أنواع حديد الزهر cast iron

•أنواع حديد الزهر  cast iron
حديد الصب او حديد الزهر
الحديد الزهر يسمى أيضا الحديد السبك أو الحديد الصب (Cast Iron) وهو الحديد الناتج من الأفران العالية وتبلغ
•كثافته 7.86 جم/سم3،
•و درجة انصهاره ما بين 1275 إلى 1505 درجة مئوية،
•وهو سهل الكسر و لا يقبل التشكيل.
•ويحتوي حديد الزهر على نسبة كربون تفوق حد ذوبانه في طور الأوستنيت عند درجة حرارة اليوتكتي فينفصل الكربون في صورة قشور أو شبه كريات (حديد زهر رمادي) أو قد يكوّن سمنتيتاً (حديد زهر أبيض).
يحتوي الحديد الزهر بالإضافة الى الكربون وعلى نسب من عناصر اخرى مثل السليكون والمنجنيز والفوسفور والتي تؤثر بدورها على تجمد الحديد الزهر وعلى التركيب البنائي له. ونظرا لاحتواء الحديد الزهر على نسبة عالية من الكربون نجد ان التركيب البنائي له وعلى عكس الصلب يحتوي في الغالب على جرافيت او كربيد.
 بالاعتماد على التركيب الكيمائي للحديد الزهر ومعدل التبريد والمعالجة الحرارية يمكن ان يتجمد الحديد الزهر طبقا للنظام الثنائي حديد - كربيد حديد أو حديد - جرافيت. وبذلك يمكن تعريف الحديد الزهر على انه السبيكة بين الحديد والكربون تحتوى على اكثر من 2% كربون وهذا المحتوى العالي من الكربون يجعل لحام الحديد الزهر صعب بالمقارنة بلحام الصلب.
وسنوضح في هذا الجزء انواع حديد الزهر المختلفة وسنوالي فيما بعد كيفية لحامه والاحتياطات الواجب مراعاتها
•الحديد الزهر يحتوي على 2-4 ٪ كربون و 1-6 ٪ سيليكون وكميات صغيرة من المنغنيز.
•تؤثر الشوائب الموجودة في الحديد الغفل مثل الكبريت والفسفور سلباً على خصائص المنتج النهائي، لذا يتم تخفيضها إلى مستوى مقبول.
•لكلا العنصرين درجات انصهار بين 1150-1200 درجة مئوية، وهي أقل من أي من العنصرين الرئيسيين في سبائك الحديد (الحديد والكربون)، لذا فإنهما ينصهرا أولاً، ويسهل إزالة أغلبهما.
•تتأثر الخصائص الميكانيكية للسبائك الحديدية كثيراً، بالهيئة التي يتخذها الكربون في السبيكة.
•يأخذ الكربون في "الحديد الزهر الأبيض" شكل سمنتيت أو كربيد الحديد (Fe3C).
•يتسبب هذا المركب الهش من الكربيدات في جعل الحديد الزهر الأبيض غير مقاوم للصدمات.
•أما في الحديد الزهر الرمادي فيتواجد الكربون حراً في شكل رقائق دقيقة من الجرافيت، مما يجعله أيضا هشاً لتركز الإجهادات عند الأطراف المدببة لرقائق الجرافيت
•هناك نوع آخر من الحديد الزهر هو الحديد الزهر المرن، وهو أحد أشكال الحديد الزهر الرمادي المعالجة بإضافة كميات ضئيلة من الماغنيسيوم، لتحويل شكل الجرافيت من الشكل الرقائقي إلى أشباه كرات أو عقيدات، والتي تزيد من متانة وقوة للمادة.
•العناصر سبيكة المضافة عادة هي الكربون تليها السيليكون.
العناصر المخلوطة الأخرى المضاف إليها الكروم الموليبدينوم النحاس التيتانيوم الفاناديوم إلخ
•كيف يتم تصنيف الحديد الزهر؟
بناءً على عناصر السبائك المضافة التباين في تصلب الحديد الزهر والمعالجة الحرارية المستخدمة يمكن أن تختلف البنية المجهرية للحديد الزهر
•اعتمادًا على التطبيق والخصائص الميكانيكية المفضلة يمكن تصنيف مصبوبات الحديد إلى ما يلي

•أنواع الحديد الزهر
•الحديد الزهر الأبيض

  1-الحديد الزهر الابيض (White Cast Iron)
  يتكون الحديد الزهر الابيض عند عدم ترسب الكربون على هيئة جرافيت اثناء التجمد بحيث يظل متحداً مع الحديد أو الكروم او المولبيديوم في صورة كربيدات ويكون هذا الحديد صلد وهش وله سطح كسر بلوري ابيض. ويتكون من سمنتيت واوستنيت متحول.
-  يمكن الحصول على الحديد الزهر الابيض بالطرق التالية:
1- تقليل محتوى السليكون  ليسمح بالتجمد اليوتكتيكى غير مستقر  عند معدلات التبريد البطيئه  .
2- اضافه مثبتات الكربيد مثل الكروم
3-  زيادة معدل التبريد فى قالب السباكه .

-  يمكن أن تكون  المسبوكة باكملها من الزهر الأبيض أو جعل أجزاء منها فقط كما فى حاله الزهر الطروق أو الكروي وذلك بالتحكم فى معدل التبريد لكل منطقه فى المسبوكة حيث احيانا تحتاج  فى جزء معين من المسبوكة خواص صلاده ومقاومه احتكاك ونأكل ميكانيكي  عاليه بينما فى جزء آخر من نفس المسبوكة خواص اخرى .

2•الحديد الزهر الرمادي

 الرمادي هو الحديد الزهر الأكثر تنوعا وتستخدم على نطاق واسع

•يؤدي وجود الكربون إلى تكوين رقائق من الجرافيت لا تسمح للشقوق بالمرور عندما تتكسر المواد

بدلاً من ذلك عندما تكسر المادة يبدأ الجرافيت في تشققات جديدة عديدة.  الحديد الزهر المكسور باللون الرمادي والذي يعطيه أيضًا الاسم

•تجعل رقائق الجرافيت من الحديد الزهر الرمادي مقاومة منخفضة للصدمات.

كما أنها تفتقر إلى المرونة وقوة الشد منخفضة

•ومع ذلك فإن مزيلات الجرافيت تمنح الحديد الزهر إمكانية تصنيع ممتازة وميزات التخميد بالإضافة إلى خصائص تشحيم جيدة مما يجعلها مفيدة في العديد من التطبيقات الصناعية

تحتوي البنية المجهرية للحديد المصبوب على مصفوفة تتكون من الفريت أو البرليت أو مزيج من اثنين

يحتوي الحديد الرمادي المصهور على سيولة أكبر ويمتد بشكل جيد أثناء التصلب أو تجميد الحديد الزهر.  هذا جعلها مفيدة في صناعات مثل الزراعة السيارات مصانع النسيج إلخ

3- الحديد الزهر الطروق Malleable Cast Iron 

 يكون التركيب المبدئى لهذا النوع من الزهر  مماتلا للحديد الزهر الأبيض ثم يعالج حراريا ( بتلدينه  بين 800- 970ه م)  مما ينتج عنه تحلل كربيد الحديد وتكون  جرافيت مراجع طبقا للتفاعل فى الحاله الصلبه كما يلى:  

كربيد حديد ـــ أوستنيت + جرافيت 

- يعتمد التركيب البنائى لمعدن الاساس  على معدل التبريد بعد التلدين. معظم الحديد الزهر الطروق ينتج بهذه الطريقه ويسمى الحديد الزهر الطروق الاسود. ولكن بعض منه ينتج بواسطة ازالة الكربون من الحديد الزهر الابيض ويسمى حديد زهر طروق ابيض ويمكن اجراء عملية ازالة كربون للحديد الزهر الطروق وذلك لتحسين قابلية للحام وبهذه الطريقه يمكن الجمع بين الخصائص الميكانيكيه العاليه للحديد الزهر الطروق الأسود وقابلية اللحام الجيده للحديد الزهر الطروق الابيض

4- الحديد الزهر المرن الكروى ductile cast iron (Nodular) Graphite Cast Iron    

تعديل شكل الجرافيت من الشكل القشرى فى الحديد الزهر الرمادى الى الشكل الكروى فى الحديد الزهر الكروى يؤدى الى زيادة المتانه واللدونه لنفس التركيب الكميائى ويتم هذا التعديل فى الحديد المحتوى على كربون بنسب تتراوح بين  3.2 - 4.5 %  والسليكون بنسب من 1.8 - 2.8  % وذلك باضافة مكورات الجرافيت مثل الماغنسيوم او السيريوم  أثناء الصهر . ويسمى هذا النوع من الزهر احيانا بالحديد الزهر اللدن أو المرن

 معدن الاساس لهذا النوع من الحديد الزهر من الممكن ان يكون برليت  او فيريت او برليت – فيريت.

5- الحديد الزهر مدمج  الجرافيت Compacted Graphite Cast Iron (CG) 

ينتج بنفس طريقة الزهر الكروى مع مراعاة التحكم فى اضافات الماغنسيوم أثناء الصهر  فى هذا النوع من الزهر يكون الجرافيت غير منتظم  الشكل  ولكن أهم ما يميزه هو صغر  نسبة مساحة السطح  الى الحجم  بالمقارنه يشكل الجرافيت القشرى فى الحديد الزهر الرمادى. ويمتاز الحديد الزهر امدمج  الجرافيت بأن له تركيب بنائى متوسط بين الجرافيت القشرى والكروى حيث يكون له قشور جرافيت أكثر سمكا واقصر من القشور العاديه وايضا لها حواف دائريه مقارنه بقشور الجرافيت فى الزهر المادي ويلاحظ أن اضافة التيتانيوم من ( 8.,. - 1,. ) % والماغنسيوم من ( 15.,. - 3,. ) % وكذلك كميات ضئيله جدا من السيزيوم ضروري لإنتاج نوعية جيده من الحديد الزهر مدمج  الجرافيت ويكون لهذا النوع خواص متانه فيما بين الحديد الزهر الرمادى والحديد الزهر الكروى