Skip to main content
SUPERVISOR
Behzad Niroumand
بهزاد نيرومند (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hamid Khodaverdizadeh Aghbelagh
حميد خداويردي 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.
تحقيقات زيادي نشان داده است که اعمال فشار در هنگام انجماد فلزات و آلياژها باعث بهبود ريزساختار و خواص مکانيکي آنها شده و تخلخل‌هاي گازي و انقباضي قطعات را کاهش مي‌دهد. بيشتر تحقيقات انجام شده در اين رابطه بر روي فلزات با نقطه ذوب پايين نظير آلومينيوم انجام شده است و بخصوص مقالات چاپ شده معدودي در زمينه ريخته‌گري کوبشي چدن‌ها وجود دارد. در اين پژوهش تاثير اعمال فشار در حين انجماد، بر خصوصيات ساختاري و مکانيکي يک چدن داکتيل مورد بررسي قرار گرفت. پس از بهينه سازي ترکيب شيميايي اوليه به منظور دستيابي به ساختارهايي با درصد کاربيد قابل قبول، روش کروي کردن در بوته سر بسته به عنوان مناسب ترين روش کروي کردن تعيين گرديد. همچنين کروي کردن در دماي1400 درجه سانتيگراد، با استفاده از مقدار 3 درصد فروسيليکومنيزيم و ريخته‌گري مذاب 20 ثانيه پس از کروي کردن به عنوان مناسب‌ترين شرايط کروي کردن تعيين گرديد. در ادامه مذاب چدن داکتيل با ترکيب شيميايي حاوي 65/3 درصد کربن و24/2 درصد سيلسيم )4/4 درصد کربن معادل( با استفاده از يک کوره زميني آماده شده و تحت شرايط مناسب به دست آمده تحت عمليات کروي کردن قرار گرفت. مذاب کروي شده در داخل يک قالب از جنس فولاد H13 ريخته‌گري کوبشي شده و تحت فشارهاي اعمالي 0، 25، 50 و 75 مگاپاسکال منجمد گرديد و نمونه‌هاي ريخته شده پس از برشکاري، مورد بررسي‌هاي ساختاري و مکانيکي قرار گرفتند. نتايج به دست آمده نشان داد که با افزايش فشار اعمالي از صفر تا 75 مگاپاسکال، درصد گرافيت آزاد موجود در ساختار و قطر متوسط کره‌هاي گرافيتي به ترتيب حدود 35 و 20 درصد کاهش يافت. افزايش فشار اعمالي همچنين باعث افزايش کسر کره‌هايي با قطر کمتر از 10 ميکرون ‌شد. کرويت ذرات گرافيت با افزايش فشار اعمالي قدري افزايش پيدا کرد. با افزايش فشار از صفر تا 50 مگاپاسکال ندول کانت ذرات از حدود 1315 به حدود 1582 ذره بر ميليمتر مربع افزايش يافت اما با افزايش بيشتر فشار تا 75 مگاپاسکال اين مقدار به حدود 1388 کاهش پيدا کرد. درصد فازهاي سمنتيت و پرليت موجود در ساختار با افزايش فشار اعمالي افزايش و درصد فاز فريت کاهش يافت. همچنين با افزايش فشار اعمالي از صفر تا 50 مگاپاسکال، استحکام کششي و درصد ازدياد طول نمونه‌ها به ترتيب از 559 مگاپاسکال و 6/1 درصد به 620 مگاپاسکال و 6/4 درصد و انرژي ضربه نيز از 9/3 ژول به 35/5 ژول افزايش يافت. با افزايش بيشتر فشار اعمالي، استحکام کششي، درصد ازدياد طول و انرژي ضربه کاهش پيدا کردند. در نهايت تغييرات ساختاري و مکانيکي ايجاد شده در نمونه‌هاي ريخته‌گري کوبشي شده با توجه به تاثير فشار بر نرخ انتقال حرارت، سرعت سرد شدن نمونه‌ها و کاهش عيوب گازي و انقباضي در قطعات توضيح داده شد. کليد واژه‌ها: ريخته‌گري کوبشي، چدن داکتيل، انجماد تحت فشار، ريزساختار، خواص مکانيکي.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی