پایان نامه متالوگرافی

عنوان: چدن خاکستری کم کربن

چکیده: آزمایش و بررسی ساختار میکروسکوپی چدن خاکستری کم کربن

مقدمه: چدن خاکستری از آلیاژ آهن و کربن که حدود 2% بیشتر باشد ویا سرعت سرد کردن پایین و یا سیلیسیم که باعث ناپایداری سمنتیت می شود چدن خاکستری تولید خواهد شد.

حال اگر مقدار کربن آن کمتر از3 / 4% باشد چدن خاکستری کم کربن بدست می‌آید که ریخته‌گری راحتری نسبت به فولادها دارد که ممکن است دارای زمینه مزیت و پرلیتی باشد.

روش آزمایش: در اولین مراحل بریدن نمونه از قطعه اصلی به وضوح و نرمی و خوشتراشی آن پی می‌بریم بعد از بریدن، سوهان کاری آن نیز به راحتی انجام می‌شود. اما سمباده کاری آن علی رقم نرمی بالای آن با مشکل مواجه می شد. به طوری که با صرف کردن زمان حدود 3 / 1 بر سمابده کاری چدن‌های نظیر قبل کمتر به صافی مسطح می‌رسیدیم.

همه از سوهان کاری و پولیش کاری (قبل از اچ کردن) نمونه را زیر میکروسکوپ می‌گذاریم در اولین نگاه خطوط بیش از حد سمباده و دستگاه پولیش مانع از دیدن گرافیت های آن می شد.

و سپس حدود پنج الی هفت ثانیه در محلول برای اچ کردن فرو می‌بردیم بعد از درآوردن از محلول و شستن قطعه آن را زیر میکروسکوپ گذاشتیم که زمینه را مشاهده کردیم.

مقدمه

اهمیت متالوگرافی

متالوگرافی در مفهوم کلی عبارت است از مطالعه ساختار درونی فلزات و آلیاژها و رابطه این ساختار با ترکیب، نمونه تولید، و شرایط انجماد و خواص شیمیایی و مکانیکی آنها می‌باشد. یکی از آزمایشهای مهم واحد کنترل کمی و کیفی خط تولید ریخته‌گری متالوگرافی است که امروزه هم جنبه کنترل کیفی و هم جنبه تحقیقاتی به خود گرفته است.

اگر بخواهیم به اهمیت این آزمایشگاه بیشتر واقف گردیم لازم است اهداف مهم این آزمایشگاه را به صورت خلاصه بیان و توجه کنیم.

1 بررسی عیوب میکروسکوپی و بعضی از عیوب ماکروسکوپی فلزات و آلیاژهای تولید  شده از قبیل درشت دانگی و رشد و ناهمگونی فازهای ناخواسته و عدم توزیع یکنواخت دانه ها و فازها و….

2 تشخیص، تقریبی ترکیب شیمیایی آلیاژ از طریق بررسی ساختار درونی و استفاده از دیاگرافم فازی آن آلیاژ که این هدف بیشتر زمانی لازم می‌شود که امکانات آزمایشگاه تجزیه فلزات در دسترسی نباشد.

3 بیشتر از روش ماکروسکوپی استفاده می‌شود و کمکی برای آزمایشگاه انجماد است و عبارتست از کنترل نحوه و نوع انجماد و رشد ماکروسکوپی دانه‌ها و رابطه با شرایط ریختگی آن آلیاژ که کنترل آن می‌تواند در بهبود خواص مکانیکی و سلامتی قطعه ریختگی مؤثر باشد.

لازم به ذکر است که بین اهداف گفته شده هدف اول بسیار مهمتر است و آن را به دو بخش اصلی تقسیم می‌کنیم.

1 – جنبه تکنولوژیکی

2 جنبه متالوژیکی

هدف از پولیش کردن و اچ کردن

شاید سئوالی پیش آید که پولیش و اچ کردن چیست؟

پولیش کردن عبارتست از سمباده کاری ریز که تشکیل شده از سمباده‌های ضدآب که از شماره‌های 1000  - 320 تشکیل شده و نصب شده روی فلز آلومینیومی که در زیر شیرآبی قرارگرفته و در حین سمباده‌کاری آب مدام روی آن ریخته می‌شود.

اچ کردن یعنی مرئی کردن ساختار بلورین فلز و ایجاد مغایرت بین سازنده‌های مختلف آن می‌باشد. آچ کننده هامانند (اسیدهائی آلی و غیرآلی و پیکه‌ای و نیسال و…)

شرح آزمایش (نحوه انجام کار)

اولین کاری که برای انجام الزامی است بریدن یک قطعه به ابعاد موردنیاز از میلگرد آج دار و ساده که در این کار 1 سانتیمتر می‌باشد. پس از بریدن قطعه آن سوهان، نرده و سطح این نمونه را گونیا می‌کنیم. و با سوهانهای خشن و نرم تمام سطح را می‌زنیم تا هم به اندازه مناسبی برسد و هم سطح گونیا شود.

بعد از اتمام سوهانکاری به قسمت سمباده کاری یا پولیش زدن می‌رسیم.

در این قسمت نمونه را روی محلی که در آن سمباده‌ها از نرم تا خشن روی سکو قرار گرفته‌اند می‌گذاریم تا به ترتیب سمباده را شروع کنیم در ضمن در روی هر کدام (هر شماره) از سمباده‌های شیرهای آبی تعبیه شده تا در حین کار آب روی نمونه سمباده ریخته و کار را بهتر و روانتر انجام دهیم. علت اینکه آب باید روی نمونه مداوم باشد جلوگیری از مسردود شدن کاغذ سمباده یا جلوگیری از خط روی نمونه می‌باشد.

روش کار به این گونه است که ابتدا از سمباده های خشن استفاده کرده و به ترتیب شماره به طرف نرم آن می رویم تا خشهای افتاده روی نمونه را حذف کرده و تا انجام این کار از سمباده‌ها استفاده می‌کنیم.

بعد از اتمام کار و اطمینان از عاری بودن خش نوبت به دستگاه پولیش می‌رسد دستگاههای که در آن صفحه وجود دارد که آن توسط نیروی اتروموتوری می‌چرخد و روی این صفحه پارچه‌ای نصب شده نام این پارچه ماهوت می‌باشد و طرز کار این است که هنگام چرخش صفحه نمونه را روی آن قرار داده تا اگر خشی روی قطعه بود برطرف شود و علت آن سایش بین الیاف پارچه ماهوت و سطح قطعه باعث برطرف شدن خشها می‌شود.

برا یاینکه این کار سریعتر وب هتر انجام شود اکسیدآلومینیوم را به همراه آب مخلوط کرده که رنگ آن سفید می‌شود و هنگام چرخش صفحه و قرار گرفتن نمونه روی آن این محلول روی آن ریخته شده و برخورد دانه‌های اکسید آلومینیوم با سطح نمونه باعث از بین رفتن خشهای روی قطعه می شود. بعد از شستن خشک کردن سطح نمونه آن را برای اچ کردن آماده می‌کنیم.

محلول اچ برای هر قطعه متغیر است و برای قطعه کاسه فولاد می‌باشد اسیدنیتریک و الکل می‌باشد.

برای انجام کار باید نمونه را در داخل محلول اچ گذاشته و قرار می دهیم البته زمان قرار دادن در داخل محلول به عواملی مانند جنس فلز و ساختمان و سختی آب بستگی دارد و می تواند از 1 تا 5 ثانیه متغیر باشد و بعد از گذاشتن قطعه در داخل محلول اچ و زمان موردنظر آن را سریعاً برداشته و می‌شوئیم و بعد سطح آن را با الکل تمیز می کنیم و سپس خشک می‌کنیم.

حال نمونه یا قطعه‌ها برای مشاهده کردن از میکروسکوپ آماده است تا بررسی روی ساختار این فولاد را انجام دهیم بعد از نگاه کردن با میکروسکوپ نتیحه گرفتیم که این فولاد کم کربن هیپبویوتکتوئیدی به شکل زیر می باشد و نتیجه آن به صورت زیر است:

نتیجه آزمایش:

نتیجه اینکه این فولاد، هیپریوتکتوئیدی می باشد و باتوجه به ساختار درونی یعنی زمینه فریت و دانه‌های درشت پرلیت می فهمیم که دارای 4/0% کربن می‌باشد و 5% فریت و 5% پرلیت پس نتیجه می گیرمی هر چه پرلیت در ساختار فلز بیشتر باشد درصد کربن نیز بیشتر می‌باشد و هر چه مقدار و درصد کربن کمتر مقدار فریت بیشتر می‌شود و تیره بودن سطح در زیر میکروسکوپ دلیل بر این ادعا می‌باشد.

چدن خاکستری

بخش عظیمی از چدن ریختگی از چدن خاکستری هستند که معمولاً تحت عنوان چدن ریختگی نامیده می‌شوند. البته عنوان مذکور برای تعریف چدن خاکستری به طور نامناسبی به کار می رود در حالیکه نام چدن خاسکتری بدان جهت انتخاب شده است که رنگ مقطع شکست خاکستری است. خاکستری بودن رنگ سطح مقطع شکسته شده این آلیاژ ناشی از وجود ورقه‌های نازک گرافیت در چدن خاکستری است. هنگامی که ترکیب شیمیایی چدن مذاب و سرعت سرد کردن آن مناسب باشد در خلال انجماد کربن مزبور در چدن جدا می شود و ورقه‌هایی از گرافیت تشکیل می‌گردد. دانه‌های این گرافیت ها به داخل مذاب رشد می کند و به همین جهت برای تشکیل ورقه‌های آزادی عمل دارند.

وجود گرافیت ورقه‌ای سبب می‌شود که چدن خاکستری دارای خصوصیات بی‌نظیری باشد منجمله داشتن قابلیت ماشین کاری خوب در شرایطی که میزان سختی نیز در حدی است که مقاومت در برابر سایش عالی است توانایی مقاومت در برابر سوختن در مراحل آخر از بین رفتن مواد روغن کاری خوب است و همچنین خاصیت الاستیکی غیرعادی که باعث می‌شود قابلیت ارتعاش داشته باشد.

چندین فاکتور مختلف بر روی جوانه زنی و رشد ورقه‌های گرافیت تأثیر می‌گذارند بطوریکه این ورقه‌های گرافیت می توانند به شکلها و فرمهای مختلفی ظاهر شوند.

مقدار گرافیت موجود در چدن اندازه و نحوه توزیع آن نیز بر روی خواص چدن بر روی آنها مؤثر است، مشخص نمودن خواص مطلوب ارجعیت دارد.

نوعی ساختار زمینه در چدنهای با گرافیت ورقه‌ای تأثیر کمتری در استحکام این چدنها نسبت به شکل، اندازه و توزیع گرافیت‌ها دارد. در صورتی که نوع ساختار زمینه عامل مهمی در تعیین سختی و قابلیت ماشینکاری در این چدنها است.

گروه دیگری از چدنها که دارای اهمیت زیادی درمواد مهندسی هستند، چدنهای با گرافیت کروی یا چدن های نشکن هستند که شکل گرافیت ها در شرایط ریختگی این نوع چدنها به صورت کروی بوده و دارای استحکام و ازدیاد طول نسبی مناسبی هستند. ساختار زمینه در این نوع چدن ها تأثیر زیادی در استحکام آنها دارد.

کم تر بودن مقدار سیلیسیم در چدن ها یا زیادتر بودن برخی عناصر آلیاژی از قبیل کرم و مجموعه عوامل که از تجزیه کربن جلوگیری کند. موجب می‌شود که دسته سومی از چدنها تحت عنوان چدنهای سفید یا سختی زیاد، قابلیت ماشینکار کم و مقابله شکست سفید تولید شود.

چدن های چکش خوار گروه دیگری از چدنها، ابتدا قطعات را به صورت چدن سفید ریخته گری سپس با استفاده از یک سیکل عملیات حرارتی مناسب کاربیدها را تجزیه که گرافیت به شکل خاصی رسوب پیدا می کند.

در این حال شکل گرافیت ها نسبت به نوع چدن چکش خوار تغییر می کند، بدین معنی که حدود تغییرات آنها را از گرافیت هایی کوت شده و به هم فشرده شروع به گرافیت هایی کاملا کروی شکل ختم می گردد و به همین ترکیب فاز زمینه در این نوع چدن ها از ساختار فریتی شروع و به یک ساختار پرلیتی ختم می شود.

در ساختار میکروسکوپی چدنها،‌ فازها و ترکیباتی مانند فریت، پرلیت یا فازهای تغییر حالت یافته دیگر که زمینه نمونه را تشکیل می دهند.

اطراف گرافیت ها یا کار بیدهای یوتکتیکی را احاطه می کنند. چنین اجزاء یوتکنیکی آلیاژ بین انجماد به صورت دانه ای یا به شکل سلولی منجمد می شوند.

چدن های خاکستری

وسایل مورد نیاز: یک قطعه چدنی خاکستری، انواع سمبادهای مورد نیاز به پولیش – محلول اچ

هدف آزمایش: بررسی ریز ساختار چدنهای خاکستری قبل و بعد از اچ کردن.

تئوری آزمایش:‌ابتدا که تکه چدن خاکستری را توسط سوهان به صورت گونیایی در آورده و سپس توسط سمباده ها سطح آن را صیقل داده و بعد از اتمام مراحل سمباده کاری آن را پولیش کرده و سپس در محلول اچ قرار داده و بعد از سمباده کاری ده دقیقه آن را برداشته و توسط آب شسته و در زیر میکروسکوپ قرار می دهیم که فازهای البته قبل از اچ کردن در زیر میکروسکوپ در زمینه به جز گرافیت های ورقه ات هیچ گونه جزئیات دیگری قابل رؤیت نبود.

ولی پس از اتمام مرحله اچ کردن مشاهده می گردد که حاوی گرافیت های ورقه ای با زمینه ای کاملا پرلیتی و فسفید یوتکتیکی است و ساختار دندریتی مربوط به آستینت های اولیه به طور کاملا ضعیفی در آن دیده می شود