دانلود تأثير منگنزبرمنحني هاي سرد شدن ريزساختار و خواص مكانيكي چدن خاكستري

دانلود تأثير منگنزبرمنحني هاي سرد شدن ريزساختار و خواص مكانيكي چدن خاكستري

فهرست مطالب
با تشكر از:4
چكيده:7
مقدمه:8
خواص عمومي چدن هاي خاكستري10
1-1 جوانه زايي چدنها با آلياژ سيليسيم11
1-2 انجماد و مكانيزم ورقه اي شدن گرافيت در چدن خاكستري:11
شكل 1-1 منحني انجماد ايده آل واقعي چدن خاكستري ] 40[12
فصل دوم12
مروري بر منابع12
2-1 تغيير حالت يوتكتوئيد در چدنهاي خاكستري13
2-1-1 تشكيل حلقه هاي فريت در اثر تجزيه آستنيت14
شكل 2-2: الف - طرحي از يك گرافيت ورقه اي در زمينه اي از آستنيت، درست پيش از تجزيه آستنيت15
2-1-2 تشكيل پرليت در اثر تجريه آستنيت16
2-2 اثر منگنز، بر سينتيك تغيير حالت يوتكتوئيد در چدنهاي خاكستري17
شكل 4-2: مقطعي از نمودار تعادلي سه تايي Fe-C-Si ]17[.20
شكل 5-2: طرحي از مكانيزم تجزيه آستنيت و تشكيل حلقه هاي فريت ]17[.21
2-2-1 اثر منگنز، بر منحني هاي سرد كردن21
شكل 7-2: تغييرات محدوده دمايي تغيير حالت يوتكتوئيد برحسب درصد در مقادير مختلفي از منگنز]3[.23
شكل 8-2: اثر منگنز بر منحني سرد كردن در محدودة تغيير حالت يوتكتوئيد ]3[24
شكل 9-2: اثر منگنز يا قلع بر زمان شروع و پايان تغيير حالت يوتكتوئيد ]3[.25
2-3 اثر منگنز، بر ريز ساختار چدنهاي خاكستري28
2-3-1 اثر منگنز، بر ساختار زمينة چدنهاي خاكستري29
شكل 11-2: اثر عناصر آلياژي مختلف بر سختي محلولي فاز فريت [17].30
شكل 12-2: اثر منگنز، بر ريز سختي پرليت32
شكل 13-2: اثر منگنز، قلع يا منگنز بر تجزيه حرارتي پرليت در دماي 680 درجة سانتيگراد [27].33
2-3-2 اثر منگنز بر مشخصات گرافيتهاي ورقه اي33
2-4 اثر منگنز، بر خواص مكانيكي چدنهاي خاكستري35
شكل 14-2: اثر منگنز، قلع يا منگنز بر خواص كششي نمونه هايي از چدن خاكستري (نمونه هاي كششي از كيل بلوكهاي به ضخامت 4/25 ميليمتر تهيه شده است [27].36
2-4-2) اثر منگنز، بر سختي چدنهاي خاكستري37
شكل 15-2:اثر منگنز، بر سختي نمونه اي از چدن خاكستري با درصد هاي متغير از اين عنصر37
شكل 16-2 اثر درصد پرليت حاصل از افزايش عنصر منگنز، بر سختي نمونه اي از چدن خاكستري [27].38
شكل 17-2: تغييرات سختي در چدنهاي خاكستري با درصدهاي متفاوتي از منگنز و قلع، برحسب درصد قلع [30].33339
شكل 18-2: تغييرات انرژي ضربه در چدنهاي خاكستريي با درصد هاي متفاوت از منگنز و قلع، برحسب درصد قلع (نمونه ها از نوع شارپي و بدون شيار هستند) [30].40
فصل سوم42
روش انجام آزمايش42
3-1 استانداردهای آزمایش43
فصل چهارم45
نتايج45
4-1 بررسي منحني هاي سرد شدن46
4-2 بررسي ريز ساختار46
4-3 بررسي عمق تبريد و دانسيته47
4-4 بررسي خواص مکانيکي48
فصل پنجم49
نتيجه گيري49
نتایج بدست آمده50
منابع و مآخذ51
ABSTRACT54

چكيده:
با توجه به كار برد وسيع چدنهاي خاکستری در صنايع كه مي تواند جايگزين مناسبي براي برخي از فولادها باشد لذا اهميت اين موضوع سبب گرديده كه در اين زمينه تحقيقات فراواني صورت گيرد.
منگنز از عناصر آلیاژی اصلی در ساختار چدن می باشد. نقش اصلی منگنز در ترکیب چدن خنثی کردن اثرات مخرب گوگرد می باشد. منگنز با گوگرد ترکیب شده و سولفید منگنز تولید که به مقیاس زیادی وارد سرباره می شود.
در اين تحقيق تأثير درصدهاي مختلف منگنز (445/0 تا 092/1 درصد) بر منحني هاي سرد شدن، ريز ساختار و خواص چدن خاکستري بررسي شده است. نتايج نشان مي دهندکه در چدني با کربن معال 8/3 درصد و مقدار متوسط گوگرد 047/0 درصد با افزايش درصد منگنز تا 661/0 درصد دماي يوتکتيک افزايش مي يابد و با افزايش بيشتر درصد منگنز دماي يوتکتيک کاهش مي يابد ولي دماي يوتکتوئيد با افزايش درصد منگنز همواره کاهش مي يابد. همچنين افزايش درصد منگنز تا 661/0 درصد سبب افزايش درصد حجمي گرافيت ها و درصد گرافيت هاي نوع A شده و با افزايش بيشتر درصد منگنز موارد مذکور کاهش مي يابند. همچنين با افزايش درصد منگنز طول لايه هاي گرافيت کاهش يافته ولي ضخامت آنها تغيير محسوسي نمي کند و با افزايش درصد منگنز تا 760/0 درصد تعداد سلول هاي يوتکتيک بر واحد سطح افزايش مي يابد. تغييرات درصد منگنز تأثيري بر فاصله بازوهاي دندريتي ندارد ولي با افزايش درصد اين عنصر ميزان پرليت در ساختار چدن خاکستري افزايش مي يابد. عمق تبريد با افزايش درصد منگنز تا 661/0 درصد کاهش و دانسيته چدن با افزايش درصد اين عنصر همواره کاهش مي يابد. نتايج آزمايشات کشش و سختي سنجي روي نمونه هاي چدني نشان داد که افزايش درصد منگنز سبب افزايش سختي، استحکام تسليم، استحکام نهايي و مدول کشساني چدن شده و نسبت استحکام به سختي را کاهش مي دهد.
مقدمه:
منگنز از عناصر آلياژي اصلي در ساختار چدن مي باشد. نقش اصلي منگنز در ترکيب چدن خنثي کردن اثرات مخرب گوگرد مي باشد. منگنز با گوگرد ترکيب شده و سولفيد منگنز توليد که به مقياس زيادي وارد سرباره مي شود. حداقل ميزان منگنز لازم جهت خنثي کردن اثر گوگرد از رابطه زير به دست مي آيد]1[. % Mn = 1.7%S + 0.3

(1)
عليرغم اينکه منگنز به تنهايي در چدن اثر کاربيدزايي دارد ولي به دليل اينکه گوگرد را که يک عامل کاربيد زاي قوي مي باشد از ترکيب چدن خارج مي کند در مجموع نقش گرافيت زايي دارد. جهت پرليتي کردن ساختار چدن خاکستري درصد منگنز مورد نياز از رابطه زير به دست مي آيد. ]1[. % Mn = 3%S + 0.35
(2)
هدف
در صورتي که درصد منگنز بيش از مقدار فوق باشد تمايل به سفيد شدن چدن خاکستري افزايش پيدا مي کند. در چدن هاي خاکستري غيرآلياژي بسته به ترکيب شيميايي و خواص مودر نظر درصد منگنز در حد 2/0 تا يک درصد مي باشد ]2[. تاثير منگنز بر خواص چدن خاکستري متاثر از درصد گوگرد مذاب مي باشد. در صورتيکه درصد منگنز در توازن با درصد گوگرد باشد.
ضمن ايجاد ريز ساختار مطلوب و کاهش عمق تبريد، خواص کششي چدن خاکتسري نيز بهبود مي يابد ]6،5،4،3[. هدف از تحقيق حاضر بررسي تاثير درصد هاي مختلف منگنز (0/445 تا 092/1 درصد) بر منحني هاي سرد شدن، ريز ساختار، عمق تبريد، سختي و خواص کششي چدن خاکستري با کربن معادل 8/3 و مقدار متوسط گوگرد 047/0 درصد مي باشد.
اندازه گرافيت ورقه اي مي تواند روي خواص مكانيكي تأثير بگذارد. اندازه گرافيت ها به دو پارامتر بستگي دارد:
1-آهنگ سرد شدن يا اندازه سطح مقطع. چون مقاطع نازك سريع سرد مي شوند، تعداد بيشتري گرافيت ورقه اي خواهند داشت.
2-جوانه زني با آلياژ سيليسيم، افزايش تعداد گرافيت ورقه اي و كاهش تمايل به تبريدي بودن مخصوصاً در مقاطع نازك را باعث مي شود. افزايش مقدار جوانه زا باعث افزايش تعداد گرافيتهاي ورقه اي مي شود.
در حين ريخته گري اين نوع چدن مي توان به ساختار زمينه فريت، پرليت، مخلوط فريت و پرليت، آستنيت، بينايت و مار تنزيت دست يافت. چدنهاي خاكستري پرليني استحكام بالايي دارند ولي چقرمگي آنها كمتر است. چدنهاي خاكستري فريتي - استحكام كمتري دارند ولي ازدياد طول مبني آنها بيشتر و مقاومت به ضربه شان خوب است.

پیشینه تحقیق
در حال حاضر، در تمام كارخانه ها، براي ورقه اي نمودن گرافيتهاي چدن خاكستري از منگنز، استفاده مي گردد. در ضمن عناصر جزئي مانند سريم و عناصر خاكي نادر موجود در آلياژ فروسيليكو منگنز Fe-Si-Mn براي خنثي كردن عناصر جزيي مضرو راندمال بهتر در عمل جوانه زايي، اهميت زيادي دارند.
روش افزودن منگنز به روشهاي مختلف اعم از ساده و پيچيده مي باشد. در انتخاب يكي از روشها براي يك كارگاه معين بايد فاكتور هاي زيادي مورد نظر قرار گيرد و در بين آنها مهمترين فاكتورها با تعيين اولويتها مشخص گردد. فاكتورهاي اصلي به قرار زير مي باشند:
1.روش انتخاب شده نبايد با ايجاد نور و دود همراه باشد.
2.قيمت تمام شده چدن توليدي بايد حداقل باشد.
3.روش نبايد احتياج به سرمايه گذاري زياد در تجهيزات داشته باشد.
4.كيفيت چدن توليدي بايد مطلوب باشد.
5.روش بايد توانايي ريختن قطعات با وزن هاي مختلف را دارا باشد.
براي توليد چدن خاكستري مرغوب بايد كنترل دقيق به عمل آيد تا مقدار منگنز باقيمانده كم يا زياد نباشد. از آنجائيكه دما و تركيب شيمياي براي بازيابي منگنز موثر ميباشند، فرآيند و مواد مناسب ورقه اي سازي مطلوب، بزرگترين عوامل بالقوه براي تغييرات منگنز باقيمانده مي باشندو

روش کار و تحقیق
مذاب چدن با استفاده از 50درصد برگشتي چدن و 50 درصد قراضه فولاد با ترکيب مندرج در جدول (1) در يک کوره القايي 25 کيلوگرمي و با فرکانس سه کيلو هرتز تهيه شد. سپس با افزودن درصدهاي مختلف کک نفتي با خلوص 60درصد، فروسيليسيم 75درصد و فرو منگنز 75درصد چدن هايي با کربن معادل يکسان (تقريباً 8/3درصد) و حاوي درصدهاي مختلف منگنز (445/0، 661/0، 760/0، 092/1 درصد) تهيه و در تمامي موارد از 3/0 درصد فروسيليسيم به عنوان جوانه زا در پاتيل استفاده شد و ريخته گري نمونه ها در دماي بارريزي 1350 درجه سانتيگراد صورت گرفت. ترکيب شيميايي کليه نمونه ها در جدول (2) نشان داده شده است.

(( برای دانلود کلیک کنید ))