دانلود پایان نامه درمورد نتایج آزمایش‌ها و درجه حرارت


Widget not in any sidebars
کربن
سختی به مقدار زیاد توسط مقدار کاربیدهای موجود، که خود به مقدار کربن بستگی دارد، کنترل میشود. در کاربردهایی که حداکثر سختی و مقاومت به بارگذاری ضربه‌ای از اهمیت ثانویه برخوردار است، باید از کربن به مقدار 3/3درصد استفاده کرد ولی در جایی که ضربات تکراری اعمال میشود باید مقدار کربن در دامنه 6/2 تا 9/2درصد باشد ]2،10،19[.
جهت حصول حجم مناسب از کاربیدهای M7C3 و ایجاد سختی ‌پذیری لازم در چدن نایهارد، مقدارکربن آن در گرید 1 نوع D 6/3 – 5/2 وگرید 1 نوع C، 7/3 – 5/2 انتخاب می‌شود. ازدیاد کربن باعث ازدیاد مقدار کاربید شده که سختی قطعه را افزایش داده و تردی را نیز زیادتر می‌‌کند. در مقادیر قبل از یوتکتیک ( مقدار کربن یوتکتیک برای 7درصد کروم، حدود 2/3 است) ابتدا آستنیت جدا شده و در تحول یوتکتیک مابقی ذوب به کاربید M7C3 و آستنیت تبدیل میشود که نهایتاً ساختار دارای کاربیدهای محصور در زمینه آستنیت خواهد شد. در حوالی کربن یوتکتیک ساختمان یکنواختی از کاربید M7C3 و آستنیت یوتکتیکی ظاهر میشود. اما چنانچه مقدار کربن بیشتر از یوتکتیک باشد، از مذاب کاربیدهای M7C3 جدا خواهد شد که دانههای یوتکتیکی را احاطه میکند. چنانچه مقدار کربن خیلی پایین باشد با تشکیل کاربید کروم، درصد کربن آستنیت ‌ به میزان قابل توجهی کاهش یافته و لذا در تبدیلات بعدی نخواهد توانست سختی ‌پذیری کافی را داشته باشد [18،19].
بنابراین مقدار کربن نایهارد 4 یک ترکیب یوتکتیک یا هیپو یوتکتیک میدهد . مقدار کربن، مقدار شکست کاربیدهای یوتکتیک را مشخص میکند. این مقدار در %5/2 کربن، نهایتاً %20 و در %5/3 کربن، مقدار شکست کاربیدها تقریباً %28 است. تاثیر درصد کربن بر روی سختی بعد از عملیات حرارتی در ‏شکل (2-7) نشان داده شده است. حجم کم کاربید و شکل میلهای کاربید و غیر پیوسته بودن که در ‏شکل (2-7) نشان داده شده، علت مقاومت به شکست بهتر کاربید نایهارد4 نسبت به نایهارد1و2 است. به طور معمول در چدن نایهارد4، مقدار کربن بین 2/3-9/2 درصد بوده تا مقاومت سایشی و تافنس همزمان تامین شود [2،5].
اثر کربن بر سختی و مقاومت به ضربه نایهارد 4 بعد از عملیات حرارتی [2،19].
کروم
کروم سه هدف عمده را در چدن نایهارد 4 فراهم میکند. مقدار کروم از %(10-8) برای تشکیل کاربیدهای (Cr,Fe)7C3 به جای کاربید (Fe,C)3Cلازم است. همچنین کروم از تشکیل گرافیت به دلیل اثر Si جلوگیری کرده و در نهایت سختی پذیری چدن نایهارد را حتی اگر بخش عمده آن در کاربید متمرکز شده باشد، افزایش میدهد ]2،5[.
چنانچه درصد کروم پایین باشد (حوالی 3درصد)، تشکیل کاربیدهای نوع M3C را ترغیب کرده و چنانچه درصد کروم به حوالی 10% برسد کاربیدهای M7C3 تشکیل می‌شود. با افزایش درصد آن، نقطه یوتکتیک به سمت چپ متمایل شده و منطقه آستنیت نیز کوچکتر خواهد شد، در نتیجه حد حلالیت کربن در آستنیت نیز کاهش مییابد. همچنین کروم دیاگرام TTT را به سمت راست و خط مارتنزیت Ms را هم پایین می ‌برد. وجود مقادیر کروم بیش از حد، طوری که سبب تشکیل کاربید کروم بسیار نرم ‌تر M23C6 شود، ضرورت ندارد که این مهم در شکل (2-9) نشان داده شده است [2،5،18].
دیاگرام فازی آهن- کربن- کروم [18].
کروم بر مرفولوژی و نوع کاربید اثر میگذارد. کاربید کروم در چدن نایهارد4 به صورت M7C3 تشکیل شده که توزیع ریز و غیرپیوسته آن مهم میباشد. با افزایش کروم مقدار کاربید کروم افزایش مییابد، گر چه این افزایش باعث تاثیر بر ساختار زمینه هم میشود. البته همانطور که اشاره شد، مقادیر بالاتر کروم منجر به تشکیل کاربید های از نوع M23C6 شده که باعث عدم بهبود مقاومت به سایش میشوند. تاثیر مقدار کروم بر افزایش مقاومت به سایش چدن نایهارد در شکل (2-10) نشان داده شده است ]20[.
اثر کروم بر مقاومت سایشی (a) سخت کردنC820 (b) سخت کردنC800 [20].
نیکل
در چدنهای نایهارد، نیکل اولین عنصری است که در توقف تبدیل زمینهی آستنیتی به پرلیت موثر بوده و باعث ایجاد یک ساختار سخت مارتنزیتی در حین سرد شدن در قالب میشود. لذا وجود نیکل در بالابردن قابلیت سختی ‌پذیری ضروری بوده، از تشکیل پرلیت جلوگیری کرده و بعد از عملیات حرارتی نیز سبب ایجاد ساختار مارتنزیتی میشود ]2،15[.
مقدار مورد نیاز نیکل به آهنگ سرد شدن و ضخامت قطعه ریختگی بستگی دارد. برای مقاطع با ضخامت mm 50 مقدار نیکل از 4/4 درصد الی 8/4 درصد بوده، در صورتی که مقدار نیکل در قطعات ضخیم‌تر بین 5 الی 6 درصد قرار دارد. مقدار حداقل نیکل در چدن نایهارد، در حدود 5% باید نگه داشته شود تا از تشکیل پرلیت در حین سرد شدن آهسته در قالب و یا در حین عملیات حرارتی جلوگیری به عمل آید. البته نیکل بیش از حد ممکن است سبب ایجاد آستنیت باقیمانده بعد از عملیات حرارتی و ورقه ورقه شدن سطح در حین کار شود. بنابراین اگر قابلیت سختی پذیری بالاتر مورد نیاز باشد، اضافه کردن مولیبدن راه حل بهتری نسبت به افزایش بیشتر مقدار نیکل است ]2،15،18[.
مولیبدن
مولیبدن سختی و سختی ‌پذیری آلیاژ را بالا برده ولی تاثیر چندانی روی MS ندارد. در چدن‌های سفید مولیبدن تا حدود 3 درصد به کار می‌رود. چنانچه بیش از 4 درصد حضور یابد، کاربیدهای نوعM4C مشاهده میشود که این نوع کاربیدها باعث افزایش سختی شده و مقاومت به سایش را کم می‌‌کند و در نتیجه باعث افزایش مقاومت به ضربه ‌و خوردگی خواهد شد. مولیبدن به ندرت از 3 درصد تجاوز می‌کند ]20،21[.
مولیبدن سبب پایداری مقدار بیشتری از آستنیت تا دمای محیط می‌‌شود ولی مکانیزم آن با عناصری مانند نیکل و منگنز که باعث افزایش منطقه گاما می‌شوند، متفاوت است. عناصر اخیر MS را نیز به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهند در حالی که مولیبدن تاثیر قابل توجهی روی درجه حرارت MS ندارد. مولیبدن سرعت رسوب کاربید ثانویه را از آستنیت تقلیل داده و دارای اثر ایجاد تاخیر در تشکیل پرلیت می‌‌باشد. وجود مقادیر بیشتر مولیبدن استفاده از مقادیر بیشتر کربن را مجاز میکند، چون حلالیت مولیبدن در M7C3 محدود بوده و اثر آن بر سختی حداقل می‌‌باشد ]5،20،21[.
تنگستن
اصولاً کاربیدهای تنگستن در آلیاژهایی با مقادیر بیشتر از3 درصد تنگستن ایجاد میشوند. کاربیدهای تنگستن بدلیل جدایش بلند دامنه در حین انجماد و به واسطه یک واکنش یوتکتیک مانند تشکیل میشوند. در این استحاله یوتکتیکی مذاب حاوی تنگستن به آستنیت، کاربید یوتکتیک کروم و کاربید تنگستن تبدیل شده که دو نوع کاربید ذکر شده بر روی هم رشد می‌کنند. علت این پدیده آن است که هر دو کاربید در یک بازه دمایی و زمانی مشابه تشکیل شده و نیز هر دو فاز، ساختار کریستالوگرافی مشابهی (هگزاگونال) داشته و شعاع اتمی تنگستن وکروم به هم نزدیک می‌باشد. ظاهراً تشکیل کاربیدهای یوتکتیک استخوان ماهی شکل تنگستن به واسطه جدایش بلند دامنه تنگستن در حین انجماد رخ داده، که این کاربیدها بر روی کاربیدهای یوتکتیک تشکیل میشوند. ازآنجا که تشکیل این کاربیدها حاصل واکنش یوتکتیک در سیستم سه تایی آهن-تنگستن-کربن بوده و مستقل از میزان کروم آلیاژ میباشد، با پیشرفت واکنش یوتکتیک آهن-کروم-کربن و پس زده شدن تنگستن نامحلول در محصولات ، به مرور غلظت تنگستن درمناطق اطراف کاربیدهای کروم افزایش یافته و سرانجام یوتکتیک Fe7W5C2(M12C6 ) یا همانM2C بر روی کاربیدهای یوتکتیک تشکیل میشود. این نوع کاربید در شکل (2-11) نشان داده شده است ]22[.
کاربیدهای یوتکتیکی M2C ]17،21[
نیوبیم
افزودن نیوبیم ‌به چدنها باعث شکل‌گیری کاربید سخت NbC با سختی HV2400 می شود. نیوبیم ‌باعث تغییر مکان نقطه یوتکتیک به سمت راست می‌شود. مرفولوژی کاربید نیوبیم ‌بلوک-قلابی بوده و در محدوده 47/3-17/0 درصد اضافه می شود. با افزودن نیوبیم ‌تغییر چندانی در ساختارها بوجود نمی‌آید اما باعث خرد شدن کاربیدهای کروم و همچنین کوچک شدن دندریتهای آستنیت خواهد شد. به این معنی که افزودن نیوبیم ‌بر مرفولوژی کاربیدهای یوتکتیکی کروم تاثیر خواهد داشت. لذا میتوان گفت که با افزایش نیوبیم ‌به این چدنها، شبکه غیرپیوسته کاربیدی غیر پیوستهتر خواهد شد که این خود یک عامل بسیار مهم در بهبود رفتار سایشی و چقرمگی این آلیاژها میباشد. علت ریز شدن کاربیدهای یوتکتیکی را این طور میتوان توجیه کرد که چون کاربیدهای نیوبیم ‌از کاربیدهای M7C3 تشکیل میشوند و اغلب کاربیدهایNbC در مرز دندریت ها تشکیل شده، لذا رشد دندریت‌های آستنیت توسط کاربیدهای نیوبیم ‌محدود می‌گردد ]24،2،23[.
تشکیل کاربید نیوبیم ‌در چدن‌های نایهارد ]24[
همانطور که اشاره شد افزودن نیوبیم ‌بر میزان کاربیدها تاثیری نداشته و مقدار کاربیدها تا حدودی ثابت خواهند ماند و این بدان معنی است که با افزایش نیوبیم ‌از میزان کاربیدهای نوع M7C3 کاسته خواهد شد و کاربیدهای NbC جایگزین آن ها خواهد شد ]24[.
سختی کاربید نیوبیم ‌HV2400 بوده که نسبت به سختی کاربیدهای نوع M7C3بسیار زیادتر است، لذا خود عاملی خواهد بود تا سختی چدنهای سفید با افزودن نیوبیم ‌افزایش یابد. همچنین نیوبیم ‌باعث افزایش سختی زمینه یا آستنیت می‌شود. نتایج آزمایش‌های سایش نشان می‌دهد که میزان سایش در نمونه ها با افزایش نیوبیم ‌کاهش می یابد که می توان کاهش میزان سایش را با افزودن Nb ، با افزایش کاربید نیوبیم ‌و جایگزین شدن آن بجای کاربیدهای یوتکتیکی M7C3 و همچنین توزیع غیر پیوسته شبکه کاربیدی، توجیه کرد ]23،24[.