پایان نامه بررسی تأثیر افزودن مس بر ریز ساختار و خواص مكانیكی چدن داكتیل

پایان نامه بررسی تأثیر  افزودن مس بر ریز ساختار و خواص مكانیكی چدن داكتیل در 94 صفحه ورد قابل ویرایش 

فهرست

فصل اول: مقدمه

 هدف آزمایش

1-1          چدن با گرافیت كروی

2-1          كروی سازی گرافیت

3-1          مشكلات افزودن منیزیم

4-1    اهمیت جوانه زایی

5-1          انجماد و مكانیزم كروی شدن گرافیت در چدن نشكن

فصل دوم: مروری بر منابع

1-2          تغییر حالت یوتكتوئید در چدنهای نشكن

1-1-2 تشكیل حلقه های فریت در اثر تجزیه آستنیت

2-1-2          تشكیل پرلیت در اثر تجزیه آستنیت

2-2          اثر مس بر سینیتیك تغییر حالت یوتكتوئید در چدنهای نشكن

2-3          اثر مس منحنی های سرد كردن

1-2-2 اثر مس بر منحنی های تغییر حالت برحسب زمان

2-2-2            اثر عناصر آلیاژی بر مكانیزمهای حاكم بر فرایند تغییر حالت یوتكتوئید در چدنهای نشكن

3-2          اثر مس بر ریز ساختار چدنهای نشكن

1-3-2 اثر مس بر ساختار زمینه چدنهای نشكن

2-3-2            اثر مس بر مشخصات گرافیتهای كروی

4-2          اثر مس بر خواص مكانیكی چدنهای نشكن

1-4-2            اثر مس بر سختی چدنهای نشكن

3-4-2            اثر مس بر مقاومت به ضربه چدنهای نشكن

فصل سوم: روش آزمایش

روش آزمایش

فصل چهارم: نتایج

1-4- نتایج حاصل از بررسی ساختار نمونه های مورد آزمایش

2-4- نتایج حاصل از بررسی اثر مس بر ریز ساختار نمونه های مورد آزمایش

3-4- نتایج حاصل از بررسی های اثر مس بر درصد كروی شدن

4-4- نتایج حاصل از بررسی اثر مس بر اندازه گرافیتهای كروی

5-4- نتایج حاصل از بررسی اثر مس بر تعداد گرافیتهای كروی در واحد سطح

6-4- نتایج حاصل از بررسی اثر مس بر ساختار زمینه

فصل پنجم: نتیجه گیری

1-5- اثر مس بر ریز ساختار نمونه های مورد آزمایش

1-1-5- اثر مس بر درصد كروی شدن

2-1-5- اثر بر تعداد گرافیتهای كروی در واحد سطح

3-1-5- اثر مس بر اندازه گرافیتهای كروی

4-1-5- اثر مس بر ساختار زمینه

2-5- اثر مس بر خواص مكانیكی نمونه های مورد آزمایش

1-2-5- اثر مس بر خواص كشتی

2-2-5- اثر مس بر انرژی ضربه

2-2-5- اثر مس بر سختی

3-5- نتیجه گیری

منابع و مآخذ

پیوستها

مقدمه:

هدف از انجام آزمایش:

در این آزمایش سعی شده كه به این سؤال پاسخ داده شود كه به علت افزایش سختی در اثر افزودن مس در چدنهای نشكن چیست. لذا لازم می باشد كه مختصری در مورد چدنهای نشكن نكاتی یادآوری شود.

1-1          چدن با گرافیت كروی:

چدنهای نشكن یا چدنهای گرافیت كروی، خانواده ای از چدنها هستند و همانطور كه از اسمشان پیداست شكل گرافیت در آنها كروی است. همین كروی بودن گرافیت ها، باعث افزایش استحكام و چقرمگی در مقایسه با چدنهای با گرافیت ورقه ای می گردد. اصولاً چدن نشكن با افزودن منیزیم Mg در مذاب، تولید می شود. برای كروی شدن گرافیت های قطعاتی كه در قالبهای ماسه ای تولید می شوند مقدار 0.07 – 0.04% منیزیم باقیمانده در قطعات ریخته شده كافی می باشد. برای قطعاتی كه در قالبهای فلزی تولید می شوند مقدار % 0.02 منیزیم باقیمانده كافی می باشد. همانطور كه گفته شد برای كروی نمودن گرافیتها، به منیزیم احتیاج داریم كه اگر میزان منیزیم از حد مورد نظر كمی كمتر باشد، گرافیتهای فشرده با استحكام و چقرمگی پائین تری بدست می آید. اصولاً چدن نشكن در مقایسه با چدن گرافیت ورقه ای، تمایل به تبرید بیشتری دارد و برای بدست آوردن ساختار عاری از كار بید مخصوصاً در مقاطع نازك، لازم است جوانه زایی با آلیاژ سیلیسیم si انجام شود.

اندازه گرافیت كروی می تواند روی خواص مكانیكی تأثیر بگذارد. اندازه گرافیت ها به دو پارامتر بستگی دارد:

1- آهنگ سرد شدن یا اندازه سطح مقطع. چون مقاطع نازك سریع سرد می شوند، تعداد بیشتری گرافیت كروی خواهند داشت.

2- جوانه زنی با آلیاژ سیلیسیم، افزایش تعداد گرافیت كروی و كاهش تمایل به تبریدی بودن مخصوصاً در مقاطع نازك را باعث می شود. افزایش مقدار جوانه زا باعث افزایش تعداد گرافیتهای كروی می شود.

در حین ریخته گری این نوع چدن می توان به ساختار زمینه فریت، پرلیت، مخلوط فریت و پرلیت، آستنیت، بینایت و مار تنزیت دست یافت. چدنهای نشكن پرلینی استحكام بالایی دارند ولی چقرمگی آنها كمتر است. چدنهای نشكن فریتی – استحكام كمتری دارند ولی ازدیاد طول مبنی آنها بیشتر و مقاومت به ضربه شان خوب است.

2-1 كروی سازی گرافیت

در حال حاضر، در تمام كارخانه ها، برای كروی نمودن گرافیتهای چدن نشكن از منیزیم، استفاده می گردد. در ضمن عناصر جزئی مانند سریم و عناصر خاكی نادر موجود در آلیاژ فروسیلیكو منیزیم Fe-Si-Mg برای خنثی كردن عناصر جزیی مضرو راندمال بهتر در عمل جوانه زایی، اهمیت زیادی دارند.

روش افزودن منیزیم به روشهای مختلف اعم از ساده و پیچیده می باشد. در انتخاب یكی از روشها برای یك كارگاه معین باید فاكتور های زیادی مورد نظر قرار گیرد و در بین آنها مهمترین فاكتورها با تعیین اولویتها مشخص گردد. فاكتورهای اصلی به قرار زیر می باشند:

1. روش انتخاب شده نباید با ایجاد نور و دود همراه باشد.
2. قیمت تمام شده چدن تولیدی باید حداقل باشد.
3. روش نباید احتیاج به سرمایه گذاری زیاد در تجهیزات داشته باشد.
4. كیفیت چدن تولیدی باید مطلوب باشد.
5. روش باید توانایی ریختن قطعات با وزن های مختلف را دارا باشد.

برای تولید چدن نشكن مرغوب باید كنترل دقیق به عمل آید تا مقدار منیزیم باقیمانده كم یا زیاد نباشد. از آنجائیكه دما و تركیب شیمیای برای بازیابی منیزیم موثر میباشند، فرآیند و مواد مناسب كروی سازی مطلوب، بزرگترین عوامل بالقوه برای تغییرات منیزیم باقیمانده می باشندو

3-1 مشكلات افزودن منیزیم

افزودن منیزیم و آلیاژ آن در مذاب چدن مشكلاتی در پی دارد كه تا كنون در تمام روشهای كروی نمودن كاملاً حل نشده است.

میزان پائین حلالیت: منیزیم بمقدار خیلی كم در مذاب چدن حل می شود. بنابراین آلیاژ منیزیم با آهن بصورت فرومنیزیم Fe- Mg به هیچ وجه مورد استفاده قرار نمی گیرد.

نقطه جوش پائین: وارد كردن منیزیم خالص به چدن مذاب مشكل می باشد زیرا منیزیم در درجه حرارت 1102 می جوشد كه خیلی پائین تر از حرارت مذاب می باشد. بعلاوه فشار بخار زیاد منیزیم در دمای كروی نمودن، حلالیت را بسیار دشوار می سازد.

وزن مخصوص: وزن مخصوص منیزیم كه خیلی پائین تر از وزن مخصوص چدن است. چون منیزیم سبكتر است روی سطح مذاب می آید كه باعث جوشیدن و اكسید شدن منیزیم و نتیجتاً كاهش راندمان بازیابی می گردد.

4-1  اهمیت جوانه زایی:

2-1-5) اثر مس، بر تعداد گرافیتهای كروی در واحد سطح

تعداد گرافیتهای كروی در واحد سطح با افزایش مس از روند افزایشی برخوردار است (شكل 3-4). بنابر گزارشات موجود [50،41،21]، علت اصلی افزایش تعداد گرافیتهای كروی در واحد سطح با افزایش عنصر مس ممكن است مربوط به جدایش این عناصر در فصل مشترك گرافیت كروی و زمینة فلزی باشد. جدایش این عنصر می تواند منجر به تشكیل سدهایی در مقابل مهاجرت و نفوذ اتمهای كربن به سمت گرافیتهای كروی باعث افزایش می دهد. از طرف دیگر در برخی از منابع به این نكته اشاره شده كه مس در مرحلة انجماد خاصیت گرافیت زایی داشته و تمایل به تجزیه یا جلوگیری از تشكیل كاربید های یوتكتوئید را دارد. از اینرو افزایش مس می تواند موجب افزایش مسبی كربن معادل  و نیز ممانعت از تشكیل سمنتیت گردد. بنابراین افزایش مس ممكن است از این طریق نیز تا حدودی باعث افزایش تعداد گرافیتهای كروی در واحد سطح گردد [27و22و17].

3-1-5) اثر مس، بر اندازة گرافیتهای كروی

در فصل گذشته با توجه به نتایج بدست آمده به این نكته اشاره شد كه افزایش عنصر مس باعث ریزتر شدنگرافیتهای كروی شده و از طرف دیگر این عناصر یكنواختی بیشتری را در اندازه گرافیتهای كروی ایجاد می نمایند (این نتیجه با گزارش موجود در مرجع 22 مطابقت دارد). دلایلی كه در رابطه با كاهش اندازة گرافیتهای كروی با افزایش عنصر مس می توان ذكر كرد تا اندازه زیادی با دلایلی كه در قسمت قبل به منظور توضیح علت افزایش تعداد گرافیتهای كروی در واحد سطح با افزایش این عناصر ارائه شد مشابهت دارد. به این ترتیب كه سدهای نفوذی ایجاد شده توسط این عناصر از مهاجرت و نفوذ اتمهای كربن به سمت گرافیتهای كروی كه در مرحله انجماد شكل گرفته اند، ممانعت بعمل آورده و به این وسیله از رشد بیشتر گرافیتهای كروی جلوگیری می نمایند.