بررسي آستمپر چدن داکتيل آلياژشده با مس - √دنیـــــــای متـــــــــــالورژی فقـــــــط از ایـــــــنجا
به "با سابقه ترين و محبوب ترين وبلاگ متالورژي در ايران" خوش آمديد

تاريخ : یکشنبه ٦ فروردین ۱۳۸٥

 

چکيده:
آستمپرکردن، چدن داکتيل را به يک ماده عالي بهبود مي بخشد که ابن ماده داراي خواص جالبي مانند استحکام بالا ،داکتيليته و چقرمگي ،آميخته با پوششي مقاوم وقابليت ماشينکاري مي باشد .همه اين خواص را ميتوان با عمليات حرارتي کافي بدست آورد ،که حاصل آن ميکرو ساختاري مطلوب بايک ترکيب شيميائي معين است. دراين مقاله نتايج آستمپرکردن آلياژي با45/0 درصد مس براي يک محدوده زماني ودمايي گزارش وبررسي شد.درتمامي عمليات ريز ساختار ومقطع شکست با وسائلي نظيرميکروسکوپ نوري والکتروني وپراش اشعه ايکس تعين گرديد.اينها استحکام را نشان مي دهند،افزايش طول وانرژي شکست شديدا به مقدار فريت بينيتي و آستنیت باقيمانده وابسته است .
کلمات کليدي :چدن داکتيل ، آستمپرکردن،استحکام،انرژي شکست،شکست


مقدمه:
بسياري کاربردهاي آستمپر گزارش مي شود .دليل اين پيشنهاد يک ترکيبي ازاستحکام بالا وچقرمگي وپوشش مقاوم با قيمت پايين است.خواص مکانيکي ADIوابسته به ساختار آستمپر شده است.هر کدام به نوبه خود تابعي از زمان ودماي آستمپرهستند.اغلب تحقيقات جديد متمرکز شده اند به اثر عناصر آلياژي وتاثير آن بر ريز ساختار وخواص آن و واکنش آن درADI.بعنوان مثال عنصر آلياژي مس ،منطقه آستنیت را در دياگرام فازي عريض مي کند ،دراين ميان افزايش سرعت دگرگوني در مراحل آستمپرودر صد کربن در زمينه موثرهستند.از طرف ديگر در طي مراحل بعدي آستمپر،مس شايد از تشکيل کاربيد جلو گيري کند.هدف ازاين تحقيق ومطالعه اثر متغيرهاي آستمپر(دما وزمان) برريز ساختار وخواص مکانيکي چدن داکتيل آلياژشده با مس است.
 


آزمايشات:
نمونه هاي گوه اي چدن داکتيل با ترکيب شيميايC%6/3،Si%5/2،Cr%04/0،Cu%45/0،P%014/0،S%014/0،Mg%066/0در کورهاي القایی ريختگي توليد گرديد .مذاب در حدودCo1420داخل قالبهاي ماسه اي Yblockبا استانداردmm5/24 سالم ومطمئن ريخته گري شد.نمونه کشش ،قطرmm6وطولmm30ونمونه هاي شارپيmm (10×10×55)بدون شکاف ازYblock گرفته شد.نمونه ها دريک اتمسفر محافظ آرگون درCo 900 بمدت 2 ساعت آستنیته مي شوند.
بسرعت به يک حمام نمک مذاب در دماهايCo (300و350و400)منتقل مي شوند به مدت (1و2و3و4)ساعت آستمپرمي شوند،سپس در هوا خنک مي شوند.نمونه استاندارد متالوگرافي بدين صورت(ماشينکاري،پوليش واچ با محلول نايتال)آماده مي گردند،پيش از انکه براي آزمايشات ميکروسکوپ نوري بکار میروند.يک Leitzميکروسکوپ متالوگرافي براي تشخيص ريز ساختارها استفاده مي شود. ميکروسکوپ نوري مجهز به نرم افزار Vidasکاربرد آن براي اندازه گيري وتوزيع گرافيت کروي و کسري از حجم آستنیت باقيمانده.تغیير کسري از حجم آستنیت باقيمانده در طول آستمپرکردن بوسيله پراش اشعه ايکس با استفاده از يک پراش سنجي که با نيکل فيلتر شده وپرتو افکن Cukزيمنس500D- تعين شد.تست کشش نمونه هاي آستمپرشده دريک ماشين هيدروليکKN50با سرعت ثابت mm/min10انجام شد.2/0درصد تنش تسليم درتنش کشش نهاي (UTS)وافزايش طول در اندازه شکست.نمونه هاي شارپي آستمپرشدهدر دماي اتاق حداقل در3نمونه موردآزمايش قرار گرفتند،سطح شکست با يک ميکروسکوپ الکتروني بررسي شد
 


ريز ساختار:
مرفولوژي گرافيتهاي کروي در ريزساختار ريختگي چدن داکتيل در شکل(a,b1)نشان داده شده.کاملا کروي با تعداد80تا 90گرافيت کروي درmm2،کمتر از %90کروي شدن داريم ميانگين اندازه گرافيتها µm17است. ريز ساختار چدن داکتيل بالاي%80 پرليت است. ريز ساختارADIنشان داده شده در شکل (a-d2)نمونه هاي آستمپر شده در Co300به مدت 1ساعت که شامل فريت بينيتي و آستنیت باقيمانده ومقدار کمي مارتنزيت است(شکلa2).سپس زمان آستمپررا به 2ساعت افزايش داديم ، مارتنزيت از ريز ساختارمحو مي گردد.نمونه هاي آستمپر شده در Co300نوعي بينيت پاييني با پيدايش يک ريز ساختار فريت بينيتي سوزني نشان مي دهد، فريت بينيتي سوزني درزمينه اي از آستنیت باقيمانده ظاهرمي شود(مقدار آستنیت باقيمانده با ميانگين 25تا15درصد حجمي).اين ريز ساختاربعداز آستمپرکردن در دماي Co350نيز حاضر است(شکلc2).حاصل آستمپردر دماي بالا فريت بينيتي بشقابي شکل و آستنیت باقيمانده زيادتري است (شکلd2).

 

شکل1.LM ريز ساختارنمونه ريختگي(a)قبل از اچ (b)اچ شده


اين ريز ساختار بعد از آستمپرکردن در مدت زمان طولاني ترمشاهده شد، مارتنزيت محوشد وساختار تنها فريت بينيتي آستنیت باقيمانده بود .اين توضيح شايد در مورد تشکيل مارتنزيت درمدت زمان کوتاه آستمپردرست باشد،که علت آن کم بودن کربن که آستنیت ناپايدار مي شود،وازاين رو به سوي مارتنزيت تغييرمي کند.رفتار ريز ساختار آستمپرشده در مدت زمان طولاني تر بعلت وجود کربن کافي آستنیت باقيمانده داريم حتي پس از آنکه درهوا سرد شد.
 




شکل2.LM ريز ساختار بعداز آستمپرکردن براي1ساعت در(a) Co300وبراي 2ساعت
(b) Co300 (c) Co350 و(d) Co400 مارتنزيت
 



زمان ودما استحاله ايزوترمال در طي عمليات آستمپرکردن تاثير محسوسي در مقدار نسبي آستنیت باقيمانده دارد(شکل3).
 


طبق منحني شکل 3 دو مرحله پيچيده درشکل استحاله ايزو ترمال آشکار شده ،در مرحله 1(زمانها کمتر از 2) مقدار آستنیت باقيمانده با افزايش زمان مي گردد .شايداين توضيحي براي استحاله ناقص بينيتي باشد. مناطق آستنیتي داراي غلظت پائين Siوبالاي کربن،e.gدرميان گرافيتهاي کروي،استحاله تبديل آستنیت به فريت بينيتي درمدت زمان کوتاه آستمپر کردن انجام پذير نيست ومارتنزيت آشکار مي گردد.سرد شدن هم نمي تواند مطابق آستمپردردماي اتاق جلو گيري کند.با قدري افزايش زمان آستمپر کردن مقدارآستنیته باقيمانده افزايش مي يابد ودر مدت 2 ساعت به بيشترين مقدار خود مي رسد.رفتار،بعد از 2ساعت مقدار آستنیت باقيمانده کاهش مي يابد،که اين مشخص مرحله 2 درواکنش آستمپر کردن است سپس آستنیت باقيمانده به فريت بينيتي و کاربيد تجزيه مي شود.اين کاهش در دماي Co 400 مشخص تر است وتجزيه آستنیت به فريت وکاربيد.
 


شکست شناسي:
سطح شکست درنمونه آزمايش ضربه براي 1ساعت درCo300 آستمپرشده شکستي کاملا ترد نشان مي دهد.مقطع شکست نمونه هاي آزمايش ضربه که دردماي Co (300و350و450 ) براي مدت 2ساعت آستمپرشده در Co300يک زمينه نرم و شکست ترد نشان مي دهد.i,e گودي وشکاف شکست پديدار شده درشکل(b4).تنها در نمونه که در Co350 آستمپر شده شکست نرم بطور کامل معلوم شد(شکلc4)بطورکلي شکست درCo400شکست ترد است.
 


اثر متغيرها آستمپر بر خواص مکانيکي:
تغيیرات2/0%تنش تسليم ،افزايش طول،انرژي شکست نسبت به زمان و درجه حرارتCo(400و300و350) آستمپر کردن در شکل(a-c5)نشان داده شده،استحکام به طور کلي پايدار است.اگر مقدار افزايش بعد از 3 ساعت آستمپر کردن درCo300و350 پديدار شده است(a,b5).
 



شکل4.تصاوير ميکروسکوپ الکتروني ازآزمايش ضربه نمونه هاي آستمپرشده براي1ساعت در Co300(a)و آستمپرشده براي2ساعت در(b) Co300(c) Co350و(d) Co400
 


کم بودن مقدار افزايش طول وانرژي شکست به زمان کوتاه آستمپر کردن وابسته است،که علت شکست ترد وجود مارتنزيت در ساختار است.بر خلاف در زمانهاي طولاني ،مارتنزيت از ساختار ناپديد مي گردد،چون مقدار فريت بينيتي وآستنیت باقيمانده افزايش مي يابد،درنتيجه بيشترين مقدارافزايش طول وانرژي شکست را بعد از 2 ساعت آستمپرمي دهد،با افزايش بيشتر زمان،کاهش افزايش طول وانرژي شکست رخ مي دهد.اين کاهش مخصوصادرCo400ظاهرمي گردد.کاهش مقدار افزايش طول وانرژي شکست به کاهش مقدارآستنیت باقيماندهدر مدت زمان طولاني تر آستمپر مربوط مي شود.تغيرات2/0درصدتنش تسليم،,UTSافزايش طول،انرژي شکست بعد از 2ساعت آستمپر در دماهاي مختلف در شکل( a-b6)نشان داده شده.استحکام بالا در دماي پائين آستمپر(شکلa6)وابسته به پيدايش فريت بينيتي سوزني با مقداري مارتنزيت وآستنیت باقيمانده،ساختارظريف فريت بشقابي ومقدار کم آستنیت باقيمانده به استحکام بالا کمک مي کند.هچنين نبايد از ديگر پارامترها غافل شد I,e وپراکندگي شکل کاربيدها ودانسيته بالاي نابجائي واعوجاجات شبکه ناشي از کربن فوق اشباع فريت .با همان اندازه که درجه حرارت آستمپرافزايش مي يابد مارتنزيت در ساختار ناپديد ومقدار آستنیت باقيمانده افزايش مي يابد ،اين تغیير باعث کاهش استحکام مي گردد.
 




شکل 5.اثرزمان آستمپربر(a)2/0%تنش تسليم (b)UTS (c) انرژي شکست
در دماهاي مختلف
 

بيشترين مقدارافزايش طول و انرژي شکست در Co350نشان مي دهد ، اين منطبق با بالاترين مقدار آستنیت باقيمانده است.(شکل 3)بر طبق نتايج بالا حد مطلوب مراحل انجام شده I,eآستمپرکردن درCo350 براي 2 ساعت نتيجه خواص مکانيکي mpa1180UTS،افزايش طول8%،انرژي شکست J106اين خواص از يک ريز ساختار که شامل فريت بينيتي بشقابي وآستنیت باقيمانده که حجمي برابر 22%دارد که به موجب ان مقطع شکست کاملا نرم است.




اثردماي آستمپر بر (a)2/0%تنش تسليم (b)UTS (c) انرژي شکست
بعداز 2ساعت
 

به استناد به نتايج قبل يک فرآيند ADI باشرايطي شبيه اين پروسه بدون مس mpa1320UTS،افزايش طول 4/3%،انرژي شکست J90است.آلياژکردن با مس باعث کاهش و بهبود استحکام شکست وافزايش طول مي گردد.


نتيجه گيري:
ريزساختار وخواص مکانيکي آلياژچدن داکتيل 45/0مس باوسايلي از قبيل ميکروسکوپ نوري، ميکروسکوپ الکتروني وپراش اشعه ايکس بررسي شدآزمايش کشش وشکست که به آن اشاره شد.ساختار ريختگي چدن بطور برجسته بالاي %80 پرليت با %95کروي شدن گرافيت کروي ،استحکام و افزايش طول وانرژي شکست شديدا وابسته به مقدار فريت بينيتي وآستنیت باقيمانده است.حد مطلوب پروسه براي آستمپرمحققا درCo350به مدت 2ساعت است.ميکرو ساختار شامل فريت بينيتي و آستنیت باقيمانده بود.خواص مکانيکي mpa1180UTS،افزايش طول %8انرژي شکست J106.آلياژکردن با مس افزايش طول وانرژي شکست را بهبود مي بخشد اما استحکامADIراکاهش مي دهد.

                                                      



ارسال توسط محسن حیدری
آخرين مطالب
کارت اعتباری ویزا

کتاب کسب درآمد از اینترنت در ۷ روز

آدرس مجازی خارجی برای گوگل ادسنس