17558

17558

بررسي ريزساختار و سينتيك آستمپرينگ دومرحله اي چدن نشكن آلومينيمي

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد فلزي

بهار 1396

دكتر سيد محمدعلي بوترابي

مواد و متالورژي

وجود تركيبي مناسب از خواص مكانيكي در كنار هم نظير استحكام، چقرمگي، سختي پذيري و استحكام خستگي بالا همراه با مقاومت به سايش مناسب در چدن هاي نشكن آستمپر، ADI، موجب شده است كه اين نوع چدن در ساخت بسياري از قطعات مهندسي مورد استفاده قرار گيرد. حتي در برخي از كاربردها، ADI به علت قيمت مناسب تر آن جايگزين فولادهاي فورج شده، شده است. در اين پژوهش عمليات آستمپرينگ دومرحله اي بر روي چدن نشكن آلومينيمي با 2/2% آلومينيم انجام شد. براي انجام اين نوع عمليات ابتدا نمونه ها به مدت 90 دقيقه در دماي 900 درجه سانتيگراد آستنيته شدند. در ادامه نمونه ها به دو گروه تقسيم شدند. در گروه اول، در طي آستمپرينگ دومرحله اي، دماي مرحله اول از دماي مرحله دوم بالاتر و در گروه دوم، دماي مرحله اول از دماي مرحله دوم پايين تر بود. براي گروه اول دماي مرحله اول 400 درجه سانتيگراد با زمان مرحله اول ثابت و 30 دقيقه، و دماهاي مرحله دوم 250 و 300 درجه سانتيگراد با زمان هاي مرحله دوم 5، 20، 40، 60 و 120 دقيقه انتخاب شد. براي گروه دوم دماي مرحله اول 300 درجه سانتيگراد با زمان مرحله اول ثابت و 30 دقيقه، و دماهاي مرحله دوم 350 و 400 درجه سانتيگراد با زمان هاي مرحله دوم 5، 20، 40، 60 و 120 دقيقه انتخاب شد. در آخر همه ي نمونه ها در آب سرد شدند. اثر دما و زمان مرحله دوم و نوع آستمپرينگ دومرحله اي بر روي رفتار آلياژ با استفاده از مشاهدات ريزساختاري، آزمايش اشعه ي ايكس و سختي سنجي بررسي شد. مشخص شد كه در گروه اول مقدار آستنيت باقيمانده ي بيشتري توليد مي شود. حداكثر آستنيت باقيمانده براي گروه اول 30% و براي گروه دوم 13% بدست آمد. در گروه دوم واكنش آستمپرينگ بيشتر پيشرفت كرده و زودتر تكميل مي شود. همچنين مشخص شد كه پنجره ي فرآيند در گروه اول به مراتب بازتر از گروه دوم است. سختي نمونه هاي گروه دوم (با مقدار حداكثر 483 ويكرز) به دليل وجود آسفريت پاييني بيشتر در ساختار آن از نمونه هاي گروه اول (با مقدار حداكثر 346 ويكرز) بيشتر مي باشد. همچنين آلومينيم موجود در تركيب اين چدن، در طي آستمپرينگ چدن نشكن باعث افزايش آستمپرپذيري، افزايش سرعت نفوذ كربن در آستنيت و در نتيجه افزايش سرعت واكنش آستمپرينگ مي شود. همچنين مقدار كربن آستنيت باقيمانده در اين تحقيق تا 2/63% رسيد كه اين نتيجه بيانگر افزايش مقدار كربن آستنيت باقيمانده در حضور آلومينيم در تركيب چدن نشكن مي باشد. چون آلومينيم باعث افزايش پارامتر شبكه ي آستنيت مي شود و اين افزايش در پارامتر شبكه باعث افزايش مقدار كربن آستنيت مي شود.

1396/04/13

1/1/1900 12:00:00 AM

Suitable combination of mechanical properties together such as strength, toughness, hardenability and high fatigue strength with good wear resistance in Austempered Ductile Irons, ADI, made this type of cast iron to be used in many engineering parts. In some applications, ADI is used instead of forged steel because of its lower costs. In this study, a two-step austempering process on aluminum ductile iron containing 2.2% aluminum was performed. At first, specimens were austenitized for 90 minutes at 900 °C. Then they were divided into two groups. During two-step austempering, the first group was exposed to a higher temperature in first stage than the second stage, and second group was exposed to a lower temperature in the first stage than the second stage. Temperature in first stage of the first group was determined to be 400 °C with a constant time of 30 minutes, and 250 and 300 °C were selected to be the second stage temperatures with constant times of 5, 20, 40, 60 and 120 minutes. For the second group, first stage temperature of 300 °C with a constant time of 30 minutes was choosed, and the second stage temperatures of 350 and 400°C with constant times of 5, 20, 40, 60 and 120 minutes were selected. All samples were finally quenched in water. The effect of temperature and time of the second step and the type of two-step austempering on alloy behaviors were investigated by microstructural observations, X-ray diffraction patterns and hardness tests. It was found that more retained austenite content was produced in the first group. Maximum retained austenite content of 30 percent for the first group and this of 13 percent for the second group was obtained. austempering reaction progressed more and completed sooner in the second group. It was also found that there is a much wider processing window in the first group than the second group. Sample hardnesses of the second group (with maximum hardness 483 HV30) were higher than those of the first group (with maximum hardness 346 HV30) due to the higher content of lower ausferrite in their structures. The amount of Aluminum in this cast iron, increases austemperability during Austempering in ductile iron, and enhances the diffusion rate of carbon in austenite, thereby increase the reaction rate of austempering. The carbon content of retained austenite in this study reached to 2.63 percent, which implies an increase in the amount of carbon content of retained austenite in the presence of aluminum in the composition of ductile iron. That's because aluminum increases the austenite lattice parameter and this increase in the austenite lattice parameter add to the amount of carbon.