بخشی از مقاله
چکیده:
چدن نشکن آستمپر شده - ADI - به دلیل خواص بسیار جالب آن که پس از عملیات آستمپر به دست میآید، نظیر استحکام بالا، چقرمگی خوب و همچنین قیمت ارزان و وزن کم در صنایع خودروسازي و نظامی مورد توجه قرار گرفته است. از آنجایی که خواص مکانیکی ADI را با کنترل دقیق پارامترهاي عملیات حرارتی - دماي آستنیته، دما و زمان آستمپر - می توان بهبود بخشید در تحقیق حاضر تاثیر دماهاي مختلف آستمپرینگ برخواص سایشی چدنهاي ADI مورد مطالعه قرارگرفته است.
دراین سري آزمایشهاي انجام گرفته، نمونههاي چدن ADI در دماي927درجه سانتیگراد ومدت زمان2ساعت آستنیته شده و سپس درگسترة دمایی240تا400درجه سانتیگراد به مدت 2ساعت تحت فرآیند آستمپرینگ قرارگرفته و سپس تاثیر درجه حرارتهاي مختلف بر رفتار تریبولوژیکی و مقاومت به سایش چدن مزبور مورد بحث و بررسی قرارگرفته است.
دراین مطالعه سینیتیک استحاله و ارتباط آن با ریز ساختار با میکروسکوپ نوري، XRDوSEM وبه منظوربررسی سطوح سایش یافته از میکروسکوپ الکترونی SEM استفاده گردیده است. آزمایشهاي سایش لغزشی در حالت خشک و به وسیله دستگاه پین روي دیسک انجام گرفته و ضریب اصطکاك وعدد سایش آن اندازهگیري شده است و ارتباط بین میزان آستنیت باقی مانده و مقدار کاهش وزن ناشی از سایش بررسی شده تا محدوده بهترین درجه حرارتی که بهترین مقاومت به سایش را دارد تعیین گردد.
یافتههاي آزمایش و بررسیهاي انجام شده نشان میدهد که این آلیاژ ضمن دارا بودن مجموعهاي از خواص مکانیکی در حد مطلوب از رفتار سایشی مناسبی نیز برخوردار است در حقیقت ریزساختار آسفریت - تیغههاي فریت در زمینه آستنیت - به همراه مقداري آستنیت باقی مانده از عوامل اصلی افزایش استحکام و مقاومت سایشی بالا در این آلیاژ محسوب میشود.
نتایج آزمایش نشان میدهد که سختی و مقاومت به سایش با افزایش درجه حرارت آستمپرینگ کاهش مییابد. مکانیزم سایش نیز تحت شرایط سایش لغزشی خشک بررسی گردیده و همچنین ارتباط بین ریزساختار و رفتار سایشی نیز مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
مقدمه:
در میان آلیاژهاي صنعتی، چدن ها متنوع ترین خواص مکانیکی را با ارزانترین قیمت دارا میباشند. در زمینه چدنهاي نشکن - Ductile Iron - ، نیاز گسترده صنعت براي دستیابی به ساختارهایی با استحکام و انعطاف پذیري بالاتر منجر به شروع تحقیقات گسترده جهت تغییر ساختار این چدنها شد.
یکی از نتایج درخشان این تحقیقات، چدنهاي نشکن آستمپر - ADI - میباشد. در واقع آستمپرینگ عبارتست از فرآیندي از عملیات حرارتی که به منظور ایجاد ساختار بینایتی در چدنها انجام میپذیرد و هدف از این عملیات بهبود خواص مکانیکی مانند استحکام، مقاومت به ضربه، انعطافپذیري و مقاومت به سایش است.
وجودترکیبی ازخواص مکانیکی مطلوب درکنار هم نظیر استحکام، چقرمهگی، سختیپذیري و استحکام خستگی بالا توام با مقاومت به سایش مناسب موجب شده تا چدنهاي ADI جایگاه ویژهاي درساخت بسیاري از قطعات وکاربردهاي مهندسی پیدا کند.
در حال حاضر به دلیل امکان دستیابی به همین خواص مکانیکی مطلوب از این آلیاژ در ساخت بسیاري از قطعات مهندسی در صنایع خودروسازي، ماشینآلات کشاورزي، صنعتی و نظامی، تجهیزات ساختمانی و راهآهن نظیر چرخدندهها، میللنگها، میل بادامکها، پینیونها و بسیاري از قطعات متحرك دیگراستفاده میشود.
کاربرد روزافزون این آلیاژ تا آنجا گسترش یافته که حتی در بسیاري از کاربردها جایگزین فولادهاي فورج شونده، سختی سطحی شونده و کم آلیاژي نیز شده است. برخی از مزایاي ADI علاوه بر موارد ذکر شده را میتوان به صورت زیر دستهبندي کرد:
قابلیت ماشینکاري عالی افزایش سرعت ماشینکاري
کیفیت بالاي سطوح ماشینکاري پس از عملیات تمام کاري قابلیت جذب ارتعاش بالا عمر دوام بالاتر قطعات سیکل عملیات حرارتی کوتاه رمز رشد سریع ADI در واقع تحت کنترل قرارگرفتن تکنیکهاي فرآیند تولید و تکمیل اطلاعات و جنبههاي علمی آن میباشد به همین دلیل است که با انتخاب صحیح ترکیب شیمیایی وسیکل عملیات حرارتی به رنج وسیعی از خواص مکانیکی میتوان دست پیداکرد.[4] چدنهاي نشکن آستمپر با استحکام کششی 1600 Nو با حدود یک mm2 درصد ازدیاد طول براي مقاصد مقاوم به سایش در درجه اول اهمیت میباشند این درحالی است که میتوان ترکیباتی با سختی پایینتر و استحکام کششی درحدود 900 -1200 N و ازدیاد طولی تا 14درصد را داشت در صورتیکه mm2 خاصیت انعطافپذیري مورد نظر باشد.
دسترسی به خواص مکانیکی مورد نظر در چدنهاي ADI باکنترل ریزساختار نهایی امکانپذیراست و ساختمان میکروسکوپی آن متاثر از درجه حرارت، زمان آستنیته کردن و آستمپرینگ میباشد. مهمترین و بحرانیترین بخش ساختمان میکروسکوپیADI، آستنیت باقیمانده پرکربن است. خواص مکانیکی و رفتار سایشی ADI تا حدود زیادي تحت تاثیر کسر حجمی، مورفولوژي و میزان کربن آستنیت باقیمانده میباشد. البته نباید فراموش کرد که مورفولوژي و نحوه توزیع تیغههاي فریت بینیتی و حضور فازهایی نظیر مارتنزیت نیز بر این خواص تاثیر میگذارند. به این خاطر به حد بهینه رساندن پارامترهاي متالورژیکی به منظور دستیابی به خواص کاربردي مطلوب با ایجاد ساختار بینیتی حاوي آستنیت باقیمانده پرکربن موضوع بسیاري از تحقیقات 6]-تا[15 درخلال چند سال گذشته بوده است
از ویژگیهاي دیگر ADI مقاومت به سایش بالاي این آلیاژ در گروههاي غیرآلیاژي وکم آلیاژي است مطالعات و تحقیقاتی16] تا [20 که تاکنون در زمینه بررسی رفتارسایشی ADI انجام گرفته حاکی از آن است که مقاومت سایشی این آلیاژ تحت شرایط سایش لغزشی و غلطکی در حالت خشک و روانکار بسیار مطلوب است لذا در این مطالعه بررسی تاثیردرجه حرارتهاي مختلف آستمپرینگ برخواص سایشی چدن ADI در هنگام سایش لغزشی خشک و ارتباط سختی نمونهها با ریز ساختار و رفتار سایشی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است همچنین به منظور بررسی مکانیزمهاي سایش، توپوگرافی سطوح سایش از میکروسکوپالکترونیِSEM استفاده شده است.
روش تحقیق و نتایج آن:
به منظور انجام تحقیق حاضر ابتدا مدل چوبی به شکل Y بلوك طبق استاندارد ASTM-A436 مطابق شکل 1 تهیه شد
شکل Y :1 بلوك تهیه شده طبق استاندارد ASTM-A436
و سپس آلیاژ مورد استفاده در این تحقیق از طریق ذوب در کوره القایی با فرکانس پایین و در قالب ماسهاي CO2 مطابق با شرکت شیمیایی جدول 1 تهیه گردید.
جدول :1 آنالیز بدست آمده از نمونه ثانویه
-1 عملیات کروي کردن و آمادهسازي نمونهها:
عملیات کروي کردن گرافیتها توسط روش ساندویچی با 7درصد وزنی فروسیلیسیم- منیزیم و سپس عملیات جوانهزایی با فروسیلیسیم 75 درصد در دماي 1470 درجه سانتیگراد انجام شد. بررسی متالوگرافی نمونهها بعداز عملیات کروي سازي نشان میدهد که ساختار میکروسکوپی شامل زمینه پرلیتی فریتی همراه با گرافیت کروي بوده، مشخصات ریزساختاري چدن بدست آمده به شرح زیر است
