پروژه رشته مواد در مورد ساختارهای میكروسكوپی قطعات ریختگی – قسمت دوم

ساختار ماكروسكپی فولاد ریختگی:

با در نظر گرفتن عناصر محلول در مذاب فلز و آلیاژ و اندازه شكل و خواص قالب و همچنین درجه حرارت و ریختن مذاب ان ساختارهای مختلفی پس از انجماد در داخل قالب ایجاد شده بلورها و جامد های اولیه كه بلورهای تبرید شده (chill) نیز گفته می شود.اندازه های بسیار كوچك بر روی دیواره های قالبی بوجود آورده و معمولا” بعلت گرمای بیش از حد مذاب و همچنین به مناسبت كم بودن هدایت حرارتی ماسه مجددا” ذوب و در نتیجه بطور عادی مشاهده آنها در قطعات ریخته گری شده امكان پذیر نمی گردد.

نکته مهم : برای استفاده از متن کامل تحقیق یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه   کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و تحقیق دانشگاهی در رشته های مختلف است که می توانید آن ها را به رایگان   کنید

مرحله بعدی در روند انجماد شكل گرفتن بلورهای بلندی است كه در جهت شیب حرارتی و عمود بر دیوار قالب رشد می كنند و بدلیل شكل های مشخصی كه این بلورها دارند آنها را بلورهای ستونی می نامند و دارای اندازه و طول محدودی در فولادهای كربنی ساده و فولادهای آلیاژی هستند اما همین بلورها در فولادهای پرآلیاژ دارای اندازه و طول های بزرگتری بوده و تقریبا” در تمامی سطوح قطعه گسترده شده اند.در فولادهای كربنی ساده و فولادهای كم آلیاژی امكان جوانه زنی و رشد داشته باشند و منطقه مركزی شش تشكیل خواهند گردید و همچنین ساختار ماكروسكپی كاملا” از بلورهای شاخه ای تشكیل گردیده است.

در صورتی كه فولادهای پرآلیاژی حكاری هیچ گونه علامت و نشانه از بلورهای شاخه ای یا رشد دندریتی در ساختار ماكروسكپی ظاهر نمكنند.حتی در فولادهای كربنی ساده و فولادهای كم آلیاژی نیز ساختار داخلی همیشه بصورت دندریتی نبوده و در بسیاری موارد نیز بلورهای كوچكی شكل می گیرند كه آنها را بلورهای هسته ای نیز می نامند.به همان ترتیبی كه در شكل(241) نشان داده شده است بجز چند بلور هم محور منطقه مركزی تقریبا” بطور كامل از بلورهای هسته ای تشكیل گردیده است. اما در قطعات كه بطریقه ریخته گری گریز از مركز تولید می شوند در اصل حرارت از یك جهت و توسط قالب فلزی به خارج هدایت می گردد و در نتیجه امكان دارد مناطق بصورت تماما” ستونی (242-الف) مخلوطی از ستونی و هم محور(242-ب) یا بطور كامل از بلورهای هم محور (242-ج) تشكیل شده باشد.

ساختار داخلی و خواص فولادهای كربنی ساده:

آلیاژ وآلیاژهایی كه در نتیجه اضافه كردن كربن و عناصر آلیاژی دیگر به اهن تولید می گردند ارزش زیادی در صنعت داشته و دارای كاربردو موارد استفاده متنوع و بسیار وسیعی هستند.به همان ترتیبی كه قبلا” نیز اشاره شد تقسیم بندی فولادهای كربنی ساده بر اساس درصد كربن بصورت فولادهای یوتكتوئیدی با 0.8% كربن و فولادهای قبل از یوتكتوئیدی با كمتر از 0.8% كربن و ساختار فریت و پرلیتی و فولادهای بعد از یوتكتوئیدی با بیشتر از 0.8% كربن و ساختار میكروسكپی سمانتیت و پرلیت است كه این فولادها عاری از عناصر آلیاژی دیگر بوده و فآیده اصلی آنها در ارزان بودن آنهاست.ضمنا” تقسیم بندی دیگری كه اغلب در این فولادها مورد استفاده قرار می گیرد و یك تقسیم بندی نسبتا” عملی تری است بصورت زیر انجام می گیرد:

  • فولادهای كم كربن :     …. میزان كربن 0.2 درصد ….
  • فولادها با كربن متوسط: …. میزان كربن در حدود 0.2 تا 0.5 درصد…
  • فولادهای پر كربن            …. میزان كربن بیش از 0.5 درصد….

نمونه ای از موارد كاربرد فولادهای كربنی ساده:

فولادهای ریخته گری شده كم كربن در عموم قطعات مهندسی ساختمان –كشتی ها-راه اهن و كارهای ساختمانی دیگر و در مواردی كه احتیاج به كاری سخت و محكم و قابل اطمینان باشد بسیار مناسب هستند.

همچنین این فولادها دارای قابلیت جوشكاری خوب-نفوذپذیری مغناطیستی زیاد و در مواردی كه قطعات بطور سطحی سخت گردند مورد استفاده قرار مم گیرند.

فولادهای ریخته گری شده با كربن متوسط در قطعات مربوط به راه اهن و صنایع حمل و نقل دیگر ماشین الات و دستگاههای نورد معادن راه سازی و ساختمان سازی و در مواردی كه سایش در حد متوسطی مورد لزوم باشد بسیار نامناسب هستند.

فولادهای ریخته گری با كربن زیاد (پر كربن) در مواردی از قبیل خم كردن و شكل دادن قطعات-ساخت فولادها- غلطكها-ابزارالات ماشین های صنعتی ودر مواردی كه سختی قابل ملاحظه ای در قطعات ریخته گری شده مورد احتیاج است-در قطعات با مقاومت در مقابل سائیدگی خوب زیاد مورد استفاده قرار می گیرند.

تاثیر میزان كربن در ساختار میكروسكپی فولادهای سیاه تاب:

در حالتی كه یك فولاد كربنی با میزان تقریبی كمتر از 0.5 % كربن به ارامی در یك قالب سرد گردد اولین فاز جامدی كه در ان بوجود میآید فاز دلتا می باشد كه با ادامه سرد شدن این فولاد فاز درشت استنیت از تركیب فاز دلتا و مذاب موجود ایجاد گردیده و به همین ترتیب نیز با كاهش درجه حرارت فاز استنیت به یك ساختار فریتی به شكل ساختار صفحه ای ویدمن اشتاتن تجزیه میگردد.در این حال استنیت باقی مانده و در درجه حرارت یوتكتوئیدی به پرلیت تغییر حالت داده و در مورد نتیجه پس از انجماد ساختار نهایی فولاد حاوی مزیتی ویدمن اشتاتن به رنگ روشن است كه در مرز دانه های استنیت رسوب كرده و بقیه ساختار داخلی فولاد در این حالت به رنگ تیره از لایه های فریت و سمانتیت و پرلیت تشكیل می گردد.

بطور كلی فولاد فوق در شرایط سیاه تاب دارای خواص پایینی است و معمولا” برای دسترسی به خواص بهتر در این نوع فولادها آنها را پس از ریخته گری در داخل یك كوره تا درجه حرارت استنیت حرارت می دهند كه میزان درجه حرارت اعمال شده بستگی كاملی به میزان درصد كربن محتوی فولاد خواهد داشت سپس بمنظور بدست آوردن خواص و ساختار دلخواه قطعات فولادی را با سرعت مناسبی سرد می كنند.

شكل های (243) تا (249) تاثیر افزایش كربن را در ساختارهای میكروسكپی فولادهای قبل از یوتكتوئیدی نشان می دهند.

ساختار سطوح مقاطع میكروسكپی فولادهای پس از اچ كردن توسط محلول 2% نایتال مناطق تیره رنگ پرلیتی و سفید رنگ فریتی را كه فریت بشكل ویدمن اشتاتن از دانه های استنیتی اصلی تشكیل گردیده است نشان می دهند.همچنین سرد شدن نسبتا” ارام قطعات در قالب های ماسه ای باعث درشت تر شدن لایه های پرلیتی در ساختار آنها گردیده است بطوری كه در شكل های (245)و(249) ملاحظه می گردد بدلیل افزایش مقدار منگنز محتوی فولاد تركیب شیمیایی یوتكتوئیدی تغییر كرده و در نتیجه نسبت پرلیت و فریت با در نظر گرفتن مقدار عادی و از قبل پیش بینی شده آنها را در دیاگرام عادی اهن-كربن افزایش یافته است.شكل (248) ساختار یك منطقه پرلیتی را كه حاوی لایه های فریت و سمانتیت است در بزرگنمائی بیشتر از 50 برابر نشان می دهد و نیز ساختار میكروسكپی از سطح ریخته گری یك فولاد بعد از یوتكتوئیدی با مقدار كربن 1.2 % كه حاوی فازهای سمانتیت اولیه در مرزدانه های استنیتی و جزایر پرلیتی است در شكل (250) مشاهده می گردد.

بافت:…………………………………………………………………………………mcmory

این نوع ساختارهای میكروسكپی كه اغلب در فولادهای ریختگی مشاهده می گردند در نتیجه عملیات حرارتی و سرد كردن ارام فولاد از درجه حرارت استنیتی ایجاد می گردد.در شكل های (278)و(279) ساختار میكروسكپی یك فولاد سیاه تاب (ماكروسكپی) مشاهده می گردد.

عملیات حرارتی فولادهای كم كربن(0.2%)

در شكل های (251) تا (258) نمونه ساختارهای میكروسكپی یك فولاد كم كربن پس از عملیات حرارتی مختلف مشاهده می شوند.

نوع عملیات حرارتی                                               سیكل عملیات حرارتی

1) تابكاری                                       بمدت دو ساعت در حرارت 950 درجه سانتیگراد

2) نرمال كردن                                 بمدت دو ساعت در حرارت 950 درجه سانتیگراد

3) كونچ روغن                                 بمدت دو ساعت در حرارت 950 درجه سانتیگراد

4) كونچ در اب                                 بمدت دو ساعت در حرارت 950 درجه سانتیگراد

5) كونچ در روغن و تمپر           الف:بمدت دو ساعت در حرارت 870 درجه سانتیگراد

ب: بمدت یك ساعت در حرارت 650 درجه سانتیگراد

عملا” كونچ كردن قطعات فولادی بدون باز پخت در صنعت مورد استفاده قرار
نمی گیرد.

ساختارهای میكروسكپی:                        

شكل251: تابكاری شده- حاوی دانه های چند وجهی فریت و پرلیت.

شكل252: نرمال شده- توزیع ظریف تر دانه های فریت و پرلیت.

شكل253: كونچ در روغن شامل فریت های ریز و سوزنی شكل و پرلیت.

شكل254: كونچ در اب شامل بینایت فوقانی-مقداری ساختار مارتنزیتی.

شكل255: كونچ در روغن و باز پخت- فریت بمقدار كمتری بصورت سوزنی شكل بوجود امده و پرلیت های ریز بصورت كروی شكل ایجاد گردیده است.

شكل256: كونچ در اب و بازپخت-شامل مخلوطی از بازپخت-بینایت-مارتنزیت-فریت.

شكل257: كونچ در روغن و باز پخت- مشابه شكل 255.

شكل258: كونچ در اب و باز پخت- مشابه شكل 256.

نمو نه ای از خواص مكانیكی:

                                   تابكاری شده             نرمال شده               كونچ در اب و باز پخت

استحكام كششی                 456                           487                                540

تنش تسلیم N/MM) )         258                       289                                 380  

درصد ازدیاد طول نسبی       28                           26                                   30

درصد كاهش سطح      50                              45                                   60

عملیات حرارتی فولاد با كربن متوسط:

در شكل های(259)تا (266) نمونه ساختارهای میكروسكپی یك فولاد با كربن متوسط پس از عملیات حرارتی های مختلف مشاهده می شود:

     نوع عملیات حرارتی                                          سیكل عملیات حرارتی

1) تابكاری كردن                                   بمدت 2 ساعت در حرارت 920 درجه سانتیگراد

2) نرمال كردن :                                     “‌       ‌”         ”           “‌‌‌         ”       “

3) كونچ در روغن :                                   ”       ”           ”           ”         ”     “

4) كونچ در اب:                                       ”       ”         ”           ”         ”     “

5) كونچ در روغن و باز پخت:       الف:         ”       ”        ”           900     ”       “

                                                   ب:         ”     1 ”         ”         650     ”       “

6) كونچ در اب و باز پخت:         الف:         ”     2 ”       ”           900     ”   ‌   “

                                                ب:         ”     2″         ”           650   ”         “

عملیات حرارتی شماره 3 تا 6 عملا” در صنعت انجام می گیرد.                                      

ساختارهای میكروسكپی:

شكل 259: تابكاری شده- حاوی ساختار فریتی و پرلیتی.

شكل 260: نرمال شده-توزیع ریزتر فریت و پرلیت.

شكل 261: كونچ در روغن شامل ساختار بینایت و پرلیت كاملا” ریز.

شكل 262: كونچ در اب- حاوی یك ساختار مارتنزیتی و بینایتی.

شكل 263: كونچ در روغن و بازپخت-بینایت و پرلیت.

شكل 264: كونچ در اب و بازپخت – تمپر مارتنزیت و باز پخت بینایت.

شكل 265: كونچ در روغن و باز پخت – مشابه شكل 263.

شكل 266: كونچ در روغن و باز پخت – مشابه شكل 264.

………. نمونه خواص مكانیكی……….

       تابكاری شده       نرمال شده     كونچ در روغن و بازپخت   كونچ دراب و باز پخت

استحكام   672                 704                         795                               806

تنش تسلیم378                 15                           494                               586

%ازدیاد

طول نسبی 16                   15                          15                                 14

% كاهش

سطح 25                 24                           28                                   30

عملیات حرارتی فولاد پر كربن(0.64):

در شكل های (267) تا (274) نمونه ساختارهای میكروسكپی یك فولاد پر كربن و

پس از عملیات حرارتی های مختلف مشاهده می شود:

ساختارهای میكروسكپی:

شكل 267: تابكاری شده – ساختار فریتی و پرلیتی.

شكل 268: نرمال شده – ساختار فریتی و پرلیتی ریز.

شكل 269: كونچ در اب – ساختار مارتنزیتی.

شكل 270: كونچ در اب – مشابه شكل 269.

شكل 271: كونچ در اب وباز پخت- پرلیت بازپخت شده- بینایت و مناطقی از فریت.

شكل 272: كونچ در اب و باز پخت – مارتنزیت باز پخت شده.

شكل 273: كونچ در روغن و باز پخت- مشابه ساختار شكل 271.

شكل 274: كونچ در اب و باز پخت – مشابه ساختار شكل 272.

فولاد های مقاوم در مقابل حرارت:

فولادهای مقاوم در مقابل حرارت دارای(13-30 %) كرم بوده و در محیط های اكسید كننده و احیا كننده مقاومت بسیار خوبی از خود نشان میدهند و به همان صورتی كه در بخش مربوط به فولادهای محتوی(13%) كرم (4%) نیكل (17%)كرم (0.2%) نیكل نشان داده شد. فولادهایی كه محتوی كرم هستنددارای ساختار مارتنزیتی بوده وكاربرد آنها حداكثر به حرارت تقریبی C 750 محدودیت پیدا میكند.اما درصورت صورتی كه مقدار كرم در این فولادها به مقادیر بیشتری افزایش یابد باعث ازدیاد مقاومت آنها در مقابل اكسیداسیون در درجه حرارت های بیشتر می گردد.بدیهی است كه میزان كربن محتوی فولاد تاثیری زیاد بر روی ساختار میكروسكپی ان دارد بطوری كه نسبت به میزان كربن حتی در فولادهای با مقدار 20% كرم می توان ساختاری بصورت فریتی ایجاد كردو بهمین جهت قطعات ریختهگری شده فولادهای تجاری با میزان 25تا 30 % كرم با وجود داشتن (0.5_1.5) درصد كربن یا حتی بالاتر بطور ثابت دارای ساختار فریتی و اندازه دانه های بزرگی هستند.

بمنظور تولید فولادهای استنیتی مقاوم در برابر حرارت در حدود 40% نیكل به فولاد اضافه می شود كه در ضمن افزایش این نوع فولادها در مقابل اكسیداسیون در صورتی كه این عنصر در فولادها همراه با عنصر كرم باشد باعث افزایش و بهبود خواص مكانیكی مانند استحكام و نرمی نیز در آنها می گردد و عناصر آلیاژی دیگر از قبیل كبالتco تنگستنw نیز دارای اثرات مشابهی هستند.

افزودن عنصر نیكل در فولادهایی كه محتوی كرم زیادی هستند می تواند باعث افزایش بهتر فاز استنیت به فریت در ساختار آنها گردیده و نسبت به مقدار عناصر آلیاژی دیگر در فولاد ساختار زمینه می تواند بطور كامل استنیتی شود وقتی به میزان 14% برسد.

برای دیدن قسمت های دیگر این تحقیق لطفا” از منوی جستجوی سایت که در قسمت بالا قرار دارد استفاده کنید. یا از منوی سایت، فایل های دسته بندی رشته مورد نظر خود را ببینید.

لینک متن کامل با فرمت ورد

Leave a comment