مقدمه ای درباره بررسي ارتباط ميان نوع پولك گرافيت واندازه نسبت گرافيت سطح – به- نسبت حجم
مترجم:ساسان تمیزی فر بازبینی و ویرایش:رسول صالحی ، زیر نظر:دکتر عابدی
چكیده:
چدن خاكستريي (4.0 = CE) در بلوكهايي به سايز 2/1 ، 1 و 2 in (1.27 ، 2.54 و 5.08 cm ) در ماسه تر قالبگيري شده و در شرايط تلقيح شده وتلقيح نشده تهيه مي شود . مقطع متالوگرافي از داخل قطعه ريخته گری و از قسمت هاي پايين ، مياني و بالاي آن گرفته مي شود .مساحت گرافيت سطح – به– حجم ( sv ) با استفاده از يك سيستم تكنيكي با به كاربردن يك دايره با ميدان 16 كه از مانیتور نمايش داده مي شود، اندازه گيري مي شود . در مجموع ، براوردي بر حسب درصد هریک از ا نواع گرافيت برای هر ميدان نمايش داده شده ، بدست می آید .
اندازه sv با كاهش اندازه مقطع ( قطعه ) يا با افزايش نرخ انجماد افزايش عمده مي يابد . ، در نتيجه معدل پايين cm¹ 342 از طرف بالای in 2) cm 5.08 ) در قطعه ريخته گری ( سطح مشترك تغذیه ) به يك معدل بالای cm¹ 1231 در طرف پايين in2 )cm 5.08 ) در قطعه ريخته گری ( سطح مشترك قطعه ريخته گری ) میباشد. بصورت طبيعي پراكندگي ساختار گرافيت در داده s اثر مي گذارد . .هر چند براي يك سايز مشخص قطعه ريخته گری شده ، ميانگين s با كاهش گرافيت نوع A افزايش پيدا مي كند ( افزايش D و E ) . گرافيت نوع A بيشتر هنگاميكه سايز مقطع افزايش يافته باشد مشاهده مي شود و بسبب تلقيح مناسب ، مورد انتظار مي باشد .
اندازه گيري sv ، نويد راهي براي ارزيابي ساختار گرافيت ، را نشان مي دهد و با استفاده از اندازه گيري اتوماتيك Image analysis از ضرورت اظهار نوع گرافيت دوري مي شود .
مقدمه:
چدن خاكستري طبق ضوابطي از لحاظ سايز پولك ( اعداد )و نوع پولك(حروف )شرح داده مي شود . از اين حروف و اعداد متالوگرافر براي شرح دادن ساختار گرافيت استفاده مي كند و نيز مي توان اساسي براي كنترل كيفيت چدن خاكستري تهيه كرد. براي مثال : يك التزام عمومي براي مشخصه ميكرو ساختار چدن خاكستري به ماكزيموم رساندن پولك هاي نوع A در رنج سايز 3-5 و به مينيمم رساندن پولكهاي نوع D و E را شامل مي باشد .
پولك هاي نوع A پولك هايي هستند كه بصورت بسيار تصادفي جهت دارمي شوند و فاصله متوسط آنها بدقت مطابق با فاصله بازوي دنديريت آستنيت مي باشد . پولك هاي نوع A نسبتا به آهستگي رشد مي كنند و در ازاي مادون انجماد كم در زير دماي یوتکتیک چدن خاكستري به دست مي آيند و بزرگی اندازه مقطع قطعه ريخته شده و يا بصورت مناسب تلقيح شده بودن چدن نيز باید مورد توجه قرار گیرد.
از سوي ديگر گرافيت D و E از اينروكه به فاصله بازوي دنديريت كمتر وابسته اند ، پولك هايي با فاصله متوسط نسبتا كم مي باشند ( بدين گونه موقعيت دندريت در ميكروساختار معلوم مي شود ) . اين پولك ها بواسطه سرعت رشد سريع سل های یوتکتیکی همراه با یک مادون انجماد نسبتا زياد( از نقطه یوتکتیک) چدن خاكستري به وجود می آید. در ساختار گرافيت D و E انجماد سريع ، كوچك بودن سايز مقطع قطعه ريخته و يا شديدا سرد كردن چدن چند فازی و تلقيح ناچيز مذاب از عوامل موثر مي باشند.
با شناسايي سايز و نوع گرافيت مي توان مقياسي براي موفقيت تلقيح سازي تهيه كرد و مي توان به عنوان ابزاري در كنترل كيفيت از آن استفاده كرد . اگر براي مثال : يك سري از قطعات ريخته شده با داشتن 90% گرافيت نوع A معيوب مي باشند ، بخاطر عوامل بالقوه منفي که در آینده می توانند پیدا کنند ازجمله ماشين كاري يا مقاومت به خوردگي برگشت داده می شوند. در بيشتر موارد يك متالوگرافر بوسيله ميكروسكوپ به مقطع قطعه ريخته گری نگاه مي كند و قابل قبول يا غير قابل قبول بودن آنرا مي گويد . يك راي معقول به نكته بين بودن متالوگرافر، بررسي عدد ميدان نمايش داده شده،كيفيت انجام مقدمات متالوگرافي بستگي دارد .etc
امروزه تجهيزات Image analysis براي متالوگرافر،فرصت بدست آوردن آناليزاتوماتيك درباره اجزاء مهم را فراهم مي سازد . بدست آوردن اندازه اي از شکل (morphology )گرافيت بدون تعيين نوع و اندازه ، داراي اهميت خواهد بود .اندازه گيري مساحت گرافيت سطح در واحد حجم ( sv ) مورد استفاده در اين نمونه يك عامل اندازه گيري بسیار مهم مي باشد .
قبلا در اندازه گيري ها براي بيان ساختار متالوﮊيكي مواد مختلف از مساحت سطح در واحد حجم استفاده شده بود . بخصوص اندازه ذرات در فلزات وسراميك ها بوسيله نسبت سطح – به – حجم كه توسط Underwood يا Dehoff و Rhines تشريح شده است ، بيان شده بود . اين تكنيك ها در چدن خاكستري و هم داكتيل بكار برده شده است . در يك سري از آزمايشات بررسي كاملي در مورد ارتباط ميان استحكام كششي چدن خاكستري و شکل (morphology ) گرافيت با اندازه گيري نسبت گرافيت سطح – به – حجم به روش Bates با تعداد زيادي نمونه هاي ميله اي كشش انجام شده است . بررسي s نشان داد اساسا ساختار گرافيت نوع A بطور موافق با تغيير اندازه مقطع قطعه ريخته گی ، تغییر پيدا مي كند .
هدف از اين كار نشان دادن اطلاعات مقدماتي است كه بيانگر ارتباط بين s اندازه گيري شده و نوع گرافيت مي باشد . این اطلاعات بوسیله انجام آزمایش در اندازه های مختلف مقطع قطعه ریخته گی با شرایط تلقیح وبدون تلقیح تهیه شده اند.
روش آزمايش:
قطعه ريخته گی ضخيمي در بلوك هاي 1/2 ، 1 و 2 in و( 5.081.27 ، 2.54 cm ) (اندازه كامل آن در شكل 1 قابل رويت است ) در كارخانه ريخته گريMTU تهيه شده است .
شکل 1 طرح بلوک،قسمت برش خورده،ابعاد سه Y بلوک ریخته شده و موقعیت نمونه متالوگرافی شده را بیان می کند
تركيب اسمي آلياﮊ كه در ماسه تر و در شرايط تلقيح شده وتلقيح نشده قالب ريزي شده است ، C 3.3% ، Si2.2% مي باشد. تلقيح سازي در پاتيل بوسيله اضافه كردن فروسيليسيم wt% 0.3 با گريد كارخانه ، بصورت رور پزی ، انجام مي پذيرد. حالت مقطع قطعه ريخته در شكل 1 نمايش داده شده و نمونه متالوگرافي بنا بر محل نمايش داده شده از پايين مركز ( BC ) مياني مركز ( MC ) و بالاي مركز ( TC ) ,و هر ورقه ( بشقاب ) 1/4in) cm 0.64), گرفته مي شود.
مقدمات متالوگرافي پوليش با روش معمولي را شامل شده و با اچ كردن با محلول نايتال رقيق ادامه پيدا مي كند . اندازه گيري سطح- به- حجم بوسيله ميكروسكوپOlympus PME3 با اضافه كردن يك دايره ظريف به سطح تصوير تلويزيون انجام مي گيرد. در اين بررسي بصورت سيستماتيك ميدان (محيط )16 مورد آزمايش قرار مي گيرد و با بزرگ نمايي 508X محل تقاطع ميان دايره وپولك هاي گرافيت ثبت مي شود ونسبت سطح – به-حجم s با استفاده از رابطه مفروض زير محاسبه مي شود :
sv = (2NM / C ) cm-1
كه
تعداد بر خورد =N
محيط دايره C = cm
بزرگ نمايي در صفحه تصوير تلويزيون =M
اين اندازه گيري در شكل هاي 2a و 2b مشهود مي باشد . ريزنگاري گرافيت هاي E و D و Aبترتيب با اضافه كردن دايره تست اندازه گيري sv براي هر محيط نمايش داده شده انجام مي گيرد . معمولا براورد در 127x درباره نوع گرافيت ( بر حسب در صد ) همراه با سايز پولك گرافيت بوسیله مقايسه با مجموعه طرح هاي گرافيت استاندارد ASTM بدست می آید .
شکل2a
ریز نگاری نوری گرافیت نوع A در زمینه پرلیتی با تست دایره پوششی.در این ریز نگاری
s =900cm وc=20cm،m=500،n=18
شکل 2b
ریز نگاری گرافیت نوع dوe در یک زمینه پرلیتی+فریتی با تست دایره پوششی.در این ریزنگاری
s =1850cm وc=20cm،m=500،n=39
تشريح آزمايش:
درصد میانگین وخطای استاندارد گرافیت نوع A و دادهای سطح-به-حجم برای حالت ﭘایه وجدن تلقیح شده در هر یک از موقعیت نمونه ها و اندازهای مقطع در جدول 1 فهرست شده است.
میانگین دادهای نقاط اختصاصی تسلیم در جدول1 و تا حدودی در شکل 3a و3b نمایش داده شده است . و همچنین عوامل موثر در نوع گرافیت (E وD ( i.e.A vs. واندازه sv برای 1/2in و (cm 1.27و 2.54 ) قطعه ریخته در موقعیت های BC وMC نمایش داده شده است. این دادها در جدول 1 و شکل 3 نمایش می شود ، به ﭘﯿروی از :
1- برای اندازه مشخص مقطع قطعه ریخته ، هنگامیکه گرافیت نوع D و E بر حسب درصد بیشتر شود ، شمرده ( اندازه ) s بیشتر می شود . این اختلاف بیشتر برای قطعه ریخته 1/2in (1.27 cm) نسبت به قطعه ریخته 1 in (2.54 cm) اظهار می شود .
2- sv بیشتر از cm¹ 1231 در ﭘایین قطعه ریخته (1/2in (cm 1.27 و sv کمتر cm¹ 342 در قسمت بالای قطعه ریخته (2in (cm 5.08 می باشد ، در نتیجه بواسطه بیشتر شدن اندازه مقطع حد متوسط s کم می شود .
3- یک اختلاف مهم در sv و مقدار ثابت گرافیت نوع A % مشاهده می شود، شکل 3 تفاوت از 500 تا 700 را نشان می دهد .
4- در مجموع ، تلقیح سازی ، افزایش نسبت گرافیت نوع A را ناشی می شود.
ازیک نمودار مشترک برای (2in (cm 5.08 نتیجه شده که معمولا وقتی در قطعه ریخته گری تمام دادها نزدیک 100% گرافیت نوع A باشد در ازای آن متوسط داده s کمتر از 50 می شود .
شکل 3b : نمودار sv به % گرافیت نوع A . داده ها از سطح 1in موقعیت BC و MC -
Y بلوک است.
شکل 3a : نمودار sv به % گرافیت نوع A . داده ها از سطح 1.2in موقعیت BC و MC .
Y بلوک است.
جدول 1: درصد گرافیت A و نسبت سطح به حجم، میانگین 16 اندازه گیری و انحراف استاندارد
اثرات سرعت انجماد:شکل a 3 و b 3 آشکار می سازد سرعت انجماد نقش مهمی در تعیین هردوی ، نوع گرافیت و سر انجام، sv بازی می کند .در مجموع ، ازدیاد سرعت انجماد افزایش رشد سل ها را ایجاب می کند ، در نتیجه محصول یک مقیاس ریزتر از ساختار گرافیت همراه با افزایش مورد انتظار sv می باشد. همچنین سرعت انجماد بواسطه قطعه ریخته گی نسبت به قطعه گی ریخته و بواسطه نقطه تا نقطه در داخل قطعه ریخته گی تغییر می یابد . بطور آشکار سرعت انجماد در ﭘایین قطعه ریخته گی از قسمت میانی بیشتراست .
این اختلاف در سرعت انجماد می تواند بیان کننده ناهنجاری باشد هر چند به طئر هماهنگ مدول قطعه ریختگی و قانون چورنیو برای قالب های عایق استفاده گردد.
Ts= Bs (M )2
مدول = M
پایداری مذاب = Bs
زمان انجماد =Ts
مدول برایin 2/1مقطعY بلوک درMc,Bc در مرکز هر مقطع از از موارد زیر پیروی می کند :
MBC=VS/AS = d²×1/3(d×1)
و
MMC= VS/AS = d²×1/2(d×1)
سرعت انجماد واز این رو نرخ رشد سل های یوتکتیکی معکوسا متناسب اند با طرحA.M یا Sv وl/m برای مقطع 1/2و1وin2 ودر شکل 4 معلوم است,که در این نمودار معدل برای هر دو حالت پایه و چدن تلقیح شده رسم شده است .و تمایل افزایش sv با افزایش سرعت انجماد را ارائه می دهد.
شکل 4 : نمودار sv به 1/m میانگین برای نمونه های آهن پایه و تلقیح شده
اثر تلقیح سازی در این نمونه ها آشکار نمی باشد . به طورمتوسط برای یک حالت معین از نمونه تلقیح شده در مقایسه با چدن اولیه کاهش sv مورد انتظاردر اینجا به وضوح نشان داده نمیشود.پراکندگی در داده هابه وسیله خطای استاندارددر اندازه گیری sv در جدول شماره1نشان داده شده است.در اغلب موارد تفاوتهای بزرگی در متوسط sv مابین چدن پایه و چدن تلقیح شده مشاهده می شود و برای رفع کردن اختلاف هاداشتن اطلاعات بیشتر ضروری است.
منبع : سایت فلزات
جواب بصورت نقل قول
فهرست مطالب
نوشته شده توسط MicrosoftH
