صفر رستم زاده-Safar Rostamzadeh

عنوان : ريخته گري نيمه جامد تك مرحله اي چدن خاكستري در قالب ماسه اي

TITLE : Single stage semi-solid casting of gray cast iron in a sand mold

چكيده

ريخته ­گري نيمه ­جامد يكي از روش­هاي نسبتا جديد توليد قطعات فلزي مي­باشد. براي ساخت قطعات در بسياري از روش­هاي نيمه ­جامد، نياز به اعمال تنش برشي به مذاب در حال انجماد براي ساخت دوغابي با ذرات غيردندريتي پراكنده در آن مي­ باشد. اكثر فرايندهاي شناخته شده در ريخته ­گري نيمه ­جامد، در طي دو مرحله، شامل توليد دوغاب نيمه­جامد و سپس شكل­دهي آن در يك قالب فلزي، انجام مي­شود. به­دليل نياز به اعمال فشار بالا در مرحله شكل­دهي دوغاب نيمه­جامد، قالب­هاي مورد استفاده براي انجام اين روش­ها از فولادهاي آلياژي گرم­كار ساخته مي­شود. هم­چنين بيشتر پژوهش­هاي انجام گرفته بر روي آلياژهاي با نقطه ذوب پايين نظير آلومينيوم و منيزيم انجام شده و كمتر به بررسي آلياژ­هايي با نقطه ذوب بالا پرداخته شده است. چدن خاكستري پرمصرف­ترين آلياژ در ريخته­گري قطعات صنعتي است. خواصي مانند جذب ارتعاش، قابليت تراشكاري، انتقال حرارت و مقاومت سايش بالا در كنار قيمت پايين باعث استفاده زياد از اين آلياژ شده است. با افزايش درصد كربن اين خواص افزايش يافته ولي درعوض خواص مكانيكي محصولات به­دليل درشت ­شدن لايه­هاي گرافيت در ساختار، كاهش مي­يابد. بنابراين در صورت توفيق در كاهش ابعاد گرافيت­هاي لايه­اي در چدن­هاي خاكستري با درصد كربن بالا، مي­توان محصولاتي با كارايي فيزيكي و مكانيكي بيشتر به­دست آورد. در اين پژوهش، امكان­ توليد ارزان قيمت قطعات نيمه­جامد از يك آلياژ با نقطه ذوب بالا، يعني چدن خاكستري، در قالب ماسه­اي، به­صورت تك­مرحله­اي و به روش گريز از مركز   بررسي شد. به اين منظور از يك دستگاه ريخته­گري گريز از مركز و قالبي ويژه با سيستم راهگاهي مبرددار استفاده شد و نمونه­هايي از مذاب چدن خاكستري هايپريوتكتيك در سه دماي 1285 و 1275 و 1270 درجه­سانتي­گراد و با سرعت دوران 400 و 200 دور بر دقيقه، ريخته­گري شدند و تاثير پارامترهاي مختلف بر ريزساختار و خواص مكانيكي آلياژ مورد بررسي قرار گرفت. براي مقايسه نتايج به­دست آمده از اين روش، نمونه­هايي با روش­هاي ريخته­گري گريز از مركز و ريخته­گري ثقلي نيز ريخته شد. علاوه بر اين، تاثير پارامترهاي فرايند بر پرشدن قالب و تغييرات دمايي و كسر جامد آلياژ در حين انجماد به­وسيله نرم افزار Procast­ بررسي شد. نتايج نشان داد كه ريخته­گري نيمه­جامد گريز از مركز چدن خاكستري هايپريوتكتيك باعث تغيير ريزساختار و ريزتر شدن گرافيت­ها و حذف گرافيت­هاي درشت و ضخيم كيش مي­شود. هم­چنين كاهش دماي ريخته­گري در روش نيمه­جامد باعث ريزتر و نازك­تر شدن گرافيت­هاي يوتكتيكي و كيش شد. نمونه­هاي به­دست آمده از روش نيمه­جامد داراي سختي و استحكام كششي بالاتري نسبت به ديگر نمونه­ها بود و بهبود ريزساختار و كاهش ابعاد گرافيت­ها موجب افزايش استحكام كششي از   MPa128 و سختي از 166 ويكرز براي نمونه­هاي شاهد گريز از مركز   به مقدار استحكام كششي   MPa 154 و سختي 192 ويكرز شد. نتايج نشان داد كه ريخته­گري چدن خاكستري هايپريوتكتيك با استفاده از روش جديد تك­مرحله­اي نيمه­جامد گريز از مركز در قالب ماسه­اي با موفقيت انجام­پذير است و امكان توليد قطعات چدن خاكستري هايپريوتكتيك با حذف گرافيت­هاي درشت كيش و افزايش خواص مكانيكي در عين حفظ ديگر خواص فيزيكي وجود دارد.

كلمات كليدي: ريخته ­گري نيمه­ جامد گريز از مركز، چدن خاكستري هايپريوتكتيك، گرافيت كيش، قالب ماسه ­اي،خواص مكانيكي، شبيه ­سازي

Abstract

Semi-solid casting is one of the new methods of manufacturing metalic parts. In many semisolid casting methods, the parts are produced by applying shear to a solidifying melt to make a slurry of suspended non dendritic primary particles in the melt. Most popular semi-solid casting processes involve two stages. The first stage includes producing a semi-solid slurry which is formed in a high strength metallic die in the second stage of the process. Because of high pressures applied on the semi-solid slurry during the second stage, the die should be made of expensive alloy steels. Also most of the studies have been conducted on low melting point alloys such as aluminium or magnesium and high melting point alloys have attracted less attention. Gray cast iron is a high melting point alloy used in many industrial applications and is suitable for products requiring good heat transfer, machinablity, damping capacity and wear resistance. By increasing the carbon content, flake graphites in the microstructure become coarser and mechanical properties are reduced. Therefore,   reducing the size of flake garphite in high carbon cast irons may results in superior physical and mechanical properties. This research investigated the possibility of low cost single stage semi solid casting of a high melting point alloy, i.e.   gray cast iron, in sand molds using centrifugal force. For this purpose, a specially designed runner chilled sand mold rigged to a vertical centrifugal casting machine was used. The hypereutectic gray cast iron was poured in the sand mold at 1270, 1275 and 1285 ?C and at rotation speeds of 200 and 400 rpm. The effects of different parameters on microstructure as well as mechanical and physical propertie ...