مقاله عملیات آستمپر بر روی چدن داکتيل آلياژ شده با مس

[Peyman 16150]

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 و قابليت ماشينکاري مي باشد. همه اين خواص را مي توان با عمليات حرارتي کافي به دست آورد، که حاصل آن ميکرو ساختاري مطلوب با يک ترکيب شيميائي معين است. دراين مقاله نتايج آستمپرکردن آلياژي با 0.45 درصد مس براي يک محدوده زماني ودمايي گزارش و بررسي شد. در تمامي عمليات ريز ساختار ومقطع شکست با وسائلي نظيرميکروسکوپ نوري و الکتروني و پراش اشعه ايکس تعين گرديد. اينها استحکام را نشان مي دهند، افزايش طول و انرژي شکست شديدا به مقدار فريت بينيتي و آستنیت باقيمانده وابسته است.

 

 

مقدمه

 

بسياري کاربردهاي آستمپر گزارش مي شود. دليل اين پيشنهاد يک ترکيبي از استحکام بالا و چقرمگي و پوشش مقاوم با قيمت پايين است. خواص مکانيکي ADI وابسته به ساختار آستمپر شده است. هر کدام به نوبه خود تابعي از زمان و دماي آستمپر هستند. اغلب تحقيقات جديد متمرکز شده اند به اثر عناصر آلياژي و تاثير آن بر ريز ساختار و خواص آن و واکنش آن در ADI. بعنوان مثال عنصر آلياژي مس، منطقه آستنیت را در دياگرام فازي عريض مي کند، دراين ميان افزايش سرعت دگرگوني در مراحل آستمپر و درصد کربن در زمينه موثر هستند. از طرف ديگر در طي مراحل بعدي آستمپر، مس شايد از تشکيل کاربيد جلو گيري کند. هدف از اين تحقيق و مطالعه اثر متغيرهاي آستمپر (دما و زمان) بر ريز ساختار و خواص مکانيکي چدن داکتيل آلياژشده با مس است.

 

 

آزمايشات

 

نمونه هاي گوه اي چدن داکتيل با ترکيب شيميايC%3.6،Si%2.5،Cr%0.04،Cu%0.45،P%0.014،S%0.014،Mg%0.066 در کورهاي القایی ريختگي توليد گرديد. مذاب در حدود Co1420 داخل قالب هاي ماسه اي Yblock با استاندارد mm 24.5 سالم و مطمئن ريخته گري شد. نمونه کشش، قطر mm 6 و طول mm 30 و نمونه هاي شارپي mm 10×10×55 بدون شکاف از Yblock گرفته شد. نمونه ها در يک اتمسفر محافظ آرگون در Co 900 به مدت 2 ساعت آستنیته مي شوند. سپس به سرعت به يک حمام نمک مذاب در دماهاي Co 300 و 350 و 400 منتقل مي شوند به مدت (1و2و3و4) ساعت آستمپر مي 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 می روند. يک Leitz ميکروسکوپ متالوگرافي براي تشخيص ريز ساختارها استفاده مي شود. ميکروسکوپ نوري مجهز به نرم افزار Vidas کاربرد آن براي اندازه گيري و توزيع 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 و پرتو افکن Cuk زيمنس 500D- تعين شد. تست کشش نمونه هاي آستمپرشده در يک ماشين هيدروليک KN50 با سرعت ثابت mm/min 10 انجام شد. 0.2 درصد تنش تسليم درتنش کشش نهاي (UTS) و افزايش طول در اندازه شکست. نمونه هاي شارپي آستمپرشده در دماي اتاق حداقل در 3 نمونه مورد آزمايش قرار گرفتند، سطح شکست با يک ميکروسکوپ الکتروني بررسي شد.

 

 

 

 

 

[Peyman 16150]

ريز ساختار

 

مرفولوژي گرافيتهاي کروي در ريزساختار ريختگي چدن داکتيل در شکل (a,b1) نشان داده شده. کاملا کروي با تعداد 80 تا 90 گرافيت کروي در mm 2، کمتر از %90 کروي شدن داريم. ميانگين اندازه گرافيتها µm17 است. ريز ساختار چدن داکتيل بالاي %80 پرليت است. ريز ساختار ADI نشان داده شده در شکل (a-d2) نمونه هاي آستمپر شده در Co300 به مدت 1 ساعت که شامل فريت بينيتي و آستنیت باقيمانده و مقدار کمي مارتنزيت است (شکلa2). سپس زمان آستمپر را به 2 ساعت افزايش داديم، مارتنزيت از ريز ساختارمحو مي گردد. نمونه هاي آستمپر شده در Co300 نوعي بينيت پاييني با پيدايش يک ريز ساختار فريت بينيتي سوزني نشان مي دهد، فريت بينيتي سوزني در زمينه اي از آستنیت باقيمانده ظاهرمي شود (مقدار آستنیت باقيمانده با ميانگين 25 تا 15 درصد حجمي). اين ريز ساختاربعداز آستمپرکردن در دماي Co350 نيز حاضر است (شکل c2). حاصل آستمپردر دماي بالا فريت بينيتي بشقابي شکل و آستنیت باقيمانده زيادتري است (شکلd2).

 

 

 

شکل1 - ريز ساختارنمونه ريختگي (a) قبل از اچ، (b) اچ شده

 

 

اين ريز ساختار بعد از آستمپرکردن در مدت زمان طولاني تر مشاهده شد، مارتنزيت محو شد و ساختار 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،و از اين رو به سوي مارتنزيت تغييرمي کند. رفتار ريز ساختار آستمپرشده در مدت زمان طولاني تر به علت وجود کربن کافي آستنیت باقيمانده داريم حتي پس از آنکه درهوا سرد شد.

 

 

 

شکل2 - ريز ساختار بعد از آستمپرکردن براي 1 ساعت در a ،Co300 و براي 2ساعت (b) Co300 © Co350 و (d) Co400 مارتنزيت

 

 

 

شکل 3 - زمان و دما استحاله ايزوترمال در طي عمليات آستمپر کردن تاثير محسوسي در مقدار نسبي آستنیت باقيمانده دارد

 

 

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. شايد اين توضيحي براي استحاله ناقص بينيتي باشد. مناطق آستنیتي داراي غلظت پائين Si و بالاي کربن، e.g درميان گرافيتهاي کروي، استحاله تبديل آستنیت به فريت بينيتي درمدت زمان کوتاه آستمپر کردن انجام پذير نيست و مارتنزيت آشکار مي گردد. سرد شدن هم نمي تواند مطابق آستمپر در دماي اتاق جلو گيري کند. با قدري افزايش زمان آستمپر کردن مقدار آستنیته باقيمانده افزايش مي يابد و در مدت 2 ساعت به بيشترين مقدار خود مي رسد. رفتار، بعد از 2 ساعت مقدار آستنیت باقيمانده کاهش مي يابد، که اين مشخص مرحله 2 در واکنش آستمپر کردن است سپس آستنیت باقيمانده به فريت بينيتي و کاربيد تجزيه مي شود. اين کاهش در دماي Co 400 مشخص تر است و تجزيه آستنیت به فريت وکاربيد.

 

 

 

 

 

[Peyman 16150]

شکست شناسي

 

سطح شکست در نمونه آزمايش ضربه براي 1 ساعت در Co300 آستمپرشده شکستي کاملا ترد نشان مي دهد. مقطع شکست نمونه هاي آزمايش ضربه که دردماي Co 300 و 350 و 450 براي مدت 2 ساعت آستمپرشده در Co300 يک زمينه نرم و شکست ترد نشان مي دهد. i,e گودي و شکاف شکست پديدار شده درشکل (b4). تنها در نمونه که در Co 350 آستمپر شده شکست نرم بطور کامل معلوم شد (شکلc4) به طور کلي شکست در Co400 شکست ترد است.

 

 

اثر متغيرها آستمپر بر خواص مکانيکي

 

تغيیرات 0.2 %تنش تسليم، افزايش طول، انرژي شکست نسبت به زمان و درجه حرارت Co 400 و 300 و 350 آستمپر کردن در شکل (a-c5) نشان داده شده، استحکام به طور کلي پايدار است. اگر مقدار افزايش بعد از 3 ساعت آستمپر کردن در Co300 و 350 پديدار شده است (a,b5).

 

 

 

 

شکل4.تصاوير ميکروسکوپ الکتروني از آزمايش ضربه نمونه هاي آستمپر شده براي 1 ساعت در Co300 (a و آستمپر شده براي 2 ساعت در b) Co 300 © ،Co 350(

 

 

 

کم بودن مقدار افزايش طول و انرژي 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 و آستنیت باقيمانده افزايش مي يابد، درنتيجه بيشترين مقدار افزايش طول و انرژي شکست را بعد از 2 ساعت آستمپرمي دهد، با افزايش بيشتر زمان،کاهش افزايش طول و انرژي شکست رخ مي دهد. اين کاهش مخصوصا در Co 400 ظاهر مي گردد. کاهش مقدار افزايش طول و انرژي شکست به کاهش مقدار آستنیت باقيمانده در مدت زمان طولاني تر آستمپر مربوط مي شود. تغيرات 0.2 درصد تنش تسليم، UTS افزايش طول، انرژي شکست بعد از 2 ساعت 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 و آستنیت باقيمانده، ساختار ظريف فريت بشقابي و مقدار کم آستنیت باقيمانده به استحکام بالا کمک مي کند. هچنين نبايد از ديگر پارامترها غافل شد. i.e و پراکندگي شکل کاربيدها و دانسيته بالاي نابجائي و اعوجاجات شبکه ناشي از کربن فوق اشباع فريت. با همان اندازه که درجه حرارت آستمپر افزايش مي يابد مارتنزيت در ساختار ناپديد و مقدار آستنیت باقيمانده افزايش مي يابد، اين تغیير باعث کاهش استحکام مي گردد.

 

 

 

 

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

 

 

بيشترين مقدار افزايش طول و انرژي شکست در Co350 نشان مي دهد ، اين منطبق با بالاترين مقدار آستنیت باقيمانده است.(شکل 3) بر طبق نتايج بالا حد مطلوب مراحل انجام شده i.e آستمپرکردن در Co350 براي 2 ساعت نتيجه خواص مکانيکي mpa1180UTS، افزايش طول 8%،انرژي شکست J106 اين خواص از يک ريز ساختار که شامل فريت بينيتي بشقابي و آستنیت 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 © انرژي شکست بعد از 2ساعت

 

 

به استناد به نتايج قبل يک فرآيند ADI باشرايطي شبيه اين پروسه بدون مس mpa1320UTS،افزايش طول 4/3%، انرژي شکست J90 است.آلياژکردن با مس باعث کاهش و بهبود استحکام شکست و افزايش طول مي گردد.

 

 

نتيجه گيري

 

ريزساختار و خواص مکانيکي آلياژچدن داکتيل 0.45 مس با وسايلي از قبيل ميکروسکوپ نوري، ميکروسکوپ الکتروني و پراش اشعه ايکس بررسي شد آزمايش کشش و شکست که به آن اشاره شد. ساختار ريختگي چدن به طور برجسته بالاي %80 پرليت با %95 کروي شدن گرافيت کروي،استحکام و افزايش طول و انرژي شکست شديدا وابسته به مقدار فريت بينيتي و آستنیت باقيمانده است. حد مطلوب پروسه براي آستمپر محققا در Co350 به مدت 2 ساعت است. ميکرو ساختار شامل فريت بينيتي و آستنیت باقيمانده بود. خواص مکانيکي mpa1180UTS، افزايش طول %8 انرژي شکست J106. آلياژکردن با مس افزايش طول و انرژي شکست را بهبود مي بخشد. اما استحکام ADI راکاهش مي دهد.

 

 

 

ترجمه: علیرضا سنجری

 

 

[mahmoud_d66 10]

سلام

خیلی ممنون ار پست مفیدتون

اگه امکان داره نسخه اصلی مقاله را هم بذارید

خیلی نیاز دارم

ممنون

[آستمپرد 11]

سلام عکسها تون نمایش داده نمیشه !

[Avenger 19333]

عکسها قابل روئیت نیست

[Peyman 16150]

تصاویر اصلاح شدند

 

متاسفانه بسیاری از تصاویر در تاپیک های مختلف قابل رویت نیست، هر چند که تا کنون یک بار تمام تصاویر به طور کامل آپلود شدند که البته به علت ف ی ل ت ر شدن سایت های آپلود عکس هست. در اولین فرصت تمام عکس ها به روی آپلود سنتر سایت منقل می شود.