Chromium در Casting: نقش‌های کلیدی آن

کروم به عنوان یک عنصر آلیاژی محوری در قلمرو ریخته گری و متالورژی می ایستد و نقش آن به همان اندازه اساسی است که چند وجهی است. ادغام آن در آلیاژهای آهنی و غیرآهنی، عمدتاً از طریق فرآیند ریخته‌گری، مجموعه‌ای از ویژگی‌ها را به ارمغان می‌آورد که اغلب با عناصر دیگر دست نیافتنی هستند. ماهیت سهم کروم در توانایی عمیق آن در تأثیرگذاری بر ریزساختار نهفته است، که به نوبه خود بر رفتار ماکروسکوپی جزء ریخته‌گری در سرویس حاکم است. از افزایش مقاومت در برابر تخریب گرفته تا تقویت استحکام در دماهای بالا، عملکرد کروم برای عملکرد و طول عمر بی‌شماری اقلام صنعتی و روزمره ضروری است.

معروف ترین و حیاتی ترین عملکرد کروم در مواد ریخته گری ظرفیت آن در ایجاد مقاومت در برابر خوردگی استثنایی است. این ویژگی سنگ بنای فولادهای ضد زنگ است. مکانیزم به زیبایی ریشه در شیمی متالورژی دارد. کروم میل ترکیبی بالایی با اکسیژن دارد. هنگامی که به مقدار کافی وجود داشته باشد، معمولاً بیش از یازده درصد وزنی، با اکسیژن اتمسفر واکنش می دهد تا یک لایه نازک، مستحکم و تقریبا نامرئی از اکسید کروم را روی سطح فلز ریخته گری تشکیل دهد. این لایه از نظر شیمیایی بی اثر، خود التیام می‌یابد و به‌طور استثنایی می‌چسبد و به عنوان یک سد محکم عمل می‌کند که از آهن زیرین در برابر حملات خورنده رطوبت، اسیدها و سایر عوامل تهاجمی محافظت می‌کند. بدون این لایه محافظ، آهن به راحتی اکسید می شود و منجر به فرآیند مخرب و آشنا زنگ زدگی می شود. در عملیات ریخته‌گری، این بدان معناست که اجزای در نظر گرفته شده برای محیط‌های سخت-مانند محفظه پمپ، بدنه شیر، اتصالات دریایی و تجهیزات پردازش شیمیایی{9}}به طور معمول از فولادهای ضد زنگ حاوی کروم{10}}تولید می‌شوند تا از یکپارچگی ساختار و قابلیت اطمینان عملیاتی در مدت زمان طولانی اطمینان حاصل شود.

کروم به موازات قدرت مهار خوردگی-ش، یک عامل سخت شدنی قوی و تشکیل دهنده کاربید است. سختی پذیری، که نباید با سختی صرف اشتباه گرفته شود، به عمق درون ریخته گری فولادی اطلاق می شود که می توان در آن ساختار مارتنزیتی پس از خاموش شدن ایجاد کرد. آلیاژهایی با سختی پذیری کم ممکن است سطحی سخت و شکننده با هسته نرم و ضعیف ایجاد کنند که منجر به شکست احتمالی تحت بار می شود. کروم، زمانی که در فاز آستنیت در طول گرمایش حل می شود، تبدیل آستنیت به فازهای نرم تر مانند فریت و پرلیت را به طور قابل توجهی به تاخیر می اندازد. این امر به تشکیل فاز مارتنزیت سخت اجازه می‌دهد تا عمیق‌تر در مقطع-ریخته‌گری نفوذ کند و در نتیجه یک قطعه یکنواخت‌تر و از طریق{6}}سخت‌شده با خواص مکانیکی برتر ایجاد شود. این امر به ویژه برای ریخته‌گری‌های بزرگ یا پیچیده‌ای که در آن‌ها به سختی می‌توان به سرعت خنک‌سازی یکنواختی دست یافت، حیاتی است.

علاوه بر این، تمایل به تشکیل کاربید قوی-کروم یک شمشیر دولبه-است که از طریق طراحی آلیاژ و عملیات حرارتی با دقت مدیریت می‌شود. کروم به آسانی با کربن ترکیب می شود و کاربیدهای سخت و مقاوم در برابر سایش مانند M7C3 و M23C6 را تشکیل می دهد. در چدن‌های سفید کروم بالا و فولادهای ابزار، این کاربیدها منبع اصلی مقاومت در برابر سایش شدید هستند. ریزساختار چنین موادی اغلب دارای شبکه‌ای از این کاربیدهای سخت است که در یک ماتریس فلزی پشتیبان تعبیه شده‌اند و ساختاری شبیه{10}}کامپوزیتی را برای مقاومت در برابر خراش، سنگ زنی و فرسایش ایجاد می‌کنند. کاربردهای این ریخته گری در تجهیزات معدن، پمپ های دوغاب و فک های سنگ شکن یافت می شود. با این حال، تشکیل کاربیدهای کروم نیز می تواند عوارض جانبی مضری داشته باشد، به ویژه در فولادهای ضد زنگ. اگر یک ریخته گری فولاد ضد زنگ به آرامی از طریق یک محدوده دمایی خاص سرد شود یا در یک محدوده دمایی خاص نگهداری شود، کاربیدهای کروم ترجیحاً می توانند در مرزهای دانه رسوب کنند. این ماتریس اطراف کروم را تخلیه می کند، لایه غیرفعال محافظ در این مناطق موضعی را به خطر می اندازد و مواد را مستعد خوردگی بین دانه ای می کند. این پدیده که به عنوان حساس‌سازی شناخته می‌شود، در عمل ریخته‌گری یک ملاحظات حیاتی است و معمولاً با استفاده از-گریدهای کربن پایین یا عملیات حرارتی{17}}پس از ریخته‌گری، کاهش می‌یابد.

مزایای کروم به طور قابل توجهی در برنامه‌های{0}در دمای بالا گسترش می‌یابد. اجزای ریخته گری برای تولید برق، توربین های گازی و موتورهای احتراق داخلی باید استحکام خود را حفظ کرده و در برابر تخریب در مقابل حرارت شدید مقاومت کنند. کروم در اینجا نیز ضروری است. همان مقیاس اکسید کروم که مقاومت در برابر خوردگی را در دمای اتاق ایجاد می کند، در دماهای بالا پایدار و محافظ می ماند و سرعت اکسیداسیون و پوسته پوسته شدن را به شدت کاهش می دهد. علاوه بر این، اثر تقویت کننده محلول جامد-اتم های کروم در زمینه آهن به حفظ تسلیم و استحکام کششی در دماهایی که فولاد کربنی ساده نرم و خزش می کند، کمک می کند. کروم در ارتباط با عناصر دیگر مانند مولیبدن و نیکل، ستون فقرات آلیاژهای ریخته‌گری{7} مقاوم در برابر حرارت مانند سری‌های HK و HP را تشکیل می‌دهد که برای قطعات کوره، لوله‌های تابشی و محفظه‌های توربین ضروری هستند.

فراتر از آلیاژهای آهنی، کروم در ریخته گری غیرآهنی جایگاه های مهمی پیدا می کند. این ماده افزودنی اصلی تقویت کننده بسیاری از آلیاژهای ریخته گری مبتنی بر آلومینیوم و مس است. در آلیاژهای آلومینیوم، به ویژه آلیاژهای 7xxx و برخی از سری 5xxx که برای ریخته‌گری سازگار شده‌اند، کروم به عنوان یک تصفیه‌کننده دانه عمل می‌کند و پراکندگی‌های بین‌فلزی ظریفی را تشکیل می‌دهد که از تبلور مجدد جلوگیری می‌کند و رشد دانه را کنترل می‌کند. این به بهبود استحکام و استحکام کمک می کند. در آلیاژهای مس، افزودن کروم، آلیاژهای سخت‌شدنی ایجاد می‌کند که رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا را با استحکام قابل‌توجه و مقاومت قابل توجه در برابر نرم شدن در دماهای بالا ترکیب می‌کند و آنها را برای اتصالات الکتریکی ریخته‌گری و الکترودهای جوشکاری مقاومتی مناسب می‌سازد.

در نتیجه، نقش کروم در ریخته‌گری نقش یک بازیگر منحصربه‌فرد نیست، بلکه سنگ بنای همه‌کاره‌ای است که طیف وسیعی از ویژگی‌های مهم مواد بر روی آن ساخته شده است. رفتار شیمیایی منحصربه‌فرد آن ایجاد یک سپر خود ترمیم شونده در برابر خوردگی را تسهیل می‌کند، تأثیر آن بر سینتیک تبدیل، تولید مقاطع محکم و سخت شده را ممکن می‌سازد، و تمایل آن به تشکیل کاربیدهای سخت، مقاومت بی‌نظیری در برابر سایش ساینده ایجاد می‌کند. به طور همزمان، آلیاژها را برای سرویس در محیط های آتشین موتورها و کوره ها تقویت می کند. علم متالورژی ریخته‌گری از این قابلیت‌های چندوجهی کروم از طریق طراحی دقیق آلیاژ و کنترل فرآیند استفاده می‌کند، و تضمین می‌کند که جزء نهایی ریخته‌گری دارای ترکیب دقیقی از استحکام، دوام و مقاومت محیطی مورد نیاز برای کاربرد خاص و اغلب سخت‌گیرانه‌اش است.