Skip to main content
SUPERVISOR
Behzad Niroumand,Ali Maleki
بهزاد نیرومند (استاد راهنما) علی مالکی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Safar Rostamzadeh
صفر رستم زاده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Single stage semi-solid casting of gray cast iron in a sand mold
Semi-solid casting is one of the new methods of manufacturing metalic parts. In many semisolid casting methods, the parts are produced by applying shear to a solidifying melt to make a slurry of suspended non dendritic primary particles in the melt. Most popular semi-solid casting processes involve two stages. The first stage includes producing a semi-solid slurry which is formed in a high strength metallic die in the second stage of the process. Because of high pressures applied on the semi-solid slurry during the second stage, the die should be made of expensive alloy steels. Also most of the studies have been conducted on low melting point alloys such as aluminium or magnesium and high melting point alloys have attracted less attention. Gray cast iron is a high melting point alloy used in many industrial applications and is suitable for products requiring good heat transfer, machinablity, damping capacity and wear resistance. By increasing the carbon content, flake graphites in the microstructure become coarser and mechanical properties are reduced. Therefore, reducing the size of flake garphite in high carbon cast irons may results in superior physical and mechanical properties. This research investigated the possibility of low cost single stage semi solid casting of a high melting point alloy, i.e. gray cast iron, in sand molds using centrifugal force. For this purpose, a specially designed runner chilled sand mold rigged to a vertical centrifugal casting machine was used. The hypereutectic gray cast iron was poured in the sand mold at 1270, 1275 and 1285 ?C and at rotation speeds of 200 and 400 rpm. The effects of different parameters on microstructure as well as mechanical and physical propertie of the specimens were characterized. In order to compare the results, control samples were cast in the same mold at 1275 ?C by traditional methods of gravity and centrifuged casting. Mold filling and temperature and solid fraction changes during solidification were also simulated by Procast simulation software. The results showed that the average length and thickness of eutectic and Kish flake graphites in semi-solid centrifuged castings were smaller than those in the castings prepared by conventional gravity or centrifuged casting methods. Reducing the pouring temperature in semi-solid casting method led to smaller size and thickness of eutectic and Kish graphite flakes. Hardness and tensile strength of the semi-solid cast samples were higher than those of the control samples. Improvment of the microstructure by semi-solid casting resulted in increase of tensile strength and hardness of control samples from 128 MPa and 166 vickers, respectively, to 154 MPa and 192 vickers for semi-solid samples, respectively. The result showed that semi solid casting of hypereutectic gray cast iron in sand mold using the new single stage semi solid centrifuged casting method was successful. Key words: Centrifuged Semi-Solid Casting, Hypereutectic Gray Cast Iron, Kish graphite, Sand Mold, Mechanical peroperties, Simulation
ریخته گری نیمه جامد یکی از روش های نسبتا جدید تولید قطعات فلزی می باشد. برای ساخت قطعات در بسیاری از روش های نیمه جامد، نیاز به اعمال تنش برشی به مذاب در حال انجماد برای ساخت دوغابی با ذرات غیردندریتی پراکنده در آن می باشد. اکثر فرایندهای شناخته شده در ریخته گری نیمه جامد، در طی دو مرحله، شامل تولید دوغاب نیمه جامد و سپس شکل دهی آن در یک قالب فلزی، انجام می شود. به دلیل نیاز به اعمال فشار بالا در مرحله شکل دهی دوغاب نیمه جامد، قالب های مورد استفاده برای انجام این روش ها از فولادهای آلیاژی گرم کار ساخته می شود. هم چنین بیشتر پژوهش های انجام گرفته بر روی آلیاژهای با نقطه ذوب پایین نظیر آلومینیوم و منیزیم انجام شده و کمتر به بررسی آلیاژ هایی با نقطه ذوب بالا پرداخته شده است. چدن خاکستری پرمصرف ترین آلیاژ در ریخته گری قطعات صنعتی است. خواصی مانند جذب ارتعاش، قابلیت تراشکاری، انتقال حرارت و مقاومت سایش بالا در کنار قیمت پایین باعث استفاده زیاد از این آلیاژ شده است. با افزایش درصد کربن این خواص افزایش یافته ولی درعوض خواص مکانیکی محصولات به دلیل درشت شدن لایه های گرافیت در ساختار، کاهش می یابد. بنابراین در صورت توفیق در کاهش ابعاد گرافیت های لایه ای در چدن های خاکستری با درصد کربن بالا، می توان محصولاتی با کارایی فیزیکی و مکانیکی بیشتر به دست آورد. در این پژوهش، امکان تولید ارزان قیمت قطعات نیمه جامد از یک آلیاژ با نقطه ذوب بالا، یعنی چدن خاکستری، در قالب ماسه ای، به صورت تک مرحله ای و به روش گریز از مرکز بررسی شد. به این منظور از یک دستگاه ریخته گری گریز از مرکز و قالبی ویژه با سیستم راهگاهی مبرددار استفاده شد و نمونه هایی از مذاب چدن خاکستری هایپریوتکتیک در سه دمای 1285 و 1275 و 1270 درجه سانتی گراد و با سرعت دوران 400 و 200 دور بر دقیقه، ریخته گری شدند و تاثیر پارامترهای مختلف بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ مورد بررسی قرار گرفت. برای مقایسه نتایج به دست آمده از این روش، نمونه هایی با روش های ریخته گری گریز از مرکز و ریخته گری ثقلی نیز ریخته شد. علاوه بر این، تاثیر پارامترهای فرایند بر پرشدن قالب و تغییرات دمایی و کسر جامد آلیاژ در حین انجماد به وسیله نرم افزار Procast بررسی شد. نتایج نشان داد که ریخته گری نیمه جامد گریز از مرکز چدن خاکستری هایپریوتکتیک باعث تغییر ریزساختار و ریزتر شدن گرافیت ها و حذف گرافیت های درشت و ضخیم کیش می شود. هم چنین کاهش دمای ریخته گری در روش نیمه جامد باعث ریزتر و نازک تر شدن گرافیت های یوتکتیکی و کیش شد. نمونه های به دست آمده از روش نیمه جامد دارای سختی و استحکام کششی بالاتری نسبت به دیگر نمونه ها بود و بهبود ریزساختار و کاهش ابعاد گرافیت ها موجب افزایش استحکام کششی از MPa128 و سختی از 166 ویکرز برای نمونه های شاهد گریز از مرکز به مقدار استحکام کششی MPa 154 و سختی 192 ویکرز شد. نتایج نشان داد که ریخته گری چدن خاکستری هایپریوتکتیک با استفاده از روش جدید تک مرحله ای نیمه جامد گریز از مرکز در قالب ماسه ای با موفقیت انجام پذیر است و امکان تولید قطعات چدن خاکستری هایپریوتکتیک با حذف گرافیت های درشت کیش و افزایش خواص مکانیکی در عین حفظ دیگر خواص فیزیکی وجود دارد. کلمات کلیدی ریخته گری نیمه جامد گریز از مرکز، چدن خاکستری هایپریوتکتیک، گرافیت کیش، قالب ماسه ای،خواص مکانیکی، شبیه سازی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی