تاثیر استفاده از براده‌های پیوسته فولادی به عنوان تقویت‌کننده بر ریزساختار و خواص مکانیکی چدن خاکستری هیپویوتکتیک

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 2، دوره 5، شماره 20، مرداد و شهریور 1394، صفحه 15-28   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

حمید سازگاران^{* 1}؛ علیرضا کیانی‌ رشید²

¹دانشجوی دکتری گروه مهندسی متالورژی و مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

²استاد گروه مهندسی متالورژی و مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

تاریخ دریافت: 29 شهریور 1394،  تاریخ پذیرش: 29 شهریور 1394 

چکیده

 تولید چدن‌های خاکستری با ویژگی‌های مکانیکی بهبودیافته به همراه هزینه پایین یکی از مهم‌ترین چالش‌های این دسته از مواد در اغلب کاربردهای فنی و مهندسی بشمار می­رود. در این پژوهش، از براده‌های فولاد AISI 1045 بمنظور تقویت استحکام کششی چدن خاکستری هیپویوتکتیک استفاده شده است و فصل مشترک نفوذی ایجاد شده مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از فرآیند ریخته‌گری ماسه خشک، یک نمونه بدون استفاده از تقویت‌کننده و دو نمونه با استفاده از تقویت‌کننده تولید شد. نمونه‌های حاوی تقویت‌کننده فولادی هر کدام به صورت مجزا ریخته‌گری شدند و به ترتیب دارای 5/1 و 3 درصد حجمی از براده‌های فولاد هستند. مطالعات ریزساختاری به کمک میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی صورت گرفت. بررسی‌های میکروسکوپی نشان می‌دهد که ناحیه‌ای کاملاً مجزا در میان براده‌های فولاد و چدن خاکستری مشاهده می‌شود که بیانگر ایجاد فصل مشترک نفوذی می‌باشد. در فصل مشترک، نفوذ عناصر کربن و سیلیسیم از سمت چدن به سمت براده‌ها صورت می‌گیرد و این پدیده سبب تشکیل یک فصل مشترک متمایز از نواحی زمینه و تقویت‌کننده می‌گردد. بمنظور تعیین تاثیر استفاده از تقویت‌کننده بر روی ویژگی‌های مکانیکی، آزمایش­های سختی‌سنجی و کشش انجام گردید. بر اساس آزمایش­های انجام شده، ایجاد سازگاری بسیار خوب بین زمینه و تقویت‌کننده سبب افزایش سختی و استحکام کششی می‌شود.

کلیدواژه‌ها

مواد مرکب؛ ‌ چدن خاکستری؛ براده فولاد؛ فصل مشترک نفوذی

مراجع

1- C.F. Walton and T.J. Opar, Iron Casting Handbook Covering Data on Gray, Malleable and Ductile Iron, Iron Casting Society Inc., New York, 1981.

2- H. Cheng-Hsun, S. Yih-Hsun, Y. Yuan-Hsin, and L. Shen-Chih.,  "Effect of austempering  Heat  Treatment on Fracture Toughness of Copper Alloyed Grey Iron," Mater. Chem. Phys., Vol. 63, pp. 75-81, 2000.

3- S. M. Mostafavi Kashani, and S. M. A. Boutorabi, "As-Cast Acicular Ductile Aluminum Cast Iron," Journal of Iran and Steel Research, International, Vol. 16(6), pp. 23-28, 2009.

4- A. R. Kiani-Rashid, "Influence of Austenitising Conditions and Aluminium Content on Microstructure and Properties of Ductile Irons, "Journal of Alloys and Compounds, Vol. 470, pp. 323–327, 2009.

5-. J. Hemanth, "Effect of Sub-Zzero (cryogenic) and Water-Cool Chilling on Solidification and Mechanical Behavior of Cast Iron, " Materials Science and Engineering A, Vol. 318, pp. 244–253, 2001.

6- D. Bartocha, K. Janerka, and J. Suchon, "Charge materials and Technology of Melt and Structure of Gray Cast Iron," Journal of Material Processing Technology, Vol. 162/163, pp. 465–470, 2005.

7- R. B. Bhagat, "High Pressure Squeeze Casting of Stainless Steel Wire Reinforced Aluminium Matrix Composites," Composites, Vol. 19, Number 5, pp. 393-399, 1988.

8- D. Mandal, B. K. Dutta, and S. C. Panigrahi, "Effect of Copper and Nickel Coating on Short Steel Fiber Reinforcement on Microstructure and Mechanical Properties of Aluminium Matrix Composites," Materials Science and Engineering A, Vol. 492, pp. 346–352, 2008.

9- D. Mandal, B. K. Dutta, and S. C. Panigrahi, "Effect of wt% reinforcement on Microstructure and Mechanical Properties of Al–2Mg Base Short Steel Fiber Composites," Journal of Materials Processing Technology, Vol. 198, pp. 195-201, 2008.

10- S. D. Antolovich, P. M. Shete, and G. R. Chanani, "Fracture toughness of duplex structures, Part I - Tough Fibers in a Brittle Matrix," ASTM STP 514, ASTM, Philadelphia, PA, pp. 114-134, 1972.

11- N. Ozdemir, M. Aksoy,and N. Orhan, "Effect of Graphite Shape in Vacuum-Free Diffusion Bonding of Nodular Cast Iron with Gray Cast Iron," Journal of Materials Processing Technology, Vol. 141, pp. 228-233, 2003.

12- M. Simsir, "Fracture Behavior and Microstructure of Steel Fiber Reinforced Cast Iron," Journal of Materials Science, Vol. 42, pp. 6701-6707, 2007.

13- M. Simsir, T. Ozturk, M. Doruk, "Investigation of the fracture behavior of steel/steel laminates in crack divider orientation," Turkish Journal of Engineering and Environmental Science, Vol. 28, pp. 397–404, 2004.

14- B. Kurt, N. Orhan, and A. Hascalik, "Effect of High Heating and Cooling Rate on Interface Diffusion Bonded Gray Cast Iron to Medium Carbon Steel," Materials and Design, Vol. 28 (7), pp. 2229–2233, 2007.

15- A. Akdemir., H. Arikan., and R. Kus, "Investigation of Microstructure and Mechanical Properties of steel Fibre-Cast Iron Composites," Materials Science and Technology, Vol 21, pp. 1099-1102, 2005.

16- A. Akdemir, R. Kus, M. Simsir, "Investigation of the Tensile Properties of Continuous Steel Wire-Reinforced Gray Cast Iron Composite," Materials Science and Engineering A, Vol. 528, pp. 3897–3904, 2011.

17- A. Avci., N. Ilkaya., and M. Simsir, Akdemir. A., "Mechanical and microstructural properties of low-carbon steel-plate-reinforced gray cast iron," Journal of materials processing technology, Vol. 209, pp. 1410-1416, 2009.

18- R. Arpon, J. Narciso, E. Louis, C.G. Cordovilla, "Interfacial Reactions in Al/TiC Particulate Composites Produced by Pressure Infiltration," Materials Science and Technology, Vol. 19, pp. 1225–1230, 2003.

19- J. Hashim, L. Looney, M. S. J. Hashmi, "Particle distribution in cast metal matrix composites, Part I," Journal of Materials Processing Technology, Vol. 123, pp. 251–257, 2002.

20- A. Akdemir, R. Kus, and M. Simsir, "Impact Toughness and Microstructure of Continuous Steel Wire-Reinforced Cast Iron Composite," Materials Science and Engineering A, Vol. 516, pp. 119–125, 2009.

21- M. Kazemi, A. R.Kiani-Rashid, and A.Nourian, "Impact Toughness and Microstructure of Continuous Medium Carbon Steel Bar-Reinforced Cast Iron Composite," Materials Science & Engineering A, pp. 135-138, 2013.