تاثیر ذرات آلومینا و حباب‌های گاز منو‌اکسید کربن تشکیل شده درون مذاب بر ریخت شناسی گرافیت و ریزساختار چدن خاکستری

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 1، دوره 6، شماره 22- زمستان 94، بهمن و اسفند 1394، صفحه 1-12   

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: 31 اردیبهشت 1395،  تاریخ پذیرش: 31 اردیبهشت 1395 

چکیده

در این پژوهش، تاثیر افزودن ذرات اکسید آلومینیوم و حباب‌های گاز منواکسید کربن از راه سیستم راهگاهی بر       ریخت­شناسی گرافیت و ریزساختار در چدن خاکستری مطالعه شده است. بمنظور افزودن ذرات آلومینا از واکنش ترمیت پودرهای آلومینیوم و اکسید آهن و برای تولید گاز منواکسید کربن از واکنش احیاء اکسید آهن به وسیله کربن درون سیستم راهگاهی استفاده شد. بررسی‌های میکروسکوپ نوری، الکترونی روبشی و اسپکتروسکوپی اشعه ایکس تولید شده به وسیله پرتو الکترونی روی نمونه‌های تولیدی انجام گرفت. ایجاد ماسه‌سوزی در محفظه قرارگیری پودرها اثبات می‌کند که واکنش‌ها بر اساس انتظار انجام گرفته‌اند و حرارت ناشی از آن‌ها موجب ماسه‌سوزی شده است. بررسی‌های میکروسکوپی نشان می‌دهند که افزودن ذرات آلومینا تاثیری زیاد بر ریخت شناسی گرافیت دارد. حضور این ذرات درون مذاب، جوانه‌زنی ناهمگن گرافیت را سبب می‌شود که در نتیجه، گرافیت‌های نوع B و گرافیت‌های نوع کیش ایجاد می‌شوند. ذرات آلومینا تاثیری شدید بر ریزساختار ندارند. حباب‌های گاز منواکسید کربن بر ریخت شناسی گرافیت و ریزساختار تاثیری چندان ندارند

کلیدواژه‌ها

چدن خاکستری؛ ریخت شناسی گرافیت؛ واکنش ترمیت؛ ذرات آلومینا؛ حباب‌های منواکسید کربن

عنوان مقاله [English]

Effects of Alumina Particles and Carbon Monoxide Gas Bubbles Within the Melt on the Graphite Morphology and Microstructure of Gray Cast Iron

نویسندگان [English]

H Sazegaran¹؛ A. R Kiani-Rashid²

چکیده [English]

In this study, the effects of adding of alumina particles and carbon monoxide gas bubbles through the runner system on graphite morphology and microstructure of gray cast iron was studied. To add alumina particles, thermite reaction of aluminum and iron oxide powders in runner was used and for production of carbon monoxide gas bubbles in runner, reduction reaction of iron oxide by carbon was carried out. Light microscopy, scanning electron microscopy and XRD were investigated. The burning of sand in chamber of powders provided that reactions were performed in according with the expected and their heat caused the sand burning of Microscopic evaluation showed that the addition of alumina particles has great influence on the graphite morphology. The presence of these particles in the liquid was cased heterogeneous nucleation of graphite and as a result, B type of graphite and Kish-graphite were produced. Alumina particles have no affected microstructure. Bubbles of carbon monoxide have no effect on the graphite morphology and microstructure.

کلیدواژه‌ها [English]

Gray Cast Iron, Graphite Morphology, Thermite Reaction, Alumina Particles, Carbon Monoxide Bubbles

مراجع

1- R.J. Warrick, "Spheroidal Graphite Nuclei in Rare Earth and Magnesium Inoculated Irons," AFS Trans., vol. 74, pp. 722–33. 1966.

2- K.M. Muzmudar and J.F. Wallace, "Effect of Number of Nuclei on the Microstructure of Cast Irons," AFS Trans., vol. 80, pp. 317–28. 1972.

3- K.M. Muzmudar and J.F. Wallace, "Nucleation and Growth of Graphite in the Cast Irons," AFS Trans., vol. 81, pp. 412–23. 1973.

4- M.H. Jacobs, T.J. Law, D.A. Melford, and M.J. Stowell, "Basic Processes Controlling of Nucleation and Growth Graphite Flake in Cast Iron," Met.Technol vol. 1, p. 490–500. 1974.

5- M.A. Gadd and H.H.J. Bennett,"Physical Metallurgy of Cast Iron," 3rd International Symposium on the Physical Metallurgy of Cast Iron, Elsevier, Stockholm, p. 99. 1984.

6- T. Kusakawa, S. Okimoto, K.Koayashi, KazooIDE, and H. Okita,"Graphite Nucleation and Growth in Irons," Report of  the Casting  Research Laboratory,  Wased a University, n. 39, pp. 25–32. 1988.

7- I. Riposan, M. Chisamera, S. Stan, and D. White,"Chilling Properties of Ba/Ca/Sr Inoculated Grey Cast Irons,"Int. J. Cast Met.Res., vol. 20, pp. 90–7. 2007.

8- I. Riposan, M. Chisamera, S. Stan, and T. Skaland,"Graphite Nucleants (Microinclusions) Characterization in Ca/Sr Inoculated Grey Irons," Int. J. CastMet. Res, vol. 16 (1–3), pp.105–11., 2003.

9- I. Riposan, M. Chisamera, S. Stan, and D. White,"The Importance of Rare Earthcontribution from Nodulizing Alloys and Their Subsequent Effect on the Inoculation of Ductile Iron," China Foundary,vol. 6 (4), pp. 352–57. 2009.

10- I. Riposan, M. Chisamera, S. Stan, C. Hartung, and D. White,"New Developments in High Quality Grey Cast Irons, Three-Stage Model for the Nucleation of Graphite Ingrey Cast Iron," Mater. Sci. Technol., vol. 26 (12), pp. 1439–47. 2010.

11- I. Riposan, M. Chisamera, S. Stan, E. Stefan, and C. Hartung,"Control of Surface Graphite Degeneration in Ductile Iron for Wind Mill Applications," KeyEng. Mater., vol. 457, pp. 19–24. 2011.

12- A. Velickhko and F. Mu¨cklich, "Quantitative 3D Characterisation of Graphitemorphology in Cast Iron – Correlation between Processing, Microstructureand Properties," Int. J. Mater. Res., vol. 100(8), pp. 1031–37. 2009.

13- A. Sommerfeld and B. Tonn, J. Mater. ,"Graphite Nucleation in Cast Iron Melts Based on Solidification Experiments and Microstructure Simulation," Sci. Technol., vol. 24(3), pp. 321–24. 2008.

14- T. Skaland,  Ph.D. Thesis, Metallurgisk Institutt, Trondheim, Norway, 1992.

15- H. Gu and L. Weidong, "Graphite Formation in Cast Irons," Adv. Mater. Res., vols. 299–300, pp. 576–79. 2011.

16- H. M. Muhmond, and H. Fredriksson, Inoculating Influence of Recarburisers in Grey Cast Iron,"Metall  Mater Trans. doi:10.1007/s11663-012-9768-6. 2012.

17- T. Carlberg, and Fredriksson, H. "Solidification and Casting of Metals,"in  ProcIntConf Solidification, Metals Soc., London, p. 115. 1977.

18- حمید سازگاران و علیرضا کیانی ‌رشید، تاثیر افزودن 2/6 درصد آلومینیوم بر ریزساختار و خواص مکانیکی چدن خاکستری هیپویوتکتیک، مجله علمی- پژوهشی مواد نوین (دانشگاه آزاد اسلامی واحد مرودشت)، جلد 4، شماره 1، پیاپی 13، (صفحات 13- 20). پاییز 1392.

19- G. F. Ruff, and J. F. Wallace, ,"Control of Graphite Structure and its Effect on Mechanical Properties of Gray Iron,"Trans AFS 84  705. 1976.

20- B. Lux, and W. Kurz, Solidification of Metals, ,"The Solidification of Metals," Brighton ISI Publication , vol. 19, pp. 141-149, 1967.

21- H. M. Muhmond and H. Fredriksson, "An Investigation on the Effect ofS and Al on the Austenite Growth Morphology in Gray Cast Iron, Using Thermal Analysis and Etching Technique", Trans Indian Inst Met, 66(2), pp.185–192. April 2013.

22- H.M. Muhmondand H. Fredriksson, "Relationship between Inoculants and the Morphologies of MnS and Graphite in Gray Cast Iron", Metallurgical and Materials Ttransactions B, vol. 44B,  pp. 283-298. 2013.