بخشی از مقاله
چکیده
افزودن عناصر آلیاژی مانند کربن به پودر آهن اسفنجی باعث بهبود برخی از خواص فیزیکی و مکانیکی قطعات ساخته شده میشود. در این پژوهش برای بررسی تاثیر کربن بر خواص فیزیکی و مکانیکی، قطعات پایه آهنی با درصدهای مختلف کربن 0/2 - الی 1درصد - ساخته و سپس در دمای 1250 تفجوشی شدند. آزمایشهای چگالیسنجی، درصد تغییرات حجمی، سختیسنجی ظاهری، استحکام ضربه و مطالعات ریزساختاری و شکستنگاری پس از تفجوشی انجام شدند. همچنین آنالیز حرارتی جهت بررسی استحالههای رخ داده انجام شد. با توجه به نتایج، افزودن کربن باعث افزایش سختی و تغییرات ابعادی و کاهش میزان داکتیلیته میشود. بعلاوه افزودن کربن در مقادیر کمتر از 0/5 درصد باعث پر شدن حفرات در اثر تفجوشی فاز مایع شده، که تصاویر ریزساختاری نیز نشان دهنده افزایش میزان نفوذ کربن در زمینه و بیشتر شدن فاز پرلیت و کاهش میزان فریت تا مقادیر 0/5 درصد کربن هستند. بطورکلی میتوان نتیجهگیری کرد که در مقادیر کربن کمتر از 0/5 درصد می-توان با موفقیت از طریق تفجوشی فاز مایع به خواص مطلوب با ریزساختاری مناسب دست یافت، در حالیکه افزودن مقادیر زیاد کربن با ایجاد فشار گازی ناشی از واکنش سوختن موجب درشت شدن حفرات و متورم شدن قطعات میشود.
واژه های کلیدی: پودر آهن اسفنجی ، عنصر افزودنی کربن، تفجوشی در حضور فاز مایع، خواص فیزیکی-مکانیکی، درشت شدن حفرات.
مقدمه
متالورژی پودر آهن در طول پنج دهه گذشته پیشرفت زیادی داشته است به طوری که جایگزین مناسی برای سایر روشهای تولید مثل ریخته گری، ماشین کاری، شکل دادن و ... شده است. بویژه قطعات متالورژی پودر آهنی در صنعت خودروسازی رشد زیادی داشته است. قطعات متالورژی پودر پایه آهنی، به وسیله چگالی، ترکیب آلیاژی و ریزساختار مشخصهیابی میشوند که برای یک قطعه تولیدی این سه پارامتر بایستی بهینه باشند.
به طور کلی سه نوع از ترکیبات پودری پایه آهنی مرسوم در صنعت عبارتند از:
· پودر آهن مخلوط شده با عناصری چون کربن، نیکل و فسفر
· پودر آهن پیشآلیاژی شده با مولیبدن یا مولیبدن و نیکل و مخلوط شده با کربن
· پودر آهن به طور جزئی آلیاژی شده با مولیبدن، نیکل و مس و مخلوط شده با کربن
· سیستم هایی شامل مخلوطی از ترکیبهای - 1 - و - 2 - و . - ASM: Metals Handbook, 1984 - - 3 -
پودر آهن اسفنجی همانطور که از اسم آن نیز مشخص است دارای تخلخل زیاد و چگالی خام پایینی میباشد. همچنین خواص فیزیکی و مکانیکی قطعات تولیدی از این پودر نیز نسبت به سایر پودرهای آهنی پایینتر میباشد. از این رو جهت بالا بردن خواص آن تغیرات زیادی روی فاکتورهای مؤثر بر آن اعمال شده است که مهمترین آنها تغییر در نوع و عناصر آلیاژی افزودنی میباشد. این مسألهی مهم، برای مدتها موضوع تحقیقات انجامشده در مورد قطعات متخلخل پودر آهن اسفنجی نیز بوده و ثابت شده است که اضافه کردن عناصر آلیاژی همچون کربن، مس و بور با یک مقدار مناسب بسته به کاربرد آن میتواند خواص مورد انتظار قطعات را تا دو برابر بهبود ببخشد. افزودن عنصر کربن به پودر آهن در دماهای بالا با عنصر آهن وارد واکنش شده و ساختار سخت و مستحکم پرلیت را تشکیل میدهد در نتیجه استحکام، سختی و بسیاری از خواص قطعات را بهبود میبخشد. البته بسته به کاربرد قطعات مقدار عناصر آلیاژی افزودنی متفاوت میباشد و خواص متفاوتی هم حاصل میآید . - Höganäs, 2003 -
اساساً روشهای تف جوشی را میتوان به دو گروه طبقه بندی کرد: تفجوشی در حالت جامد و تفجوشی در حضور فاز مایع . - Olevsky, 1998 - مزیت عمده تفجوشی حالت مایع، تفجوشی سریع و دستیابی به چگالش کامل در حضور فاز مایع است. در تف جوشی فاز مایع دو راه برای دستیابی به فاز مایع وجود دارد. متداولترین روش استفاده از پودرهای مخلوط شده با ترکیب شیمیایی متفاوت میباشد. واکنش بین دو ذره پودر در حین تفجوشی منجر به شکلگیری فاز مایع میشود. فاز مایع میتواند در نتیجه ذوب شدن یکی از اجزا یا شکلگیری فاز یوتکتیک به دست آید . - German, 1985 -
تفجوشی فاز مایع کاربرد گسترده ای در صنایع برای ساخت قطعات آهنی و غیرآهنی متالورژی پودر دارد - Error! Reference source not found. آزادبه، صباحی نمین، محمدزاده، شفیعی، . - 1392 این نوع تفجوشی در قطعات پودری بر پایهی آهن بسیار مورد توجه است و بایستی بین دو هدف چگالش و کنترل ابعادی تمایز قائل شد. به منظور حذف حفرات حین تفجوشی، تغییرات ابعادی رخ میدهد. همچنین در ترکیبات پایه آهن به منظور عدم تغییرات در ابعاد، تفجوشی در فاز مایع حساسیت بالایی دارد. گروه مهمی از تشکیل دهندههای فاز مایع، غیر فلزاتی همچون کربن، بور و فسفر هستند که با آهن واکنش یوتکتیک دارند. افزودن این عناصر به آهن استحکام قطعات تفجوشی شده را بهبود می- بخشد - Jangg, Drozda, Danninger, Wibbeler, Schatt , 1984 - و - Loy, Dower, 1982 - دستیابی به استحکامهای بالا نیازمند توجه دقیق به چرخهی فرایند، همگنی مواد افزودنی و عملیات حرارتی بعد از تفجوشی است. بطور معمول فازهای مذاب اگر توسط واکنش یوتکتیک انجام شوند بسیار مفید واقع میشوند. برای این منظور افزودنیهای بر پایهی فازهای غیر فلزی شامل بور، فسفر، کربن
