پایان نامه متالوگرافی

پایان نامه سال 1384

عنوان: چدن خاكستري كم كربن

چكيده: آزمايش و بررسي ساختار ميكروسكوپي چدن خاكستري كم كربن

مقدمه: چدن خاكستري از آلياژ آهن و كربن كه حدود 2% بيشتر باشد ويا سرعت سرد كردن پايين و يا سيليسيم كه باعث ناپايداري سمنتيت مي شود چدن خاكستري توليد خواهد شد.

حال اگر مقدار كربن آن كمتر از3 / 4% باشد چدن خاكستري كم كربن بدست مي‌آيد كه ريخته‌گري راحتري نسبت به فولادها دارد كه ممكن است داراي زمينه مزيت و پرليتي باشد.

روش آزمايش: در اولين مراحل بريدن نمونه از قطعه اصلي به وضوح و نرمي و خوشتراشي آن پي مي‌بريم بعد از بريدن، سوهان كاري آن نيز به راحتي انجام مي‌شود. اما سمباده كاري آن علي رقم نرمي بالاي آن با مشكل مواجه مي شد. به طوري كه با صرف كردن زمان حدود 3 / 1 بر سمابده كاري چدن‌هاي نظير قبل كمتر به صافي مسطح مي‌رسيديم.

همه از سوهان كاري و پوليش كاري (قبل از اچ كردن) نمونه را زير ميكروسكوپ مي‌گذاريم در اولين نگاه خطوط بيش از حد سمباده و دستگاه پوليش مانع از ديدن گرافيت هاي آن مي شد.

و سپس حدود پنج الي هفت ثانيه در محلول براي اچ كردن فرو مي‌برديم بعد از درآوردن از محلول و شستن قطعه آن را زير ميكروسكوپ گذاشتيم كه زمينه را مشاهده كرديم.

مقدمه

اهميت متالوگرافي

متالوگرافي در مفهوم كلي عبارت است از مطالعه ساختار دروني فلزات و آلياژها و رابطه اين ساختار با تركيب، نمونه توليد، و شرايط انجماد و خواص شيميايي و مكانيكي آنها مي‌باشد. يكي از آزمايشهاي مهم واحد كنترل كمي و كيفي خط توليد ريخته‌گري متالوگرافي است كه امروزه هم جنبه كنترل كيفي و هم جنبه تحقيقاتي به خود گرفته است.

اگر بخواهيم به اهميت اين آزمايشگاه بيشتر واقف گرديم لازم است اهداف مهم اين آزمايشگاه را به صورت خلاصه بيان و توجه كنيم.

1 بررسي عيوب ميكروسكوپي و بعضي از عيوب ماكروسكوپي فلزات و آلياژهاي توليد  شده از قبيل درشت دانگي و رشد و ناهمگوني فازهاي ناخواسته و عدم توزيع يكنواخت دانه ها و فازها و….

2 تشخيص، تقريبي تركيب شيميايي آلياژ از طريق بررسي ساختار دروني و استفاده از دياگرافم فازي آن آلياژ كه اين هدف بيشتر زماني لازم مي‌شود كه امكانات آزمايشگاه تجزيه فلزات در دسترسي نباشد.

3 بيشتر از روش ماكروسكوپي استفاده مي‌شود و كمكي براي آزمايشگاه انجماد است و عبارتست از كنترل نحوه و نوع انجماد و رشد ماكروسكوپي دانه‌ها و رابطه با شرايط ريختگي آن آلياژ كه كنترل آن مي‌تواند در بهبود خواص مكانيكي و سلامتي قطعه ريختگي مؤثر باشد.

لازم به ذكر است كه بين اهداف گفته شده هدف اول بسيار مهمتر است و آن را به دو بخش اصلي تقسيم مي‌كنيم.

1 – جنبه تكنولوژيكي

2 جنبه متالوژيكي

هدف از پوليش كردن و اچ كردن

شايد سئوالي پيش آيد كه پوليش و اچ كردن چيست؟

پوليش كردن عبارتست از سمباده كاري ريز كه تشكيل شده از سمباده‌هاي ضدآب كه از شماره‌هاي 1000  - 320 تشكيل شده و نصب شده روي فلز آلومينيومي كه در زير شيرآبي قرارگرفته و در حين سمباده‌كاري آب مدام روي آن ريخته مي‌شود.

اچ كردن يعني مرئي كردن ساختار بلورين فلز و ايجاد مغايرت بين سازنده‌هاي مختلف آن مي‌باشد. آچ كننده هامانند (اسيدهائي آلي و غيرآلي و پيكه‌اي و نيسال و…)

شرح آزمايش (نحوه انجام كار)

اولين كاري كه براي انجام الزامي است بريدن يك قطعه به ابعاد موردنياز از ميلگرد آج دار و ساده كه در اين كار 1 سانتيمتر مي‌باشد. پس از بريدن قطعه آن سوهان، نرده و سطح اين نمونه را گونيا مي‌كنيم. و با سوهانهاي خشن و نرم تمام سطح را مي‌زنيم تا هم به اندازه مناسبي برسد و هم سطح گونيا شود.

بعد از اتمام سوهانكاري به قسمت سمباده كاري يا پوليش زدن مي‌رسيم.

در اين قسمت نمونه را روي محلي كه در آن سمباده‌ها از نرم تا خشن روي سكو قرار گرفته‌اند مي‌گذاريم تا به ترتيب سمباده را شروع كنيم در ضمن در روي هر كدام (هر شماره) از سمباده‌هاي شيرهاي آبي تعبيه شده تا در حين كار آب روي نمونه سمباده ريخته و كار را بهتر و روانتر انجام دهيم. علت اينكه آب بايد روي نمونه مداوم باشد جلوگيري از مسردود شدن كاغذ سمباده يا جلوگيري از خط روي نمونه مي‌باشد.

روش كار به اين گونه است كه ابتدا از سمباده هاي خشن استفاده كرده و به ترتيب شماره به طرف نرم آن مي رويم تا خشهاي افتاده روي نمونه را حذف كرده و تا انجام اين كار از سمباده‌ها استفاده مي‌كنيم.

بعد از اتمام كار و اطمينان از عاري بودن خش نوبت به دستگاه پوليش مي‌رسد دستگاههاي كه در آن صفحه وجود دارد كه آن توسط نيروي اتروموتوري مي‌چرخد و روي اين صفحه پارچه‌اي نصب شده نام اين پارچه ماهوت مي‌باشد و طرز كار اين است كه هنگام چرخش صفحه نمونه را روي آن قرار داده تا اگر خشي روي قطعه بود برطرف شود و علت آن سايش بين الياف پارچه ماهوت و سطح قطعه باعث برطرف شدن خشها مي‌شود.

برا ياينكه اين كار سريعتر وب هتر انجام شود اكسيدآلومينيوم را به همراه آب مخلوط كرده كه رنگ آن سفيد مي‌شود و هنگام چرخش صفحه و قرار گرفتن نمونه روي آن اين محلول روي آن ريخته شده و برخورد دانه‌هاي اكسيد آلومينيوم با سطح نمونه باعث از بين رفتن خشهاي روي قطعه مي شود. بعد از شستن خشك كردن سطح نمونه آن را براي اچ كردن آماده مي‌كنيم.

محلول اچ براي هر قطعه متغير است و براي قطعه كاسه فولاد مي‌باشد اسيدنيتريك و الكل مي‌باشد.

براي انجام كار بايد نمونه را در داخل محلول اچ گذاشته و قرار مي دهيم البته زمان قرار دادن در داخل محلول به عواملي مانند جنس فلز و ساختمان و سختي آب بستگي دارد و مي تواند از 1 تا 5 ثانيه متغير باشد و بعد از گذاشتن قطعه در داخل محلول اچ و زمان موردنظر آن را سريعاً برداشته و مي‌شوئيم و بعد سطح آن را با الكل تميز مي كنيم و سپس خشك مي‌كنيم.

حال نمونه يا قطعه‌ها براي مشاهده كردن از ميكروسكوپ آماده است تا بررسي روي ساختار اين فولاد را انجام دهيم بعد از نگاه كردن با ميكروسكوپ نتيحه گرفتيم كه اين فولاد كم كربن هيپبويوتكتوئيدي به شكل زير مي باشد و نتيجه آن به صورت زير است:

نتيجه آزمايش:

نتيجه اينكه اين فولاد، هيپريوتكتوئيدي مي باشد و باتوجه به ساختار دروني يعني زمينه فريت و دانه‌هاي درشت پرليت مي فهميم كه داراي 4/0% كربن مي‌باشد و 5% فريت و 5% پرليت پس نتيجه مي گيرمي هر چه پرليت در ساختار فلز بيشتر باشد درصد كربن نيز بيشتر مي‌باشد و هر چه مقدار و درصد كربن كمتر مقدار فريت بيشتر مي‌شود و تيره بودن سطح در زير ميكروسكوپ دليل بر اين ادعا مي‌باشد.

چدن خاكستري

بخش عظيمي از چدن ريختگي از چدن خاكستري هستند كه معمولاً تحت عنوان چدن ريختگي ناميده مي‌شوند. البته عنوان مذكور براي تعريف چدن خاكستري به طور نامناسبي به كار مي رود در حاليكه نام چدن خاسكتري بدان جهت انتخاب شده است كه رنگ مقطع شكست خاكستري است. خاكستري بودن رنگ سطح مقطع شكسته شده اين آلياژ ناشي از وجود ورقه‌هاي نازك گرافيت در چدن خاكستري است. هنگامي كه تركيب شيميايي چدن مذاب و سرعت سرد كردن آن مناسب باشد در خلال انجماد كربن مزبور در چدن جدا مي شود و ورقه‌هايي از گرافيت تشكيل مي‌گردد. دانه‌هاي اين گرافيت ها به داخل مذاب رشد مي كند و به همين جهت براي تشكيل ورقه‌هاي آزادي عمل دارند.

وجود گرافيت ورقه‌اي سبب مي‌شود كه چدن خاكستري داراي خصوصيات بي‌نظيري باشد منجمله داشتن قابليت ماشين كاري خوب در شرايطي كه ميزان سختي نيز در حدي است كه مقاومت در برابر سايش عالي است توانايي مقاومت در برابر سوختن در مراحل آخر از بين رفتن مواد روغن كاري خوب است و همچنين خاصيت الاستيكي غيرعادي كه باعث مي‌شود قابليت ارتعاش داشته باشد.

چندين فاكتور مختلف بر روي جوانه زني و رشد ورقه‌هاي گرافيت تأثير مي‌گذارند بطوريكه اين ورقه‌هاي گرافيت مي توانند به شكلها و فرمهاي مختلفي ظاهر شوند.

مقدار گرافيت موجود در چدن اندازه و نحوه توزيع آن نيز بر روي خواص چدن بر روي آنها مؤثر است، مشخص نمودن خواص مطلوب ارجعيت دارد.

نوعي ساختار زمينه در چدنهاي با گرافيت ورقه‌اي تأثير كمتري در استحكام اين چدنها نسبت به شكل، اندازه و توزيع گرافيت‌ها دارد. در صورتي كه نوع ساختار زمينه عامل مهمي در تعيين سختي و قابليت ماشينكاري در اين چدنها است.

گروه ديگري از چدنها كه داراي اهميت زيادي درمواد مهندسي هستند، چدنهاي با گرافيت كروي يا چدن هاي نشكن هستند كه شكل گرافيت ها در شرايط ريختگي اين نوع چدنها به صورت كروي بوده و داراي استحكام و ازدياد طول نسبي مناسبي هستند. ساختار زمينه در اين نوع چدن ها تأثير زيادي در استحكام آنها دارد.

كم تر بودن مقدار سيليسيم در چدن ها يا زيادتر بودن برخي عناصر آلياژي از قبيل كرم و مجموعه عوامل كه از تجزيه كربن جلوگيري كند. موجب مي‌شود كه دسته سومي از چدنها تحت عنوان چدنهاي سفيد يا سختي زياد، قابليت ماشينكار كم و مقابله شكست سفيد توليد شود.

چدن هاي چكش خوار گروه ديگري از چدنها، ابتدا قطعات را به صورت چدن سفيد ريخته گري سپس با استفاده از يك سيكل عمليات حرارتي مناسب كاربيدها را تجزيه كه گرافيت به شكل خاصي رسوب پيدا مي كند.

در اين حال شكل گرافيت ها نسبت به نوع چدن چكش خوار تغيير مي كند، بدين معني كه حدود تغييرات آنها را از گرافيت هايي كوت شده و به هم فشرده شروع به گرافيت هايي كاملا كروي شكل ختم مي گردد و به همين تركيب فاز زمينه در اين نوع چدن ها از ساختار فريتي شروع و به يك ساختار پرليتي ختم مي شود.

در ساختار ميكروسكوپي چدنها،‌ فازها و تركيباتي مانند فريت، پرليت يا فازهاي تغيير حالت يافته ديگر كه زمينه نمونه را تشكيل مي دهند.

اطراف گرافيت ها يا كار بيدهاي يوتكتيكي را احاطه مي كنند. چنين اجزاء يوتكنيكي آلياژ بين انجماد به صورت دانه اي يا به شكل سلولي منجمد مي شوند.

چدنهاي خاكستري

وسايل مورد نياز: يك قطعه چدني خاكستري، انواع سمبادهاي مورد نياز به پوليش – محلول اچ

هدف آزمايش: بررسي ريز ساختار چدنهاي خاكستري قبل و بعد از اچ كردن.

تئوري آزمايش:‌ابتدا كه تكه چدن خاكستري را توسط سوهان به صورت گونيايي در آورده و سپس توسط سمباده ها سطح آن را صيقل داده و بعد از اتمام مراحل سمباده كاري آن را پوليش كرده و سپس در محلول اچ قرار داده و بعد از سمباده كاري ده دقيقه آن را برداشته و توسط آب شسته و در زير ميكروسكوپ قرار مي دهيم كه فازهاي البته قبل از اچ كردن در زير ميكروسكوپ در زمينه به جز گرافيت هاي ورقه ات هيچ گونه جزئيات ديگري قابل رؤيت نبود.

ولي پس از اتمام مرحله اچ كردن مشاهده مي گردد كه حاوي گرافيت هاي ورقه اي با زمينه اي كاملا پرليتي و فسفيد يوتكتيكي است و ساختار دندريتي مربوط به آستينت هاي اوليه به طور كاملا ضعيفي در آن ديده مي شود