تأثیر جوانه‌زا و مدول ریختگی بر ریزساختار انجمادی چدن آستنیتی منگنزی با گرافیت کروی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، ایران

2 دانشجوی کارشناسی، دانشکده مهندسی مواد و صنایع، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، مازندران، ایران

3 دانشیار، دانشکده مهندسی مواد و صنایع، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

10.22034/frj.2021.205511.1103

چکیده

در این مقاله، اثر میزان و نحوه افزودن جوانه‌زا و ضخامت قطعه (مدول ریختگی) بر ریزساختار انجمادی چدن نشکن آستنیتی با مقدار اسمی 5 درصد وزنی منگنز بررسی شده است. به این منظور بعد از عمل نشکن‌سازی چدن مذاب با فروسیلیکومنیزیم، عملیات جوانه‌زایی با فروسیلیسیم‌ زیرکونیم‌دار انجام شد. جوانه‌‌زایی به دو روش اصلی، افزودن در پاتیل و افزودن حین بارریزی در مقادیر مختلف (صفر، 1/0، 2/0 و 3/0 درصد وزنی) انجام شد. همچنین ریخته‌گری در قالب ماسه‌ای با چسب سیلیکات سدیم و به شکل پله‌ای با ضخامت‌های 5، 10 و 20 میلی‌متر انجام شد. بررسی‌های ریزساختاری و سختی توسط میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی، آنالیز EDS و آنالیز تصویری MIP4 و سختی سنجی راکول‌سی انجام شد. نتایج نشان داد که ریزساختار ریختگی این چدن شامل گرافیت‌های کروی و کاربیدهای یوتکتیک در زمینه پرلیتی است. با کاهش ضخامت نمونه‌ها، مقدار کاربید یوتکتیک و تعداد گرافیت‌ها، افزایش یافته و مقدار پرلیت و اندازه گرافیت‌ها کاهش می‌یابد. برای تمامی ضخامت‌های جداره مشاهده شد که با جوانه‌زنی، مقدار کاربید یوتکتیک و اندازه گرافیت‌ها کاهش یافته است و در مقابل، تعداد و مقدار کره‌های گرافیت‌های افزایش یافته است. همچنین نشان داده شد که جوانه‌زنی در حین بارریزی موثرتر از جوانه‌زنی در پاتیل است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] گلعذار م. ع.، اصول و کاربرد عملیات حرارتی فولادها و چدن‌ها، انتشارات دانشگاه صنعتی اصفهان، 1370.
[2] ASM International, Casting Design and Performance. ASM International, 2009.
[3] مهدوی و.، عابدی ا.، ریخته‌گری آلیاژهای آهنی، دانشگاه شهید رجایی، 1394.
[4] Rashidi M.M., Idris M.H., Effect of inoculation on microstructure, mechanical and corrosion properties of high manganese ductile Ni-resist alloy, Materials and Design, 2013, 51, 861–869.
[5] Cox G.J., Some Properties of Ductile, Nickel-containing, lean-alloy austenitic irons, Foundryman, 1988, 81(9) 435–443.
[6] Dasgupta R.K., Mondal D.K., Chakrabarti A.K., Ganguli A.C., Kinetics of austenitisation of ductile irons containing two different contents of manganese and copper, International Journal of Cast Metsls Research, 2012, 25(4) 239–245.
[7] Baraniecki C., Pinchbeck P. H., Pickering F. B., Some aspects of graphitization induced by iron and ferro-silicon additions, Carbon, 1969, 7(2) 213–224.
[8] 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, September, 2005, 29–30.
[9] Stefanescu D.M., Alonso G., Suarez R., Recent developments in understanding nucleation and crystallization of spheroidal graphite in iron-carbon-silicon alloys, Metals, 2020, 10(2) 221.
[10] Olsen S.O., Skaland T., Hartung C., Inoculation of grey and ductile iron a comparison of nucleation sites and some practical advises, in 66th World Foundry Congress, 2004, 891–902.
[11] Mourad M., El-Hadad S, Ibrahim M., Influence of inoculant type on the microstructure characteristics and mechanical properties of ductile iron, Transactions of the Indian Institute of Metals, 2020, 73(4) 1027–1041.
[12] دیواندری م.، نیکوکار ح.، بختیاری ر.، بهینه‌سازی شاخص حلالیت منیزیم در تولید چدن‌نشکن به روش افزودن در راهگاه، پژوهش‌نامه ریخته‌گری،1388، 3(1) 37-43.
[13] Campbell J., Castings, Elsevier Science, 2003.
[14] Alabbasian F., Boutorabi S.M.A., Kheirandish S., Effect of inoculation and casting modulus on the microstructure and mechanical properties of ductile Ni-resist cast iron, Materials Science and Engineering A, 2016, 651, 467–473.
[15] Bockus S., Venckunas A., Zaldarys G., Relation between section thickness, microstructure and mechanical properties of ductile iron castings, Materials Science, 2008, 14(2) 115–118.
[16] Takeda H., Yoneda H., Asano K., Effect of silicon and bismuth on solidification structure of thin wall spheroidal graphite cast iron, Materials Transactions, 2010, 51(1) 176–185.
[17] منشی ا.، انجماد فلزات، نشر ارکان دانش، 1395.
[18] ASM International. Handbook Committee, ASM Handbook, Volume 1: Properties and Selection: Irons, Steels, and High-Performance Alloys.
[19] Skaland T., Nucleation mechanisms in ductile iron, AFS cast iron inoculation conference, 2005, 13–30.
[20] Putyra P., Tabor A., Zarkebskic K., Analysis of fracture mechanism in austenitic ductile iron with 30% Ni after impact test, Archives of Foundry Engineering, 2008, 8(4) 193–198.
[21] یوسف‌پور د.، عباسی م.، جواهری م.، اثر منگنز بر ریزساختار انجمادی ‏چدن با گرافیت‌های کروی پژوهش‌نامه ریخته‌گری، 1399، 4(4) 203-213.
[22] Cho G.S., Choe K.H., K.; Lee W., Ikenaga A., Effects of alloying elements on the microstructures and mechanical properties of heavy section ductile cast iron, Journal of Materials Science and Technology, 2007, 23(1) 97–101.
[23] 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.
[24] Riposan I., Chisamera M., Stan S., Skaland T., Graphite nucleant (microinclusion) characterization in Ca/Sr inoculated grey irons, International Journal of Cast Metals Research, 2013, 16(1-3) 105-111