بخشی از مقاله
چکیده
اگر به پودر آهن اسفنجی مقادیر مشخصی از عناصر مس و کربن افزوده گردد خواص فیزیکی و مکانیکی قطعات ساخته شده از این نوع پودر تا حد قابل قبولی بهبود مییابد. برای این منظور، نمونههایی با درصدهای مختلف از عنصر کربن - 0/2 الی 0/8 درصد - و عنصر مس به مقدار 2 و 4 درصد با پودر آهن اسفنجی به طور کامل مخلوط و سپس فشرده شده و در دمای 1250 درجهی سانتیگراد تفجوشی شدند. برای تعیین ترکیب بهینه جهت بهبود خواص، آزمایشهای چگالیسنجی، سختیسنجی، درصد تغییرات حجمی، استحکام پارگی عرضی، استحکام ضربه، مطالعات ریزساختاری و شکستنگاری پس از مرحله تف-جوشی انجام شدند. با توجه به نتایج، افزودن کربن باعث افزایش سختی ظاهری، کاهش میزان داکتیلیته و افزایش استحکام تا مقدار 0/5 درصد کربن میشود. همچنین در نمون ههای حاوی 4 درصد نسبت به 2 درصد مس انرژی ضربه، استحکام و سختی ظاهری نمونهها به دلیل فاز مایع بیشتر و تشکیل حفرههای ماکروسکوپی کاهش مییابد. بطورکلی میتوان نتیجهگیری کرد که نمونههای با ترکیب Fe-2Cu-0.5C بیشترین استحکام را در بین سایر نمونهها دارند. در مقادیر کربن کمتر از 0/5 درصد بدلیل پایین بودن درصد فاز پرلیت، سختی و استحکام نمونه ها پایینتر میباشد و با افزایش درصد کربن به بیش از 0/5 درصد به دلیل ایجاد فاز مایع زیاد و شکلگیری حفرههای ماکروسکوپی استحکام نمونه-ها باز هم افت پیدا میکند. تصاویر ریزساختاری و شکستنگاری نیز تأیید کننده این ادعاست که مطابقت خوبی با خواص فیزیکی و مکانیکی دارد.
واژه های کلیدی: پودر آهن اسفنجی ، عناصر افزودنی مس و کربن، تفجوشی در حضور فاز مایع، خواص فیزیکی - مکانیکی، ترکیب بهینه.
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. صنعت قطعات متالورژی پودر آهن متفاوت است به طوری که در کاربردهای خودرو سازی رشد زیادی در صنعت داشتهاند. قطعات متالورژی پودر پایه آهنی، به وسیله چگالی، ترکیب آلیاژی و ریزساختار مشخصه-یابی میشوند که برای یک قطعه تولیدی این سه پارامتر بایستی بهینه باشند.به طور کلی چهار 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 تغیر در نوع و عناصر آلیاژی افزودنی میباشد. این مسأله-ی مهم، برای مدت ها 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 وخواص متفاوتی هم حاصل میآید . - Höganäs, V.1, 2003 - همچنین مس به دلیل اینکه در طی چرخهی تفجوشی معمولی ذوب میشود، به کارمیرود. اغلب مس با کربن، بور یا فسفر ترکیب میشود تا در طی تفجوشی علاوه بر دستیابی به یک استحکام تفجوشی شدهی بالا، ابعاد را نیز کنترل کند . - Loy, Dower, 1982 - افزایش مقدار فاز مایع به طور معمول باعث استحکام بخشی میشود و انعطافپذیری را نیز تا حدی کاهش میدهد . - Krantz, 1969 - البته با افزایش مقدار فاز مذاب تغییرات ابعادی بزرگی ایجاد خواهد شد. چگالیهای 96 الی 99 درصد چگالی تئوری، با غلظتهای به طور نسبی کم مواد افزودنی به دست می-آید و در مقدارهای بیشتر مواد افزودنی استحکام و انعطافپذیری افت پیدا میکند . - Höganäs, V.0, 2003 -
اساساً روشهای تف جوشی را میتوان به دو گروه طبقه بندی کرد: تف جوشی در حالت جامد و تف جوشی در حضور فاز مایع . - Olevsky, 1998 - مزیت عمده تفجوشی حالت مایع، تف جوشی 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. فاز مایع میتواند در نتیجه ذوب شدن یکی از اجزا یا شکلگیری فاز یوتکتیک به دست آید. 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 . - German, 1985 - تفجوشی در فاز مایع در قطعات پودری بر پایهی آهن بسیار مورد توجه است. باستی بین دو هدف چگالش و کنترل ابعادی تمایز قائل شد. به منظور حذف حفرات در 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.
