حراج!

بررسی تاثیر متغیرهای عملیات حرارتی بر ریزساختار و مقاومت به سایش چدن نایهارد 4

39,000تومان 19,000تومان

توضیحات

دانلود و مشاهده قسمتی از متن کامل پایان نامه :

بسمه تعالی

دانشکده مهندسي مواد

بررسی تاثیر متغیرهای عملیات حرارتی بر ریزساختار و مقاومت به سایش چدن نایهارد 4

پايان‌نامه برای اخذ درجه کارشناسي ارشد در رشته
مهندسی مواد گرايش شناسايي و انتخاب مواد مهندسی

 

 

چکيده

در این تحقیق اثر دما و زمان ناپایدارسازی آستنیت بر ریزساختار و مقاومت به سایش چدن نایهارد نوع 4 مورد مطالعه قرار گرفت. به این منظور پس از تهیه ذوب و ریخته‌گری، نمونه‌ها در چهار دمای 750، 800، 850 و C°900 به مدت یک تا شش ساعت ناپایدار شده و سپس در شرایط یکسان در هوای ساکن محیط سرد شدند. مطالعات ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ‌ نوری مجهز به سیستم آنالیزگر تصویری و میکروسکوپ‌ الکترونی روبشی و XRD انجام شد. همچنین ریزسختی‌سنجی و درشت‌سختی‌سنجی به روش ویکرز انجام شد. آزمون سایش به روش پین روی دیسک با استفاده از سنگ ساینده Al2O3 در شرایط تنش آرام تحت نیروی N30 و سرعت خطی cm/s4 انجام شد. نمونه‌های سایش قبل از آزمون، تحت عملیات حرارتی برگشت در دمای C°300 به مدت 3 ساعت قرار گرفتند.
نتایج نشان داد که ریزساختار ریختگی چدن نایهارد با سختی 495 ویکرز شامل 67 درصد حجمی آستنیت باقیمانده، 13 درصد حجمی مارتنزیت و 20 درصد حجمی کاربیدهای یوتکتیک M7C3 است. با انجام عملیات ناپایدارسازی، آستنیت باقیمانده به مارتنزیت و کاربیدهای ثانویه تبدیل می‌شود و سختی افزایش می‌یابد. تغییرات ناشی از این فرایند به شدت تابعی از دما و زمان ناپایداری است. با افزایش بیشتر دمای ناپایدارسازی، آستنیت کمتری به مارتنزیت تبدیل می‌شود. همچنین افزایش زمان سبب کاهش میزان آستنیت باقیمانده و افزایش کاربیدهای ثانویه می‌شود. مورفولوژی کاربیدهای ثانویه M3C با افزایش دما و زمان از لایه‌ای یا تیغه‌ای به کروی تبدیل می‌شوند. با توجه به نتایج آزمون سایش و مطالعات ریزساختاری، بهترین شرایط برای ناپایدارسازی آستنیت و بهبود مقاومت به سایش، دمای 800 الی C°850 به مدت 3 تا 4 ساعت است.
واژه‌های کليدي: چدن نایهارد4، کاربید یوتکتیک، کاربید ثانویه، دما و زمان ناپایدارسازی آستنیت، مقاومت سایشی

 

 

فهرست مطالب

فصل 1- مقدمه 1
فصل 2- مرور بر منابع 5
2-1- معرفی چدن های سفید مقاوم به سایش (چدن نایهارد) 5
2-2- تاریخچه 6
2-3- کاربرد چدن‌های نایهارد 7
2-4- چدن‌های نایهارد و استانداردهای آن 9
2-4-1- ترکیب شیمیایی و ریزساختار 9
2-4-2- چدن نایهارد 1 و2 10
2-4-3- چدن نایهارد 4 12
2-5- تاثیر عناصر آلیاژی 14
2-5-1- کربن 14
2-5-2- کروم 16
2-5-3- نیکل 17
2-5-4- مولیبدن 18
2-5-5- تنگستن 18
2-5-6- نیوبیم 19
2-5-7- وانادیم 21
2-5-8- منگنز 22
2-5-9- مس 22
2-5-10- سیلیسیم 22
2-5-11- بور 24
2-5-12- گوگرد 24
2-5-13- فسفر 24
2-5-14- نتیجه گیری 24
2-6- ساختار متالورژیکی چدن نایهارد 25
2-6-1- فازهای مختلف موجود در چدن نایهارد 25
2-6-2- فازهای کاربیدی در چدن نایهارد 26
2-6-3- تاثیر شکل و اندازه کاربیدها در چدن نایهارد 31
2-6-4- ساختمان زمینه چدن نایهارد 31
2-7- ذوب و ریخته گری 34
2-8- انجماد چدن نایهارد 35
2-9- عملیات حرارتی 38
2-10- عملیات ناپایدارسازی و تبدیل آستنیت در آن 41
2-10-1- تشریح فرایند 41
2-10-2- تبدیل مارتنزیتی در حین عملیات حرارتی ناپایدارسازی 43
2-11- عملیات حراتی تمپر 43
2-12- پارامترهای عملیات حرارتی 44
2-13- مقاومت به سایش چدن‌های نایهارد 47
2-13-1- رابطه بین سختی و مقاومت به سایش 48
2-13-2- درصد کربن و ریزساختار 48
2-13-3- مورفولوژی، مقدار حجمی و اندازه کاربید یوتکتیک 50
2-13-4- دمای تمپر 50
2-13-5- اثر آستنیت باقیمانده 50
2-13-6- روشهای آزمون سایش 51
2-14- خلاصه تحقیقات انجام شده در خصوص نایهارد 4 53
2-15- جمع ‌بندي و هدف از تحقيق 54
فصل 3- روش تحقیق 55
3-1- طراحي آزمايش 56
3-1-2- تهیه مدل و قالبگیری 57
3-1-3- ذوب و بارریزی 58
3-1-4- ترکیب شیمایی چدن نایهارد4 ریخته شده 58
3-1-5- عملیات حرارتی ناپایدارسازی 59
3-1-6- مطالعات میکروسکوپی برای بررسی ریزساختار 59
3-1-7- آنالیز تفرق اشعه X (XRD) 60
3-1-8- آزمون سختی 60
3-1-9- آزمون سایش 61
فصل 4- نتايج و بحث 63
4-1- بررسی ریزساختار و سختی چدن نایهارد در حالت ریختگی 63
4-2- اثر زمان ناپایدارسازی بر سختی 65
4-3- اثر زمان ناپایدارسازی در دماهای مختلف بر ریزساختار 68
4-4- اثر دمای ناپایدارسازی در زمان ثابت بر سختی 79
4-5- اثر دمای ناپایدارسازی بر ریزساختار در زمان ثابت 82
4-6- بررسی ریزساختار با میکروسکپ‌الکترونی روبشی 85
4-7- اثر عملیات تمپر بر تغییرات سختی و ریزساختار 86
4-8- اثر عملیات ناپایدارسازی بر مقاومت به سایش چدن نایهارد 91
نتيجهگیری 97
پيشنهادات برای تحقيقات بيشتر 99
مراجع 101
پیوست ‌ها 107

فهرست شکل ‌ها

عنوان صفحه
شكل (2-1) صفحه لاینر آسیاب ]2[ 7
شكل (2-2) پمپ لایروبی ساخته شده از چدن نایهارد 4 ]2[ 8
شكل (2-3) دستگاه ایجاد دمش در معدن الماس]5[ 9
شكل (2-4) ریزساختار نایهارد 1 در حالت ریختگی ]2[ 11
شكل (2-5) کاربید یوتکتیک M3C در زمینه ]2[ 11
شكل (2-6) اثر مارتزیت زمینه بر سختی چدن نایهارد 2]2[ 12
شكل (2-7) ریزساختار کاربید یوتکتیک چدن نایهارد 4 و کاربید میلهای شکل یوتکتیک(تصویر راست) [2،17] 13
شكل (2-8) اثر کربن بر سختی و مقاومت به ضربه نایهارد 4 بعد از عملیات حرارتی [2،19]. 15
شكل (2-9) دیاگرام فازی آهن- کربن- کروم [18]. 16
شكل (2-10) اثر کروم بر مقاومت سایشی (a) سخت کردنC820 (b) سخت کردنC800 [20]. 17
شكل (2-11) کاربیدهای یوتکتیکی M2C ]17،21[ 19
شكل (2-12) تشکیل کاربید نیوبیم ‌در چدنهای نایهارد ]24[ 20
شكل (2-13) تغییرات مقاومت سایشی نسبت به درصد وانادیم ‌[15،18] 21
شكل (2-14) اثر افزودن سیلیسیم ‌بر مقاومت سایشی (a) سخت کردن در دمای C820 (b) سخت کردن در C850]20[ 23
شكل (2-15) اثر افزودن سیلیسیم ‌ بر سختی(a) سخت کردن در دمای C820 (b) سخت کردن درC850]20[ 23
شكل (2-16) ریزساختار ریختگی چدن نایهارد با کاربید M3C ]17[ 27
شكل (2-17) ریزساختار قطعه ریختگی با کاربید یوتکتیک M7C3 ]17[ 28
شكل (2-18) مورفولوژی تیغهای کاربید M7C3 ]17،31[ 28
شكل (2-19) تشکیل کاریبد یوتکتیک M7C3 ]31[ 29
شكل (2-20) ساختار دو گانهای از کاربیدها در چدن نایهارد ]5،17[ 29
شكل (2-21) کاربیدهای ثانویه ایجاد شده در چدن نایهارد ]17[ 30
شكل (2-22) کاربیدهای ثانویه تشکیل شده در چدن نایهارد ]30[ 31
شكل (2-23) نمودار فازی دو تایی چدن نایهارد 4 ]2[ 35
شكل (2-24) سطح شکست ریزساختار انجماد چدن سفید هیپو با فوق گداز کم ]36[ 37
شكل (2-25) سطح شکست ریزساختار انجمادی چدن سفید هیپو با فوق گداز بالا]36[ 37
شكل (2-26) تاثیر سرعت انجماد بر ریزساختار چدن مقاوم به سایش ]36[ 37
شكل (2-27) تشکیل کاربید M3C طبق واکنش پریتکتیک ]36[ 38
شكل (2-28) نمودارپیوسته چدن Ni-hard 4 ]2[ 41
شكل (2-29) نمودار ایزوترمال چدن Ni-hard 4 ]2[ 42
شكل (2-30) رابطه درصد آستنیت باقیمانده، قبل و بعد از عملیات حرارتی با درجه حرارت ]39[ 45
شكل (2-31) تاثیر دمای عملیات حرارتی بر سختی چدن نایهارد ]39[ 45
شكل (2-32) تصویر میکروسکوپ نوری مربوط به نمونهای که در هوای آرام سرد شده است ]38[ 46
شكل (2-33) تصویر میکروسکوپ نوری مربوط به نمونه شکل (2-32) که در روغن سرد شده است ]38[ 46
شكل (2-34) تاثیر دمای تمپر بر روی سختی چدن نایهارد ]38[ 47
شكل (2-35) تغییرات مقاومت سایش با نسبت سختی ماده به سختی ساینده در چدن سفید ]2،40[ 48
شكل (2-36) مقاومت سایشی بر حسب مقدار کربن و ریزساختار فولادها و چدنهای سفید ]2[ 49
شكل (2-37) نمایی از دستگاه پین روی دیسک ]44[ 52
شكل (2-38) نمایی از دیسک ساینده و نگهدارنده پین ]44[ 53
شكل (3-1) فلوچارت طراحی آزمایش. 56
شكل (3-2) مدل فومی ریخته شده 57
شكل (3-3) قالب ریخته شده جهت ذوب ریزی 57
شكل (3-4) نمونه پینهای آزمون سایش 62
شكل (3-5) سنگ ساینده مورد استفاده در آزمون سایش 62
شكل (3-6) نحوه انجام آزمون سایش 62
شكل (4-1) ریزساختار نمونه ریختگی چدن نایهارد 4 63
شكل (4-2) اثر زمان ناپایدارسازی بر ماکروسختی در دماها و زمانهای مختلف 66
شكل (4-3) اثر دما و زمان ناپایدارسازی بر میکروسختی نمونههای نایهارد 67
شكل (4-4) ریزساختار نمونه ناپایدار شده در دمای C°750 در زمانهای مختلف 1 تا 6 ساعت. 69
شكل (4-5) ریزساختار نمونه ناپایدار شده در دمای C°800 در زمانهای مختلف 1 تا 6 ساعت. 71
شكل (4-6) ریزساختار نمونه ناپایدار شده در دمای C°850 در زمانهای مختلف 1 تا 6 ساعت. 73
شكل (4-7) ریزساختار نمونه ناپایدار شده در دمای C°900 در زمانهای مختلف 1 تا 6 ساعت. 74
شكل (4-8) تاثیر زمان ناپایدارسازی بر مقدار حجمی فازها 77
شكل (4-9) اثر زمان ناپایدارسازی بر مقدار آستنیت باقیمانده در دماهای ناپایدارسازی 78
شكل (4-10) اثر زمان ناپایدارسازی بر مقدار حجمی فازها 79
شكل (4-11) اثر دمای ناپایدارسازی بر سختی در زمان ثابت 5 ساعت 80
شكل (4-12) اثر دمای ناپایدارسازی بر سختی در زمان ثابت شش ساعت 80
شكل (4-13) اثر دمای ناپایدارسازی بر مقدار حجمی فازهادر زمان 6 ساعت 81
شكل (4-14) اثر دمای ناپایدارسازی بر ریزساختار نمونهها در زمان 5 ساعت 82
شكل (4-15) اثر دمای ناپایدارسازی بر ریزساختار نمونهها در زمان 6 ساعت 83
شكل (4-16) اثر دمای ناپایدارسازی بر مقدار حجمی فازها 84
شكل (4-17) ریزساختار مشاهده شده توسط SEM از نمونههای ناپایدار شده 86
شكل (4-18) اثر دمای تمپر بر سختی 87
شكل (4-19) ریزساختار نمونه‌های تمپر شده بعد از ناپایدارسازی آستنیت در دمای C°750 88
شكل (4-20) ریزساختار نمونه‌های تمپر شده بعد از ناپایدارسازی آستنیت در دمای C°800 89
شكل (4-21) ریزساختار نمونه‌های تمپر شده بعد از ناپایدارسازی آستنیت در دمای C°850 90
شكل (4-22) ریزساختار نمونه‌های تمپر شده بعد از ناپایدارسازی آستنیت در دمای C°900 91
شكل (4-23) اثر عملیات ناپایدارسازی بر مقاومت به سایش چدن نایهارد 92
شكل (4-24) تصویر SEM گرفته شده از سطح سایش نمونههای نایهارد4 93
شكل (4-25) اثر سختی معادل بر مقاومت به سایش 96

فهرست جدول ‌ها

جدول (2-1) استاندارد اروپایی چدنهای نایهارد ]2[ 10
جدول (2-2) ترکیب شیمیایی انواع چدنهای نایهارد [2،5] 10
جدول (3-1) اطلاعات مربوط به فرایند ذوب 58
جدول (3-2) آنالیز ذوب نایهارد 4 58
جدول (3-3) شرایط انجام عملیات حرارتی 59
جدول (4-1) درصد حجمی فازهای تشکیل شده در نمونه ریختگی 65
جدول (4-2) اثر دما و زمان ناپایدارسازی بر ماکروسختی نمونهها بر حسب ویکرز 66
جدول (4-3) درصد حجمی فازهای تشکیل شده در دمای 750 درجه سانتیگراد 75
جدول (4-4) درصد حجمی فازهای تشکیل شده در دمای 800 درجه سانتیگراد 75
جدول (4-5) درصد حجمی فازهای تشکیل شده در دمای 850 درجه سانتیگراد 76
جدول (4-6) درصد حجمی فازهای تشکیل شده در دمای 900 درجه سانتیگراد 76
جدول (4-7) اثر دمای تمپر بر سختی نمونهها بر حسب ویکرز 87

فصل 1- مقدمه

چدنهای مقاوم به سایش بر مبنای ریزساختار و آلیاژهای آنها به پنج گروه عمده تقسیم می شود که در این میان چدن نایهارد4 چدنی با 6% نیکل، 9% کروم و 2% سیلیسیم با کربن یوتکتیک و ساختاری با کاربیدهای یوتکتیک M7C3 و زمینه عاری از پرلیت در حالت ریختگی و نیز بعد از عملیات حرارتی غالباً بصورت مارتنزیتی می باشد. این آلیاژها از طریق یک واکنش یوتکتیک که منجر به تشکیل آستنیت و کاربید یوتکتیک M7C3 شده، منجمد می شود.
چدن نایهارد4 از قدیمی ترین گروه های چدنهای پر آلیاژ در صنعت بوده که بیش از 50 سال قدمت داشته و مواد بسیار مناسبی در آسیابهای سیمان محسوب می شوند. همچنین مصرف این نوع چدنها در تولید قطعاتی نظیر بوش ‌ها، سیلندرها، بوش سیلندرها، کاسه چرخ و … می باشد.
در این چدن، نیکل عنصری است که مانع از تشکیل پرلیت از زمینه آستنیتی شده و باعث تشکیل یک ساختار سخت مارتنزیتی در حین سرد شدن در قالب می شود. کروم هم در تشکیل کاربیدهای یوتکتیک M7C3 و نیز بی اثر کردن اثر گرافیت زایی نیکل مورد استفاده قرار می گیرد.
مقاومت سایشی و خواص مکانیکی چدن نایهارد به نوع، مورفولوژی و توزیع کاربیدهای یوتکتیک و نیز ماهیت ساختار زمینه بستگی دارد. ترکیب شیمیایی، شرایط انجماد و نیز عملیات حرارتی بر این پارامترها تاثیر گذار خواهند بود.
مقاومت سایشی خوب چدنهای نایهارد به دلیل ریزساختار آنهاست که شامل کاربیدهای سخت یوتکتیک توزیع شده در زمینه مارتنزیتی، آستنیتی و رسوب کاربیدهای ثانویه می باشد. در مجموع ساختار زمینه می تواند هم روی مقاومت سایشی و هم مقاومت ضربه تاثیر گذار باشد.
ریزساختار آلیاژ یک نقش اساسی را در رفتار سایشی ایفا می کند. همانطور که بیان شد مقدار حجمی کاربیدها و نیز ساختار زمینه و توانایی آن برای تغییر فرم و کارسختی در حین سایش، بر مقاومت سایشی موثر می باشند. با مطالعات صورت گرفته، مشحص شد که ارتباط بسیار قوی بین پارامترهای ریزساختاری و مقاومت به سایش با شرایط عملیات حرارتی وجود دارد. لذا تعیین پارامترهای عملیات حرارتی برای بهبود مقاومت به سایش و خواص مکانیکی چدن نایهارد موثر می باشد..
ساختار بعد از عملیات حرارتی نقش عمده ای را بر خواص مکانیکی و متالورژیکی ایفا می کند که در نحوه کارکرد چدنهای نایهارد تاثیر به سزایی دارد. این چدن در حالت ریختگی شامل 50% آستنیت باقیمانده بوده و دارای سختی HB (500-400) بوده که با انجام سیکل عملیات حرارتی جهت تشکیل مارتنزیت مقدار سختی به HB (600-550) افزایش می یابد.
عملیات حرارتی این چدنها شامل ناپایدارسازی در دماهای 750 تا 820 درجه سانتی گراد بوده و آنچه در عملیات حرارتی صورت می گیرد رسیدن به ریزساختاری عاری از پرلیت است. این قطعات پس از ناپایدارسازی با سرعت آهسته ای سرد می شوند. از پارامترهای مهم در عملیات حرارتی، زمان و دمای ناپایدارسازی می باشد. بهترین دمای ناپایدارسازی برای رسیدن به ماکزیمم سختی برای هر ترکیب شیمیایی متغیر است.
دمای ناپایدارسازی مقدار کربنی که باید در زمینه آستنیتی بصورت محلول باقی بماند را تعیین می کند. دماهای خیلی بالا پایداری آستنیت را افزایش داده لذا مقادیر آستنیت باقیمانده بیشتر، سبب کاهش سختی می شود. دماهای پایین هم منجر به مارتنزیت کم کربن شده و باعث کاهش سختی و مقاومت به سایش می شود. بنابراین تعیین این پارامترها در خواص مورد نظر کاملاً موثر می باشند.
در این تحقیق سعی شد تا تاثیر دما و زمان ناپایدارسازی بر ریزساختار و خواص سایشی چدن نایهارد4 با انجام آزمایشهای مختلف بررسی شود. لذا با ثابت در نظر گرفتن سایر پارامترها، ناپایدارسازی نمونه-های چدن نایهارد4 در چهار دمای 750،800،850،900 درجه سانتی گراد و زمانهای 1،2،3،4،5،6 ساعت صورت گرفت و سپس با انجام آزمایشهای مختلف اثر این پارامترها بر ریزساختار چدن نایهارد بررسی شد.
آزمون سایش هم در شرایط تنش آرام به روش Pin On Disc و با ساینده Al2O3 بر روی نمونه ها انجام شد تا اثر پارامترهای مورد نظر بر روی خواص سایشی چدن نایهارد مورد بررسی قرار گیرد.
لازم به ذکر است که برای بررسی تاثیر پارامترهای دما و زمان ناپایدارسازی آزمایشهای مختلفی چون تعیین ریزسختی سنجی و درشت سختی سنجی به روش ویکرز، تعیین ریزساختار با میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ SEM، آنالیز XRD صورت گرفته تا نتایج حاصله بتواند تحلیل درستی را ارائه نماید.

فصل 2- مرور بر منابع

2-1- معرفی چدن های سفید مقاوم به سایش (چدن نایهارد)
چدنهای نایهارد بر مبنای سیستم سه تایی Fe-Cr-C و از مهمترین آلیاژهای مقاوم به سایش در صنعت می باشند. این آلیاژها به دلیل خواص ضد سایش، به طور گسترده ‌ای در صنایع سیمان، فولاد و آسیاب-های خرد کننده به کار می روند. قطعاتی که در آسیاب ها استفاده می شوند، نه تنها در مقابل سایش، بلکه در برابر تنش های دینامیکی متعدد در حین کار باید مقاوم بوده تا از بروز عیوب ناگهانی و شکست قطعات جلوگیری شود [1،2].
چدنهای غیر آلیاژی یا کم آلیاژ با کربن حدود 4% با اینکه ساختارشان مارتنزیتی است، چقرمگی پایینی دارند. چدنهای سفید غیر آلیاژی که اغلب کاربید موجود در آنها به صورت سمانتیت است، به خاطر مقاومت در مقابل سایش مورد استفاده قرار گرفته‌اند. ضعف عمده این چدنها در ساختارشان است [3].
فاز کاریبد یک شبکه پیوسته‌ای را در اطراف دانه‌های آستنیت تشکیل داده و موجب تردی و ترک‌دار شدن می‌گردد. افزایش یک عنصر آلیاژی که کربن را به صورت کاربیدی غیر از سمانتیت با سختی بیشتر و خواص مطلوب‌تر درآورده و مقدار کربن زمینه را کاهش دهد، موجب بهبود هم ‌زمان چقرمگی و مقاومت سایشی می شود. عنصر مورد استفاده معمولاً کروم بوده و کاربید آن به صورت M7C3 می باشد [3،4].
چدن‌های مقاوم به سایش بر مبنای ریزساختار و آلیاژهای آنها، به پنج گروه عمده شامل چدن‌های پرلیتی (FeC)، نایهارد یا نیکل – کروم (M3C)، نایهارد 4 (M7C3)، پرکروم (M7C3) و در نهایت ویژه (MXC) تقسیم می شود [5].
نخستین خانواده چدنهای پرآلیاژ که بیشترین اهمیت را کسب کرده‌اند، چدنهای نایهارد با زمینه مارتنزیتی، کاربیدی بوده که مقدار کربن در آنها از 5/2 تا 6/3 درصد متغیر می باشد. نایهارد نام عمومی برای خانواده چدنهای سفید است که با نیکل و کروم آلیاژ شده و مقاومت سایشی بالایی دارند. نایهارد شامل ریزساختاری از کاربیدها و یک زمینه ی مارتنزیتی- آستنیتی- بینیتی یا زمینه‌ی غالباً مارتنزیتی است که این ساختار توسط مقادیر کربن، نیکل، کروم، سیلیس و نیز عملیات حرارتی نهایی ایجاد می‌شود [2،6].
در چدن نایهارد وجود عنصر نیکل به منظور به تعویق افتادن تشکیل پرلیت و نیز کاهش سرعت بحرانی سرد شدن در محدوده ی 3/3 تا 5 درصد، به کار می‌رود که منجر به تشکیل مارتنزیت به همراه مقداری آستنیت باقی مانده در زمینه ساختار می شود. کروم از خاصیت گرافیت‌زایی نیکل جلوگیری کرده و باعث پایداری کاربیدها می شود [2،7،8،9].
ترکیب کاربیدها با زمینه ی مارتنزیتی مقاومت سایشی خوبی ایجاد می‌کند. تعیین درصد عناصر آلیاژی در چدن نایهارد به ابعاد قطعه و خواصی که از آن انتظار می‌رود، بستگی دارد. زمانیکه مقاومت سایشی خوب و ضربه پذیری پایین مورد نظر باشد، کاربیدهای درشت تر انتخاب شده و مقدار کربن بین 3/3 تا 6/3 بوده و در صورتی که قطعه در معرض بارهای ضربه ای قرار می گیرد مقدار کربن بین 7/2 تا 2/3 درصد متغیر خواهد بود [9،10].
2-2- تاریخچه
در اواسط سال 1920 میلادی تحقیقات کمپانی بین المللی نیکل منجر به کشف ترکیبی از نیکل و کروم شد که به چدن اضافه شده و ساختار مارتنزیتی و آستنیتی با مقاومت به سایش بالا در حالت ریختگی را ایجاد می کرد. بر خلاف چدنهای پرکروم، نایهارد با هر ضخامتی می توانست ریخته گری شده و با توجه به مقادیر عناصر آلیاژی، ساختار عاری از پرلیت با مقاومت به سایش بالا به وجود آورد ]5[.
با ادامه تحقیقات توسط این کمپانی برای بهبود خواص چدن نایهارد به ویژه مقاومت به سایش و مقاومت به ضربه، سبب شد تا چدن نایهارد یوتکتیک اولیه شامل عناصر8 درصد کروم، 6درصد نیکل و2 درصد سیلسیم در سال1950 گسترش یافته و چدن نایهارد4 نامیده شود. تولید چدن نایهارد 4 به دلیل بهبود ساختار کاربید و سیالیت عالی آن در بعضی کارخانجات کاربرد زیادی پیدا کرده است. نقطه ذوب چدن نایهارد 4 در حدودF2250 است که حدود F125 کمتر از چدن پرکروم است. چدن نایهارد4، مقاومت شکست بهتری در مقایسه با چدن نایهارد1 و چدن پر کروم دارد و این نشان دهنده پتانسیل گسترش چدن نایهارد 4 است [5،11].
2-3- کاربرد چدن‌های نایهارد
مصرف چدن‌های نایهارد در تولید قطعاتی نظیر بوش ها، سیلندرها، بوش سیلندرها، کاسه چرخ و … است. به منظور افزایش مقاومت در مقابل سایش چدنها، معمولاً از عناصری نظیر کروم و مولیبدن استفاده می گردد. مصارف دیگر این چدنها در ساخت قالب های حدیده مربوط به کشش سیم، گلوله ها و زره آسیاب ها، غلطک نوارهای نقاله و پمپ های ضد سایش می باشد. شکل (2-1) صفحه لاینر آسیاب از جنس چدن نایهارد را نشان می دهد[2،9].

شكل (2-1) صفحه لاینر آسیاب ]2[
یکی دیگر از موارد استفاده این نوع چدنها درصفحات داخلی بدنه سنگ شکن های فکی است که ابعادی حدود 500 تا 1000 میلی متر دارند. هرساله مقدار زیادی از این چدن، به صورت قطعات ریختگی با سطح مقطعی حدود 100میلی متر، به عنوان غلتک ها و چکش های سنگ شکن مورد استفاده در صنایع معدن ‌ قرار می گیرد. بعنوان قطعات خاص می توان از آستر تلمبه‌ های لجن ‌کش که در عملیات چاه زنی بکار می روند، بدنه ها و پروانه های تلمبه های بزرگ گریز از مرکز که برای جابجا کردن دوغاب در خطوط حمل ونقل استفاده می شود، پروانه های تلمبه ‌های تخلیه، صفحه های سایشی آسیاب-های گلوله ای بزرگ، پوشش محافظ در برابر کوارتز که بر روی میله فولاد منگنزدار قرار می گیرد، سرندهای میله ای، صفحه ‌های جایگزین شونده سرندهای تای-راک و کفشک ‌های سایشی فایر گلاسی ‌مارپیچی ماسه نام برد. پمپ لایروبی ساخته شده از چدن نایهارد4 در شکل (2-2) آمده است [2،9،12]. از نوع پر کربن 55/3 درصد آن، برای مقاطع ریخته گری با مقاطع نسبتاً نازک استفاده می-شود که در معرض بار گذاری ضربه ‌ای قرار ندارند، اما باید در برابر سایش شدید پایداری داشته باشد. در بدنه آسیاب از نایهارد به جای فولاد استفاده می شود، تا سائیدگی را از1000گرم در تن به 50گرم در تن کاهش دهد [12].

شكل (2-2) پمپ لایروبی ساخته شده از چدن نایهارد 4 ]2[
دستگاه ایجاد دمش در معدن الماس از جنس نایهارد4 در شکل (2-3) آمده است.

شكل (2-3) دستگاه ایجاد دمش در معدن الماس]5[
2-4- چدن‌های نایهارد و استانداردهای آن
2-4-1- ترکیب شیمیایی و ریزساختار
چدن‌های سفید مقاوم به سایش Ni-Cr با ترکیب شیمیایی مختلف وجود دارد که عنصر نیکل در سختی‌پذیری این آلیاژ نقش عمده‌ای ایفا می‌کند. عنصر مهم دیگر، کروم است که برای تشکیل کاربید‌های فلزی به جای گرافیت استفاده می‌شود. ریزساختار این چدن شامل مخلوط یوتکتیکی از آستنیت و کاربید بوده که دارای سختی بالاست و این سختی بالا به دلیل وجود کاربید‌های سخت یوتکتیک و نیز مقادیر بالای نیکل که که منجر به تشکیل مقداری مارتنزیت به جای پرلیت در حالت ریختگی شده، می‌باشد ]5[.
چدن نایهارد در استاندارد ASTM 532 و کلاس I در انواع A, B, C, D و دیگر استاندارد‌های کشور‌‌های دیگر وجود دارد [2،5،10]. جدول (2-1) استاندارد اروپایی چدن های نایهارد را بیان می کند. نایهارد به دو گروه تقسیم می‌شود، گروه اول آلیاژهای متوسط شامل نایهارد 1و2 وگروه دوم شامل نایهارد 4 است [2،5،13،14]. در جدول (2-2) ترکیب شیمیایی این چدن‌ها آمده است. در چدن نایهارد نوع2 چنانچه درصد نیکل پایین باشد پرلیت تشکیل می شود و چنانچه مقدار نیکل زیاد باشد به پایداری آستنیت کمک می کند [3،10].

جدول (2-1) استاندارد اروپایی چدنهای نایهارد ]2[
USA
ASTM A532 Sweden
SIS 1404XX India
IS
7925 UK
BS 4844 Germany
DIN 1685 France
NFA 32-401 EU
number EU
designaion International trade name
Class 1. Type B 0512 Type 1a Nil Cr 30/500 2A GX 260 NiCr4 2 FB Ni4 Cr2BC EN-JN2020 EN-GJN-HV520 Ni-Hard type2
Class 1. Type A 0513 Type 1a Nil Cr 34/550 2B GA 330 NiCr4 2 FB Ni4 Cr2HC EN-JN2030 EN-GJN-HV550 Ni-Hard type1
Class 1. Type C – – – – FBA – – Ni-Hard type3
Class 1. Type D 0457 Type 1b NiHCr 2C+2D+2E GX 300 Cr NiSi 9 5 2 FB Cr9Ni5 EN-JN2040 EN-GJN-HV600 Ni-Hard type4

جدول (2-2) ترکیب شیمیایی انواع چدنهای نایهارد [2،5]
Mo Cr Ni P S Mn Si C نوع چدن
4/0-0 6/2-5/1 8/4-3/3 Max
3/0 Max 15/0 7/0-3/0 5/0-3/0 6/3-3 نایهارد 1
4/0-0 4/2-4/1 5-3/3 Max
3/0 Max 15/0 7/0-3/0 5/0-3/0 Max
9/2 نایهارد 2
4/0-0 9-8 5/6-5/4 Max 06/0 Max
1/0 6/0-4/0 2-8/1 2/3-6/2 نایهارد 4

2-4-2- چدن نایهارد 1 و2
نایهارد 1 و 2 اساساً شامل 4 درصد نیکل و 2 درصد کروم است. ریزساختار این چدن ها شامل دندریت های اولیه و کاربید یوتکتیک بوده، که این کاربیدها به صورت صفحات کاربید M3C می باشد ]2،13[.
شکل (2-4) ریزساختار نایهارد 1 را نمایش می دهد.

شكل (2-4) ریزساختار نایهارد 1 در حالت ریختگی ]2[
کاربید یوتکتیک M3C تشکیل شده در ریزساختار چدن نایهارد1 در شکل (2-5) آمده است.

شكل (2-5) کاربید یوتکتیک M3C در زمینه ]2[
سختی چدن نایهارد 1 تابعی از مقدار کاربید و ساختار زمینه است. بعد از انجماد، آستنیت به مارتنزیت، مقداری بینیت، آستنیت باقیمانده و کاربیدهای ثانویه تبدیل می شود. زمینه نهایی به ترکیب شیمیایی آلیاژ، سرعت سرد شدن بعد از ریخته گری و عملیات حرارتی اعمال شده بستگی دارد. سختی قطعه ریختگی به مقدار مارتنزیت موجود در زمینه بستگی داشته که برای رسیدن به بیشترین مقدار سختی و مقاومت به سایش، مقدار مارتنزیت حالت ریختگی تا حد امکان باید بالا باشد ]2،5،13،15[

شكل (2-6) اثر مارتزیت زمینه بر سختی چدن نایهارد 2]2[
شکل (2-6) اثر مارتنزیت زمینه بر سختی چدن نایهارد را نشان می دهد. مقدار کربن، مقدار موثر کاربید در زمینه و نیز سختی وارد شده به ساختار زمینه را مشخص می کند. نایهارد1 شامل تقریباً %(44-40) کاربید یوتکتیک نوع M3C و نایهارد2 تقریباً دارای %(40-35) کاربید می باشد. اختلاف در مقدار کاربید، تفاوت اساسی بین چدن نایهارد 1 و 2 است ]2،12،13،15[.
عنصر نیکل برای تشکیل ساختار زمینه مارتنزیتی – بینیتی بدون پرلیت اضافه می شود. آنچه که مهم می باشد این است که مقادیر کم نیکل برای جلوگیری از تشکیل پرلیت کافی نبوده و منجر به کاهش سختی و مقاومت به سایش می شود. این در حالی است که مقادیر زیاد نیکل هم باعث تشکیل آستنیت باقیمانده شده و منجر به کاهش سختی می شود ]15[.
عنصر مهم دیگر، کروم بوده که در فاز کاربید متمرکز شده و سختی آنرا افزایش می دهد. کروم اثر گرافیت زایی نیکل را جبران کرده و ریزساختار کاملاً سفید و بدون گرافیت می دهد ]2،13[.
2-4-3- چدن نایهارد 4
همانطور که ذکر شد دو گروه عمده چدن نایهارد وجود دارند. چدنهای با 4درصد نیکل و چدنهای با 6 درصد نیکل و 9درصد کروم که معمولاً به چدن نایهارد 2 و 4 موسوم ‌اند. نوع 2 چدن نایهارد شامل کاربیدهای یوتکتیکی M3C لدبوریتی بوده و بنابراین چقرمگی کمتری خواهد داشت و عمدتاً در تولید غلطکهای فلز کاری مورد استفاده قرار می گیرد. چقرمگی پایین یک نقطه ضعف برای چدن نایهارد 1 و 2 است. حضور عناصری که منجر به تشکیل کاربید M7C3 شود، باعث افزایش چقرمگی چدن نایهارد می شود که به این نوع از چدن، چدن نایهارد 4 گویند ]2،5،13[.
نایهارد 4 چدن سفیدی با 9% کروم، 6% نیکل و 2% سیلیس بوده که ساختاری با کاربید های یوتکتیک (Cr,Fe)7C3 و زمینه ی عاری از پرلیت در حالت ریختگی و نیز بعد از عملیات حرارتی به صورت غالباً مارتنزیتی حتی در قطعات ریختگی سنگین خواهد بود ]2[.
این ساختار کاربیدی مطلوب، نتیجه پیوستن مقادیر کروم، نیکل و سیلیس با کربن یوتکتیک یا هیپو یوتکتیک می باشد. مقادیر کاربید در چدن نایهارد 4، %(28-20)کمتر از نایهارد 1 یا 2 است [2،17].
ریزساختار عمومی نایهارد 4 در شکل (2-7) آمده است.

شكل (2-7) ریزساختار کاربید یوتکتیک چدن نایهارد 4 و کاربید میله ای شکل یوتکتیک(تصویر راست) [2،17]
به دلیل مقدار پایین کاربید و مورفولوژی میله ای مانند آن، چدن نایهارد 4 مقاومت شکست بالاتری نسبت به نوع 1 و 2 دارد. ساختار زمینه ریختگی شامل مقادیر تقریباً مساوی از مارتنزیت و آستنیت می باشد. با عملیات حرارتی اکثر آستنیت به مارتنزیت و بینیت و کاربیدهای ثانویه ی بیشترتبدیل می-شود. مقدار آستنیت باقی مانده %(20-10) است [2،17].
متالورژی و کاربرد چدن نایهارد نوع 4 تقریباً مشابه چدنهای پرکروم می باشد. اما با وجود تشابه میان این دو چدن، به طور کلی مشخصه ‌ای که سبب ارجحیت بارز چدن نایهارد 4 در مقایسه با چدنهای پرکروم شده، قابلیت سختی ‌پذیری عالی آن می باشد [8،9،10].
محدودیت استفاده از چدن نایهارد مخصوصاً در نوع 2، مربوط به شبکه پیوسته کاربید است که دانه‌‌های آستینت را در خود احاطه کرده و سبب تردی آن می‌‌گردد. همچنین در مقاطع ضخیم چدن نایهارد را نمی ‌توان تولید نمود زیرا امکان به وجود آمدن گرافیت آزاد و کاهش مقاومت به سایش وجود دارد. همچنین در چدن نایهارد2 سختی فاز کاربید از کاربیدهای آلیاژی کمتر است. سمانتیت یا کاربید آهن را می ‌توان با کاربیدهای دیگر جایگزین نمود، در نتیجه این امکان وجود دارد تا چدنی تولید نمود که فاز کاربید آن از سمانتیت سخت تر بوده و از نظر ساختاری نیز خواص مکانیکی بهتری را ایجاد نماید [13،15،18].
2-5- تاثیر عناصر آلیاژی
2-5-1- کربن
سختی به مقدار زیاد توسط مقدار کاربیدهای موجود، که خود به مقدار کربن بستگی دارد، کنترل می-شود. در کاربردهایی که حداکثر سختی و مقاومت به بارگذاری ضربه ‌ای از اهمیت ثانویه برخوردار است، باید از کربن به مقدار 3/3درصد استفاده کرد ولی در جایی که ضربات تکراری اعمال می شود 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 می ‌شود. 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 می شود که نهایتاً ساختار دارای کاربیدهای محصور در زمینه آستنیت خواهد شد. در حوالی کربن یوتکتیک ساختمان یکنواختی از کاربید M7C3 و آستنیت یوتکتیکی ظاهر می شود. اما چنانچه مقدار کربن بیشتر از یوتکتیک باشد، از مذاب کاربیدهای M7C3 جدا خواهد شد که دانه های یوتکتیکی را احاطه می کند. 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 می دهد . مقدار کربن، مقدار شکست کاربید های یوتکتیک را مشخص می کند. 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 ‏شكل (2-7) نشان داده شده است. حجم کم کاربید و شکل میله ای کاربید و غیر پیوسته بودن که در ‏شكل (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].

شكل (2-8) اثر کربن بر سختی و مقاومت به ضربه نایهارد 4 بعد از عملیات حرارتی [2،19].
2-5-2- کروم
کروم سه هدف عمده را در چدن نایهارد 4 فراهم می کند. 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 می دهد ]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 می ‌شود. 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 می یابد. 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].

شكل (2-9) دیاگرام فازی آهن- کربن- کروم [18].

کروم بر مرفولوژی و نوع کاربید اثر می گذارد. کاربید کروم در چدن نایهارد4 به صورت M7C3 تشکیل شده که توزیع ریز و غیرپیوسته آن مهم می باشد. با افزایش کروم مقدار کاربید کروم افزایش می یابد، گر چه این افزایش باعث تاثیر بر ساختار زمینه هم می شود. البته همانطور که اشاره شد، مقادیر بالاتر کروم منجر به تشکیل کاربید های از نوع M23C6 شده که باعث عدم بهبود مقاومت به سایش می شوند. تاثیر مقدار کروم بر افزایش مقاومت به سایش چدن نایهارد در شکل (2-10) نشان داده شده است ]20[.

شكل (2-10) اثر کروم بر مقاومت سایشی (a) سخت کردنC820 (b) سخت کردنC800 [20].
2-5-3- نیکل
در چدنهای نایهارد، نیکل اولین عنصری است که در توقف تبدیل زمینه ی آستنیتی به پرلیت موثر بوده و باعث ایجاد یک ساختار سخت مارتنزیتی در حین سرد شدن در قالب می شود. 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 می شود ]2،15[.

مراجع

1. D. Kopycinski, (2009), “Inoculation of chromium white cast iron”, ISSN, Vol 9.
2. Rohrig, Klaus, (1996), “Ni-hard material Data and applications” Nickel Development Institute, pp 1-28.
3. م. محمدنژاد، و. جواهری، م. شمعانیان، “بهینه‌سازی خواص مکانیکی، مقاومت سایش و ساختار چدن نایهارد توسط عملیات حرارتی”، پنجمین همایش مشترک مهندسین متالورژی و انجمن ریخته‌گری، (1390).
4. Filipovic, Romhangi, Zeliko, (2012), “Chemical composition and morphology of M7C3 Eutectic carbide in high chromium white cast iron alloyed with Vanadium”,
5. G. Laird, R. Gundlach, K. Rohrig, “Abrasion – Resistant cast Iron Handbook”
6. O.S. Komarov, V.M. Sadovskii, N.I. Urbanovich, S.V. Grigor, (2003), “Relation be-tween the microstructure and properties of High Chromium Cast Iron”, Metal Science and Heat Treatment, No 7, pp 20-23.
7. B. Hinckley, K.F. Dolman, R. Wahrer, W. Yeung, A. Ray, (2007), “SEM Investigation of heat treated High Chromium Cast Iron”.
8. Dr. Eng, (1999), “Research and Development of Abrasion wear resistant cast alloys for Rolls of Rolling and Pulverizing mills”, Kurme National College of Technology.
9. Bravo, Yamamoto, Miyahara, Ogi, (2007), “Control of carbides and graphite in Ni-hard type cast iron for hot strip mills”, Materials Science, Vol. 561-565, pp 1023-1026.
10. م. مرعشی، ” متالورژی چدن‌ها”، انتشارات آزاده، (1381).
11. Gordon, J. SL, (1989), “Development of Abrasion – Resistant Nickle – containing alloy white Iron of High –hardness”, Nickle Development Institute.
12. S. Turenne, F. Lavallee, J. Masounave, (1989), “Matrix microstructure effect on the abrasion wear resistance of High Chromium white cast iron”, Materials Science, Vol 24, pp 3021-3028.
13. O.N. Dogan, J.A. Hawk., J. Rice, (2004), “Comparion of three Ni- Hard I alloys”, In-dustrial Materials Research Institute.
14. Yucel, Gunay, (2012), “Modelling and optimization of the cutting conditions in hard turning of high alloy white cast iron (Ni-hard)”, Institution Mechanical Engineers.
15. ا. حلوائی، ش.کدخدایی، “تاثیر جایگزینی مس با نیکل بر سختی، مقاومت به ضربه و خواص سایشی چدن نیکل سخت”، نشریه دانشکده فنی تهران، شهریور 1381.
16. Huang, Xing, Zhang, (2006), “Microstructure and property of hypereutectic high chro-mium cast iron prepared by slope cooling body- centrifugal casting method”, Materials Science, Vol 22.
17. A. Wiengmoon, (2007), “Carbides in high chromium cast iron”, Department of Physics, Faculty of Science.
18. Sudsakorn, Prasonk, Matsubara, (2006), “Effect of Alloying Elements on heat treat-ment behavior of hypoeutectic high chromium cast iron”, Materials Transaction, Vol 47, No 1, pp 72-81.
19. ح.بختیاری، ع. نجفی‌زاده، ” بررسی خواص سایشی و مکانیکی چدن‌های پر کروم “، 1375.
20. Liu, Jinzhu, Man, Yongf, (1993), “Development of abrasion – resistant Ni- hard 4 cast iron”, Wear,Vol 166, pp 833-836.
21. Jean, Ketin, Walmag, (2007), “Metallurgy of high chromium – molybdenum white cast iron and steel rolls”, Center for Research in Metallurgy.
22. عیسی آبادی، قاسم. بزچلویی، ” بررسی اثر تنگستن بر ریز ساختار حاصل از عملیات حرارتی و رفتار سایشی چدن پرکروم”، دومین همایش مشترک انجمن مهندسین متالورژی ایران و جامعه ریخته‌گران، 1387.
23. Hexing, Chen, (1993), “Effect of niobium on wear resistance of 15% Cr white cast iron”, Wear, Vol 166, pp 197-201.
24. حمید . اسکندری، ” تاثیر نیوبیوم بر روی خواص مکانیکی چدن سفید پرکروم ریختگی”، هشتمین کنگره سالانه انجمن مهندسین متالورژی ایران، 1383.
25. Keming, Liu, etal, (2007), “Influence of Vanadium on microstructure and properties of medium – chromium white cast iron”.
26. Zhi, Xing, Gao, (2008), “Effect of heat treatment on microstructure and mechanical properties of a Ti- bearing hypereutectic high chromium white cast iron”, Material Sci-ence and Engineering, pp 171-179.
27. M. Arikan, M. Cimeno, H. Glu, E. Kayali, (2001), “The effect of Titanium on the abra-sion resistance of 15 Cr- 3Mo white cast iron”, Wear, Vol 247, pp 131-235.
28. Hadim, Adnan, Rabiha, (2011), “The role of Maganese on microstructure of high chro-mium white cast iron”, Modern Applied Science, Vol 5, no 1.
29. Nuchthana, Hiroyaki, Takita, (2004), “Effect of heat treatment on microstrutrure and properties of semi solid chromium cast iron”, Material Transaction, Vol 45, No 3, pp 880-887.
30. M. Palcut, M. Vach, R. Cicka, J.J anovec, (2008), “Compositional changes in carbide M7C3 upon annealing”, Archives of Metallurgy and Materials, Vol 53.
31. CH.K. Kim, S. Lee, (2006), “Effect of heat treatment on wear resistance and fracture toughness of Duo- Cast materials composed of high chromium white cast iron and low chromium steel”, Metallurgical and Materials Transaction, Vol 37.
32. مهیار. محمدنژاد، وحید.جواهری، مسعود.شیروانی، مرتضی.شمعانیان، “آشکارسازی فازهای آستنیت باقیمانده، مارتنزیت و کاربید کروم در ساختار چدن نایهارد 4 به روش متالوگرافی رنگی”، ششمین همایش مشترک انجمن مهندسین متالورژی و انجمن علمی ریخته گران ایران، 1391.
33. Inoue, Masumoto, (1998), “Carbide reactions (M3C → M7C3 → M23C6 → M6C) during tempering of rapidly solidified high carbon Cr-W and Cr-Mo steels”, Materials Transac-tion, Vol 11, pp 739-750.
34. J.S. Park, J.D. Verhoeven, (1996), “Directional solidification of white cast iron”, Metal-lurgical And Materials Transaction, Vol. 27, pp 320-338.
35. Filipovic, Zelyko, Korac, (2011), “Solidification of high chromium white cast iron al-loyed with Vanadium”, Metallurgical and Materials Transaction, Vol 52, pp 386- 395.
36. O.N. Dogan, J.A. Hawk, G. Larid, (1997), “Solidification structure and abrasion re-sistance of high chromium white cast iron”, Metallurgical and Materials Transaction, Vol 28, pp 870- 881.
37. K. Yamamoto, M. Hashimoto, N. Sasaguri, Y. Matsubara, (2009), “Solidification of high chromium cast iron substituted by 25 to 70 mass %Ni for Fe”, Metallurgical and Materials Transaction, Vol 50, pp 2253-2258.
38. Sudsakorn, Inthidech, Y. Matsubork, (2008), “Effect of Alloying elements on variation of micro- hardness during heat treatment of hypoeutectic high chromium cast iron”, Metallurgical and Materials Transaction, Vol 49, pp 2322-2330.
39. Hong etal, (2006), “Effect of cryogenic treatment on the matrix structure and abrasion resistance of white cast iron subjected to destabilization treatment”, Wear, Vol 261, pp 1150-1154.
40. D. Gordon, Y. Cox, (1989), “Development of abrasion – resistant Nickle –containing white irons of high hardness”, Nickle Department Institute.
41. Liujinzhu, Li. shizhuo, M. Yongfa, (2010), “Wear resistance of Ni- Hard 4 and high chromium cast iron re – evaluated”, Wear, Vol 166, pp 30-40.
42. R. Nieminen, J. Autio, E. Soumalainen, N. Husu, M. Kauppi, E. Vaananen, (1994), “Wear mechanism of Ni- Hard 4 rollers in chromite ore crushing”, Wear, Vol 179, pp 95-100.
43. Kassim, Rubaeie, Pohl, (2013), “Heat treatment and two – body abrasion of Ni- Hard 4”, Wear, pp 1-13.
44. J.J. Coronado, A. Sinatora, (2009), “Abrasive wear study of white cast iron with dif-ferent solidification rates”, Wear, Vol 267, pp 2116-2121.
45. مجيد عباسي، شهرام خيرانديش، يوسف خرازي، جلال حجازي، “بررسي تاثير برخي عوامل اصلي بر رفتار سايشي فولاد هادفيلد”، مجله علوم و مهندسي سطح، شماره 7، 1387، 69-80.. (علمی پژوهشی)
46. مجيد عباسي، شهرام خيرانديش، يوسف خرازي، جلال حجازي، “استفاده از سنگ ساينده جهت ارزيابي رفتار سايشي فولادها”، نشريه مهندسي متالورژي و مواد دانشكده مهندسي دانشگاه فردوسي مشهد، سال 21، شماره 2، 1389، 57-70. (علمی پژوهشی)
47. M. Abbasi, Sh. Kheirandish, Y. Kharrazi and J. Hejazi, “On the comparison of the abrasive wear behavior of aluminum alloyed and standard Hadfield steels”, Wear, 268, 2010, 202-207. (ISI)
48. عباسی مجید، اسلامی اسدالله، اولادی معصومه، امینی علی، “بررسی اثر شرایط انجماد و عملیات حرارتی بر ریزساختار ریختگی چدن سفید پرکروم”،
49. M.X. Zhang, P.M. Kelly, J.D. Gates, (2001), “The effect of heat treatment on the toughness, hardness and microstructure of low carbon white cast irons”, Journal of Ma-terials Science, pp 3865-3875
50. C.P. Tabrett, I.R. Sare,(1997) “ The effect of heat treatment on the abrasion resistance of alloy white irons”, Wear, Vol 204, pp 206-219
51. F. Fiore, P. Joseph, H. Thomas, (1980), “Abrasive wear – micro structure interactions in Ni-Cr white iron”, Wear, vol 62, pp 387-404.
52. I.R. Sare, B.K. Arnold, (1995), “The effect of heat treatment on the gouging abrasion resistance of alloy white cast iron”, Metallurgical and Materials Transactions, Vol 26A, pp 343-357.
53. J. Kassim, S.AL. Rubaei, (2000), “Equivalent hardness concept and two-body abrasion of Iron – base alloys” Wear, Vol 243, pp 92-100.

پیوست ‌ها
پیوست 1:

Abstract
The effect of time and temperature destabilization on the microstructure and resistance to abrasion of Ni-hard4 was studied. For this purpose, after the preparation of melting and casting, , the samples destabilized at four temperatures of 750, 800, 850 and 900 ° C for 1 to 6 hours and then cooled in the air in the same conditions. Microstructural studies using a light microscope equipped with video analysis, SEM and XRD. Macro and micro hardness Hardness was done by Vickers method. The test abrasion with pin on disk method, done Using abrasive stone AL 2 O 3 in the low stress under the force of 30 N and linear speed of 4 cm/s. samples was tempered at 300 ° C and for 3 h.
The results show that microstructure as cast of Ni-hard with hardness of 495 Vickers, including 67% by volume of residual austenite, 13% volume of martensite and 20% eutectic M7C3. Whit destabilization heat treatment the austenite becomes to martensite and secondary carbides and hardness increases. Changes resulting from this process is strictly a function of temperature and time destabilizing. With increase of temperature destabilizing, the austenite to martensite becomes less. The rise time decreases the remaining austenitic and increased secondary carbides. By micro structures and abrasation investigation, the best conditions for destabilizing austenitic and improved abrasion resistance, temperature 800 to 850 ° C for 3 to 4 hours.

Key words: : Ni-hard4 cast iron, eutectic carbide, secondary carbides,time and temperature of destabilizing austenite, abrasion resistance,.

Babol Noshirvani University of Technology
Faculty of Materials Engineering

Effect of heat treatment parameters on microstructure and wear resistance of Ni-hard4 white cast iron

A Thesis Submitted in Partial Fulfilment of Requirment for
Degree of Master of Science in Materials Engineering

Ali razzaghi

Supervisors:
Dr. Majid Abbasi -Dr.S. M Rabiee

February 2015

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “بررسی تاثیر متغیرهای عملیات حرارتی بر ریزساختار و مقاومت به سایش چدن نایهارد 4”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

+ 33 = 43