تاثیر افزودن آنتیموان و مدول ریختگی بر مورفولوژی گرافیت، ریزساختار و خواص مکانیکی چدن نشکن

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران

10.22034/frj.2021.304813.1140

چکیده

در این تحقیق تاثیر افزودن آنتیموان و مدول ریختگی بر ریزساختار، مورفولوژی گرافیت، و خواص مکانیکی یک چدن نشکن مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. بدین منظور یک چدن نشکن با مدول‌های ریختگی مختلف 8، 15 و 30 میلی‌متر ریخته‌گری شد. همچنین به منظور بررسی تاثیر عنصر آنتیموان در یک قالب دیگر با شرایط مشابه قبل، 01/0 درصد وزنی آنتیموان، به مذاب اضافه شد. سپس ریزساختار با استفاده از میکروسکوپ نوری مورد بررسی قرار گرفت. برای تحلیل تصاویر ریزساختار از نرم افزار پردازش تصویر MIP4 استفاده شد. برای بررسی خواص مکانیکی، آزمایش سختی برینل و کشش انجام شد. نتایج این تحقیق نشان داد، با افزایش مدول ریختگی تعداد کره گرافیتی از 500 به 235 کره در میلی‌متر مربع، درصد کرویت از 71 به 63 درصد کاهش یافت. همچنین بررسی نتایج آزمایش سختی و کشش حاکی از آن است که با افزایش مدول ریختگی، سختی از 289 به 212 برینل و استحکام تسلیم از 430 به 350 مگاپاسکال کاهش می‌یابد. مقایسه نمونه‌های حاوی آنتیموان و بدون آنتیموان نشان داد، آنتیموان سبب افزایش درصد کرویت، تعداد کره گرافیتی وکسر حجمی پرلیت می‌شود. به عنوان مثال برای نمونه با مدول 15میلی‌متر حضور آنتیموان، تعداد کره گرافیتی را 49% افزایش داد، درصد کرویت را از 65 به 5/68 درصد بهبود بخشید، همچنین کسر حجمی پرلیت را تقریبا 11% افزایش داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Nakayama‌ H., Zhao B. R., Furusato N., Yamada S., Nishi T., Ohta H., Effect of amount of chunky graphite on mechanical properties of spheroidal-graphite cast iron, Materials Transactions, 2018, 59(3) 412–419.
[2]  Bauer B., Mihalic Pokopec I., Petrič M., Mrvar P., Effect of Si and Ni addition on graphite morphology in heavy-section spheroidal graphite iron parts, Materials Science Forum, 2018, 925, 70–77.
[3]  Song L., Guo E., Tan C., Effect of Bi on graphite morphology and mechanical properties of heavy section ductile cast iron, China Foundry, Foundry Journal Agency; 2014, 11(2)125–31.
[4]  Borsato T., Berto F., Ferro P., Carollo C., Influence of solidification defects on the fatigue behaviour of heavy-section silicon solution–strengthened ferritic ductile cast irons, Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 2018, 41(11) 2231–2238.
[5]  Borsato T., Ferro P., Berto F., Carollo C., Effect of solidification time on microstructural, mechanical and fatigue properties of solution strengthened ferritic ductile iron, Metals (Basel)., 2019, 9, 1.
[6]  Grenier S., Labrecque C., Gundlach R., Kroka B., Riabov M., Inter-laboratory study of nodularity and nodule count of ductile iron by image analysis, 2014.
[7]  Doubrava J. H., Cater S. F., Wallace J. F., The influence of  processing variables on the matrix structure and nodularity of ductile iron, AFS Trans., 1981, 229-250.
[8]  Guo X., Stefanescu D. M., Stefanescu D. M., Chuzhoy L., Pershing M. A., A mechanical properties model for ductile iron nucleation and growth of spheroidal graphite view project CompCAST Plus view project a mechanical properties model for ductile iron, Transactions of the American Fisheries Society, 1997.
[9]  Ferro P., Fabrizi A., Cervo R., Carollo C., Effect of inoculant containing rare earth metals and bismuth on microstructure and mechanical properties of heavy-section near-eutectic ductile iron castings, Journal of Materials Processing Technology, 2013, 213(9) 1601–1608.
[10] Glavas Z., Strkalj A., Maldini K., Effects of antimony and wall thickness on graphite morphology in ductile iron castings, Metallurgical and Materials Transactions B: Process Metallurgy and Materials Processing Science, 2016, 47(4) 2487–2497.
[11] Diao X. G., Ning Z. L., Cao F. Y., Ren S. Z., Sun J. F., Effects of antimony addition and section size on formation of chunky graphite in ductile iron, Materials Science and Technology, 2011, 27(4) 834–838.
 [12] Mourad M. M., El-Hadad S., Ibrahim M. M., Nofal A. A., Effect of Processing Parameters on the Mechanical Properties of Heavy Section Ductile Iron, Journal of Metallurgy, 2015, 2015, 1–11.
[13] بوترابی م. ع.، کزازی غ. ر.، مصلح ب.، نفیسی ش.، نگرشی نوین بر طراحی سیستم راهگاهی، نشر دانشگاه علم و صنعت ایران، چاپ چهارم، 1396.
[14] Ceschini L., Morri A., Morri A., Salsi E., Squatrito R., Todaro I., Microstructure and mechanical properties of heavy section ductile iron castings: Experimental and numerical evaluation of effects of cooling rates, International Journal of Cast Metals Research, Maney Publishing, 2015, 28(6):365–74.
[15] Riebisch M., Pustal B., Bührig-Polaczek A., Influence of Carbide-Promoting elements on the microstructure of high-silicon ductile iron, International Journal of Metalcasting, 2020, 14(4) 1152–1161,
[16] Lia B. G., Sim K. H., Kim R. C., Effect of Sb–Ba–Ce–Si–Fe post inoculants on microstructural and mechanical properties of as-cast pearlitic ductile iron, Steel Research International, 2019, 90(5)1800530.
[17] Wang Z. H., Zhang X., Xu F. L., Qian K. C., Chen K. M., Effect of nodularity on mechanical properties and fracture of ferritic spheroidal graphite iron, China Foundry, 2019,  16(6), 386–392.
[18] Havlicek F., Elbel T., Archives of foundry engineering geometrical modulus of a casting and its influence on solidification process, 2011, 11, 170–176.
[19] Laine J., Jalava K., Vaara J., Soivio K., Frondelius T., Orkas J., The mechanical properties of ductile iron at intermediate temperatures: the effect of silicon content and pearlite fraction, International Journal of Metalcasting, 2021, 15(2) 538–547.
[20] Shinde V. D., Ravi B., Narasimhan K., Effect of orientation, thickness, and composition on properties of ductile iron castings, Materials and Manufacturing Processes, 2013, 28(5), 539–544.