مقاله مطالعه تغییرات انجماد جهت دار قطعات ریختگی چدنی با کنترل شیب حرارت دادن و سرعت سرد شدن

word قابل ویرایش
15 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
8700 تومان

مطالعه تغییرات انجماد جهت دار قطعات ریختگی چدنی با کنترل شیب حرارت دادن و سرعت سرد شدن
چکیده
در این پژوهش اثرات سرعت سرد کردن و انتقال حرارت بر فرایند انجماد و ریزساختار چدن بررسی و گزارش یافته های آزمایش از مراحل انجماد جهت دار چدن هیپویوتکتیک گزارش می شود. در مرحله اول هدف جهت دار کردن ساختار و یکنواختی سختی در نقاط مختلف قطعات چدنی بود که پس از انجام آزمایشات و تست روشهای مختلف مطالعات متالوگرافی با هدف چگونگی تغییر ریز ساختار بعنوان تابعی از متغیرهای فرایند انجماد بررسی گردید. ضمن اینکه درصد تعادلی فازها و ریز ساختار نمونه ها در شرایط سرعت سرد شدن کنترل شده و سریع سرد شدن ، با استفاده از میکروسکوپ الکترونی SEM گزارش می گردد.
واژه های کلیدی : انجماد جهت دار ، شیب حرارت دادن ، قطعات ریختگی چدنی ، سرد شدن کنترل شده .
مقدمه
فرآیند انجماد که با منجمد شدن یک فلز مایع در قالب ایجاد می شود نقش اساسی در تعیین مشخصات آلیاژ ریخته گری بازی می کند، اگر شکل نهایی محصول با فرم دهی شمش ها و شوشه ها ایجاد شده باشد، فرایند انجماد ساختار شمش ها و مشخصات محصول اثر گذار می باشد[١و٢]. اثر فرآیند انجماد روی مشخصات محصول ناشی از شرایط متفاوت سرد کردن باعث تغییر میکروساختارهای انجمادی می شود، که بسیاری از مشکلات ریخته گری مانند تخلخل و انقباض بستگی به شرایط سرد شدن آلیاژ در قالب دارد[٣].
دو فاکتور مهم در کنترل ریزساختارهای انجمادی ترکیب قالب و شرایط و میزان انتقال حرارت در قالب می باشد، میدان گرمایی در ریخته گری در تعیین ریز ساختار آلیاژ ریخته گری شده بسیار اهمیت دارد[۴]. در یک قالب دو نوع متفاوت انتقال حرارت ممکن است وجود داشته باشد، اولین مورد این است که گرادیان دما بین مایع و جامد مثبت باشد مانند پراکنده شدن و انتقال گرمای نهان ذوب تولید شده در تداخل بین فصل مشترک مایع و جامد از طریق جامد و انتقال حرارت به مایع که اینچنین میدان گرمایی موجب ایجاد یک انجماد جهت دار می گردد و نتیجتاً یک منطقه ستونی در ریخته گری را باعث می گردد[۵]. دومین مورد ایجاد یک منطقه متساوی المحور با ابعاد یکنواخت می باشد که اگر مذاب ، جامدی را که زیر دمای ذوب است احاطه کند گرادیان دمایی منفی در مایع ایجاد می شود(جامد به مایع حرارت می دهد) در این حالت گرمای نهان ذوب در مایع شبیه آنچه که در مرکز قالب ایجاد شده پراکنده و یک منطقه هم محور را باعث می گردد[۶و٧].
روش تحقیق
در این پژوهش دو روش جهت ایجاد انجماد جهت دار در قطعات چدنی مورد مطالعه بررسی گردید، ابتدا روش
ریخته گری دقیق مطالعه شد، بدین صورت که مخلوطی از ماسه ، چسب سیلیکات اتیل (سیلیس کلوئیدی ) و آب آماده و با تهیه صفحه آب گرد با لوله مسی و قطعاتی مومی مرکب از باسیس ، پارافین خشک و واکس مونتان به اشکال مورد نظر، موم را به صفحه آب گرد متصل کرده و در مخلوط قالب گیری جهت ایجاد ضخامت مناسب فرو بردیم ، جهت ذوب کردن موم ، قطعه بدست آمده را در کوره عملیات حرارتی قرار می دهیم که موم مورد نظر در دمای ١۵٠C ذوب می شود، و قبل از عملیات ذوب ریزی قطعه را تا دمای ١٠٠٠C گداخته کرده و ضمن اتصال سیستم آب گرد ذوب ریزی را انجام می دهیم ، روش دیگری که مطرح و بررسی گردید، این بود که با ایجاد شیب حرارت کنترل شده سعی گردید، شرایط جهت ایجاد انجماد جهت دار فراهم گردد. ابتدا جهت بررسی ریز ساختار قطعه چدنی بدون کنترل سرعت سرد شدن دو درجه با مخلوط ماسه تر شامل (ماسه سیلیسی طبیعی بادانه بندی AFS60 ۵ درصد بنتونیت ، ٢ درصد پودر زغال و ۵ درصد آب ) فرم گیری و جهت ذوب ریزی آماده گردید، سپس برای بررسی کنترل شیب حرارت دادن و سرعت سرد کردن یکی از درجه ها (درجه زیری ) را با مخلوط ماسه تر و درجه رویی را با مخلوطی از ماسه Co2 (ماسه ، چسب سیلیکات سدیم ) فرم گیری نموده و با دمش گازCo2 استحکام کافی ایجاد گردید، درجه رویی را تا دمای ٧۵٠C در کوره حرارت داده ، جهت جلوگیری از خروج حرارت در حین ذوب ریزی ، درجه زیری را در یک عایق از جنس پشم شیشه جاسازی کرده و درجه رویی را بلافاصله از کوره خارج نموده و روی درجه زیری جفت کرده و اطراف منطقه را از ماسه پر می نمائیم که هیچ گونه انتقال حرارتی به خارج از مجموعه نداشته باشیم و عمل ذوب ریزی انجام گردید. مذاب در کوره القایی تهیه شده و عملیات ذوب ریزی در این درجه ها و قالب های تهیه شده از روش ریخته گری دقیق صورت گرفت . در نهایت پس از انجام آزمایشات متالوگرافی و مشاهده ریزساختارقطعات چدنی تولید شده و بررسی سختی در مناطق مختلف این قطعات جهت تأئید مقادیر سختی بدست آمده از هر مرحله ، توسط میکروسکوپ الکترونی (SEM) و آزمایش میکروهاردنس مقادیر فازهای موجود در ریزساختار که شامل فازهای فریت و سمانتیت می باشد، گزارش می گردد.
نتایج و بحث
یکی از روشهای ایجاد انجماد جهت دار در قطعات چدنی به وجود آوردن قابلیت هدایت حرارتی است ، یکی از روشهای ایجاد انجماد جهت دار ریختن مذاب در داخل قالب موقت گرم شده در C (روش ریخته گری دقیق ) که دارای یک لوله مسی با سیستم آب گرد در زیر است و در ادامه راجع به آن بحث می شود صورت می گیرد، همچنین بوسیله ریختن مذاب در داخل قالب دایم که دارای یک سیستم خنک کننده مسی با آب گرد می باشد انجام می شود، که در این روش انجماد ابتدا از ته شروع شده ، سپس برای کنترل کردن عمل سرد کردن جهت دار از ته به بالا، قالب از ته به آرامی از کوره به عقب کشیده می شود[٨]. در این روش قالب طراحی شده و نیز به منظور حذف کردن دانه هایی که کمتر در مسیر مورد نظر رشد می کنند حفره هایی که به آن بلوک استارتر(BlC k Starter) گفته می شود زیر فضای خالی ای که برای انجماد تیغه در نظر گرفته شده است قرار می دهند، نتیجه این عملیات یک تیغه با دانه های ستونی است که در جهت طول آن گسترش می یابند[٩و١٠]. در روش ریخته گیری دقیق اعمال شده هدف این بود که با کنترل عمل سرد کردن جهت دار در قالب موقت به توان دانه هایی با جهت مطلوب ایجاد کرد. اشکال عمده این روش این است که فقط برای قطعات با وزن کم کاربرد دارد[١١].
مقاومت بالای ترمودینامیکی ذاتی کریستال باعث انگیزه ای برای توسعه تیغه های جهت دار توربین ها شده است .نواقص مربوط به جذب گرما و عدم انجماد جهت دار کریستالها و شکل گرفتن دانه های پراکنده در جاهایی که منحنی حاصل از مرز مذاب و ناحیه در حال سرد شدن به قسمت های پله دار قالب می رسد در طول فرایند ریخته گری به وجودمی آیند[١٢]. جلوگیری از ناهمگنی ساختار در طول انجماد کریستال ها و جهت دار کردن آنها سبب تولید سازه ای با قابلیت کارکرد در دماهای بالا مانند تیغه های توربین می شود. عواملی مانند تعداد جوانه ها در مذاب و مقدار گرمای گرفته شده کنترل نشده از آن سبب ایجاد انجمادی ناهمگن نزدیک دیواره قالب و تشکیل دانه هایی در خلاف جهت مورد نظر می شوند[١٣]. به وسیله گرفتن حجم گرمای کنترل شده از منطقه درحال سرد شدن می توان علاوه بر ایجاد شرایطی جهت بوجود آمدن همزمان دندریت ها در گوشه های کناری قالب و رسیدن دندریت های اولیه به مقطع بزرگ سازه ، شاهد دندریت هایی با ساختار میکروسکوپی یک سو و جهت یافته در این منطقه بود، از بوجود آمدن دندریت های ثانویه جلوگیری نمود. که با بررسی روشهای مختلف نهایتاً به سمتی سوق پیدا کردیم که با کنترل شیب حرارت دادن و سرعت سرد کردن بتوان ساختار دندریتی توسعه یافته در ساختار را بدست آورد [١۴و١۵]. انجماد سریع ساختار این احتمال را به وجود می آورد که سازه در طول عملیات حرارتی اندکی تمایل به هم خوردگی کریستال ها را به خاطر اعوجاج شبکه داشته باشد [١۶]. تصویر میکروسکوپی نمونه چدنی ریخته شده در حالت معمولی و بدون کنترل سرعت سرد شدن در شکل (١) دیده می شود که مناطق پرلیتی پیوسته و آستنیتی به وضوح در ساختار قابل مشاهده است . همچنین ترکیب شیمیایی این چدن در جدول (١) آورده شده است .
در اشکال (٢) و(٣)شاخه های دندریتی در نمونه های با کنترل سرعت سرد کردن قابل مشاهده می باشد. با افزایش سرعت انجماد فاصله بازوهای دندریتی چدن هیپویوتکتیک منجمد شده به صورت جهت دار کاهش می یابد که در شکل (۴)نشان داده شده است که این مصادف با کاهش و نوسان سختی در نقاط مختلف قطعه می باشد که در جدول (٢) آورده شده است . در این حالت تعداد سلولهای یوتکیتک افزایش یافته (شکل (۵)) و طول کلنی پرلیت در چدن سفید و گرافیت لایه ای در چدن خاکستری همانطوریکه در شکل (۶) نشان داده شده است کاهش و میزان حفره ها افزایش می یابد که با کنترل سرعت سرد کردن علاوه بر ایجاد شرایطی جهت رسیدن به ساختار دندریتی مناسب می توان تغییرات سختی را نیز در سرتا سر قطعه به رنج تقریباً یکنواختی رساند که در جداول (٣)و(۴) آورده شده است . در صورت مشاهده آخال در ساختار این آخالها در نزدیکی مرزهای دندریتی واقع خواهند شد.
در شکل (٧) ساختار میکروسکوپی سطح مقطع نمونه چدنی ریخته شده بدون کنترل سرعت سرد شدن و در شکل (٨) ساختار میکروسکوپی همان نمونه با کنترل سرعت سرد کردن نشان داده شده است که بوسیله میکروسکوپ الکترونی (SEM) گزارش می گردد. بعد از کنترل سرعت سرد کردن ظاهر ساختار میکروسکوپی تغییر می یابد و مناطق تاریک کمی عریض تر می شود. با تخمین زدن درصد فازهای فریت و سمانتیت مشخص گردید که درصد تعادلی این فازها ۴٣درصد فریت و ۵٧ درصد سمانتیت برای نمونه چدنی با کنترل سرعت سرد شدن و ٣٨ درصد فریت و ۶٢ درصد سمانتیت برای نمونه چدنی بدون کنترل سرعت سرد کردن گزارش می گردد، این اطلاعات به روشنی نشان می دهد که ساختار شبکه فریت و سمانتیت در چدن سریع سرد شده و درحالت سرد شدن کنترل شده متفاوت می باشد و در نتیجه متفاوت بودن رنج سختی در مناطق مختلف قطعه چدنی بدون کنترل سرعت سرد کردن را تأئید می نماید.
نتیجه گیری
١- با افزایش سرعت سرد کردن (عدم سرد کردن تعادلی ) افزایش حفره و کاهش طول ورقه گرافیتی در چدن خاکستری و مجتمع شدن کلنی های پرلیتی در چدن سفید را خواهیم داشت .
٢- در شرایط انتقال حرارت بین جامدهای درحال رشد با یک مذاب فوق سرد یک ساختاردندریتی ایجاد می گردد که ممکن است این ساختار با ابعاد یکنواخت (شبیه به فلز خالص ) باشد.
٣- متفاوت بودن مقادیر سختی در طول نمونه های ریخته شده بدون اعمال کنترل سرعت سرد کردن متفاوت بودن درصد تعادلی فازهای مناطق مختلف در ساختار را نمایان می سازد که با استفاده از میکروسکوپ الکترونی (SEM)
ثبات این امر محقق می گردد.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 15 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد