خوبرو مرتضي-Morteza Khoobroo

عنوان : بهبود خواص سطحي چدن خاكستري به روش آلياژسازي درون قالب ريخته¬گري

TITLE : Improvement of surface properties of gray cast iron using in-mold alloying

چكيده

خواص خوردگي و سايشي چدن­هاي خاكستري را مي­توان با افزودن عناصر آلياژي و تغيير تركيب شيميايي آنها بهبود داد، ليكن اين مساله ممكن است بر خواص ديگر تاثير نامطلوب بگذارد. از اين­رو، آلياژسازي سطحي در حين ريخته­گري براي رفع اين مساله مورد استفاده قرار مي­گيرد. هدف از اين پژوهش، بهبود خواص سطحي چدن خاكستري با استفاده از روش آلياژسازي سطحي در حين ريخته­گري مي­باشد. لذا دو پارامتر دما و مقدار عنصر آلياژي مس، به­عنوان متغير تاثيرگذار تعيين شدند. بدين منظور دو سيم مسي با قطرهاي 4/0 و 8/0 ميلي­متر در كف يك قالب سه­حفره­اي ساخته شده با روش ماسه CO_۲ قرار گرفته، قالب­ها به همراه يك نمونه شاهد در دو دماي 1240 و ^oC1340 ريخته­گري شدند. مشخصات ريزساختاري، مكانيكي و مقاومت به خوردگي نمونه­ها، با استفاده از بررسي­هاي ميكروسكوپ نوري و آزمون­هاي پراش پرتو ايكس، طيف­سنجي انرژي پرتو ايكس، سايش رفت و برگشتي، سختي­سنجي و طيف­سنجي امپدانس الكتروشيميايي انجام شد. نتايج نشان داد نمونه ريخته شده در دماي ^oC1340 با مس زيادتر در سطح 12% افزايش در مقدار پرليت نسبت به نمونه شاهد متناظرش دارد و ميزان گرافيت نيز در آن 16% كاهش يافته است. نمونه ريخته شده در دماي ^oC1340 با مقدار مس كمتر در سطح نيز شرايط مشابهي داشته، پرليت در آن 6% افزايش و مقدار گرافيت 7% كم شد. همچنين براي نمونه ريخته شده در دماي ^oC1240 با مس كمتر در سطح 6% افزايش پرليت و 5% كاهش گرافيت مشاهده گرديد. در مورد نمونه با همين دما ولي با مس زيادتر   در سطح نيز، 11% افزايش در پرليت و نيز 7% نيز كاهش در گرافيت مشاهده شد. مقدار فريت نيز در همه نمونه­ها پس از آلياژسازي كاهش يافت. نتايج مشخص ساخت كه سختي سطح نمونه­ها پس از آلياژسازي افزايش يافته است ولي با حركت در عمق به مقدار اوليه برمي­گردد. همچنين مشاهده شد كه حضور مس در نتيجه آلياژسازي سطحي توانسته است مقاومت سايشي نمونه­هاي بارريزي شده در دماي كم و زياد را در بهترين حالت به ترتيب به ميزان 33% و 50% افزايش دهد. همچنين   بهبود مقاومت خوردگي در هر دو گروه از نمونه­ها با آلياژسازي مشاهده گرديد. در كل روش آلياژسازي چدن خاكستري با مس در قالب و در حين ريخته­گري باعث اصلاح ريزساختار و بهبود مقاومت سايشي، خوردگي و سختي در سطح شد.

كلمات كليدي:  چدن خاكستري، آلياژسازي سطحي در قالب، ريخته­گري، مس، مقاومت خوردگي، مقاومت   سايشي، سختي

Abstract

Corrosive and abrasive properties of castings could be improved by addition of alloying elements, however, it may diminish other properties. Therefore surface alloying is employed to increase surface properties without affecting bulk properties. In this study surface properties improvement of gray cast iron by in mold addition of copper during casting was done. For this purpose, pouring temperature of molten gray iron and amount of copper were selected as variable parameters. Two pure copper wires with diameters of 0.4 and 0.8 mm inserted in bottom of sand molds and pouring was done in temperatures of 1240 and 1340 °C. Microstructural investigations, mechanical and corrosion properties of the samples were done by optical microscopy, x-ray diffraction method, Energy dispersive spectroscopy, wear and hardness tests and electrochemical impedance spectroscopy. Measuring of phases in specimens with 0.8 mm copper wire diameter showed that amounts of pearlite increased around 12% and graphite amounts decreased around 16% in specimen with pouring temperature of 1340 °C in comparison with corresponding base specimen. Similarly for specimens with lower copper content, pearlite amount increased 6% and graphite amount decreased 7%. Same results were attained for specimens poured in temprature of 1240 °C, where 6% increase in pearlite and 5% decrease in graphite amount for specimen contains less copper in surface and 11% increase in amount of pearlite and 7% decrease in graphite for specimen with more copper was seen. In all specimens, ferrite amount decreased after alloying in surface. In case of hardness test it was revealed that hardness in alloyed surfaces of all specimens has improved and by moving to inner layers decreased, gradually. Wear resistance of specimens with alloyed surface has improved 50% for 1340 °C and 33% for 1240 °C pouring temprature. Improving in corrosion behavior has occurred for both copper content and pouring temperatures. As a result in mold surface alloying for gray cast iron successfully was done and it has caused improving in corrosion, wear and hardness properties through increase in pearlite amount and decrease in ferrite and graphite amounts. Better condition was when pouring temperature and copper content was higher.

Keywords: Gray cast iron, in-mold surface alloying, corrosion resistance, wear resistance