سيدعلي اكبر صديقي قلعه قاسمي- Sayed Ali Akbar Sedighi Ghale Ghasemi

عنوان : توليد و مشخصه يابي چدن خاكستري هايپريوتكتيك نيمه جامد به روش SSR همراه با افزودن نانو مواد جوانه زا

TITLE : Production and Characterization of Semisolid Hypereutectic Grey Cast Iron Through SSR Process with Addition of Nano-Size Inoculants

چكيده

ريخته ­گري نيمه جامد به دليل مزايايي كه نسبت به فرايندهاي متداول ريخته­ گري فلزات دارد، به عنوان يكي از روش­هاي نسبتا جديد توليد قطعات فلزي بررسي و به كار گرفته شده است. بيشتر تحقيقات انجام گرفته در مورد روش­هاي ريخته­گري نيمه جامد، بر روي آلياژهاي نقطه ذوب پايين بوده و كمتر به بررسي آلياژهاي آهني و نقطه ذوب بالا پرداخته گرديده است. در اين تحقيق به بررسي ساختار و خواص يك چدن خاكستري هايپريوتكتيك كه به روش SSRريخته­گري شده، پرداخته مي شود.روش SSRيكي از روش­هاي ريخته­گري نيمه جامد است كه بر اساس ايجاد تبريد موضعي در مذاب و ايجاد تعداد زيادي جوانه و پخش كردن آن­ها در مذاب عمل مي­كند.حضور مقادير زيادي گرافيت درشت كيش در ساختار انجمادي چدن­هاي خاكستري هايپريوتكتيك موجب پايين بودن خواص مكانيكي آن­ها مي‌گردد. از آنجايي كه چدن خاكستري هايپريوتكتيك خواص فيزيكي قابل توجهي مانند قابليت انتقال حرارتو قابليت جذب ارتعاش بالا دارد، در صورت بهبود ساختار وخواص مكانيكي آن به اين روش،   مي توان محصولاتي با كارايي بيشتر به دست آورد.در اين تحقيق ابتدا شمش اوليه با تركيب مشخص تهيه شده وپس از ذوب و انجام عمليات SSR بر روي آلياژ، دوغاب تهيه شده در دو قالب ماسه­اي و فلزيريخته­گري شد و در يك مرحله هم به صورت كوبشي تحت فشار قرار گرفت. در مرحله بعدي، ريخته‌گري نيمه جامد همراه با افزودن جوانه­زاي ميكروني و نانوسايز انجام شد. سپس تاثير فرايندهاي مختلف بر ساختار و خواص فيزيكي و مكانيكي آلياژ مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه ريخته­گري نيمه جامد چدن خاكستري هايپريوتكتيك علاوه بر تغيير ساختار از دندريتي به كروي، موجب ريزتر شدن گرافيت­ها، از بين رفتن گرافيت­هاي كيش و ايجاد گرافيت نوع Dمي­شود. اين تغييرات ساختاري با استفاده از قالب فلزي و با اعمال فشار و همچنين با افزودن جوانه­زا بيشتر شد. عمليات SSRموجب بيشتر شدن چگالي نمونه­ها شده و ريخته‌گري كوبشي هم به اين افزايش كمك ­كرد، به طوري كه چگالي از مقدار05/7گرم بر سانتيمتر مكعب براي نمونه شاهد ريخته شده در قالب ماسه­اي به 4/7گرم بر سانتيمتر مكعب براي نمونه ريخته­گري شده به روش كوبشي افزايش پيدا كرد. تغييرات ساختاري انجام شده مقاومت ويژه الكتريكي را نيز بهبود داده و مقدار آن را از ? cm^۴-10×9/3 براي نمونه شاهد ريخته­گري شده در قالب ماسه­اي به ? cm^۴-10×47/1 براي نمونه نيمه جامد كوبشي رسانيد. با انجام تست­هاي مكانيكي مشخص شد كه اين بهبود ساختار و مورفولوژي گرافيت موجب افزايش استحكام كششي، استحكام خمشي ونيز بهبود سختي و مقاومت به سايش آلياژ مورد بررسي مي­گردد. تحت اين تغييرات ساختاري، استحكام كششي از MPa3/116 براي نمونه شاهد قالب ماسه­اي، تا MPa 9/168 براي نمونه نيمه جامد با جوانه­زاي نانوسايز افزايش يافت و استحكام خمشي نيز از MPa9/254 براي نمونه شاهد در قالب ماسه­اي به مقدار ماكزيمم MPa 7/424 براي نمونه نيمه جامد با جوانه‌زاي نانوسايز رسيد.بالاترين مقدار سختي براي نمونه نيمه جامد كوبشي و برابر با HV6/215 بدست آمد. علت اين مساله علاوه بر ساختار و مورفولوژي مناسب گرافيت­ها، به چگالي بالاي اين نمونه نسبت داده شد. بيشترين مقدار مقاومت به سايش براي نمونه نيمه جامدي كه تحت فشار منجمد شد، حاصل گرديد. در نمونه­هاي شاهد كه مقدار گرافيت نوع D زياد نيست، حضور گرافيت­هاي كيش درشت­تر، به خاطر عملكرد روانكاري كه دارند، مقاومت به سايش را قدري افزايش مي­دهد.

  كلمات كليدي: ريخته گري نيمه جامد، روش SSR، چدن خاكستري هايپريوتكتيك، نانو مواد جوانه­زا، خواص مكانيكي

Abstract

Semi solid casting has been studied and used as one of the rather new ways of manufacturing metallic parts due to its advantages over other common casting processes. The majority of the studies were on low melting point alloys and ferrous and high melting point alloys have attracted less attention. In the present study, the microstructure and properties of a SSR cast hypereutectic gray cast iron was evaluated. SSR is a semi solid casting process based on local cooling of the liquid phase and producing and dispersing nuclei into it. Presence of a lot of large Kish graphites in the microstructure of a hypereutectic gray cast iron results in low mechanical properties. Hypereutectic gray cast irons have remarkable physical properties such as high heat transfer ability and high trembling absorption ability, so in case of better microstructure and mechanical properties they could make more efficient metallic products. In this research first the ingot with distinguishing composition was made and after melting and SSR treatment of the alloy, it was poured into two sandy and metallic molds and pressed by squeezing. As the next step, micro and nano size inoculants were added to the liquid phase for casting. Then theeffect of different treatments on microstructures, physical and mechanical properties were evaluated. The results showed that semi solid casting of a hypereutectic gray cast iron changed the dendritic microstructure to spherical, made the graphites smaller, removed Kish graphites and produced D type graphites. The microstructures underwent more changes in the cases of metallic mold, pressing and adding inoculants.The effect of two types nano size and micro size inoculant wasn’t very different on mechanical properties and microstructure. SSR treatment resulted in higher densitie ...