حميد خداويردي زاده آقبلاغ- Hamid Khodaverdizadeh Aghbelagh

عنوان : ريخته گري كوبشي چدن داكتيل و بررسي تاثير اعمال فشار در حين انجماد بر ريزساختار و خواص مكانيكي آن

TITLE : Squeeze casting of ductile iron and study of the effects of applied pressure on its microstructure and mechanical properties

چکيده فارسي : 

تحقيقات زيادي نشان داده است كه اعمال فشار در هنگام انجماد فلزات و آلياژها باعث بهبود ريزساختار و خواص مكانيكي آنها شده و تخلخل‌هاي گازي و انقباضي قطعات را كاهش مي‌دهد. بيشتر تحقيقات انجام شده در اين رابطه بر روي فلزات با نقطه ذوب پايين نظير آلومينيوم انجام شده است و بخصوص مقالات چاپ شده معدودي در زمينه ريخته‌گري كوبشي چدن‌ها وجود دارد. در اين پژوهش تاثير اعمال فشار در حين انجماد، بر خصوصيات ساختاري و مكانيكي يك چدن داكتيل مورد بررسي قرار گرفت. پس از بهينه سازي تركيب شيميايي اوليه به منظور دستيابي به ساختارهايي با درصد كاربيد قابل قبول، روش كروي كردن در بوته سر بسته به عنوان مناسب ترين روش كروي كردن تعيين گرديد. همچنين كروي كردن در دماي1400 درجه سانتيگراد، با استفاده از مقدار 3 درصد فروسيليكومنيزيم و ريخته‌گري مذاب 20 ثانيه پس از كروي كردن به عنوان مناسب‌ترين شرايط كروي كردن تعيين گرديد. در ادامه مذاب چدن داكتيل با تركيب شيميايي حاوي 65/3 درصد كربن و24/2 درصد سيلسيم )4/4 درصد كربن معادل( با استفاده از يك كوره زميني آماده شده و تحت شرايط مناسب به دست آمده تحت عمليات كروي كردن قرار گرفت. مذاب كروي شده در داخل يك قالب از جنس فولاد H13 ريخته‌گري كوبشي شده و تحت فشارهاي اعمالي 0، 25، 50 و 75 مگاپاسكال منجمد گرديد و نمونه‌هاي ريخته شده پس از برشكاري، مورد بررسي‌هاي ساختاري و مكانيكي قرار گرفتند. نتايج به دست آمده نشان داد كه با افزايش فشار اعمالي از صفر تا 75 مگاپاسكال، درصد گرافيت آزاد موجود در ساختار و قطر متوسط كره‌هاي گرافيتي به ترتيب حدود 35 و 20 درصد كاهش يافت. افزايش فشار اعمالي همچنين باعث افزايش كسر كره‌هايي با قطر كمتر از 10 ميكرون ‌شد. كرويت ذرات گرافيت با افزايش فشار اعمالي قدري افزايش پيدا كرد. با افزايش فشار از صفر تا 50 مگاپاسكال ندول كانت ذرات از حدود 1315 به حدود 1582 ذره بر ميليمتر مربع افزايش يافت اما با افزايش بيشتر فشار تا 75 مگاپاسكال اين مقدار به حدود 1388 كاهش پيدا كرد. درصد فازهاي سمنتيت و پرليت موجود در ساختار با افزايش فشار اعمالي افزايش و درصد فاز فريت كاهش يافت. همچنين با افزايش فشار اعمالي از صفر تا 50 مگاپاسكال، استحكام كششي و درصد ازدياد طول نمونه‌ها به ترتيب از 559 مگاپاسكال و 6/1 درصد به 620 مگاپاسكال و 6/4 درصد و انرژي ضربه نيز از 9/3 ژول به 35/5 ژول افزايش يافت. با افزايش بيشتر فشار اعمالي، استحكام كششي، درصد ازدياد طول و انرژي ضربه كاهش پيدا كردند. در نهايت تغييرات ساختاري و مكانيكي ايجاد شده در نمونه‌هاي ريخته‌گري كوبشي شده با توجه به تاثير فشار بر نرخ انتقال حرارت، سرعت سرد شدن نمونه‌ها و كاهش عيوب گازي و انقباضي در قطعات توضيح داده شد.

كليد واژه‌ها: ريخته‌گري كوبشي، چدن داكتيل، انجماد تحت فشار، ريزساختار، خواص مكانيكي

ABSTRACT : 

In the present work, the effects of applied pressure during solidification on microstructure and mechanical properties of a hypereutectic ductile iron were investigated. The suitable chemical composition of the base cast iron (3.65 wt%C, 2.24 wt%Si and 4.4 wt%C.E.) to avoid excessive carbide formation in the microstructures was determined after some preliminary test. Also the close lid ladle nodulizing treatment was recognized as the suitable nodulizing method for treating small quantities (about 5Kg) of cast iron. Furthermore, effects of some of the nodulizing treatment parameters on the microstructures were examined and 1400°C, 3wt% addition and 20 seconds were chosen as suitable processing values for nodulizing temperature, amount of nodulizing agent addition and delay time between nodulization and pouring, respectively. Consequently, magnesium treated melts were squeeze cast under external pressures of up to 75MPa using a hydraulic press and their microstructural and mechanical characteristics were investigated. Microstructural measurements were carried out on un-etched and etched surfaces of the castings using an optical microscope and Clemex image analysis software. Results showed that pressurized solidification of ductile iron had a significant effect on its microstructure and especially on the characteristics of the graphite nodules. Increasing the applied pressure from zero to 75Mpa decreased the amount of free graphite observed in the microstructures, reduced the nodule size and increased the graphite nodule count and graphite nodules sphericity. Increasing of the applied pressure also resulted in higher pearlite and cementite and lower ferrite contents in the microstructures. Moreover, the ultimate strength, yield strength and fracture toughness of the castings improved as the applied pressure rose from zero to 50MPa. Further increase in the applied pressure resulted in slightly lower mechanical properties. SEM fractographs showed an increasing trend for ductility of the fractured surface with increasing the applied pressure up to 50MPa followed by a decrease as the pressure was further increased to 75MPa. The reduction in the mechanical properties at the highest applied pressures was associated with the influence of the applied pressure on the formation of more carbide phase and decrease in the graphite nodule cont in the microstructures