تاثیر مقدار آلومینیم بر ریزساختار و سختی زمینه چدن‌های با گرافیت کروی تولیدشده به روش منیزیم در راهگاه

نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

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

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران.‏

10.22034/frj.2018.133149.1041

چکیده

این پژوهش به تاثیر مقادیر مختلف آلومینیم بر ریزساختار و خواص چدن‌های با گرافیت کروی تولیدشده به ‏روش منیزیم در راهگاه اختصاص دارد. به این منظور چدن با گرافیت کروی به ترتیب حاوی 7/3، 4/6 و 5/7 ‏درصد وزنی آلومینیم به‌صورت ‏Y‏ بلوک در ماسه معمولی و به روش منیزیم در راهگاه تهیه شد. پس از ‏آماده‌سازی نمونه‌ها بر اساس روش‌های متداول، ریزساختار چدن‌های تولیدشده با استفاده از میکروسکوپ‌های ‏نوری و الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. تعیین ترکیب شیمیایی نمونه‌ها به‌وسیله آنالیز عنصری ‏کوانتومتری، طیف‌سنجی فلورسانس اشعه ایکس و آنالیز ‏LECO‏ و شناسایی فازهای رسوب کرده توسط ‏آزمون تفرق اشعه ایکس انجام شد. نتایج بررسی‌ها، بیانگرتغییر مورفولوژی و افزایش میزان پرلیت رسوب‌کرده ‏براثر افزایش مقدار آلومینیم. همچنین فاز پرلیت و فریت به ترتیب افزایش سختی به میزان 178 و 164 ‏ویکرز را با افزایش آلومینیم از 7/3 به 5/7 درصد وزنی نشان می‌دهد. افزایش تعداد کره‌ها از 422 به 668 در ‏واحد سطح، کاهش اندازه دانه و کرویت گرافیت‌ها به ترتیب از 1/13 به 8/8 میکرومتر و از 60 به 48 درصد، ‏از دیگر نتایج است. شرایط بروز هرکدام از فازهای فوق مورد بحث قرارگرفته است.‏

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effects of Aluminum Content on Microstructure and Matrix Hardness of ‎Spherical Graphite Cast Irons Produced by in-Mold ‎Process

نویسندگان [English]

  • Mohammad Mehdi Khalvan 1
  • Mehdi Divandari 2
1 MSc Student, in Materials Engineering, School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and ‎Technology, Tehran, Iran‎
2 Associate Professor, ‎School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and ‎Technology, Tehran, Iran. ‎
چکیده [English]

In this research, the effect of various amounts of aluminum on microstructure and ‎matrix hardness of ductile cast irons produced by in-mold casting process is investigated. ‎For this purpose, spherical graphite cast iron containing 3‎‏.‏‎7, 6‎‏.‏‎4 and 7‎‏.‏‎5 wt. % aluminum, ‎respectively, were prepared in Y-block form via in-mold process. After casting, samples ‎were prepared for microstructural studies, using conventional methods, and then were ‎examined by optical and scanning electron microscopy. Chemical composition of samples ‎was determined using optical emission spectrometry (OES), X-ray fluorescence (XRF), and ‎carbon-sulfur analyzer (LECO) method. X-ray diffraction test (XRD) was used for phase ‎identification. The results indicate changing of the precipitated pearlite morphology as the ‎aluminum content increases. Also pearlite and ferrite hardness increases, 178 and 164 ‎Vickers, respectively, as a result of increasing aluminum content from 3.7 to 7.5 wt. %. ‎Increasing the number of nodular graphites from 422 to 668 per square millimeter, reducing the graphite diameter from 13.1 to 8.8 micrometers, and changing the percentage of spherical graphite from ‎‎60 to 48 percent, with increasing aluminum content, are other noteworthy results.‎

کلیدواژه‌ها [English]

  • Al-alloyed Cast Iron
  • In-mold process
  • Microstructure
  • Micro-hardness
  • Nodular Graphite

[1]  Mostafavi S.M., Boutorabi S.M.A., As-cast acicular ductile aluminum cast iron, Journal of Iron and Steel Research International, 2009, 16, 23-28.

[2]  Liu, X., Takamori S., Osawa Y., and Yin F., Damping characteristics of cast irons with aluminum addition, Journal of Materials Science, 2005, 40, 5565–5567.

[3]  Rundman K.B., Metal Casting, Department of Material Science and Engineering Michigan Technology University, 2000, 17-19.

[4]  Silman G.I., Makarenko K., Graphitized Cast Irons, Metal Science and Heat Treatment, 2014, 56, 63-69.

[5]  Everest A.B., The influence of aluminum on an iron-carbon alloy, Foundry Trade Journal, 1927, 169-173.

[6]  Petitbon E.V., Wallace J.F., Aluminum alloyed gray properties at room and elevated temperature, AFS Cast Metal Research Journal, 1973, 127-134.

[7]  Carlberg T., Fredrickson H., Influence of silicon and aluminum on the solidification of cast iron, solidification and casting of metal, Metal Society, 1977, 115-124.

[8]   دیواندری م.، بررسی روش تولید و خواص چدن‌های پر آلومینیم (20 تا 25 %)، پایان‌نامه ارشد، دانشکده مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران، 1368.

[9]  Sidjanin L., Smallman R., Young J., Electron microstructure and mechanical properties of silicon and aluminum ductile irons, Acta Metallurgica, 1994, 49, 3149-3156.

[10]   Haghdadi N., Bazaz B., Erfanian-Naziftoosi H.R., Kiani-Rashid A.R., Microstructural and mechanical characteristics of al-alloyed ductile iron upon casting and annealing, International Journal of Minerals, 2012, 19, 812-820.

[11]   Zandira M., Boutorabi S.M.A., Fracture characteristics of austempered spheroidal graphite aluminum cast irons, Journal of Iron and Steel Research International, 2010, 17, 31-35.

[12]   Hellawell A., Aluminium-Silicon Alloys and Cast Irons: Commercially Important Anomalous Alloys, 1981, Chapter 5.

[13]   R. Elliott, Cast Iron Technology, Butterworth and Co. (Publishers) Ltd, London, 1988.

[14]   Boutorabi S.M.A., Young J. M., Kondic V., Ductile aluminum cast iron, Cast Metals, 1992, 5, 122-129.

[15]    خرازی ی.، دیواندری م.، بررسی روش تولید و خواص چدن‌های پر آلومینیم (20 تا 25%)، مجله بین‌المللی مهندسی دانشگاه علم و صنعت ایران، 1369، 1(1) 23-39.

[16]   Soiński M., Jakubus A., Kordas P., Skurka K., The effect of aluminium on graphitization of cast iron treated with cerium mixture, Archives of Foundry Engineering, 2014, 14, 95-100.

[17]   کیانی رشید ع.ر.، گلعذار م.ع.، الگوی جدایش میکروسکوپی آلومینیم (Al) و سیلیسیم (Si) در ریزساختار زمینة چدن‌ها با گرافیت کروی، نشریه استقلال، 1382، 22، 177-188.

[18]   Moore W., Lord J.O., Gray cast iron machinability: quantitative measurements of graphite and pearlite effects, AFS Transactions, 1959.

[19]   Riposan I., Chisamera M., Stan S., Toboc P., Grasmo G., White D., Ecob C., Hartung C., Benefits of residual aluminum in ductile iron, Journal of Materials Engineering and Performance, 2011, 20, 57-64.

[20]   Soiński M., Susek P., Hübner K., The low-aluminium cast iron of reduced silicon content treated with cerium mischmetal, Archives of Foundry Engineering, 2008, 8, 123-128.

[21]   Soiński M., Jakubus A., The influence of small amounts of aluminum on the effectiveness of cast iron spheroidization with magnesium, Archives of Foundry Engineering, 2013, 13, 80-83.

[22]   Riposan I., Chisamera M., Stan S., Skaland T., A new approach to graphite nucleation mechanism in gray irons, in Proceedings of The AFS Cast Iron Inoculation Conference, Schaumburg, Illinois, 2005, 31–41.

[23]   Shayesteh-Zeraati A., Naser-Zoshki H., Kiani-Rashid A.R., Microstructural and mechanical properties (hardness) investigations of Al-alloyed ductile cast iron, Journal of Alloys and Compounds, 2010, 500, 129-133.

[24]    کیانی‌رشید ع.ر.، تاثیر آلومینیوم موجود بر نمودارهای فازی تعادلی Fe-C-Al-Si، نشریه مهندسی متالورژی و مواد، 1388، 21، 1388.

[25]   Kiani-Rashid A.R., Influence of austenitizing conditions and aluminum content on microstructure and properties of ductile irons, Journal of Alloys and Compounds, 2009, 470, 323-327.

[26]   Boutorabi S.M.A., Ph.D. Thesis, University of Birmingham, May 1991.

[27]    ورهرام ن.، اثر دانه‌بندی آلیاژ کروی‌کننده در ساختار میکروسکوپی و تعداد گرافیت، ریخته‌گری، 1364، 7(24) 1-10.

[28]    پور‌آرین ا.، دیواندری م.، بررسی تاثیر ماده کروی‌کننده بر مورفولوژی گرافیت در فرایند ریخته‌گری منیزیم در راهگاه توپر، ریخته‌گری، 1390، 30(97) 40-50.

[29]    ملکی س.، دیواندری م.، خرازی ی.، تاثیر دمای ریخته‌گری و سرعت سرد شدن بر روی ساختار و خواص مکانیکی در چدن نشکن تولیدشده به روش منیزیم در راهگاه (in-mold)، ششمین همایش علمی-دانشجویی مهندسی مواد و متالورژی، 1385، 153-157.

[30]   Cast iron, determining of features of graphite precipitates, Polish Standard PN-EN ISO 945.

[31]    عجمی ب.، دیواندری م.، عربی ح.، بررسی تاثیر مدل فومی بر روی مورفولوژی گرافیت در صفحه‌های ریخته شده به روش منیزیم در راهگاه توپر، پنجمین همایش مشترک انجمن مهندسین متالورژی ایران و جامعه علمی ریخته‌گری ایران، دانشگاه صنعتی اصفهان، 1390.

[32]    بافتی ح.، حبیب‌الله‌زاده ع.، محمدنژاد م.، تاثیر عامل حلالیت و فاصله راهباره از محفظه واکنش بر تولید چدن نشکن در فرایند افزودن منیزیم در راهگاه، دومین همایش مشترک انجمن مهندسین متالورژی ایران و جامعه ریخته‌گران ایران، 1387، 1-9.

[33]   Aleksandrov N., Il'icheva L., Structure of cast iron alloys containing aluminum, Metal Science and Heat Treatment, 1963, 5, 646-650.

[34]   Haque M., Young J., Production of spheroidal graphite aluminum cast iron and the factors affecting it, Journal of Materials Processing Technology, 1995, 55, 186-192.

[35]   خادم‌حسینی ر.، دیواندری م.، بوترابی س.م.ع.، مطالعات SEM بر روی ریزساختار چدن نشکن آستمپر در سیستم‌های
 Fe-C-Si-Al و Fe-C-Si، اولین همایش مشترک انجمن مهندسین متالورژی و انجمن ریخته‌گری ایران، 1386.

[36]    خالوان م.م.، اثر مقدار آلومینیم بر ساختار چدن نشکن تولید شده به روش منیزیم در راهگاه، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه علم و صنعت ایران، 1396.