Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Panepour,Mahmood Meratian isfahani
مسعود پنجه پور (استاد راهنما) محمود مراتیان اصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Amir Peyman Soleymani
امیر پیمان سلیمانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Synthesis of cementite from hematite- graphite mixture by mechanical- thermal and fractional melting processes
In the recent years, pure cementite (Fe 3 C) is considered as a material for the production of high temperature usage pieces and an auxiliary material in electric arc furnaces (EAF). For this purpose, simultaneous thermal- mechanical activation (STMA) was performed on hematite- graphite mixtures with stoichiometric ratio of 1/1, 1.25/1 and 1.5/1 (stoichiometric amount of consumed carbon in hematite to cementite reaction) for 6 hours at 800, 850 and 900°C and BPR of 40:1. The microstructure of the sample which was milled at 800°C and carbon to hematite ratio of 1/1 was studied through light microscope, Scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). The results showed pearlite, proeutectoid cementite and activated free carbon content in the microstructure. Image analysis of the sample indicated more than 2.1%wt carbon content, which was approved by eutectic endothermic peak in thermal analysis (DSC). To dissolve the free carbon content in the microstructure of the sample, fractional melting (FM) process was performed on the sample at 1180°C for 25 min. in inert atmosphere. Microstructure of this sample showed more than 75%wt proeutectic cementite and 5.7%wt carbon content. Further studies were done on the FM samples which had higher stoichiometric ratio (1.25/1 and 1.5/1) and higher milling temperature (850°C and 900°C). Microstructure of these samples was surveyed through light microscope and color etching solutions, SEM and EDS. The image analysis results indicated that increasing stoichiometric ratio and milling temperature, increased the cementite in the structure. So that increasing the source of carbon led to cementite and vermicular graphite microstructure in the sample which was milled at 800°C with 1.5/1 stoichiometric ratio. While fragmentation and distribution of graphite particles in the sample which was milled at 900°C with 1.25/1 stoichiometric ratio, was the mechanism of cementite- graphite microstructure. According to the results, coupling of STMA/ FM process can be brought up as a new method for pure cementite production from hematite. Keywords: Iron carbide, Hematite, Graphite, Simultaneous Mechanical-thermal activation, Fractional Melting, Hot ball milling, Carbothermic reduction
در سال های اخیر سمنتیت خالص (Fe 3 C) به عنوان ماده اولیه تولید قطعات با کاربری در دمای بالا (با استحکام بالا) و ماده ای کمکی درکوره های قوس الکتریکی مورد توجه محققین قرار گرفته است. به همین منظور، در تحقیق پیش رو مخلوطی از پودر هماتیت و گرافیت با سه نسبت استوکیومتری 1:1، 25:1/1 و 5:1/1 (نسبت استوکیومتری میزان کربن مصرفی در رابطه با واکنش تبدیل هماتیت به سمنتیت)، در سه دمای 800، 850 و °C 900، به مدت 6 ساعت و نسبت گلوله به پودر 40:1 تحت فرایند فعال سازی همزمان مکانیکی- حرارتی (STMA) قرار گرفت. بررسی ریز ساختار محصول، با نسبت استوکیومتری 1:1 که در دمای °C800 آسیاب شده بود، با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آزمون طیف سنجی تفکیک انرژی (EDS) حاکی از حضور پرلیت، سمنتیت پرویوتکتوئیدی و کربن آزاد فعال شده داشت. آنالیز تصویری این محصول نیز حاکی از حضور بیش از wt% 1/2 کربن محتوی بود. حضور این مقدار کربن محتوی با نمایان شدن پیک گرماگیر مربوط به استحاله یوتکتیکی، طبق نمودار فازی آهن- سمنتیت، در آنالیز حرارتی (DSC) محصول نیز تایید شد. به منظور افزایش میزان کربن محتوی از طریق انحلال سریع کربن آزاد فعال شده در ساختار محصول آسیا کاری داغ، فرایند ذوب جزئی (FM) در دمای C°1180 به مدت 25 دقیقه و در اتمسفر خنثی روی محصول مذکور انجام گرفت. بررسی ریز ساختار این محصول نیز نشان دهنده حضور بیش از wt% 75 سمنتیت پرویوتکتیکی و در حدود wt% 7/5 کربن محتوی بود. در ادامه نمونه های با نسبت استوکیومتری بالاتر و دمای آسیا کاری بیشتر، تحت فرایند ذوب جزئی قرار گرفت. بررسی ریز ساختار این محصولات نیز با استفاده از میکروسکوپ نوری و محلول های اچ رنگی ومتمایز کننده، SEM و EDS انجام گرفتند. آنالیز تصویری نشان داد که با افزایش دمای آسیا کاری و افزایش میزان کربن، میزان سمنتیت در محصول ذوب جزئی افزایش می یابد، به گونه ای که در دمای C°800 و نسبت استوکیومتری 5:1/1 ،از طریق مکانیزم افزایش منبع کربنی، ساختاری متشکل از زمینه سمنتیتی به همراه گرافیت کرمی شکل حاصل می شود. این در حالی است که در دمای C°900 و با نسبت استوکیومتری 25:1/1، و از طریق خرد شدن و توزیع گرافیت در ساختار، محصولی مشابه حالت قبل تولید می شود. بنابراین با توجه به نتایج به دست آمده می توان کوپل فرایند فعال سازی همزمان مکانیکی- حرارتی/ ذوب جزئی را به عنوان روشی نوین در تولید سمنتیت خالص از هماتیت معرفی نمود. کلمات کلیدی کاربید آهن، هماتیت، گرافیت، فعال سازی همزمان مکانیکی- حرارتی، ذوب جزئی، آسیاکاری داغ، احیای کربوترمی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی