نقش جوانه زنی در توليد چدنهای استاندارد

جوانه زاهای مورد استفاده در چدنهای گرافیتی تركیباتی هستند كه پایه اصلی آنها آلیاژ فروسیلیسیم است ولی حاوی مقادیری تا حدود پنج درصد عناصر فعال در تركیب با گوگرد و اكسیژن نظیر آلومینیوم، كلسیم، استرانسیوم، باریم، زیركونیم و سریم هستند كه با تشكیل رسوبهای ریز و پایدار اكسی- سولفیدی موجب جوانه زنی گرافیت میشوند. انتخاب جوانه زا بستگی زیادی به آلیاژ چدن و دمای ذوب و زمان نگهداری ذوب در پاتیل یا در قطعه قبل از شروع انجماد دارد. جوانه زاها در درون ذوب چدن دارای زمان میرایی هستند و به تدریج اثرشان كم میشود بنابراین در شرایط خاص باید جوانه زای مناسب تعیین و استفاده شود. همچنین چدنهای با گرافیت كروی با چدنهای با گرافیت ورقه ای در انتخاب جوانه زا تفاوتهایی دارند كه در توضیحات انواع جوانه زا ها شرح داده میشود. با حل شدن دانه های جوانه زا در مذاب چدن، همزمان دو اتفاق می افتد، تشكیل ذرات اكسی- سولفیدی و افزایش موضعی غلظت سیلیسیم در پیرامون این ذرات كه باعث كاهش حلالیت كربن در مذاب میگردد. در این شرایط فاز گرافیت كه با حل شدن دانه های جوانه زا بصورت موضعی به حالت فوق اشباع رسیده بلافاصله روی این ذرات رسوب كرده و جوانه های پایدار تشكیل میشوند. این جوانه ها در مذاب پخش شده و انجماد چدن گرافیتی شكل می گیرد.

همانگونه كه در جدول تناوبی عناصر دیده میشود فلزات قلیایی خاكی به علت تشكیل باند قوی یونی با اكسیژن و گوگرد تركیبات بسیار پایداری با نقطه ذوب بالا ایجاد میكنند كه می توانند به عنوان جوانه هتروژن جهت تشكیل گرافیت عمل نمایند. البته تجربه نشان داده است كه سولفید ها نقش مهمتری از اكسید ها در جوانه زایی دارند چون ذوب چدنهایی كه گوگرد خیلی كمی دارند (S<0.1%) عموما با مشكل جوانه زایی مواجهند در حالی كه در رابطه با كمبود اكسیژن چنین مشكلی گزارش نشده است.

بر اساس قوانین جدول تناوبی هر قدر فلزات قلیایی خاكی سنگین تر باشند تركیبات سولفیدی پایدارتری ایجاد میكنند كه بخاطر نقطه ذوب بالاتر چسپندگی كمتری بهم دارند و بر اساس قانون استوكس (Stoks) دیرتر شناور و از ذوب خارج میشوند ، از سوی دیگر هر قدر فلزات قلیایی خاكی سنگین تر باشند وزن مخصوص سولفید آنها افزایش مییابد و شناور شدنشان به تاخیر میافتد. فاكتور مؤثر دیگر، تحرك اتمی در مذاب است ، اتم های سنگین تر و بزرگتر عموما تحرك كمتری در مذاب دارند و بر این اساس رسوب های ریزتر با تعداد بیشتر تولید میكنند. جوانه زاها به روشهای مختلفی به مذاب افزوده میشوند. افزودن در كف پاتیل به هنگام بارگیری از كوره در چدنهای خاكستری متداول است. در چدنهای نشكن بصورت دو مرحله ای قبل و بعد از عملیات نشكن سازی بهترین نتیجه را میدهد. در هر دو نوع چدن اضافه كردن تاخیری در حین بارریزی در قالب و یا تعبیه در درون قالب نتایج عالی در بر دارد. میزان اضافه كردن جوانه زا و مراحل آن بستگی زیادی به نوع آلیاژ ، اندازه قطعه و زمان بارریزی دارد كه با تجربه و مشورت با متخصصان تعیین میگردد. این میزان معمولا بین 0.1-0.5%  انتخاب میشود.

جدول زیر مقایسه سولفید های مهم در مذاب چدن را نشان میدهد. در این جدول به غیر از منیزیم و منگنز كه خاصیت جوانه زایی مهمی برایشان گزارش نشده، بقیه عناصر در تركیب با گوگرد و اكسیژن دارای خاصیت جوانه زایی هستند.