بررسی آستمپر چدن داکتیل آلیاژشده با مس

  چکیده:
آستمپرکردن، چدن داکتیل را به یک ماده عالی بهبود می بخشد که ابن ماده دارای خواص جالبی مانند استحکام بالا ،داکتیلیته و چقرمگی ،آمیخته با پوششی مقاوم وقابلیت ماشینکاری می باشد .همه این خواص را میتوان با عملیات حرارتی کافی بدست آورد ،که حاصل آن میکرو ساختاری مطلوب بایک ترکیب شیمیائی معین است. دراین مقاله نتایج آستمپرکردن آلیاژی با45/0 درصد مس برای یک محدوده زمانی ودمایی گزارش وبررسی شد.درتمامی عملیات ریز ساختار ومقطع شکست با وسائلی نظیرمیکروسکوپ نوری والکترونی وپراش اشعه ایکس تعین گردید.اینها استحکام را نشان می دهند،افزایش طول وانرژی شکست شدیدا به مقدار فریت بینیتی و آستنیت باقیمانده وابسته است.

  مقدمه:بسیاری کاربردهای آستمپر گزارش می شود .دلیل این پیشنهاد یک ترکیبی ازاستحکام بالا وچقرمگی وپوشش مقاوم با قیمت پایین است.خواص مکانیکی ADIوابسته به ساختار آستمپر شده است.هر کدام به نوبه خود تابعی از زمان ودمای آستمپرهستند.اغلب تحقیقات جدید متمرکز شده اند به اثر عناصر آلیاژی وتاثیر آن بر ریز ساختار وخواص آن و واکنش آن درADI.بعنوان مثال عنصر آلیاژی مس ،منطقه آستنیت را در دیاگرام فازی عریض می کند ،دراین میان افزایش سرعت دگرگونی در مراحل آستمپرودر صد کربن در زمینه موثرهستند.از طرف دیگر در طی مراحل بعدی آستمپر،مس شاید از تشکیل کاربید جلو گیری کند.هدف ازاین تحقیق ومطالعه اثر متغیرهای آستمپر(دما وزمان)برریز ساختار وخواص مکانیکی چدن داکتیل آلیاژشده با مس است.  آزمایشات:
نمونه های گوه ای چدن داکتیل با ترکیب شیمیایC%6/3،Si%5/2،Cr%04/0،Cu%45/0،P%014/0،S%014/0،Mg%066/0در کورهای القایی ریختگی تولید گردید .مذاب در حدود℃1420داخل قالبهای ماسه ای Yblockبا استانداردmm5/24 سالم ومطمئن ریخته گری شد.نمونه کشش ،قطرmm6وطولmm30ونمونه های شارپیmm (10×10×55)بدون شکاف ازYblock گرفته شد.نمونه ها دریک اتمسفر محافظ آرگون در 900℃ بمدت 2 ساعت آستنیته می شوند.بسرعت به یک حمام نمک مذاب در دماهای(℃300و350و400)منتقل می شوند به مدت (1و2و3و4)ساعت آستمپرمی شوند،سپس در هوا خنک می شوند.نمونه استاندارد متالوگرافی بدین صورت(ماشینکاری،پولیش واچ با محلول نایتال)آماده می گردند،پیش از انکه برای آزمایشات میکروسکوپ نوری بکار میروند.یک Leitzمیکروسکوپ متالوگرافی برای تشخیص ریز ساختارها استفاده می شود. میکروسکوپ نوری مجهز به نرم افزار Vidasکاربرد آن برای اندازه گیری وتوزیع گرافیت کروی و کسری از حجم آستنیت باقیمانده.تغییر کسری از حجم آستنیت باقیمانده در طول آستمپرکردن بوسیله پراش اشعه ایکس با استفاده از یک پراش سنجی که با نیکل فیلتر شده وپرتو افکن Cukزیمنس500D- تعین شد.تست کشش نمونه های آستمپرشده دریک ماشین هیدرولیکKN50با سرعت ثابت mm/min10انجام شد.2/0درصد تنش تسلیم درتنش کشش نهای (UTS)وافزایش طول در اندازه شکست.نمونه های شارپی آستمپرشدهدر دمای اتاق حداقل در3نمونه موردآزمایش قرار گرفتند،سطح شکست با یک میکروسکوپ الکترونی بررسی شد

  ریزساختار:
مرفولوژی گرافیتهای کروی در ریزساختار ریختگی چدن داکتیل.کاملا کروی با تعداد80تا 90گرافیت کروی درmm2،کمتر از %90کروی شدن داریم میانگین اندازه گرافیتها µm17است. ریز ساختار چدن داکتیل بالای%80 پرلیت است. ریز ساختارADIنشان داده شده)نمونه های آستمپر شده در℃ 300به مدت 1ساعت که شامل فریت بینیتی و آستنیت باقیمانده ومقدار کمی مارتنزیت است سپس زمان آستمپررا به 2ساعت افزایش دادیم ، مارتنزیت از ریز ساختارمحو می گردد.نمونه های آستمپر شده در℃ 300نوعی بینیت پایینی با پیدایش یک ریز ساختار فریت بینیتی سوزنی نشان می دهد، فریت بینیتی سوزنی درزمینه ای از آستنیت باقیمانده ظاهرمی شود(مقدار آستنیت باقیمانده با میانگین 25تا15درصد حجمی).این ریز ساختاربعداز آستمپرکردن در دمای℃ 350نیز حاضر است
این ریز ساختار بعد از آستمپرکردن در مدت زمان طولانی ترمشاهده شد، مارتنزیت محوشد وساختار تنها فریت بینیتی آستنیت باقیمانده بود .این توضیح شاید در مورد تشکیل مارتنزیت درمدت زمان کوتاه آستمپردرست باشد،که علت آن کم بودن کربن که آستنیت ناپایدار می شود،وازاین رو به سوی مارتنزیت تغییرمی کند.رفتار ریز ساختار آستمپرشده در مدت زمان طولانی تر بعلت وجود کربن کافی آستنیت باقیمانده داریم حتی پس از آنکه درهوا سرد شد.

زمان ودما استحاله ایزوترمال در طی عملیات آستمپرکردن تاثیر محسوسی در مقدار نسبی آستنیت باقیمانده دارد

طبق منحنی دو مرحله پیچیده درشکل استحاله ایزو ترمال آشکار شده ،در مرحله 1(زمانها کمتر از 2) مقدار آستنیت باقیمانده با افزایش زمان می گردد .شایداین توضیحی برای استحاله ناقص بینیتی باشد. مناطق آستنیتی دارای غلظت پائین Siوبالای کربن،e.gدرمیان گرافیتهای کروی،استحاله تبدیل آستنیت به فریت بینیتی درمدت زمان کوتاه آستمپر کردن انجام پذیر نیست ومارتنزیت آشکار می گردد.سرد شدن هم نمی تواند مطابق آستمپردردمای اتاق جلو گیری کند.با قدری افزایش زمان آستمپر کردن مقدارآستنیته باقیمانده افزایش می یابد ودر مدت 2 ساعت به بیشترین مقدار خود می رسد.رفتار،بعد از 2ساعت مقدار آستنیت باقیمانده کاهش می یابد،که این مشخص مرحله 2 درواکنش آستمپر کردن است سپس آستنیت باقیمانده به فریت بینیتی و کاربید تجزیه می شود.این کاهش در دمای 400℃ مشخص تر است وتجزیه آستنیت به فریت وکاربید.  شکست شناسی:سطح شکست درنمونه آزمایش ضربه برای 1ساعت در300℃ آستمپرشده شکستی کاملا ترد نشان می دهد.مقطع شکست نمونه های آزمایش ضربه که دردمای 300℃)و350و450 ) برای مدت 2ساعت آستمپرشده در℃ 300یک زمینه نرم و شکست ترد نشان می دهد.i,e گودی وشکاف شکست پدیدار شده.تنها در نمونه که در 350℃ آستمپر شده شکست نرم بطور کامل معلوم شد)بطورکلی شکست در℃400شکست ترد است)                                   .                                     اثرمتغیرها برخواص آستمپرمکانیکی:
تغییرات2/0%تنش تسلیم ،افزایش طول،انرژی شکست نسبت به زمان و درجه حرارت(℃ 400و300و350) آستمپر کردن ،استحکام به طور کلی پایدار است.اگر مقدار افزایش بعد از 3 ساعت آستمپر کردن در℃300و350 پدیدار شده است.

کم بودن مقدار افزایش طول وانرژی شکست به زمان کوتاه آستمپر کردن وابسته است،که علت شکست ترد وجود مارتنزیت در ساختار است. بر خلاف در زمانهای طولانی ،مارتنزیت از ساختار ناپدید می گردد،چون مقدار فریت بینیتی وآستنیت باقیمانده افزایش می یابد، درنتیجه بیشترین مقدارافزایش طول وانرژی شکست را بعد از 2 ساعت آستمپرمی دهد،با افزایش بیشتر زمان،کاهش افزایش طول وانرژی شکست رخ می دهد.این کاهش مخصوصادرCo400ظاهرمی گردد. کاهش مقدار افزایش طول وانرژی شکست به کاهش مقدارآستنیت باقیماندهدر مدت زمان طولانی تر آستمپر مربوط می شود.تغیرات2/0درصدتنش تسلیم،,UTSافزایش طول،انرژی شکست بعد از 2ساعت آستمپر در دماهای مختلف.استحکام بالا در دمای پائین آستمپر وابسته به پیدایش فریت بینیتی سوزنی با مقداری مارتنزیت وآستنیت باقیمانده،ساختارظریف فریت بشقابی ومقدار کم آستنیت باقیمانده به استحکام بالا کمک می کند. هچنین نباید از دیگر پارامترها غافل شد I,e وپراکندگی شکل کاربیدها ودانسیته بالای نابجائی واعوجاجات شبکه ناشی از کربن فوق اشباع فریت .با همان اندازه که درجه حرارت آستمپرافزایش می یابد مارتنزیت در ساختار ناپدید ومقدار آستنیت باقیمانده افزایش می یابد ،این تغییر باعث کاهش استحکام می گردد.

بیشترین مقدارافزایش طول و انرژی شکست در 350℃نشان می دهد ، این منطبق با بالاترین مقدار آستنیت باقیمانده است.بر طبق نتایج بالا حد مطلوب مراحل انجام شده I,eآستمپرکردن در350℃ برای 2 ساعت نتیجه خواص مکانیکی mpa1180UTS،افزایش طول8%،انرژی شکست J106این خواص از یک ریز ساختار که شامل فریت بینیتی بشقابی وآستنیت باقیمانده که حجمی برابر 22%دارد که به موجب ان مقطع شکست کاملا نرم است.اثردمای آستمپر بر (a (2/0% تنش تسلیم (b) UTS (c) انرژی شکست بعداز 2ساعت به استناد به نتایج قبل یک فرآیند ADI باشرایطی شبیه این پروسه بدون مس mpa1320UTS، افزایش طول 4/3%،انرژی شکست J90است.آلیاژکردن با مس باعث کاهش و بهبود استحکام شکست وافزایش طول می گردد. نتیجه گیری:ریزساختار وخواص مکانیکی آلیاژچدن داکتیل 45/0مس باوسایلی از قبیل میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی وپراش اشعه ایکس بررسی شدآزمایش کشش وشکست که به آن اشاره شد.ساختار ریختگی چدن بطور برجسته بالای %80 پرلیت با %95کروی شدن گرافیت کروی ،استحکام و افزایش طول وانرژی شکست شدیدا وابسته به مقدار فریت بینیتی وآستنیت باقیمانده است.حد مطلوب پروسه برای آستمپرمحققا درCo350به مدت 2ساعت است.میکرو ساختار شامل فریت بینیتی و آستنیت باقیمانده بود.خواص مکانیکی mpa1180UTS،افزایش طول %8انرژی شکست J106.آلیاژکردن با مس افزایش طول وانرژی شکست را بهبود می بخشد اما استحکام ADI راکاهش می دهد. 

منبع اطلاعاتی: www.felezat.com