بخش اول : کوره کوپل

چدن های نشکن یا چدن های با گرافیت کروی ، خا نواده ای از چدن ها هستند و همانطور که از اسمشان پیداست شکل گرافیت درآن ها کروی است. همین کروی بودن گرافیت ها ، باعث افزایش استحکام و چقرمگی در مقایسه با چدن های با گرافیت ورقه ای می گردد .

 ریخته گری چدن نشکن :

 اصولاً چدن نشکن با افزودن منیزیم Mg در مذاب

تولید می شود.اصولاً چدن نشکن در مقاسیه با چدن با گرافیت ورقه ای ، تمایل به تبرید بیشتری دارد و برای بدست آوردن ساختار عاری از کاربید مخصوصاً در مقاطع نازک ، لازم است جوانه زایی با آلیاژ سیلیسیم انجام شود.

اندازه گرافیت می تواند روی خواص مکانیکی تاثیر بگذارد . اندازه گرافیت ها به دو پارامتر بستگی دارد :

1-  آهنگ سرد شدن یا اندازه سطح مقطع . چون مقاطع نازک سریع سرد  

می شوند ، تعداد بیشتری گرافیت کروی خواهند داشت .

2-  جوانه زنی باآلیاژ سیلیسیم، افزایش تعداد گرافیت های کروی و کاهش تمایل به تبریدی بودن مخصوصاً در مقاطع نازک را باعث می شود. افزایش مقدار جوانه زا باعث افزایش تعداد گرافیت های کروی می شود .

تاثیر عناصر آلیاژی در گرافیت کروی :

 تولید چدن نشکن یا چدن با گرافیت کروی عموماً با اضافه کردن مقادیرجزئی منیزیم به عنوان عنصری کروی کننده به مذابی

که دارای ترکیب شیمیایی مشابه چدن خاکستری می باشد انجام می گیرد ، منیزیم تنها عنصری نیست که می تواند نقش کروی کننده داشته باشد . عناصری نظیر کلسیم ، پتاسیم ، لیتیم ،لانتانیم ،و برلیم نیز می توانند ترغیب کننده گرافیت کروی باشند و دلیل استفاده از منیزیم به خاطر جنبه اقتصادی آن است .

عناصر بازدارنده گرافیت کروی نیز وجود دارند . از قبیل گوگرد ،سرب ،تیتانیم،اکسیژن،هیدروژن،ازت و...

 مقدار منیزیمی که می تواند وجود گرافیت های کروی را تضمین کند بسته به مقدار اکسیژن و گوگرد محتوای مذاب بین 0.03  تا 0.06  % میباشد در جه حرارت مناسب برای افزودن منیزیم به مذاب چدن معمولاً بین 1480 تا 1550 درجه می باشد .

نقش منیزیم در کروی کردن گرافیت ها :علت کروی شدن گرافیت ها مربوط به وجود مقدار کم ولی مشخص از عنصر منیزیم می باشد یا عناصر دیگر که باید در مرحله خاصی به مذاب چدن با ترکیب شیمیایی مشخص اضافه گردند . در چدن های نشکن تشکیل گرافیت های کروی را می توان در دو مرحله مجزا ( مرحله رشد و جوانه زنی ) قرار داد .جوانه زنی می تواند به دو صورت هموژن با خودی یا به شکل هیتروژن یا غیر خودی انجام گیرد .

نظریه کروی شدن گرافیت :

درموردرشد نقش عناصر کروی کننده زیاد می باشد . طبق نظریاتی اغلب محققین ضمن اعتقاد به جوانه زنی هیدروژن معتقدند که رشد گرافیت ها برروی جوانه های موجود از مرکز به سمت خارج انجام می گیرد .طبق نظریه رشد شاخه ای اعتقاد بر این است پس از تشکیل جوانه کریستال های گرافیت به صورت کاملاً دندریتی و شاخه ای رشد می کنند . یعنی از هر یک از جوانه های گرافیت چندین شاخه جدا می شود و این عمل تکرار می یابد .رشد این گرافیت ها مشابه رشد گرافیت ورقه ای می باشد ،منتها در مورد گرافیت ورقه ای تشکیل شاخه ها کمتر ، ولی در مورد گرافیت کروی به دلیل وجود عناصر کروی کننده تشکیل شاخه ها بیشتر است . در مورد نظریه حباب باید گفت که با نزدیک شدن به درجه حرارت انجماد مذاب ، اکسید های مختلف در مذاب شروع به رسوب کردن می نمایند . عناصر کروی کننده از طریق کم نمودن میزان اکسیژن موجود در مذاب مقدارواندازه حباب های گازی Co  را کنترل نموده و در نتیجه از متلاشی شدن آن ها جلوگیری مینماید که این امر با تاثیری که عناصر کروی کننده دارند . نهایتاً موجب کروی شدن گرافیت ها می شود ، یعنی گرافیت ها بر روی سطوح حباب ها گاز Co   می زندو رشد تا پر شدن کامل حباب از گرافیت ادامه می یابد .

جوانه زنی یا تلقیح در چدن با گرافیت کروی : این مرحله از مراحل ویژه و مهم در تولید چدن نشکن است که طی آن مواد ویژه ای در مقادیر کم و در آخرین مراحل ذوب به منظور کاهش تمایل به تشکیل کاربید و ترغیب تشکیل گرافیت به مذاب چدن افزوده می شود . این  جوانه ها در چدن نشکن عموماً آلیاژ فرو سیلیسیم می باشد که می تواند با وجود مقادیر کمی از عناصر نظیر Ca- Al-Cr-Br-  اثر بخشی بیشتری داشته باشند .

عوامل موثر در کروی شدن گرافیت :

 عوامل موثر در کروی شدن گرافیت ها : اصولا ًبه منظور دستیابی به گرافیت های کروی علاوه بر شارژ مناسب ذوب به روش صحیح و درجه حرارت فوق گداز مناسب اصلاح ترکیب ذوب از نظر میزان عناصر جوانه زنی مناسب ،مقدار عناصر کروی کننده یا منیزیم باقی مانده در مذاب عواملی محسوب می گردد که در کروی کردن گرافیت ها موثر می باشند .اشکال مختلف گرافیت کروی ، با وجود شرایط ذکر شده با اشکال مختلفی در چدن نشکن به وجود می آیند و به دلیل اینکه حداکثر قابلیت فرم پذیری و بیشترین میزان مقاومت در مقابل ضربه با وجود ساختارهایی که حاوی گرافیت های کاملاً کروی می باشد ، حاصل خواهد شد لذا بسته به شرایط تولید ممکن است شکل گرافیت ها از حالت کروی کاملا ً خارج گشته و به صورت های نا منظم در ساختار میکروسکپی چدن های نشکن ظاهر گردد .این اشکال از گرافیت های کروی به ترتیب زیر می باشد ؛1- گرافیت های نامنظم که گرافیت هایی هستند غیر کروی ودارای ظاهری نامنظم که تاثیر نامطلوبی بر خواص چدن نشکن دارند .دلیل تشکیل این نوع گرافیت :1- کم بودن جوانه ها و طولانی بودن زمان نگه داری مذاب پس از جوانه زنی  2- کمبود میزان منیزیم باقی مانده 3- به کارگیری مواد شارژ بسیار خالص ، زیرا وجود مقدارکمی عناصر نظیر مس ، آنتیموان ،آرسنیک و سریم باعث بهسازی شکل گرافیت ها می شود.

 2- گرافیت های فشرده ، گرافیت هایی هستندکه به صورت ورقه ای کوتاه و ضخیم می باشند و عواملی چون پایین بودن میزان منیزیم باقی مانده ، جوانه زنی نا مناسب ، انجماد سریع در قسمت های نازک به خاطر وجود عناصری مثل تیتانیم که باید مقدار تیتانیم درحد کمتر از 0.04 درصد باشد.

 3- گرافیت های چانگ یا خپل : این گرافیت ها شکل ظریفی از گرافیت بوده که در مقاطع قطعات ریختگی ظاهر می شود و شباهت به گرافیت های نوع E در چدن های خاکستری دارند.

عوامل به وجود آورنده :اول : به کارگیری سریم و استفاده از میش متال (50درصد منیزیم ،45درصدلانتانیم و باقی مانده فلزات باقی نادر)

دوم : مواد شارژ با خلوص بالا و کربن معادل بالا

4- گرافیت های ستاره ای : این نوع گرافیت ظاهر غیر کروی ،دارای شاخ وبرگ تیز،می باشد که دلایلی مثل ناکافی بودن میزان منیزیم ،وجود مقادیری کمی از عناصری نظیر سرب ، بیسموت ، آنتیموان در ترکیب چدن نشکن است .