الحديد الزهر نوع مهم من مواد السبائك القائمة على الحديد، ويُستخدم على نطاق واسع في الهياكل الهندسية ومجالات التصنيع الميكانيكي. وهو سبيكة يوتكتيكية من الحديد والكربون، تحتوي عادةً على نسبة كربون أعلى من 2%، وتحتوي أيضًا على السيليكون (1%-3%)، بالإضافة إلى عناصر أخرى ضئيلة أو عناصر سبائكية. ونظرًا لاختلاف خصائص التركيب وطرق التصلب، يُظهر الحديد الزهر تنوعًا في التركيبات الدقيقة والخصائص الميكانيكية، مما يُشكل تصنيفات متعددة.
I. الخصائص الأساسية للحديد الزهر
مقارنة بالصلب،الحديد الزهريحتوي على نسبة أعلى من الكربون والسيليكون، لذا يتميز تركيبه المجهري بوفرة في طور الكربون، والذي يوجد غالبًا على شكل جرافيت أو كربيدات. يعتمد مسار التصلب بشكل أساسي على تركيبة السبيكة ومعدل التبريد وطريقة معالجة الصهر، ويمكن أن يُشكل بنيتين إيوتكتيكيتين: بنية كربيد الحديد-الأوستينيت (الحديد₃C) شبه المستقرة، أو بنية جرافيت-الأوستينيت المستقرة.
يتميز الحديد الزهر بصلابة عالية ومقاومة عالية للتآكل وخصائص صب ممتازة، إلا أن صلابته منخفضة نسبيًا، وقوة تحمله للصدمات منخفضة، وخصائصه الهشة للكسر، ويفتقر إلى خاصية الإنذار المبكر بالفشل. الجرافيت، كونه عيبًا طبيعيًا، قد يُضعف قوة المادة، ولكنه يتميز أيضًا بامتصاص جيد للصدمات، وسهولة تزييته، وسهولة تشغيله.
ثانياً: مكافئ الكربون (م) وخصائص الحديد الزهر
لتسهيل تحديد تأثير تركيبة السبائك على البنية الدقيقة، يتم استخدام مكافئ الكربون "ce بشكل شائع لتمثيل:
الصيغة الأساسية
م = %C + 1/3 × %سي
عند النظر في محتوى الفوسفور:
م = %C + (%سي + %P)/3
عندما تكون قيمة م ≈ 4.3، فهذا يشير إلى أن السبيكة ذات تركيب يوتكتيكي. أقل من هذه القيمة تكون شبه يوتكتيكية، وأعلى من هذه القيمة تكون فائقة يوتكتيكية. لا يؤثر م على الشكل الهيكلي أثناء عملية التصلب فحسب، بل يؤثر أيضًا على أداء الصب وأداء الخدمة.
ثالثًا: العوامل الرئيسية المؤثرة على البنية الدقيقة للحديد الزهر
يتأثر التركيب الدقيق النهائي للحديد الزهر بالعوامل الأربعة الرئيسية التالية:
التركيب الكيميائي.
معدل التبريد.
علاج التلقيح بالذوبان.
المعالجة الحرارية اللاحقة.
بالإضافة إلى ذلك، فإن محتوى السيليكون له تأثير كبير على درجة الحرارة الحرجة للحديد ويعزز استقرار الفريت.
رابعًا: التصنيف التقليدي والحديث للحديد الزهر
1. التصنيف حسب لون الكسر (التقليدي)
أبيضالحديد الزهرالطور الأيوتكتيكي هو الحديد₃C، وسطح الكسر أبيض، صلب وهش، ومقاوم للتآكل. يُستخدم بكثرة في الكسارات، ومراوح المضخات، وغيرها.
الحديد الزهر الرمادي: يتكون من رقائق الجرافيت، وسطح الكسر رمادي اللون، ويتميز بقوة ضغط عالية، وامتصاص جيد للصدمات، وسهولة تشغيل ممتازة. يُستخدم بكثرة في كتل المحركات، وأقراص الفرامل، وغيرها.
2. الأنواع الأربعة الأساسية للعصر الحديث
النوع: مورفولوجيا الجرافيت، البنية الدقيقة، خصائص الأداء، التطبيقات الرئيسية
يعتبر الحديد الزهر الأبيض الخالي من الجرافيت، مع كربيد الحديد والبيرلايت، شديد الصلابة والهشاشة، ومقاوم للتآكل، ويصعب معالجته للكسارات والمطاحن وأجزاء المضخات.
تتمتع صفائح الجرافيت المصنوعة من الحديد الزهر الرمادي مع الفريت/البيرلايت + الجرافيت بامتصاص جيد للصدمات، ومقاومة للتآكل، وسهلة المعالجة في كتل الأسطوانات، والعجلات الطائرة، وأسرة أدوات الآلات.
الحديد المطاوعيتميز هذا النوع من السبائك بمصفوفة كروية من الجرافيت والفيريت أو البيرليت، ويتميز بقوة عالية ومتانة ممتازة وأداء ممتاز في مقاومة التعب. ويُستخدم في أعمدة الكرنك، والتروس، والمكونات العسكرية، وسكك الحديد.
حديد زهر قابل للطرق، أو فيريت الجرافيت المُقسّى أو بيرليت، يتميز بمتانة ومرونته بين الحديد الرمادي والحديد المطاوع. أجزاء التوجيه، ومكونات ناقل الحركة، والأجزاء الهيكلية للآلات الزراعية.
3. طرق التصنيف الأخرى
تصنيف حسب شكل الجرافيت:
اف جي: رقائق الجرافيت (حديد الزهر الرمادي).
س ج: الجرافيت الكروي (الحديد المطاوع).
سي جي: الجرافيت الدودي (الجرافيت الدودي من الحديد الزهر.
تي جي: الجرافيت المقوى (الحديد الزهر القابل للطرق).
مصنفة حسب المصفوفة التنظيمية:
النوع الفريتي، النوع اللؤلؤي، النوع الأوستنيتي، النوع المارتنسيتي، النوع البايني.
V. أنواع خاصة من الحديد الزهر
بالإضافة إلى الأنواع الأساسية، يمكن أيضًا تصنيف الحديد الزهر إلى فئات خاصة مختلفة لتلبية متطلبات ظروف العمل الخاصة:
الحديد الزهر المبرد: يؤدي التبريد السريع الموضعي إلى تشكيل بنية من الحديد الزهر الأبيض، كما يتمتع السطح بمقاومة ممتازة للتآكل.
البورفير: بنية مجهرية خاصة تتكون في المنطقة المختلطة بين الحديد الرمادي والحديد الأبيض.
الحديد الزهر الجرافيتي الدودي: يكون الجرافيت على شكل دودي، ويجمع بين القوة والقدرة على التصنيع، ويُستخدم على نطاق واسع في أنظمة الكبح عالية القوة.
حديد الزهر الجرافيتي عالي السبائك: يتم إضافة عناصر السبائك (مثل الكروم والنيكل) لتعزيز مقاومة التآكل ومقاومة درجات الحرارة العالية.
الحديد الزهر الخاص: يحتوي على نسبة سبائك تزيد عن 3%، ويتميز بخصائص ممتازة مثل مقاومة التآكل ومقاومة الحرارة ومقاومة التآكل.
السادس. الخاتمة
يتمتع الحديد الزهر، باعتباره مادة شائعة الاستخدام، بمجموعة واسعة من التطبيقات بفضل بنيته الدقيقة المعقدة وتنوع طرق تصنيفه. بدءًا من الحديد الرمادي التقليدي والحديد الأبيض، مرورًا بالحديد المطاوع والحديد الدودي الحديث، وصولًا إلى الحديد الزهر الخاص عالي السبائك، يدفع التطور المستمر للعمليات المعدنية مواد الحديد الزهر نحو أداء أعلى وقدرة أكبر على التكيف. ويشكل الفهم الدقيق لقوانين التصنيف وتطور البنية الدقيقة للحديد الزهر أساس تصميم وتطبيق مواد الحديد الزهر.
البريد الإلكتروني: سي كي سي@مجموعة سيك.كوم.الصين
