پایان نامه بررسی تاثیر متغیرهای عملیات حرارتی بر ریزساختار و مقاومت به سایش چدن نایهارد

دانلود پایان نامه

دانشکده مهندسی مواد

بررسی تاثیر متغیرهای عملیات حرارتی بر ریزساختار و
مقاومت به سایش چدن نایهارد 4

پایان‌نامه برای اخذ درجه کارشناسی ارشد در رشته
مهندسی مواد گرایش شناسایی و انتخاب مواد مهندسی

اساتید راهنما:

دکتر مجید عباسی- دکتر محمود ربیعی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

در این تحقیق اثر دما و زمان ناپایدارسازی آستنیت بر ریزساختار و مقاومت به سایش چدن نایهارد نوع 4 مورد مطالعه قرار گرفت. به این منظور پس از تهیه ذوب و ریخته‌گری، نمونه‌ها در چهار دمای 750، 800، 850 و C°900 به مدت یک تا شش ساعت ناپایدار شده و سپس در شرایط یکسان در هوای ساکن محیط سرد شدند. مطالعات ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ‌ نوری مجهز به سیستم آنالیزگر تصویری و میکروسکوپ‌ الکترونی روبشی و XRD انجام شد. همچنین ریزسختی‌سنجی و درشت‌سختی‌سنجی به روش ویکرز انجام شد. آزمون سایش به روش پین روی دیسک با استفاده از سنگ ساینده Al2O3در شرایط تنش آرام تحت نیروی N30 و سرعت خطی cm/s4 انجام شد. نمونه‌های سایش قبل از آزمون، تحت عملیات حرارتی برگشت در دمای C°300 به مدت 3 ساعت قرار گرفتند.

نتایج نشان داد که ریزساختار ریختگی چدن نایهارد با سختی 495 ویکرز شامل 67 درصد حجمی آستنیت باقیمانده، 13 درصد حجمی مارتنزیت و 20 درصد حجمی کاربیدهای یوتکتیک M7C3است. با انجام عملیات ناپایدارسازی، آستنیت باقیمانده به مارتنزیت و کاربیدهای ثانویه تبدیل می‌شود و سختی افزایش می‌یابد. تغییرات ناشی از این فرایند به شدت تابعی از دما و زمان ناپایداری است. با افزایش بیشتر دمای ناپایدارسازی، آستنیت کمتری به مارتنزیت تبدیل می‌شود. همچنین افزایش زمان سبب کاهش میزان آستنیت باقیمانده و افزایش کاربیدهای ثانویه می‌شود. مورفولوژی کاربیدهای ثانویه M3C با افزایش دما و زمان از لایه‌ای یا تیغه‌ای به کروی تبدیل می‌شوند. با توجه به نتایج آزمون سایش و مطالعات ریزساختاری، بهترین شرایط برای ناپایدارسازی آستنیت و بهبود مقاومت به سایش، دمای 800 الی C°850 به مدت 3 تا 4 ساعت است.

واژه‌های کلیدی:چدن نایهارد4، کاربید یوتکتیک، کاربید ثانویه، دما و زمان ناپایدارسازی آستنیت، مقاومت سایشی

فهرست مطالب

فصل 1- مقدمه 1

فصل 2- مرور بر منابع 5

2-1- معرفی چدن های سفید مقاوم به سایش (چدن نایهارد) 5

2-2- تاریخچه.. 6

2-3- کاربرد چدن‌های نایهارد.. 7

2-4- چدن‌های نایهارد و استانداردهای آن… 9

2-4-1- ترکیب شیمیایی و ریزساختار.. 9

2-4-2- چدن نایهارد 1 و2.. 10

2-4-3- چدن نایهارد 4.. 12

2-5- تاثیر عناصر آلیاژی… 14

2-5-1- کربن…. 14

2-5-2- کروم.. 16

2-5-3- نیکل…. 17

2-5-4- مولیبدن… 18

2-5-5- تنگستن…. 18

2-5-6- نیوبیم… 19

2-5-7- وانادیم… 21

2-5-8- منگنز… 22

2-5-9- مس 22

2-5-10- سیلیسیم… 22

2-5-11- بور.. 24

2-5-12- گوگرد.. 24

2-5-13- فسفر… 24

2-5-14- نتیجه گیری… 24

2-6- ساختار متالورژیکی چدن نایهارد.. 25

2-6-1- فازهای مختلف موجود در چدن نایهارد.. 25

2-6-2- فازهای کاربیدی در چدن نایهارد.. 26

2-6-3- تاثیر شکل و اندازه کاربیدها در چدن نایهارد.. 31

2-6-4- ساختمان زمینه چدن نایهارد.. 31

2-7- ذوب و ریخته گری… 34

2-8- انجماد چدن نایهارد.. 35

2-9- عملیات حرارتی…. 38

2-10- عملیات ناپایدارسازی و تبدیل آستنیت در آن… 41

2-10-1- تشریح فرایند… 41

2-10-2- تبدیل مارتنزیتی در حین عملیات حرارتی ناپایدارسازی… 43

2-11- عملیات حراتی تمپر… 43

2-12- پارامترهای عملیات حرارتی…. 44

2-13- مقاومت به سایش چدن‌های نایهارد.. 47

2-13-1- رابطه بین سختی و مقاومت به سایش……. 48

2-13-2- درصد کربن و ریزساختار.. 48

2-13-3- مورفولوژی، مقدار حجمی و اندازه کاربید یوتکتیک….. 50

2-13-4- دمای تمپر… 50

2-13-5- اثر آستنیت باقیمانده. 50

2-13-6- روش‌های آزمون سایش……. 51

2-14- خلاصه تحقیقات انجام شده در خصوص نایهارد 4.. 53

2-15- جمع ‌بندی و هدف از تحقیق…. 54

فصل 3- روش تحقیق 55

3-1- طراحی آزمایش……. 56

3-1-2- تهیه مدل و قالبگیری… 57

3-1-3- ذوب و بارریزی… 58

3-1-4- ترکیب شیمایی چدن نایهارد4 ریخته شده. 58

3-1-5- عملیات حرارتی ناپایدارسازی… 59

3-1-6- مطالعات میکروسکوپی برای بررسی ریزساختار.. 59

3-1-7- آنالیز تفرق اشعه X (XRD) 60

3-1-8- آزمون سختی…. 60

3-1-9- آزمون سایش……. 61

فصل 4- نتایج و بحث 63

4-1- بررسی ریزساختار و سختی چدن نایهارد در حالت ریختگی…. 63

4-2- اثر زمان ناپایدارسازی بر سختی…. 65

4-3- اثر زمان ناپایدارسازی در دماهای مختلف بر ریزساختار.. 68

4-4- اثر دمای ناپایدارسازی در زمان ثابت بر سختی…. 79

4-5- اثر دمای ناپایدارسازی بر ریزساختار در زمان ثابت….. 82

4-6- بررسی ریزساختار با میکروسکپ‌الکترونی روبشی…. 85

4-7- اثر عملیات تمپر بر تغییرات سختی و ریزساختار.. 86

4-8- اثر عملیات ناپایدارسازی بر مقاومت به سایش چدن نایهارد.. 91

نتیجه‌‌گیری 97

پیشنهادات برای تحقیقات بیشتر 99

مراجع 101

پیوست ‌ها 107

چدنهای مقاوم به سایش بر مبنای ریزساختار و آلیاژهای آنها به پنج گروه عمده تقسیم می­شود که در این میان چدن نایهارد4 چدنی با 6% نیکل، 9% کروم و 2% سیلیسیم با کربن یوتکتیک و ساختاری با کاربیدهای یوتکتیک M7C3 و زمینه عاری از پرلیت در حالت ریختگی و نیز بعد از عملیات حرارتی غالباً بصورت مارتنزیتی می­باشد. این آلیاژها از طریق یک واکنش یوتکتیک که منجر به تشکیل آستنیت و کاربید یوتکتیک M7C3 شده، منجمد می­شود.

چدن نایهارد4 از قدیمی­ترین گروه های چدنهای پر آلیاژ در صنعت بوده که بیش از 50 سال قدمت داشته و مواد بسیار مناسبی در آسیابهای سیمان محسوب می­شوند. همچنین مصرف این نوع چدنها در تولید قطعاتی نظیر بوش ‌ها، سیلندرها، بوش سیلندرها، کاسه چرخ و … می باشد.

در این چدن، نیکل عنصری است که مانع از تشکیل پرلیت از زمینه آستنیتی شده و باعث تشکیل یک ساختار سخت مارتنزیتی در حین سرد شدن در قالب می­شود. کروم هم در تشکیل کاربیدهای یوتکتیک M7C3 و نیز بی اثر کردن اثر گرافیت زایی نیکل مورد استفاده قرار می­گیرد.

مقاومت سایشی و خواص مکانیکی چدن نایهارد به نوع، مورفولوژی و توزیع کاربیدهای یوتکتیک و نیز ماهیت ساختار زمینه بستگی دارد. ترکیب شیمیایی، شرایط انجماد و نیز عملیات حرارتی بر این پارامترها تاثیر گذار خواهند بود.

مقاومت سایشی خوب چدنهای نایهارد به دلیل ریزساختار آنهاست که شامل کاربیدهای سخت یوتکتیک توزیع شده در زمینه مارتنزیتی، آستنیتی و رسوب کاربیدهای ثانویه می­باشد. در مجموع ساختار زمینه می­تواند هم روی مقاومت سایشی و هم مقاومت ضربه تاثیر گذار باشد.

ریزساختار آلیاژ یک نقش اساسی را در رفتار سایشی ایفا می­کند. همانطور که بیان شد مقدار حجمی کاربیدها و نیز ساختار زمینه و توانایی آن برای تغییر فرم و کارسختی در حین سایش، بر مقاومت سایشی موثر می­باشند. با مطالعات صورت گرفته، مشحص شد که ارتباط بسیار قوی بین پارامترهای ریزساختاری و مقاومت به سایش با شرایط عملیات حرارتی وجود دارد. لذا تعیین پارامترهای عملیات حرارتی برای بهبود مقاومت به سایش و خواص مکانیکی چدن نایهارد موثر می­باشد..

ساختار بعد از عملیات حرارتی نقش عمده­ای را بر خواص مکانیکی و متالورژیکی ایفا می­کند که در نحوه کارکرد چدنهای نایهارد تاثیر به سزایی دارد. این چدن در حالت ریختگی شامل 50% آستنیت باقیمانده بوده و دارای سختی HB­ (500-400) بوده که با انجام سیکل عملیات حرارتی جهت تشکیل مارتنزیت مقدار سختی به HB (600-550) افزایش می­یابد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید