فرمت فایل: doc
حجم فایل: 6123 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 90
پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مکانیک و ریخته گری با عنوان تولید چدن با گرافیت فشرده با استفاده روش افزودن گوگرد به مذاب عملیات شده با منیزیم
چکیده:
چدن با گرافیت فشرده دسته‌‌ای از چدنها می باشد که دارای خواص مکانیکی و فیزیکی مابین چدن خاکستری و چدن داکتیل می باشد. گرافیتها به صورت ذرات کرمی شکل می باشند و در مقایسه با گرافیت ورقهای، کوتاه‌تر، ضخیم‌تر و دارای گوشه‌های گرد می‌باشند. روشهای مختلفی برای تولید این نوع چدن وجود دارد از قبیل افزودن منیزیم به همراه عناصر نادر خاکی، عملیات مذاب توسط آلیاژ فروسیلیکومنیزیم حاوی عناصر تیتانیوم و آلومینیم و یا افزودن گوگرد به مذاب عملیات شده با منیزیم.در این تحقیق از روش افزودن گوگرد به مذاب عملیات شده با منیزیم برای تولید چدن با گرافیت فشرده استفاده شد. گوگرد به صورت پودر پریت با دانه بندی زیر 100 مش جهت عملیات فشرده‌سازی گرافیت استفاده شد.
برای عملیات کروی کردن گرافیتها از آلیاژ فروسیلیکومنیزیم با دانه‌بندی 1-4 میلیمتر استفاده شد. محدوده منیزیم از 035/0 درصد تا 088/0 درصد و محدوده گوگرد نیز از 014/0 تا 085/0 درصد انتخاب شد. اثر تغییرات نسبت Mg/S بر استحکام کششی، استحکام تسلیم، درصد ازدیاد طول، انرژی ضربه و قابلیت ماشینکاری نمونه‌ها مورد بررسی قرار گرفت. همچنین تاثیر تغییرات نسبت Mg/S بر فاکتور شکل گرافیت، تشکیل کاربید و تغییرات درصد پرلیت و فریت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که با افزایش نسبت Mg/S استحکام کششی، استحکام تسلیم، انرژی ضربه و درصد ازدیاد طول افزایش می‌یابد و قابلیت ماشینکاری بهبود می‌یابد. همچنین افزایش نسبت Mg/S منجر به کاهش فاکتور شکل گرافیت و افزایش احتمال تشکیل کاربید بخصوص در مقاطع نازکتر می‌گردد.با کاهش ضخامت نمونه ها از 51 میلیمتر به 3 میلیمتر اندازه ذرات گرافیت از حدود 90 میکرومتر به حدود 45 میکرومتر کاهش یافت و نسبت CG:SG از 5:95 به 100:0 تغییر پیدا کرد.
کلمات کلیدی:
چدن با گرافیت فشرده
مکانیزم تشکیل گرافیت فشرده
ریز ساختاری و مورفولوژی چدن
روش افزودن گوگرد و حلالیت آن در مذاب
مقدمه
چدن با گرافیت فشرده دسته ای از چدنها هستند که اخیراً به خانواده چدنها اضافه شده است. چدن با گرافیت فشرده چدنی است که در آن گرافیتها بصورت کوتاه با گوشه های گرد کرمی شکل در ساختار ظاهر می شود. این نوع گرافیت دارای شکلی مابین ورقه های بزرگ چدن خاکستری نوع A و گرافیتهای کروی چدن داکتیل است [1]. تا اوایل دهه 1950 تولید قطعات چدن از جنس چدن با گرافیت فشرده به صورت تصادفی بود و بنابراین قطعات تولید شده از نظر کیفیت چندان مطلوب نبودند [2].تا دهه 1970 تمایل نسبتاً کمی به استفاده از مواد مهندسی در صنایع اتومبیل وجود داشت. چدنها بدلیل ارزان قیمت بودن و دارا بودن وی‍‍ژگیهای خاص از قبیل خواص مکانیکی و قابلیت ریخته‌گری خوب، معمولاً در اکثر کاربردها ترجیح داده می‌شد.
اخیراً تلاشهای فزاینده بمنظور کاهش وزن قطعات و بهبود کارایی، طراحان اتومبیل را وادار به جایگزینی موادی نظیر سرامیکها، آلیاژهای سبک و پلاستیکها نموده است. در راستای تحقیقات انجام گرفته توسط بیش از 30 شرکت اتومبیل بهترین جایگزین ماده‌ای از خانواده چدنها، یعنی چدن با گرافیت فشرده تشخیص داده شده است [3].چدنهای با گرافیت فشرده گستره‌ای از چدنها هستند که دارای خواص فیزیکی و مکانیکی مابین چدن داکتیل و خاکستری است و تولید آن نیز نسبت به دو نوع دیگر چدن مشکلتر است. این نوع چدن به دلیل دارا بودن همزمان استحکام، هدایت حرارتی، مقاومت خستگی حرارتی و مکانیکی و دیگر خواص از جمله مواد مهندسی است که اخیراً توجه زیادی به آن شده است [4]. لذا انتخابی مناسب برای تولید بدنه موتور، سرسیلندر و دیگر قطعاتی بود که همزمان استحکام و هدایت حرارتی را نیاز داشتند [1].
چدن با گرافیت فشرده بدلیل دارا بودن ساختاری مابین چدن خاکستری و داکتیل انتظار می رود که دارای خواص مکانیکی بین چدن داکتیل و خاکستری باشد. استحکام، داکتیلیته و چقرمگی چدن با گرافیت فشرده بالاتر از چدن خاکستری و در حد چدن داکتیل است و هدایت حرارتی و ظرفیت جذبی آن بالاتر از چدن داکتیل است. قابلیت ماشینکاری آن بالاتر از چدن داکتیل است و کمتر از آن تولید سرباره می کند و کمتر مستعد حفرات انقباضی و تشکیل کاربید است. به دلیل دارا بودن این خواص چدن با گرافیت فشرده در تولید قالبهای شمش، کفشک ترمز، سرسیلندرها، شیرها و بدنه موتورها کاربرد پیدا کرده است [5 و 6].
فهرست مطالب
فصل اول: مقدمه … 1
فصل دوم: مروری بر منابع
2-1- تعریف ریز ساختاری و مورفولوژی چدن با گرافیت فشرده … 5
2-2- رابطه بین منحنی سرد شدن و ریزساختار گرافیت… 7
2-3- خواص مکانیکی چدن با گرافیت فشرده… 10
2-3-1- استحکام کششی … 10
2-3-2- قابلیت ریخته‌گری … 12
2-3-3- خواص انقباضی … 12
2-3-4- تشکیل سرباره … 13
2-3-5- تمایل به تشکیل مناطق تبریدی… 14
2-3-6- قابلیت ماشینکاری … 14
2-3-7- استحکام خستگی … 17
2-3-8- خواص سایشی … 19
2-3-9- خواص خوردگی … 20
2-4- مکانیزم تشکیل گرافیت فشرده … 20
2-4-1- شکل اولیه و فرایند تشکیل گرافیت فشرده… 22
2-4-2- مدلهای رشد گرافیت فشرده … 23
2-4-3- جهت کریستالوگرافی رشد چدن با گرافیت فشرده … 24
2-4-4- تاثیر عناصر کروی کننده بر تشکیل گرافیت فشرده … 25
2-4-5- اثر آستنیت بر تشکیل گرافیت فشرده … 27
2-5- تاثیر عناصر آلیاژی … 29
2-5-1- منیزیم… 30
2-5-2- لانتانیدها … 30
2-5-3- گوگرد … 31
2- 5-4- سیلیسیم … 31
2- 5-5- کربن معادل … 32
2- 5- 6- تیتانیوم و آلومینیم… 33
2- 5-7- مس … 34
2- 5-8- سریم … 34
فصل سوم: روش تحقیق
3-1- ساخت مدل و قالبگیری … 37
3-2- مواد اولیه و عملیات ذوب ریزی… 38
3-3- آنالیز شیمیایی… 39
3-4- آزمایشهای خواص مکانیکی … 39
3-4-1- آزمایش استحکام و ازدیاد طول… 39
3-4-2- آزمایش انرژی ضربه … 40
3-4-3- آزمایش قابلیت ماشینکاری… 40
3-5- متالوگرافی نمونه ها … 41
فصل چهارم: نتایج و بحث
4-1- تعیین روش افزودن گوگرد و حلالیت آن در مذاب … 43
4-2- بررسیهای متالورژیکی … 44
4-2-1- شکل گرافیت … 45
4-2-1-1- اثر نسبت Mg/S … 45
4-2-1-2- اثر ضخامت … 47
4-2-2- بررسی فاز… 50
4-2-2-1- اثر نسبت Mg/S … 50
4-2-2-2- اثر ضخامت… 51
4-2-3- بررسی کاربید… 55
4-2-3-1- اثر نسبت Mg/S … 55
4-2-3-2- اثر ضخامت … 57
4-3- بررسی خواص مکانیکی … 58
4-3-1- استحکام کششی… 58
4-3-2- ازدیاد طول… 63
4-3-3- آزمایش ضربه… 66
4-4- بررسی ماشینکاری … 68
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادها
نتیجه گیری … 74
پیشنهادها… 75
منابع و مراجع … 85
فهرست جدولها
فصل دوم
جدول2-1- خواص مکانیکی چدن با گرافیت فشرده … 10
جدول 2-2- مقایسه قابلیت ماشینکاری انواع مختلف چدن … 16
فصل سوم
جدول 3-1- آنالیز مذاب پایه (درصد وزنی) … 43
فصل چهارم
جدول 4-1- نتایج حاصل از افزودن پریت به روش اینمولد … 43
جدول 4-2- مقایسه میزان حلالیت گوگرد به دو روش Stream , In-mold … 44
جدول 4-3- ترکیب شیمیایی نمونه ها … 45
جدول 4-4- اثر افزایش گوگرد بر شکل گرافیت … 46
جدول 4-5- اثر افزایش میزان گوگرد برفاکتور شکل گرافیت … 46
جدول 4-6- نتایج حاصل از اندازه گیری طول گرافیتها مربوط به نمونه E2 … 49
جدول 4-7- نتایج حاصل از اندازه گیری فاکتور شکل در ضخامتهای مختلف … 49
جدول 4-8- تاثیر تغییر ضخامت بر درصد فاز نمونه ها (% Fe3C + % F + % P) … 54
جدول 4-9 - نتایج حاصل از آزمایش کشش نمونه های چدن با گرافیت فشرده … 63
جدول 4-10- مقادیر ازدیاد طول نمونه ها … 63
جدول 4-11- نتایج حاصل از آزمایش ضربه نمونه های چدن با گرافیت فشرده … 66
جدول 4-12- نتایج حاصل از آزمایش ماشینکاری … 69
جدول 4-13- مقایسه قابلیت ماشینکاری نمونه های مختلف … 69
فهرست شکلها
فصل دوم
شکل 2-1- شکل ریز ساختار چدن با گرافیت فشرده و خاکستری و داکتیل … 5
شکل2-2- تصویر میکروسکوپی ریز ساختار چدن با گرافیت فشرده a- در حالت اچ عمیق و b- حالت اچ
نشده … 6
شکل 2-3- تاثیر افزایش میزان منیزیم باقی مانده بر ریزساختار چدن . 7
شکل 2-4- منحنی سرد شدن که ساختارهای مختلف گرافیت و تعریف T1 و T2 وTΔ را نشان می‌دهد 8
شکل 2-5- ارتباط بین ساختار گرافیت و اطلاعات منحنی سرد شدن . 9
شکل 2-6- ساختار گرافیت بر حسب مساحت زیر منحنی … 9
شکل 2-7- رابطه بین فاکتور شکل و استحکام نهایی … 11
شکل 2-8- نمونـه‌هـای تـست سیـالیت بـرای سه نوع چدن خاکستری، چدن با گرافیت فشرده و چـدن
داکتیل … 12
شـکل 2-9- مقـایـسه حـفره انـقبـاضـی و ابـعـاد چــدن خـاکسـتری، چـدن بـا گـرافـیت فـشـرده و
چدن داکتیل، ریخته شده در قالب ماسه‌ای … 13
شکل 2-10- نیروی برش (a) و طول ماشینکاری تحت سایش ابزار (b) برای چدن با انواع گرافیت … 15
شکل2-11- ارتباط بین نیروی برشی و استحکام فشاری چدنها … 15
شکل 2-12- منـحنی خستـگی چدن بـا گرافـیت فشرده، A- با زمینه فریتی، B- با زمینه پرلیتی، C- با
کرویت بالا … 17
شکل 2-13- ارتباط فاکتور مقاومت خستگی با میزان کاهش وزن … 19
شکل 2-14- رفتار خوردگی چدنهای مختلف در محیط اسیدی … 20
شکل2-15- تصویر شماتیک رشد سلول یوتکتیک، گرافیت تغییرشکل یافته در مناطق مختلف خمیری 22
شکل2-16- تصویر SEM، نشاندهنده شکل اولیه گرافیت فشرده (x2500) … 23
شکل 2-17- گرافیت کروی بدون پوسته آستنیتی (x1000) … 23
شکل 2-18- تصویر SEM نشان دهنده لبه‌های در حال رشد گرافیت فشرده. (1) مقعر، (2) صفحه‌ای، (3)
محدب … 24
شکل 2-19- تصویر شماتیک از جهت رشد کریستالوگرافیکی گرافیت فشرده، ورقهای و کروی … 25
شکل2-20- تصویرSEM از انتهای گرافیت فشرده که در راستای a رشد می‌کند (x4000) … 25
شکل2-21- تصویرSEM از انتهای گرافیت فشرده که در راستای c رشد می‌کند (x7500)… 25
شکل2-22- توزیع منیزیم، سریم و گوگرد در جبهه در حال رشد گرافیت فشرده … 26
شکل2-23- تشکیل گرافیت فشرده در داخل مذاب در میان آستنیت . 27
شکل2-24- انتهای در حال رشد گرافیت فشرده که توسط آستنیت احاطه شده است … 28
شکل2-25- تصویر میکروسکوپی از ریزساختار نمونه‌ای که در چند مرحله اچ شده است … 29
شکل2-26- محدوده Si , Cو نسبت Si-C و CE برای تولید چدن گرافیت فشرده با بیش از 80 درصد
گرافیت فشرده در ضخامت 5/0 تا 5 اینچ … 32
شکل 2-27- تاثیر عناصر مختلف بر اکتیویته گوگرد … 32
شکل 2-28- تغییرات میزان پرلیت، سختی و استحکام کششی بر حسب مقدار آلومینیوم در چدن گرافیت
فشرده … 34
فصل سوم
شکل 3-1- تصویر شماتیکی از مدل پله ای … 37
شکل 3-2- تصویر شماتیک نمونه کشش … 40
شکل 3-3- تصویر شماتیک از نمونه ماشینکاری … 41
فصل چهارم
شکل 4-1- تاثیر ضخامت قطعه بر شکل گرافیت … 48
شکل 4-2- تاثیر نسبت Mg/S بر درصد فریت … 51
شکل 4-3- نمودار تغییرات درصد فریت بر حسب تغییرات ضخامت … 52
شکل 4-4- تصاویر میکروسکوپ نوری از پله های مختلف … 53
شکل 4-5- اثر میزان تحت تبرید بر شکل گرافیت … 55
شکل 4-6- اثر میزان Mg/S بر تشکیل کاربید 1) نسبت Mg/S=1.75 2) نسبت Mg/S=0.75 … 56
شکل 4-7- تاثیر میزان منیزیم بر تشکیل کاربید در نسبت Mg/S یکسان … 57
شکل 4-8- تصویر شماتیک نمودار سرد شدن، نشاندهنده تاثیر نرخ سرد شدن بر منحنی انجماد و
ریزساختار چدن با گرافیت فشرده … 57
شکل 4-9- تاثیر افزایش میزان گوگرد بر استحکام کششی و استحکام تسلیم … 60
شکل 4-10- تاثیر نسبت Mg/S بر استحکام کششی و تسلیم چدن با گرافیت فشرده … 62
شکل 4-11- رابطه استحکام کششی و تسلیم با فاکتور شکل گرافیت . 62
شکل 4-12- رابطه فاکتور شکل گرافیت با میزان ازدیاد طول چدن گرافیت فشرده … 64
شکل 4-13- رابطه بین نسبت Mg/S با ازدیاد طول نمونه های چدن با گرافیت فشرده … 65
شکل 4-14- تاثیر تغییرات نسبت Mg/S بر انرژی ضربه نمونه های چدن با گرافیت فشرده … 67
شکل 4-15- تصاویر میکروسکوپی از سایش ابزار … 71
قیمت فایل فقط 125,000
برچسب