્થિર અને શુદ્ધ કરવાની અસર ધરાવે છે. Mn=0.5% થી 1.0% ની રેન્જમાં, મેંગેનીઝનું પ્રમાણ વધારવું તાકાત અને કઠિનતામાં સુધારો કરવા માટે અનુકૂળ છે.

3.ફોસ્ફરસ: જ્યારે કાસ્ટ આયર્નમાં ફોસ્ફરસનું પ્રમાણ 0.02% કરતા વધી જાય છે, ત્યારે આંતરગ્રાન્યુલર ફોસ્ફરસ યુટેક્ટિક થઈ શકે છે. ઓસ્ટેનાઈટમાં ફોસ્ફરસની દ્રાવ્યતા ખૂબ ઓછી છે. જ્યારે કાસ્ટ આયર્ન મજબૂત બને છે, ત્યારે ફોસ્ફરસ મૂળભૂત રીતે પ્રવાહીમાં રહે છે. જ્યારે યુટેક્ટિક સોલિડિફિકેશન લગભગ પૂર્ણ થાય છે, ત્યારે યુટેક્ટિક જૂથો વચ્ચેની બાકીની પ્રવાહી તબક્કાની રચના ટર્નરી યુટેક્ટિક રચના (Fe-2%, C-7%, P) ની નજીક હોય છે. આ પ્રવાહી તબક્કો લગભગ 955℃ પર મજબૂત થાય છે. જ્યારે કાસ્ટ આયર્ન મજબૂત બને છે, ત્યારે ફોસ્ફરસ-સમૃદ્ધ પ્રવાહી તબક્કામાં મોલિબ્ડેનમ, ક્રોમિયમ, ટંગસ્ટન અને વેનેડિયમને અલગ પાડવામાં આવે છે, જે ફોસ્ફરસ યુટેક્ટિકની માત્રામાં વધારો કરે છે. જ્યારે કાસ્ટ આયર્નમાં ફોસ્ફરસનું પ્રમાણ વધુ હોય છે, ત્યારે ફોસ્ફરસ યુટેક્ટિકની હાનિકારક અસરો ઉપરાંત, તે મેટલ મેટ્રિક્સમાં રહેલા એલોયિંગ તત્વોને પણ ઘટાડે છે, જેનાથી એલોયિંગ તત્વોની અસર નબળી પડે છે. ફોસ્ફરસ યુટેક્ટિક પ્રવાહી એ યુટેક્ટિક જૂથની આસપાસ ચીકણું હોય છે જે મજબૂત બને છે અને વધે છે, અને ઘનકરણ સંકોચન દરમિયાન તેને ફરી ભરવું મુશ્કેલ છે, અને કાસ્ટિંગમાં સંકોચવાનું વધુ વલણ છે.

4. સલ્ફર: તે પીગળેલા આયર્નની પ્રવાહીતા ઘટાડે છે અને કાસ્ટિંગની ગરમ તિરાડની વૃત્તિને વધારે છે. તે કાસ્ટિંગમાં હાનિકારક તત્વ છે. તેથી, ઘણા લોકો માને છે કે સલ્ફરનું પ્રમાણ ઓછું હોય તેટલું સારું. વાસ્તવમાં, જ્યારે સલ્ફરનું પ્રમાણ ≤0.05% હોય છે, ત્યારે આ પ્રકારનું કાસ્ટ આયર્ન આપણે ઉપયોગમાં લઈએ છીએ તે સામાન્ય ઈનોક્યુલન્ટ માટે કામ કરતું નથી. કારણ એ છે કે ઇનોક્યુલેશન ખૂબ જ ઝડપથી ક્ષીણ થઈ જાય છે, અને સફેદ ફોલ્લીઓ ઘણીવાર કાસ્ટિંગમાં દેખાય છે.

5.કોપર: ગ્રે કાસ્ટ આયર્નના ઉત્પાદનમાં કોપર એ સૌથી સામાન્ય રીતે ઉમેરવામાં આવતું એલોયિંગ તત્વ છે. મુખ્ય કારણ એ છે કે તાંબાનું ગલનબિંદુ ઓછું છે (1083℃), ઓગળવામાં સરળ છે અને સારી એલોયિંગ અસર ધરાવે છે. તાંબાની ગ્રેફિટાઇઝેશન ક્ષમતા સિલિકોનની 1/5 જેટલી છે, તેથી તે કાસ્ટ આયર્નની સફેદ કાસ્ટની વૃત્તિને ઘટાડી શકે છે. તે જ સમયે, તાંબુ ઓસ્ટેનાઇટ ટ્રાન્સફોર્મેશનના નિર્ણાયક તાપમાનને પણ ઘટાડી શકે છે. તેથી, તાંબુ પર્લાઇટની રચનાને પ્રોત્સાહન આપી શકે છે, પર્લાઇટની સામગ્રીમાં વધારો કરી શકે છે, અને પર્લાઇટને રિફાઇન કરી શકે છે અને તેમાં પર્લાઇટ અને ફેરાઇટને મજબૂત કરી શકે છે, જેનાથી કાસ્ટ આયર્નની કઠિનતા અને શક્તિમાં વધારો થાય છે. જો કે, તાંબાની માત્રા જેટલી વધારે છે, તેટલું સારું. તાંબાની યોગ્ય માત્રા 0.2% થી 0.4% ઉમેરવામાં આવે છે. તાંબાની મોટી માત્રા ઉમેરતી વખતે, તે જ સમયે ટીન અને ક્રોમિયમ ઉમેરવાથી કટીંગ કામગીરી માટે હાનિકારક છે. તે મેટ્રિક્સ સ્ટ્રક્ચરમાં મોટી માત્રામાં સોર્બાઇટ સ્ટ્રક્ચરનું નિર્માણ કરશે.

6.ક્રોમિયમ: ક્રોમિયમની એલોયિંગ અસર ખૂબ જ મજબૂત છે, મુખ્યત્વે કારણ કે ક્રોમિયમ ઉમેરવાથી પીગળેલા લોખંડની સફેદ કાસ્ટ થવાની વૃત્તિ વધે છે, અને કાસ્ટિંગ સંકોચવામાં સરળ છે, પરિણામે કચરો થાય છે. તેથી, ક્રોમિયમની માત્રાને નિયંત્રિત કરવી જોઈએ. એક તરફ, એવી આશા રાખવામાં આવે છે કે કાસ્ટિંગની મજબૂતાઈ અને કઠિનતાને સુધારવા માટે પીગળેલા આયર્નમાં ચોક્કસ માત્રામાં ક્રોમિયમ હોય છે; બીજી તરફ, કાસ્ટિંગને સંકોચવા અને સ્ક્રેપના દરમાં વધારો થવાથી રોકવા માટે ક્રોમિયમને નીચલી મર્યાદા પર સખત રીતે નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે. પરંપરાગત અનુભવ માને છે કે જ્યારે મૂળ પીગળેલા આયર્નની ક્રોમિયમ સામગ્રી 0.35% કરતા વધી જાય છે, ત્યારે તે કાસ્ટિંગ પર ઘાતક અસર કરશે.

7. મોલીબ્ડેનમ: મોલીબ્ડેનમ એ એક લાક્ષણિક સંયોજન-રચનાનું તત્વ છે અને એક મજબૂત પરલાઇટ સ્થિર કરનાર તત્વ છે. તે ગ્રેફાઇટને શુદ્ધ કરી શકે છે. જ્યારે ωMo<0.8%, મોલિબ્ડેનમ પર્લાઇટને રિફાઇન કરી શકે છે અને પરલાઇટમાં ફેરાઇટને મજબૂત કરી શકે છે, જેનાથી કાસ્ટ આયર્નની મજબૂતાઈ અને કઠિનતામાં અસરકારક રીતે સુધારો થાય છે.

ગ્રે કાસ્ટ આયર્નમાં કેટલાક મુદ્દાઓ નોંધવું આવશ્યક છે

1. ઓવરહિટીંગને વધારવાથી અથવા હોલ્ડિંગ સમયને લંબાવવાથી ઓગળવામાં હાલના વિજાતીય કોરો અદૃશ્ય થઈ શકે છે અથવા તેમની અસરકારકતા ઘટાડી શકે છે, ઓસ્ટેનાઈટ અનાજની સંખ્યા ઘટાડે છે.

2. ટાઇટેનિયમ ગ્રે કાસ્ટ આયર્નમાં પ્રાથમિક ઓસ્ટેનાઇટને શુદ્ધ કરવાની અસર ધરાવે છે. કારણ કે ટાઇટેનિયમ કાર્બાઇડ્સ, નાઇટ્રાઇડ્સ અને કાર્બોનિટ્રાઇડ્સ ઓસ્ટેનાઇટ ન્યુક્લિએશન માટે આધાર તરીકે સેવા આપી શકે છે. ટાઇટેનિયમ ઓસ્ટેનાઈટના કોરને વધારી શકે છે અને ઓસ્ટેનાઈટ અનાજને શુદ્ધ કરી શકે છે. બીજી બાજુ, જ્યારે પીગળેલા આયર્નમાં વધારાની Ti હોય છે, ત્યારે આયર્નમાંનો S Mn ને બદલે Ti સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને TiS કણો બનાવે છે. TiS નો ગ્રેફાઇટ કોર MnS ની જેમ અસરકારક નથી. તેથી, યુટેક્ટિક ગ્રેફાઇટ કોરનું નિર્માણ વિલંબિત થાય છે, તેથી પ્રાથમિક ઓસ્ટેનાઇટના વરસાદના સમયમાં વધારો થાય છે. વેનેડિયમ, ક્રોમિયમ, એલ્યુમિનિયમ અને ઝિર્કોનિયમ ટાઇટેનિયમ જેવા જ છે કારણ કે તે કાર્બાઇડ, નાઇટ્રાઇડ્સ અને કાર્બોનિટ્રાઇડ્સ બનાવવા માટે સરળ છે અને ઓસ્ટેનાઇટ કોરો બની શકે છે.

3. યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોની સંખ્યા પર વિવિધ ઇનોક્યુલન્ટ્સની અસરોમાં મોટા તફાવત છે, જે નીચેના ક્રમમાં ગોઠવાયેલા છે: CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi. Sr અથવા Ti ધરાવતી FeSi યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોની સંખ્યા પર નબળી અસર કરે છે. દુર્લભ પૃથ્વી ધરાવતા ઇનોક્યુલન્ટ્સ શ્રેષ્ઠ અસર ધરાવે છે, અને જ્યારે Al અને N સાથે સંયોજનમાં ઉમેરવામાં આવે ત્યારે અસર વધુ નોંધપાત્ર હોય છે. Al અને Bi ધરાવતા ફેરોસિલિકોન યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોની સંખ્યામાં મજબૂત વધારો કરી શકે છે.

4. ગ્રેફાઇટ-ઓસ્ટેનાઇટ બે-તબક્કાની સહજીવન વૃદ્ધિના અનાજને કેન્દ્ર તરીકે ગ્રેફાઇટ ન્યુક્લી સાથે રચવામાં આવે છે તેને યુટેક્ટિક ક્લસ્ટર કહેવામાં આવે છે. સબમાઇક્રોસ્કોપિક ગ્રેફાઇટ એગ્રીગેટ્સ, શેષ અનમેલ્ટેડ ગ્રેફાઇટ કણો, પ્રાથમિક ગ્રેફાઇટ ફ્લેક શાખાઓ, ઉચ્ચ ગલનબિંદુ સંયોજનો અને ગેસ સમાવિષ્ટો જે પીગળેલા લોખંડમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે અને યુટેક્ટિક ગ્રેફાઇટના કોરો હોઈ શકે છે તે પણ યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોના કોરો છે. યુટેક્ટિક ન્યુક્લિયસ એ યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરની વૃદ્ધિનું પ્રારંભિક બિંદુ હોવાથી, યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોની સંખ્યા યુટેક્ટિક આયર્ન પ્રવાહીમાં ગ્રેફાઇટમાં વૃદ્ધિ પામી શકે તેવા કોરોની સંખ્યાને પ્રતિબિંબિત કરે છે. યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોની સંખ્યાને અસર કરતા પરિબળોમાં રાસાયણિક રચના, પીગળેલા આયર્નની મુખ્ય સ્થિતિ અને ઠંડક દરનો સમાવેશ થાય છે.
રાસાયણિક રચનામાં કાર્બન અને સિલિકોનની માત્રા મહત્વપૂર્ણ પ્રભાવ ધરાવે છે. કાર્બન સમકક્ષ યુટેક્ટિક કમ્પોઝિશનની જેટલી નજીક છે, ત્યાં વધુ યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરો છે. S એ બીજું મહત્વનું તત્વ છે જે ગ્રે કાસ્ટ આયર્નના યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોને અસર કરે છે. સલ્ફરનું ઓછું પ્રમાણ યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોને વધારવા માટે અનુકૂળ નથી, કારણ કે પીગળેલા આયર્નમાં સલ્ફાઇડ એ ગ્રેફાઇટ કોરનો એક મહત્વપૂર્ણ પદાર્થ છે. વધુમાં, સલ્ફર વિજાતીય કોર અને મેલ્ટ વચ્ચેની આંતરફેસીયલ ઊર્જાને ઘટાડી શકે છે, જેથી વધુ કોરો સક્રિય થઈ શકે. જ્યારે W (S) 0.03% કરતા ઓછું હોય છે, ત્યારે યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોની સંખ્યામાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થાય છે, અને ઇનોક્યુલેશનની અસરમાં ઘટાડો થાય છે.
જ્યારે Mn નો સમૂહ અપૂર્ણાંક 2% ની અંદર હોય છે, ત્યારે Mn ની માત્રા વધે છે, અને યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોની સંખ્યા તે મુજબ વધે છે. Nb પીગળેલા આયર્નમાં કાર્બન અને નાઇટ્રોજન સંયોજનો ઉત્પન્ન કરવા માટે સરળ છે, જે યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોને વધારવા માટે ગ્રેફાઇટ કોર તરીકે કાર્ય કરે છે. Ti અને V યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોની સંખ્યા ઘટાડે છે કારણ કે વેનેડિયમ કાર્બનની સાંદ્રતા ઘટાડે છે; ટાઇટેનિયમ સરળતાથી ટાઇટેનિયમ સલ્ફાઇડ બનાવવા માટે MnS અને MgS માં Sને પકડી લે છે, અને તેની ન્યુક્લિએશન ક્ષમતા MnS અને MgS જેટલી અસરકારક નથી. પીગળેલા આયર્નમાં એન યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોની સંખ્યામાં વધારો કરે છે. જ્યારે N સામગ્રી 350 x10-6 કરતાં ઓછી હોય, ત્યારે તે સ્પષ્ટ નથી. ચોક્કસ મૂલ્યને વટાવ્યા પછી, સુપરકૂલિંગ વધે છે, જેનાથી યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોની સંખ્યામાં વધારો થાય છે. પીગળેલા આયર્નમાં ઓક્સિજન સરળતાથી કોરો તરીકે વિવિધ ઓક્સાઇડ સમાવિષ્ટો બનાવે છે, તેથી જેમ જેમ ઓક્સિજન વધે છે તેમ, યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોની સંખ્યામાં વધારો થાય છે. રાસાયણિક રચના ઉપરાંત, યુટેક્ટિક મેલ્ટની મુખ્ય સ્થિતિ એક મહત્વપૂર્ણ પ્રભાવશાળી પરિબળ છે. લાંબા સમય સુધી ઊંચા તાપમાન અને ઓવરહિટીંગ જાળવવાથી મૂળ કોર અદૃશ્ય થઈ જશે અથવા ઘટશે, યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોની સંખ્યામાં ઘટાડો થશે અને વ્યાસમાં વધારો થશે. ઇનોક્યુલેશન ટ્રીટમેન્ટ મુખ્ય સ્થિતિમાં મોટા પ્રમાણમાં સુધારો કરી શકે છે અને યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોની સંખ્યામાં વધારો કરી શકે છે. ઠંડકનો દર યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોની સંખ્યા પર ખૂબ જ સ્પષ્ટ અસર કરે છે. ઠંડક જેટલી ઝડપથી, ત્યાં વધુ યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરો છે.

5. યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોની સંખ્યા યુટેક્ટિક અનાજની જાડાઈને સીધી રીતે પ્રતિબિંબિત કરે છે. સામાન્ય રીતે, સૂક્ષ્મ અનાજ ધાતુઓની કામગીરીમાં સુધારો કરી શકે છે. સમાન રાસાયણિક રચના અને ગ્રેફાઇટ પ્રકારના આધાર હેઠળ, યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોની સંખ્યામાં વધારો થતાં, તાણ શક્તિ વધે છે, કારણ કે યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોમાં ગ્રેફાઇટ શીટ્સ ઝીણી બને છે કારણ કે યુટેક્ટિક ક્લસ્ટરોની સંખ્યા વધે છે, જે તાકાતમાં વધારો કરે છે. જો કે, સિલિકોન સામગ્રીના વધારા સાથે, યુટેક્ટિક જૂથોની સંખ્યામાં નોંધપાત્ર વધારો થાય છે, પરંતુ તેની જગ્યાએ તાકાત ઘટે છે; કાસ્ટ આયર્નની શક્તિ સુપરહીટ તાપમાન (1500 ℃ સુધી) ના વધારા સાથે વધે છે, પરંતુ આ સમયે, યુટેક્ટિક જૂથોની સંખ્યામાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થાય છે. લાંબા ગાળાની ઇનોક્યુલેશન સારવારથી થતા યુટેક્ટિક જૂથોની સંખ્યાના ફેરફારના કાયદા અને શક્તિમાં વધારો વચ્ચેનો સંબંધ હંમેશા સમાન વલણ ધરાવતો નથી. Si અને Ba ધરાવતી FeSi સાથે ઇનોક્યુલેશન ટ્રીટમેન્ટ દ્વારા મેળવવામાં આવતી તાકાત CaSi સાથે મેળવેલા કરતાં વધુ છે, પરંતુ કાસ્ટ આયર્નના યુટેક્ટિક જૂથોની સંખ્યા CaSi કરતાં ઘણી ઓછી છે. યુટેક્ટિક જૂથોની સંખ્યામાં વધારો સાથે, કાસ્ટ આયર્નના સંકોચનની વૃત્તિ વધે છે. નાના ભાગોમાં સંકોચનની રચનાને રોકવા માટે, યુટેક્ટિક જૂથોની સંખ્યા 300~400/cm2 ની નીચે નિયંત્રિત હોવી જોઈએ.

6. એલોય તત્વો (Cr, Mn, Mo, Mg, Ti, Ce, Sb) ઉમેરવાથી જે ગ્રેફાઇટાઇઝ્ડ ઇનોક્યુલન્ટ્સમાં સુપરકૂલિંગને પ્રોત્સાહન આપે છે, તે કાસ્ટ આયર્નના સુપરકૂલિંગની ડિગ્રીમાં સુધારો કરી શકે છે, અનાજને શુદ્ધ કરી શકે છે, ઓસ્ટેનાઇટની માત્રામાં વધારો કરી શકે છે અને તેની રચનાને પ્રોત્સાહન આપે છે. મોતી ઉમેરાયેલ સપાટીના સક્રિય તત્વો (Te, Bi, 5b) ગ્રેફાઇટ વૃદ્ધિને મર્યાદિત કરવા અને ગ્રેફાઇટ કદ ઘટાડવા માટે ગ્રેફાઇટ ન્યુક્લીની સપાટી પર શોષી શકાય છે, જેથી વ્યાપક યાંત્રિક ગુણધર્મો સુધારવા, એકરૂપતા સુધારવા અને સંગઠનાત્મક નિયમન વધારવાના હેતુને પ્રાપ્ત કરી શકાય. આ સિદ્ધાંત ઉચ્ચ કાર્બન કાસ્ટ આયર્ન (જેમ કે બ્રેક પાર્ટ્સ) ના ઉત્પાદન પ્રથામાં લાગુ કરવામાં આવ્યો છે.