پایان نامه بررسی تأثیر افزودن مس بر ریزساختار و خواص مکانیکی چدن داکتیل

تعداد صفحات: ۹۴ | قابل ویرایش

فهرست پایان نامه تأثیر افزودن مس بر ریزساختار

فصل اول: مقدمه

 هدف آزمایش

• چدن با گرافیت کروی
• کروی سازی گرافیت
• مشکلات افزودن منیزیم

۴-۱    اهمیت جوانه زایی

• انجماد و مکانیزم کروی شدن گرافیت در چدن نشکن

فصل دوم: مروری بر منابع

• تغییر حالت یوتکتوئید در چدنهای نشکن

۱-۱-۲ تشکیل حلقه های فریت در اثر تجزیه آستنیت

۲-۱-۲ تشکیل پرلیت در اثر تجزیه آستنیت

• اثر مس بر سینیتیک تغییر حالت یوتکتوئید در چدنهای نشکن
• اثر مس منحنی های سرد کردن

۱-۲-۲ اثر مس بر منحنی های تغییر حالت برحسب زمان

• اثر عناصر آلیاژی بر مکانیزمهای حاکم بر فرایند تغییر حالت یوتکتوئید در چدنهای نشکن

• اثر مس بر ریز ساختار چدنهای نشکن

۱-۳-۲ اثر مس بر ساختار زمینه چدنهای نشکن

• اثر مس بر مشخصات گرافیتهای کروی

• اثر مس بر خواص مکانیکی چدنهای نشکن
  • اثر مس بر سختی چدنهای نشکن
  • اثر مس بر مقاومت به ضربه چدنهای نشکن

فصل سوم: روش آزمایش

روش آزمایش

فصل چهارم: نتایج

۱-۴- نتایج حاصل از بررسی ساختار نمونه های مورد آزمایش

۲-۴- نتایج حاصل از بررسی اثر مس بر ریز ساختار نمونه های مورد آزمایش

۳-۴- نتایج حاصل از بررسی های اثر مس بر درصد کروی شدن

۴-۴- نتایج حاصل از بررسی اثر مس بر اندازه گرافیتهای کروی

۵-۴- نتایج حاصل از بررسی اثر مس بر تعداد گرافیتهای کروی در واحد سطح

۶-۴- نتایج حاصل از بررسی اثر مس بر ساختار زمینه

فصل پنجم: نتیجه گیری

۱-۵- اثر مس بر ریز ساختار نمونه های مورد آزمایش

۱-۱-۵- اثر مس بر درصد کروی شدن

۲-۱-۵- اثر بر تعداد گرافیتهای کروی در واحد سطح

۳-۱-۵- اثر مس بر اندازه گرافیتهای کروی

۴-۱-۵- اثر مس بر ساختار زمینه

۲-۵- اثر مس بر خواص مکانیکی نمونه های مورد آزمایش

۱-۲-۵- اثر مس بر خواص کشتی

۲-۲-۵- اثر مس بر انرژی ضربه

۲-۲-۵- اثر مس بر سختی

۳-۵- نتیجه گیری

منابع و مآخذ

پیوستها

مقدمه پایان نامه خواص مکانیکی چدن داکتیل

هدف از انجام آزمایش:

در این آزمایش سعی شده که به این سؤال پاسخ داده شود که به علت افزایش سختی در اثر افزودن مس در چدنهای نشکن چیست. لذا لازم می باشد که مختصری در مورد چدنهای نشکن نکاتی یادآوری شود.

• چدن با گرافیت کروی:

چدنهای نشکن یا چدنهای گرافیت کروی، خانواده ای از چدنها هستند و همانطور که از اسمشان پیداست شکل گرافیت در آنها کروی است. همین کروی بودن گرافیت ها، باعث افزایش استحکام و چقرمگی در مقایسه با چدنهای با گرافیت ورقه ای می گردد.

اصولاً چدن نشکن با افزودن منیزیم Mg در مذاب، تولید می شود. برای کروی شدن گرافیت های قطعاتی که در قالبهای ماسه ای تولید می شوند مقدار ۰.۰۷ – ۰.۰۴% منیزیم باقیمانده در قطعات ریخته شده کافی می باشد.

برای قطعاتی که در قالبهای فلزی تولید می شوند مقدار % ۰.۰۲ منیزیم باقیمانده کافی می باشد. همانطور که گفته شد برای کروی نمودن گرافیتها، به منیزیم احتیاج داریم که اگر میزان منیزیم از حد مورد نظر کمی کمتر باشد، گرافیتهای فشرده با استحکام و چقرمگی پائین تری بدست می آید.

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

‌

انجماد و مکانیزم کروی شدن گرافیت در چدن نشکن

در انجماد چدن با گرافیت ورقه ای، یوتکتیک گرافیت و آستنیت تشکیل می شود. در انجماد، این یوتکتیک و گرافیت و آستنیت با مذاب در تماس است. رشد دندریت های آستنیت و هسته های گرافیت ورقه ای تا زمانی که ذوب کاملاً منجمد شود، ادامه خواهد داشت. انجماد یوتکتیک گرافیت در چدن نشکن نسبت به چدن با گرافیت ورقه ای در دمای بالاتری شروع می شود.

در حین انجماد چدن نشکن، پوسته ای از آستنیت پیرامون گرافیت کروی تشکیل می شود. و بهمین علت، فقط فاز آستنیت با مذاب در تماس خواهد بود و چنین انجماد انجمادی را نیویوتکتیک می نامند.

هر واحد گرافیت کروی و پوسته آستنیت دور آن را می توان یک هسته در نظر گرفت که کربن باید به داخل این هسته نفوذ کند تا رشد گرافیت کروی و پوسته آستنیت دور آن را به انجماد چدن خاکستری، با سرعت کمتری انجام می شود و با شروع انجماد نیویوتکتیک هسته سازی گرافیت کروی به اتمام می رسد بنابراین تعداد گرافیتهای کروی در مرحله اول انجماد تعیین می شود. با ادامه انجماد تا دمای یوتکتیک گرافیتهای داخل پوسته های آستینیتی به رشد خود ادامه خواهند داد.

تعداد و میزان کروی شدن گرافیتها بر روی خواص چدن نشکن تأثیر بسزایی دارد. وقتی تعداد هسته یا پوسته های آستنیت کم باشد، مناطق برای نفوذ کردن به داخل پوسته آستنیت کمتر شده، و نتیجتاً تعداد گرافیت های کروی کاهش می یابد. بسته به فرایند تولید احتمال ایجاد گرافیت ورقه ای یا کروی ناقص و یا سمنتیت وجود دارد.

تغییر حالت یوتکتوئید در چدنهای نشکن

خواص مکانیکی چدنهای نشکن بستگی به مشخصات ریز ساختار آنها دارد. قسمتی از این ریز ساختار (شکل، اندازه و نحوه توزیع گرافیت) پس از انجماد و یا به عبارتی پس از تغییر حالت یوتکتیک و قسمتی دیگر یعنی ساختار زمینه که نقش عمده را در تعیین خواص مکانیکی چدن نشکن دارا می باشد، پس از تغییر حالت یوتکتوئید شکل می گیرد و از نیرو می توان تأثیر عناصر آلیاژی بر روی خواص مکانیکی چدنهای نشکن را به اثر آنها بر تغییر حالت یوتکتوئید و مسائل سینتیکی آن دارای اهمیت زیادی می باشد.

بررسی تغییر حالت یوتکتوئید در چدنها نسبت به فولادها پیچیده تر است. زیرا بر خلاف فولادها که واکنش فراپایدار «» در آنها واکنش غالب است، در چدنها این تغییر حالت بوسیله هر دو واکنش پایدار «»که منجر به تشکیل فریت و گرافیت می شود و واکنش فرا پایدار «» که منجر به تشکیل پرلیت می شود صورت می پذیرد. بنابراین چون تغییر حالت صورت می پذیرد، باید با در نظر گرفتن سینتیک رشدی که هر دو واکنش را در برداشته باشد مورد بررسی قرار گیرد.

به دلیل طبیعت چند جزیی چدنها، واکنشهای پایدار و فراپایدار در یک درجه حرارت ثابت انجام نمی شوند. بلکه در یک محدوده دمایی صورت می پذیرند. محدوده دمایی انجام این واکنشها بستگی به ترکیب شیمیائی آستنیت داشته و بوسیله عناصر آلیاژی تحت تأثیر قرار می گیرد. ضمناً محدوده دمایی انجام هر یک از این دو واکنش می تواند بر روی هم قرار گیرد.

همانطور که قبلاً نیز اشاره شد این واکنشها حالت رقابتی دارند، بطوریکه در خلال سرد کردن آهسته از میان محدوده دمایی تغییر حالت یوتکتوئید، فریت در دماهای بالاتر تشکیل شده و به رشد خود همراه با رسوب گرافیت ادامه می دهد. با کاهش بیشتر درجه حرارت و رسیدن به محدوده دمایی تشکیل پرلیت، باقیمانده آستنیت به پرلیت تبدیل می شود. عامل کنترل کننده سرعت در هر دو حالت نفوذ اتمهای کربن در آستنیت است.

تشکیل حلقه های فریت در اثر تجزیه آستنیت

با کاهش درجه حرارت از درجه حرارت پایداری آستنیت به زیر درجه حرارتی که در آن تغییر حالت یوتکتوئید به وقوع می پیوندد، آستنیت از نظر ترمودینامیکی ناپایدار می شود. در این حالت واکنش پایدار«»نیاز به جوانه زنی فریت در فصل مشترک «آستنیت – گرافیت» دارد.

جوانه زنی و رشد فریت بایستی با پس زدن اتمهای کربن از حجم استحاله کرده آستنیت همراه باشد، زیرا حلالیت کربن در فریت بمراتب کمتر از آستنیت است.

کربن پس زده شده از آستنیت به سمت گرافیتهای کروی نفوذ می کند. در حقیقت این گرافیتها که قبل از تغییر حالت یوتکتوئید شکل گرفته اند (گرافیتهای پرویوتکتوئید) بعنوان یک نوع بانک کربن عمل می کنند، بطوریکه اتمهای کربنی را که در خلال تشکیل فریت از ساختار زمینه پس زده می شوند، می پذیرند و اتمهای کربن لازم را در خلال تشکیل آستینت در حین عملیات آستنیته کردن فراهم می کنند.

تشکیل فریت بستگی به سرعت نفوذ کربن در ساختار زمینه دارد. در مرحله جوانه زنی نفوذ در فاز آستنیت صورت می گیرد در حالیکه به محض تشکیل حلقه های فریت پیرامون گرافیتهای کروی، نفوذ کربن بایستی از میان حلقه های فریت صورت گیرد. در یک درجه حرارت ثابت سرعت نفوذ کربن در فریت حدود ۱۰ برابر سرعت نفوذ کربن در آستنیت است.

در نتیجه نفوذ کربن در آستنیت عامل کنترل کننده سرعت می باشد. سرعت نفوذ کربن در آستنیت با کاهش درجه حرارت بصورت نمائی کاهش می یابد و بطور کلی با حضور عناصر آلیاژی در چدن نیز کاهش پیدا می کند.

فهرست منابع و مأخذ

1. W.C. Johnson and B.V. Kovacs: “The Effect of Additive on the Eutectoid Transformation of Ductil Iron” Metallurgical Transactions, A, Vol 9A pp 219-229 (1978).
2. J. Lalich and C.R.Loper, Jr: “Effects of Pearlite- Promoting Elements on the Kinetics of the Eutectoid Transformation in Ductile Cast Iron”, AFS Transactions, Vol 81, pp 217-228 (1973).
3. N. Pam, M. S. Lou and C. R. Loper, Jr: “Effects of Copper, Tin, and Manganese on the Eutectoid Transformation of Grphitic Cast Iron”, AFS Transactions, Vol 95, pp 819-840 (1987).
4. C. Voigt and C. R. Loper, Jr: “Matrix Structure Development in Ductile Cast Iron”, ASL Transactions Vol 97, pp 595-604 (1989).
5. N. Pan and C. R. Loper, Jr: “Matrix Development in Graphitic Cast Iron” , AFS AFS Transactions, Vol 94, pp 187-195 (1986).
6. B. Gundlach and E. P Whelan: “Critical Temperatures in Ferritic Ductile Irons”, AFS Transactions, Vol 100, pp 713-718 (1992).
7. K. Yu and C. R. Loper, Jr: “The Effect of Molybdenum, Copper, and Nickel on the Pearlitic and Martensitic Hardenability of Ductile Cast Iron”, AFS Transactions, Vol 96, pp 811-821 (1988).
8. L. Eckel: “A Study of the Ferritization of Nodular Iron” AFS Transactions, Vol 66, pp 151-165 (1958).
9. Ohira and K. Ikawa: “Formation of Ferrite and Pearlite in Cast Iron”, AFS Transactions, Vol 66, pp 526-532 (1958).
10. E. Reed- Hill: “Physical Metallurgy Principles,” Van Nastrand Co. (1973).
11. F. Brown and M. F. Hawkes: “Kinetics of Graphitization in Cast Iron”, AFS Transactions, Vol 59, pp 181-200 (1951).
12. C. Voigt and C. R. Loper, Jr: “Secondary Graphitization in Quenched and Tempered Ductile Cast Iron”, AFS Transactions, Vol 90, pp 196-202 (1982).
13. A. Porter and K. E. Easterling: “phase Transformation in Metals and Alloys”, Van Nostrand Reinhold (UK) Co. Itd (1981).
14. J. Most: “The Influence of Some Elements of Some Elements on the Matrix and Properties of Ductile Iron Casting After Soldification in Sand and Ingot Molds”, Modern Casting, Vol 105, pp 61-67, July (1968).
15. R. Isleib and R. E. Svage: “Ductile Iron Alloyed and Notmalized”, AFS Transactions, Vol 65, pp 75-83 (1957).
16. K. Grigorovich: “Influence of Alloying Elements on Cementite Stability and Graphitization of Cast Iron”, Russian Casting Production, Vol 12, pp 557-561 (1964).