دانلود گزارشهای کارآموزی و پروژه دانشجویی

دانلود تأثیر منگنزبرمنحنی های سرد شدن ریزساختار و خواص مکانیکی چدن خاکستری

فهرست مطالب
با تشکر از: ۴
چکیده: ۷
مقدمه: ۸
خواص عمومی چدن های خاکستری ۱۰
۱-۱ جوانه زایی چدنها با آلیاژ سیلیسیم ۱۱
۱-۲ انجماد و مکانیزم ورقه ای شدن گرافیت در چدن خاکستری: ۱۱
شکل ۱-۱ منحنی انجماد ایده آل واقعی چدن خاکستری ] ۴۰[ ۱۲
فصل دوم ۱۲
مروری بر منابع ۱۲
۲-۱ تغییر حالت یوتکتوئید در چدنهای خاکستری ۱۳
۲-۱-۱ تشکیل حلقه های فریت در اثر تجزیه آستنیت ۱۴
شکل ۲-۲: الف – طرحی از یک گرافیت ورقه ای در زمینه ای از آستنیت، درست پیش از تجزیه آستنیت ۱۵
۲-۱-۲ تشکیل پرلیت در اثر تجریه آستنیت ۱۶
۲-۲ اثر منگنز، بر سینتیک تغییر حالت یوتکتوئید در چدنهای خاکستری ۱۷
شکل ۴-۲: مقطعی از نمودار تعادلی سه تایی Fe-C-Si ]17[. ۲۰
شکل ۵-۲: طرحی از مکانیزم تجزیه آستنیت و تشکیل حلقه های فریت ]۱۷[. ۲۱
۲-۲-۱  اثر منگنز، بر منحنی های سرد کردن ۲۱
شکل ۷-۲: تغییرات محدوده دمایی تغییر حالت یوتکتوئید برحسب درصد در مقادیر مختلفی از منگنز]۳[. ۲۳
شکل ۸-۲: اثر منگنز بر منحنی سرد کردن در محدودة تغییر حالت یوتکتوئید ]۳[ ۲۴
شکل ۹-۲: اثر منگنز یا قلع بر زمان شروع و پایان تغییر حالت یوتکتوئید ]۳[. ۲۵
۲-۳ اثر منگنز، بر ریز ساختار چدنهای خاکستری ۲۸
۲-۳-۱ اثر منگنز، بر ساختار زمینة چدنهای خاکستری ۲۹
شکل ۱۱-۲: اثر عناصر آلیاژی مختلف بر سختی محلولی فاز فریت [۱۷]. ۳۰
شکل ۱۲-۲: اثر منگنز، بر ریز سختی پرلیت ۳۲
شکل ۱۳-۲: اثر منگنز، قلع یا منگنز بر تجزیه حرارتی پرلیت در دمای ۶۸۰ درجة سانتیگراد [۲۷]. ۳۳
۲-۳-۲ اثر منگنز بر مشخصات گرافیتهای ورقه ای ۳۳
۲-۴  اثر منگنز، بر خواص مکانیکی چدنهای خاکستری ۳۵
شکل ۱۴-۲: اثر منگنز، قلع یا منگنز بر خواص کششی نمونه هایی از چدن خاکستری (نمونه های کششی از کیل بلوکهای به ضخامت ۴/۲۵ میلیمتر تهیه شده است [۲۷]. ۳۶
۲-۴-۲) اثر منگنز، بر سختی چدنهای خاکستری ۳۷
شکل ۱۵-۲:اثر منگنز، بر سختی نمونه ای از چدن خاکستری با درصد های متغیر از این عنصر ۳۷
شکل ۱۶-۲ اثر درصد پرلیت حاصل از افزایش عنصر منگنز، بر سختی نمونه ای از چدن خاکستری [۲۷]. ۳۸
شکل ۱۷-۲: تغییرات سختی در چدنهای خاکستری با درصدهای متفاوتی از منگنز و قلع، برحسب درصد قلع [۳۰].۳۳۳ ۳۹
شکل ۱۸-۲: تغییرات انرژی ضربه در چدنهای خاکستریی با درصد های متفاوت از منگنز و قلع، برحسب درصد قلع (نمونه ها از نوع شارپی و بدون شیار هستند) [۳۰]. ۴۰
فصل سوم ۴۲
روش انجام آزمایش ۴۲
۳-۱ استانداردهای آزمایش ۴۳
فصل چهارم ۴۵
نتایج ۴۵
۴-۱ بررسی منحنی‌های سرد شدن ۴۶
۴-۲ بررسی ریز ساختار ۴۶
۴-۳ بررسی عمق تبرید و دانسیته ۴۷
۴-۴ بررسی خواص مکانیکی ۴۸
فصل پنجم ۴۹
نتیجه گیری ۴۹
نتایج بدست آمده ۵۰
منابع و مآخذ ۵۱
ABSTRACT ۵۴

چکیده:
با توجه به کار برد وسیع چدنهای خاکستری در صنایع که می تواند جایگزین مناسبی برای برخی از فولادها باشد لذا اهمیت این موضوع سبب گردیده که در این زمینه تحقیقات فراوانی صورت گیرد.
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 این تحقیق تأثیر درصدهای مختلف منگنز (۴۴۵/۰ تا ۰۹۲/۱ درصد) بر منحنی‌های سرد شدن، ریز ساختار و خواص چدن خاکستری بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهندکه در چدنی با کربن معال ۸/۳ درصد و مقدار متوسط گوگرد ۰۴۷/۰ درصد با افزایش درصد منگنز تا ۶۶۱/۰ درصد دمای یوتکتیک افزایش می‌یابد و با افزایش بیشتر درصد منگنز دمای یوتکتیک کاهش می‌یابد ولی دمای یوتکتوئید با افزایش درصد منگنز همواره کاهش می‌یابد. همچنین افزایش درصد منگنز تا ۶۶۱/۰ درصد سبب افزایش درصد حجمی گرافیت‌ها و درصد گرافیت‌های نوع A شده و با افزایش بیشتر درصد منگنز موارد مذکور کاهش می‌یابند. همچنین با افزایش درصد منگنز طول لایه‌های گرافیت‌ کاهش یافته ولی ضخامت آنها تغییر محسوسی نمی‌کند و با افزایش درصد منگنز تا ۷۶۰/۰ درصد تعداد سلول‌های یوتکتیک بر واحد سطح افزایش می‌یابد. تغییرات درصد منگنز تأثیری بر فاصله بازوهای دندریتی ندارد ولی با افزایش درصد این عنصر میزان پرلیت در ساختار چدن خاکستری افزایش می‌یابد. عمق تبرید با افزایش درصد منگنز تا ۶۶۱/۰ درصد کاهش و دانسیته چدن با افزایش درصد این عنصر همواره کاهش می‌یابد. نتایج آزمایشات کشش و سختی سنجی روی نمونه‌‌های چدنی نشان داد که افزایش درصد منگنز سبب افزایش سختی، استحکام تسلیم، استحکام نهایی و مدول کشسانی چدن شده و نسبت استحکام به سختی را کاهش می‌دهد.
مقدمه:
منگنز از عناصر آلیاژی اصلی در ساختار چدن می‌باشد. نقش اصلی منگنز در ترکیب چدن خنثی کردن اثرات مخرب گوگرد می‌باشد. منگنز با گوگرد ترکیب شده و سولفید منگنز تولید که به مقیاس زیادی وارد سرباره می‌شود. حداقل میزان منگنز لازم جهت خنثی کردن اثر گوگرد از رابطه زیر به دست می‌آید]۱[.              % Mn = 1.7%S + 0.3

(1)
علیرغم اینکه منگنز به تنهایی در چدن اثر کاربیدزایی دارد ولی به دلیل اینکه گوگرد را که یک عامل کاربید‌زای قوی می‌باشد از ترکیب چدن خارج می‌کند در مجموع نقش گرافیت‌زایی دارد. جهت پرلیتی کردن ساختار چدن خاکستری درصد منگنز مورد نیاز از رابطه زیر به دست می‌آید. ]۱[.             % Mn = 3%S + 0.35
(2)
هدف
در صورتی که درصد منگنز بیش از مقدار فوق باشد تمایل به سفید شدن چدن خاکستری افزایش پیدا می‌کند. در چدن‌های خاکستری غیرآلیاژی بسته به ترکیب شیمیایی و خواص مودر نظر درصد منگنز در حد ۲/۰ تا یک درصد می‌باشد ]۲[. تاثیر منگنز بر خواص چدن خاکستری متاثر از درصد گوگرد مذاب می‌باشد. در صورتیکه درصد منگنز در توازن با درصد گوگرد باشد.
ضمن ایجاد ریز ساختار مطلوب و کاهش عمق تبرید، خواص کششی چدن خاکتسری نیز بهبود می‌یابد ]۶،۵،۴،۳[. هدف از تحقیق حاضر بررسی تاثیر درصد‌های مختلف منگنز (۰/۴۴۵ تا ۰۹۲/۱ درصد) بر منحنی‌های سرد شدن، ریز ساختار، عمق تبرید، سختی و خواص کششی چدن خاکستری با کربن معادل ۸/۳ و مقدار متوسط گوگرد ۰۴۷/۰ درصد می‌باشد.
اندازه گرافیت ورقه ای می تواند روی خواص مکانیکی تأثیر بگذارد. اندازه گرافیت ها به دو پارامتر بستگی دارد:
۱- آهنگ سرد شدن یا اندازه سطح مقطع. چون مقاطع نازک سریع سرد می شوند، تعداد بیشتری گرافیت ورقه ای خواهند داشت.
۲- جوانه زنی با آلیاژ سیلیسیم، افزایش تعداد گرافیت ورقه ای و کاهش تمایل به تبریدی بودن مخصوصاً در مقاطع نازک را باعث می شود. افزایش مقدار جوانه زا باعث افزایش تعداد گرافیتهای ورقه ای می شود.
در حین ریخته گری این نوع چدن می توان به ساختار زمینه فریت، پرلیت، مخلوط فریت و پرلیت، آستنیت، بینایت و مار تنزیت دست یافت. چدنهای خاکستری پرلینی استحکام بالایی دارند ولی چقرمگی آنها کمتر است. چدنهای خاکستری فریتی – استحکام کمتری دارند ولی ازدیاد طول مبنی آنها بیشتر و مقاومت به ضربه شان خوب است.

پیشینه تحقیق
در حال حاضر، در تمام کارخانه ها، برای ورقه ای نمودن گرافیتهای چدن خاکستری از منگنز، استفاده می گردد. در ضمن عناصر جزئی مانند سریم و عناصر خاکی نادر موجود در آلیاژ فروسیلیکو منگنز Fe-Si-Mn برای خنثی کردن عناصر جزیی مضرو راندمال بهتر در عمل جوانه زایی، اهمیت زیادی دارند.
روش افزودن منگنز به روشهای مختلف اعم از ساده و پیچیده می باشد. در انتخاب یکی از روشها برای یک کارگاه معین باید فاکتور های زیادی مورد نظر قرار گیرد و در بین آنها مهمترین فاکتورها با تعیین اولویتها مشخص گردد. فاکتورهای اصلی به قرار زیر می باشند:
۱٫ روش انتخاب شده نباید با ایجاد نور و دود همراه باشد.
۲٫ قیمت تمام شده چدن تولیدی باید حداقل باشد.
۳٫ روش نباید احتیاج به سرمایه گذاری زیاد در تجهیزات داشته باشد.
۴٫ کیفیت چدن تولیدی باید مطلوب باشد.
۵٫ روش باید توانایی ریختن قطعات با وزن های مختلف را دارا باشد.
برای تولید چدن خاکستری مرغوب باید کنترل دقیق به عمل آید تا مقدار منگنز باقیمانده کم یا زیاد نباشد. از آنجائیکه دما و ترکیب شیمیای برای بازیابی منگنز موثر میباشند، فرآیند و مواد مناسب ورقه ای سازی مطلوب، بزرگترین عوامل بالقوه برای تغییرات منگنز باقیمانده می باشندو

روش کار و تحقیق
مذاب چدن با استفاده از ۵۰درصد برگشتی چدن و ۵۰ درصد قراضه فولاد با ترکیب مندرج در جدول (۱) در یک کوره القایی ۲۵ کیلوگرمی و با فرکانس سه کیلو هرتز تهیه شد. سپس با افزودن درصدهای مختلف کک نفتی با خلوص ۶۰درصد، فروسیلیسیم ۷۵درصد و فرو منگنز ۷۵درصد چدن‌هایی با کربن معادل یکسان (تقریباً ۸/۳درصد) و حاوی درصدهای مختلف منگنز (۴۴۵/۰، ۶۶۱/۰، ۷۶۰/۰، ۰۹۲/۱ درصد) تهیه و در تمامی موارد از ۳/۰ درصد فروسیلیسیم به عنوان جوانه‌‌زا در پاتیل استفاده شد و ریخته‌گری نمونه‌ها در دمای بارریزی ۱۳۵۰ درجه سانتیگراد صورت گرفت. ترکیب شیمیایی کلیه نمونه‌ها در جدول (۲) نشان داده شده است.

فصل اول

خواص عمومی چدن های خاکستری
۱-۱ جوانه زایی چدنها با آلیاژ سیلیسیم
۱- افزایش تعداد هسته های یوتکتیکی
۲- کاهش تبریدی (کاهش مادون انجماد)
استفاده از مواد جوانه زا برای تولید چدن خاکستری موجب تشکیل مراکز هسته سازی برای رسوب گرافیت می گردد و با بودن این مراکز در طول انجماد رسوب گرافیت آسانتر انجام می گیرد. وجود هسته های گرافیت به تعداد کافی یکی ار عوامل مهم برای جلوگیری از پدیده مادون انجماد (Undercooking) می باشد. بدون وجود هسته ها، کاربیدها می توانند در قطعات تشکیل شوند. وجود کاربید ها موجب نامرغوبی چدن از دیدگاه قابلیت خاکستری بودن و ماشینکاری می گردد. علاوه بر آن، گرافیتی که از تجزیه بعدی کاربید ها به وجود می آید، ممکن است دارای شکل نامنظم باشد. چنانچه تلقیح مواد بشکل مناسب انجام پذیرد. معمولاً هسته های کافی برای انجام عملیات تشکیل می گردد. بطور کلی هسته سازی بیشتر کاربیدها در طول انجماد کمتر بوده است. در حقیقت چنانچه بخواهیم قطعات چدن خاکستری می باشد و با انجام این کار ساختار در چدن خاکستری ریخته شده، قطعاتی با خواص مکانیکی مناسب خواهیم داشت. این خواص عبارت است از: استحکام کشش و تسلیم، قابلیت انعطاف پذیری و مقاومت به ضربه می باشند.

(( برای دانلود کلیک کنید ))