Skip to main content
SUPERVISOR
Behzad Niroumand
بهزاد نیرومند (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hamid Khodaverdizadeh Aghbelagh
حمید خداویردی زاده آقبلاغ

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Squeeze casting of ductile iron and study of the effects of applied pressure on its microstructure and mechanical properties
In the present work, the effects of applied pressure during solidification on microstructure and mechanical properties of a hypereutectic ductile iron were investigated . The suitable chemical composition of the base cast iron (3.65 wt%C, 2.24 wt%Si and 4.4 wt%C.E.) to avoid excessive carbide formation in the microstructures was determined after some preliminary test. Also the close lid ladle nodulizing treatment was recognized as the suitable nodulizing method for treating small quantities (about 5Kg) of cast iron. Furthermore, effects of some of the nodulizing treatment parameters on the microstructures were examined and 1400°C, 3wt% addition and 20 seconds were chosen as suitable processing values for nodulizing temperature, amount of nodulizing agent addition and delay time between nodulization and pouring, respectively. Consequently, magnesium treated melts were squeeze cast under external pressures of up to 75MPa using a hydraulic press and their microstructural and mechanical characteristics were investigated. Microstructural measurements were carried out on un-etched and etched surfaces of the castings using an optical microscope and Clemex image analysis software. Results showed that pressurized solidification of ductile iron had a significant effect on its microstructure and especially on the characteristics of the graphite nodules. Increasing the applied pressure from zero to 75Mpa decreased the amount of free graphite observed in the microstructures, reduced the nodule size and increased the graphite nodule count and graphite nodules sphericity. Increasing of the applied pressure also resulted in higher pearlite and cementite and lower ferrite contents in the microstructures. Moreover, the ultimate strength, yield strength and fracture toughness of the castings improved as the applied pressure rose from zero to 50MPa. Further increase in the applied pressure resulted in slightly lower mechanical properties. SEM fractographs showed an increasing trend for ductility of the fractured surface with increasing the applied pressure up to 50MPa followed by a decrease as the pressure was further increased to 75MPa. The reduction in the mechanical properties at the highest applied pressures was associated with the influence of the applied pressure on the formation of more carbide phase and decrease in the graphite nodule cont in the microstructures.
تحقیقات زیادی نشان داده است که اعمال فشار در هنگام انجماد فلزات و آلیاژها باعث بهبود ریزساختار و خواص مکانیکی آنها شده و تخلخل‌های گازی و انقباضی قطعات را کاهش می‌دهد. بیشتر تحقیقات انجام شده در این رابطه بر روی فلزات با نقطه ذوب پایین نظیر آلومینیوم انجام شده است و بخصوص مقالات چاپ شده معدودی در زمینه ریخته‌گری کوبشی چدن‌ها وجود دارد. در این پژوهش تاثیر اعمال فشار در حین انجماد، بر خصوصیات ساختاری و مکانیکی یک چدن داکتیل مورد بررسی قرار گرفت. پس از بهینه سازی ترکیب شیمیایی اولیه به منظور دستیابی به ساختارهایی با درصد کاربید قابل قبول، روش کروی کردن در بوته سر بسته به عنوان مناسب ترین روش کروی کردن تعیین گردید. همچنین کروی کردن در دمای1400 درجه سانتیگراد، با استفاده از مقدار 3 درصد فروسیلیکومنیزیم و ریخته‌گری مذاب 20 ثانیه پس از کروی کردن به عنوان مناسب‌ترین شرایط کروی کردن تعیین گردید. در ادامه مذاب چدن داکتیل با ترکیب شیمیایی حاوی 65/3 درصد کربن و24/2 درصد سیلسیم )4/4 درصد کربن معادل( با استفاده از یک کوره زمینی آماده شده و تحت شرایط مناسب به دست آمده تحت عملیات کروی کردن قرار گرفت. مذاب کروی شده در داخل یک قالب از جنس فولاد H13 ریخته‌گری کوبشی شده و تحت فشارهای اعمالی 0، 25، 50 و 75 مگاپاسکال منجمد گردید و نمونه‌های ریخته شده پس از برشکاری، مورد بررسی‌های ساختاری و مکانیکی قرار گرفتند. نتایج به دست آمده نشان داد که با افزایش فشار اعمالی از صفر تا 75 مگاپاسکال، درصد گرافیت آزاد موجود در ساختار و قطر متوسط کره‌های گرافیتی به ترتیب حدود 35 و 20 درصد کاهش یافت. افزایش فشار اعمالی همچنین باعث افزایش کسر کره‌هایی با قطر کمتر از 10 میکرون ‌شد. کرویت ذرات گرافیت با افزایش فشار اعمالی قدری افزایش پیدا کرد. با افزایش فشار از صفر تا 50 مگاپاسکال ندول کانت ذرات از حدود 1315 به حدود 1582 ذره بر میلیمتر مربع افزایش یافت اما با افزایش بیشتر فشار تا 75 مگاپاسکال این مقدار به حدود 1388 کاهش پیدا کرد. درصد فازهای سمنتیت و پرلیت موجود در ساختار با افزایش فشار اعمالی افزایش و درصد فاز فریت کاهش یافت. همچنین با افزایش فشار اعمالی از صفر تا 50 مگاپاسکال، استحکام کششی و درصد ازدیاد طول نمونه‌ها به ترتیب از 559 مگاپاسکال و 6/1 درصد به 620 مگاپاسکال و 6/4 درصد و انرژی ضربه نیز از 9/3 ژول به 35/5 ژول افزایش یافت. با افزایش بیشتر فشار اعمالی، استحکام کششی، درصد ازدیاد طول و انرژی ضربه کاهش پیدا کردند. در نهایت تغییرات ساختاری و مکانیکی ایجاد شده در نمونه‌های ریخته‌گری کوبشی شده با توجه به تاثیر فشار بر نرخ انتقال حرارت، سرعت سرد شدن نمونه‌ها و کاهش عیوب گازی و انقباضی در قطعات توضیح داده شد. کلید واژه‌ها: ریخته‌گری کوبشی، چدن داکتیل، انجماد تحت فشار، ریزساختار، خواص مکانیکی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی