بسمه تعالی

دانشکده مهندسي مواد

بررسی تاثیر متغیرهای عملیات حرارتی برریزساختار و

4 مقاومت به سایش چدن نایهارد

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

............................

اساتید راهنما:دکتر مجيد عباسي- دکتر محمود ربیعی

استاد مشاور:1393بهمن

تعهد نامه

تقديم به

همسر مهربانم بابت امیدی که در لحظه لحظه زندگی به من ارزانی کرد

دانلود متن کامل در

download-thesis.comتقدير و تشکر

با سپاس از قادر متعال، هستی بخش وجود سپاس خدایی را که بر من منت نهاد تا یک بار دیگر افتخار کس66ب علم و دانش

اندوزی را در محیطی صمیمی ب66ا اس66اتید مج66رب و دلس66وز این ب66ار درو تجربهدانشگاه نوشیروانی بابل داشته باشم.

برخود الزم می دانم تا از همه کسانی که در به اتمام رس66اندن این پ66روژه م66رایاری نمودند، تشکر نمایم.

از راهنمایی ها و توصیه های دلسوزانه اساتید بزرگوار جناب آقای دکتر عباس66ی و جناب آقای دکتر ربیعی به عنوان استاد راهنما که در تمام مراحل این پ66روژه

شود. مرا یاری نمودند، تقدیر و تشکر میاز مدیریت و کارکنان ش66ریف ش66رکت ریخت66ه گ66ری ف66والد طبرس66تان، خصوص66ا

آقای66ان مهن66دس ط66البی پور، مهن66دس ف66یروزبخت، مهن66دس قاس66میان و خ66انم مهندس اوالدی به خاطر همکاری صمیمانه در انجام این پروژه تشکر می شود. الزم است تا از واحدهای قالب سازی، ذوب و ریخته گری و آزمایشگاه ش66رکت ریخته گری فوالد طبرستان و جناب آقایان حسن زاده و تقی زاده کمال تش6کر و

قدردانی به عمل آید. از همکاری صمیمانه مجموع66ه آزمایش66گاه های ریخته گ66ری و عملی66ات ح66رارتی دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل و آقای مهندس طاهرنژاد و آق66ای گلی تق66دیر

به عمل می آید. الزم می دانم ت66ا از کمک ه66ای دوس66ت عزی66ز و گ66رامی جن66اب آق66ای مهن66دس عش66قیان ی66اد نم66وده و ب66رای هم66ه این عزی66زان آرزوی توفی66ق و س66ربلندی از

خداوند منان خواستارم. در انتها از خانواده عزیزم، پدر و مادر بزرگوار و همسرم به خ6اطر همراهی ه6ا

و تشویقات بی دریغشان صمیمانه سپاس گزارم.

دانلود متن کامل در

download-thesis.comچکيده

در این تحقیق اثر دما و زمان ناپایدارسازی آستنیت بر ریزس66اختار و مق66اومت مورد مطالعه قرار گرفت. به این منظ6ور پس از4به سایش چدن نایهارد نوع

ب66هC°900 و6،850 6،800 750تهیه ذوب و ریخته گری، نمونه ها در چهار دم6ای مدت یک تا شش ساعت ناپایدار ش66ده و س66پس در ش66رایط یکس66ان در ه66وای ساکن محیط سرد شدند. مطالعات ریزساختاری ب66ا اس66تفاده از میکروس66کوپ نوری مجهز به سیستم آنالیزگر تصویری و میکروس66کوپ الک66ترونی روبش66ی و

XRDانج66ام ش66د. همچ66نین ریزسختی س66نجی و درشت سختی س66نجی ب66ه روش ویکرز انجام شد. آزمون سایش به روش پین روی دیسک با اس66تفاده از س66نگ

cm/s4 و س66رعت خطی N30 در ش66رایط تنش آرام تحت ن66یروی Al2O3س66اینده

انجام شد. نمونه های سایش قبل از آزمون، تحت عملیات حرارتی برگش66ت در ساعت قرار گرفتند.3 به مدت C°300دمای

ویک66رز495نتایج نش66ان داد ک66ه ریزس66اختار ریختگی چ66دن نایه66ارد ب66ا س66ختی 20 درص6د حجمی م6ارتنزیت و 13 درصد حجمی آستنیت باقیمانده، 67شامل

است. با انج66ام عملی66ات ناپایدارس66ازی،M7C3درصد حجمی کاربیدهای یوتکتیک آستنیت باقیمانده به م66ارتنزیت و کاربی66دهای ثانوی66ه تب66دیل می ش66ود و س66ختی افزایش می یابد. تغییرات ناشی از این فرایند به ش66دت ت66ابعی از دم66ا و زم66ان ناپایداری است. ب66ا اف66زایش بیش66تر دم66ای ناپایدارس66ازی، آس66تنیت کم66تری ب66ه مارتنزیت تبدیل می شود. همچنین افزایش زمان سبب کاهش م66یزان آس66تنیت باقیمانده و افزایش کاربیدهای ثانویه می ش66ود. مورفول6وژی کاربی66دهای ثانوی6ه

M3Cبا افزایش دما و زمان از الیه ای یا تیغه ای ب66ه ک66روی تب66دیل می ش66وند. ب66ا توجه به نتایج آزمون سایش و مطالع66ات ریزس66اختاری، به66ترین ش66رایط ب66رای

ب66هC°850 الی 800ناپایدارسازی آستنیت و بهبود مق66اومت ب66ه س66ایش، دم66ای ساعت است. 4 تا 3مدت

، کاربی<<د یوتکتی<<ک، کاربی<<د ثانوی<<ه، دم<<ا و زم<<ان4چ<<دن نایه<ارد واژه های کليدي:ناپایدارسازی آستنیت، مقاومت سایشی

دانلود متن کامل در

download-thesis.comفهرست مطالب

- مقدمه1فصل - مرور بر منابع2فصل

5........................ معرفی چدن های سفید مقاوم به سایش )چدن نایهارد(-2-16.................................................................................... تاریخچه-2-27................................................................. کاربرد چدن های نایهارد-2-39.................................................. چدن های نایهارد و استانداردهای آن-2-4

9................................................ ترکیب شیمیایی و ریزساختار-2-4-110............................................................2 و1 چدن نایهارد -2-4-212.................................................................4 چدن نایهارد -2-4-3

14..................................................................... تاثیر عناصر آلیاژی-2-514............................................................................ کربن-2-5-116............................................................................ کروم-2-5-217............................................................................. نیکل-2-5-318......................................................................... مولیبدن-2-5-418......................................................................... تنگستن-2-5-519............................................................................ نیوبیم-2-5-621.......................................................................... وانادیم-2-5-722............................................................................ منگنز-2-5-822............................................................................. مس-2-5-9

22..................................................................... سیلیسیم-2-5-1024............................................................................. بور-2-5-1124......................................................................... گوگرد-2-5-1224......................................................................... فسفر-2-5-1324................................................................... نتیجه گیری-2-5-14

25.................................................... ساختار متالورژیکی چدن نایهارد-2-625................................... فازهای مختلف موجود در چدن نایهارد-2-6-126........................................... فازهای کاربیدی در چدن نایهارد-2-6-231............................ تاثیر شکل و اندازه کاربیدها در چدن نایهارد-2-6-331................................................ ساختمان زمینه چدن نایهارد-2-6-4

34..................................................................... ذوب و ریخته گری-2-735.................................................................... انجماد چدن نایهارد-2-838........................................................................ عملیات حرارتی-2-9

41................................... عملیات ناپایدارسازی و تبدیل آستنیت در آن-2-1041................................................................ تشریح فرایند-2-10-143............ تبدیل مارتنزیتی در حین عملیات حرارتی ناپایدارسازی-2-10-2

43................................................................. عملیات حراتی تمپر-2-1144....................................................... پارامترهای عملیات حرارتی-2-1247.............................................. مقاومت به سایش چدن های نایهارد-2-13

48................................ رابطه بین سختی و مقاومت به سایش-2-13-148.................................................. درصد کربن و ریزساختار-2-13-250................. مورفولوژی، مقدار حجمی و اندازه کاربید یوتکتیک-2-13-350.................................................................... دمای تمپر-2-13-450....................................................... اثر آستنیت باقیمانده-2-13-551.................................................. روش های آزمون سایش-2-13-6

53............................4 خالصه تحقیقات انجام شده در خصوص نایهارد -2-1454....................................................... جمع بندي و هدف از تحقيق-2-15

- روش تحقیق3فصل 56........................................................................ طراحي آزمايش-3-1

57......................................................... تهیه مدل و قالبگیری-3-1-2

دانلود متن کامل در

download-thesis.com58................................................................ ذوب و بارریزی-3-1-358............................... ریخته شده4 ترکیب شیمایی چدن نایهارد-3-1-459.............................................. عملیات حرارتی ناپایدارسازی-3-1-559...................... مطالعات میکروسکوپی برای بررسی ریزساختار-3-1-6X (XRD)...............................................60 آنالیز تفرق اشعه -3-1-760.................................................................. آزمون سختی-3-1-861................................................................. آزمون سایش-3-1-9

- نتايج و بحث4فصل 63.................. بررسی ریزساختار و سختی چدن نایهارد در حالت ریختگی-4-165................................................... اثر زمان ناپایدارسازی بر سختی-4-268...................... اثر زمان ناپایدارسازی در دماهای مختلف بر ریزساختار-4-379................................. اثر دمای ناپایدارسازی در زمان ثابت بر سختی-4-482............................ اثر دمای ناپایدارسازی بر ریزساختار در زمان ثابت-4-585............................ بررسی ریزساختار با میکروسکپ الکترونی روبشی-4-686............................... اثر عملیات تمپر بر تغییرات سختی و ریزساختار-4-791................. اثر عملیات ناپایدارسازی بر مقاومت به سایش چدن نایهارد-4-8

نتيجه گیریپيشنهادات برای تحقيقات بيشتر

مراجعپیوست ها

دانلود متن کامل در

download-thesis.comفهرست شکل ها

صفحهعنوان ............................................................................]2 صفحه الینر آسیاب [(1-2شكل ).............................................]2 [4 پمپ الیروبی ساخته شده از چدن نایهارد (2-2شكل )......................................................]5 دستگاه ایجاد دمش در معدن الماس[(3-2شكل ).................................................]2 در حالت ریختگی [1 ریزساختار نایهارد (4-2شكل )............................................................]2 در زمینه [M3C کاربید یوتکتیک (5-2شكل )...........................................]2[2 اثر مارتزیت زمینه بر سختی چدن نایهارد (6-2شكل ) و کاربید میلهای شکل یوتکتیک)تصویر4 ریزساختار کاربید یوتکتیک چدن نایهارد (7-2شكل )

......................................................................................[2،17]راست( 2] بعد از عملیات حرارتی 4 اثر کربن بر سختی و مقاومت به ضربه نایهارد (8-2شكل ) 19،.]......

15......................................................[.18 دیاگرام فازی آهن- کربن- کروم ](9-2شكل ) C800 سخت کردنC820 (b)( سخت کردنa اثر کروم بر مقاومت سایشی )(10-2شكل )

]20[.............................................................................................................................................................M2C [17،21] کاربیدهای یوتکتیکی (11-2شكل )...........................................]24 تشکیل کاربید نیوبیم در چدن های نایهارد [(12-2شكل )..........................[15،18 تغییرات مقاومت سایشی نسبت به درصد وانادیم ](13-2شكل ) C820 (b)سخت کردن در دمای ( a) اثر افزودن سیلیسیم بر مقاومت سایشی (14-2شكل )

.......................................................................C850[20]سخت کردن در سخت C820 (b) سخت کردن در دمای (a) اثر افزودن سیلیسیم بر سختی(15-2شكل )

.................................................................................C850[20]کردن در...................................M3C [17] ریزساختار ریختگی چدن نایهارد با کاربید (16-2شكل )...............................M7C3 [17] ریزساختار قطعه ریختگی با کاربید یوتکتیک (17-2شكل ).................................................M7C3 [17،31] مورفولوژی تیغهای کاربید (18-2شكل )..........................................................M7C3 [31] تشکیل کاریبد یوتکتیک (19-2شكل )..................................]5،17 ساختار دو گانهای از کاربیدها در چدن نایهارد [(20-2شكل ).......................................]17 کاربیدهای ثانویه ایجاد شده در چدن نایهارد [(21-2شكل )....................................]30 کاربیدهای ثانویه تشکیل شده در چدن نایهارد [(22-2شكل )...................................................]2 [4 نمودار فازی دو تایی چدن نایهارد (23-2شكل )..........]36 سطح شکست ریزساختار انجماد چدن سفید هیپو با فوق گداز کم [(24-2شكل ).........]36 سطح شکست ریزساختار انجمادی چدن سفید هیپو با فوق گداز باال[(25-2شكل )......................]36 تاثیر سرعت انجماد بر ریزساختار چدن مقاوم به سایش [(26-2شكل )........................................]36 طبق واکنش پریتکتیک [M3C تشکیل کاربید (27-2شكل )..........................................................Ni-hard 4 [2] نمودارپیوسته چدن (28-2شكل ).....................................................Ni-hard 4 [2] نمودار ایزوترمال چدن (29-2شكل ) رابطه درصد آستنیت باقیمانده، قبل و بعد از عملیات حرارتی با درجه حرارت [(30-2شكل )

39[.................................................................................................................................]39 تاثیر دمای عملیات حرارتی بر سختی چدن نایهارد [(31-2شكل ) تصویر میکروسکوپ نوری مربوط به نمونهای که در هوای آرام سرد شده است(32-2شكل )

]38[................................................................................................... ( که در روغن سرد32-2 تصویر میکروسکوپ نوری مربوط به نمونه شکل )(33-2شكل )

....................................................................................]38شده است [.......................................]38 تاثیر دمای تمپر بر روی سختی چدن نایهارد [(34-2شكل ) تغییرات مقاومت سایش با نسبت سختی ماده به سختی ساینده در چدن(35-2شكل )

........................................................................................]2،40سفید [ مقاومت سایشی بر حسب مقدار کربن و ریزساختار فوالدها و چدنهای سفید [(36-2شكل )

2[..........................................................................................................................................................]44 نمایی از دستگاه پین روی دیسک [(37-2شكل )

دانلود متن کامل در

download-thesis.com...........................................]44 نمایی از دیسک ساینده و نگهدارنده پین [(38-2شكل )..................................................................... فلوچارت طراحی آزمایش.(1-3شكل ).......................................................................... مدل فومی ریخته شده(2-3شكل )........................................................... قالب ریخته شده جهت ذوب ریزی(3-3شكل )..................................................................... نمونه پینهای آزمون سایش(4-3شكل ).............................................. سنگ ساینده مورد استفاده در آزمون سایش(5-3شكل )...................................................................... نحوه انجام آزمون سایش(6-3شكل )....................................................4 ریزساختار نمونه ریختگی چدن نایهارد (1-4شكل ).................. اثر زمان ناپایدارسازی بر ماکروسختی در دماها و زمانهای مختلف(2-4شكل )......................... اثر دما و زمان ناپایدارسازی بر میکروسختی نمونههای نایهارد(3-4شكل ) 6 تا 1 در زمان های مختلف C°750 ریزساختار نمونه ناپایدار شده در دمای (4-4شكل )

.................................................................................................ساعت 6 تا 1 در زمان های مختلف C°800 ریزساختار نمونه ناپایدار شده در دمای (5-4شكل )

.................................................................................................ساعت 6 تا 1 در زمان های مختلف C°850 ریزساختار نمونه ناپایدار شده در دمای (6-4شكل )

.................................................................................................ساعت 6 تا 1 در زمان های مختلف C°900 ریزساختار نمونه ناپایدار شده در دمای (7-4شكل )

.................................................................................................ساعت............................................ تاثیر زمان ناپایدارسازی بر مقدار حجمی فازها(8-4شكل )......... اثر زمان ناپایدارسازی بر مقدار آستنیت باقیمانده در دماهای ناپایدارسازی(9-4شكل )............................................ اثر زمان ناپایدارسازی بر مقدار حجمی فازها(10-4شكل )............................. ساعت5 اثر دمای ناپایدارسازی بر سختی در زمان ثابت (11-4شكل )........................ اثر دمای ناپایدارسازی بر سختی در زمان ثابت شش ساعت(12-4شكل )..................... ساعت6 اثر دمای ناپایدارسازی بر مقدار حجمی فازهادر زمان (13-4شكل )..................... ساعت5 اثر دمای ناپایدارسازی بر ریزساختار نمونهها در زمان (14-4شكل )..................... ساعت6 اثر دمای ناپایدارسازی بر ریزساختار نمونهها در زمان (15-4شكل )............................................ اثر دمای ناپایدارسازی بر مقدار حجمی فازها(16-4شكل )................... از نمونههای ناپایدار شدهSEM ریزساختار مشاهده شده توسط (17-4شكل )....................................................................... اثر دمای تمپر بر سختی(18-4شكل ).......C°750 ناپایدارسازی آستنیت در دمای ریزساختار نمونه های تمپر شده بعد از(19-4شكل )

88.......C°800 ناپایدارسازی آستنیت در دمای ریزساختار نمونه های تمپر شده بعد از(20-4شكل )

89.......C°850 ناپایدارسازی آستنیت در دمای ریزساختار نمونه های تمپر شده بعد از(21-4شكل )

90.......C°900 ناپایدارسازی آستنیت در دمای ریزساختار نمونه های تمپر شده بعد از(22-4شكل )

91......................... اثر عملیات ناپایدارسازی بر مقاومت به سایش چدن نایهارد(23-4شكل ).........................4 گرفته شده از سطح سایش نمونههای نایهاردSEM تصویر (24-4شكل )................................................... اثر سختی معادل بر مقاومت به سایش(25-4شكل )

دانلود متن کامل در

download-thesis.comفهرست جدول ها

.......................................................]2 استاندارد اروپایی چدنهای نایهارد [(1-2جدول )...............................................[2،5] ترکیب شیمیایی انواع چدنهای نایهارد (2-2جدول ).............................................................. اطالعات مربوط به فرایند ذوب(1-3جدول ).............................................................................4 آنالیز ذوب نایهارد (2-3جدول )................................................................ شرایط انجام عملیات حرارتی(3-3جدول ).................................... درصد حجمی فازهای تشکیل شده در نمونه ریختگی(1-4جدول )............... اثر دما و زمان ناپایدارسازی بر ماکروسختی نمونهها بر حسب ویکرز(2-4جدول ).................. درجه سانتی گراد750 درصد حجمی فازهای تشکیل شده در دمای (3-4جدول ).................... درجه سانتیگراد800 درصد حجمی فازهای تشکیل شده در دمای (4-4جدول ).................... درجه سانتیگراد850 درصد حجمی فازهای تشکیل شده در دمای (5-4جدول ).................... درجه سانتیگراد900 درصد حجمی فازهای تشکیل شده در دمای (6-4جدول )......................................... اثر دمای تمپر بر سختی نمونهها بر حسب ویکرز(7-4جدول )

مقدمه- 1فصل

چدنهای مقاوم به سایش بر مبن66ای ریزس66اختار و آلیاژه66ای آنه66ا ب66ه پنج گ66روه %9% نیک66ل، 6 چ66دنی ب66ا 4شود که در این میان چدن نایه66اردعمده تقسیم می

M7C3% سیلیسیم با کربن یوتکتیک و ساختاری با کاربیدهای یوتکتی66ک 2کروم و

و زمینه عاری از پرلیت در حالت ریختگی و نیز بع66د از عملی66ات ح66رارتی غالب66ا باشد. این آلیاژها از طریق یک واکنش یوتکتیک ک66ه منج66ربصورت مارتنزیتی می

شود. شده، منجمد می M7C3به تشکیل آستنیت و کاربید یوتکتیک ترین گروه های چدنهای پر آلیاژ در صنعت بوده که بیش از قدیمی4چدن نایهارد

سال قدمت داشته و مواد بسیار مناسبی در آسیابهای سیمان محس66وب50از

شوند. همچنین مصرف این ن66وع چ66دنها در تولی66د قطع66اتی نظ66یر ب66وش ه66ا،میسیلندرها، بوش سیلندرها، کاسه چرخ و ... می باشد.

در این چدن، نیکل عنصری است که مانع از تشکیل پ66رلیت از زمین66ه آس66تنیتی شده و باعث تشکیل یک ساختار سخت مارتنزیتی در حین سرد شدن در قالب

و نیز بی اثر کردن اث66ر M7C3شود. کروم هم در تشکیل کاربیدهای یوتکتیک میگیرد.گرافیت زایی نیکل مورد استفاده قرار می

مقاومت سایشی و خواص مکانیکی چدن نایهارد به نوع، مورفول66وژی و توزی66ع کاربیدهای یوتکتیک و نیز ماهیت ساختار زمینه بستگی دارد. ت66رکیب ش66یمیایی،

شرایط انجماد و نیز عملیات حرارتی بر این پارامترها تاثیر گذار خواهند بود. مقاومت سایشی خوب چدنهای نایهارد به دلیل ریزساختار آنهاست که ش66امل کاربیدهای سخت یوتکتیک توزیع شده در زمینه م66ارتنزیتی، آس66تنیتی و رس66وب

توان66د هم روی مق66اومتباشد. در مجموع ساختار زمین66ه میکاربیدهای ثانویه میسایشی و هم مقاومت ضربه تاثیر گذار باشد.

کن66د. هم66انطورریزساختار آلیاژ یک نقش اساسی را در رفتار سایشی ایف66ا می که بیان شد مقدار حجمی کاربیدها و نیز ساختار زمینه و توانایی آن برای تغییر

باش66ند. ب66اف66رم و کارس66ختی در حین س66ایش، ب66ر مق66اومت سایش66ی م66وثر می مطالعات صورت گرفته، مشحص شد که ارتباط بس66یار ق66وی بین پارامتره66ای ریزساختاری و مقاومت به سایش با شرایط عملیات ح6رارتی وج6ود دارد. ل6ذا تعیین پارامترهای عملیات حرارتی ب6رای بهب66ود مق6اومت ب66ه س66ایش و خ6واص

باشد..مکانیکی چدن نایهارد موثر می ای را ب66ر خ66واص مک66انیکی وس66اختار بع66د از عملی66ات ح66رارتی نقش عم66ده

کند که در نح66وه ک66ارکرد چ66دنهای نایه66ارد ت66اثیر ب66ه س66زاییمتالورژیکی ایفا می % آستنیت باقیمانده ب66وده و دارای50دارد. این چدن در حالت ریختگی شامل

بوده که با انج66ام س66یکل عملی66ات ح66رارتی جهت تش66کیلHB (500-400)سختی یابد. افزایش میHB (600-550)مارتنزیت مقدار سختی به

درج66ه820 تا 750عملیات حرارتی این چدنها شامل ناپایدارسازی در دماهای گ66یرد رس66یدن ب66هس66انتی گ66راد ب66وده و آنچ66ه در عملی66ات ح66رارتی ص66ورت می

ریزس66اختاری ع66اری از پ66رلیت اس66ت. این قطع66ات پس از ناپایدارس66ازی ب66ا

3فصل اول: مقدمه

شوند. از پارامترهای مهم در عملیات حرارتی، زم66انای سرد میسرعت آهسته باش66د. به66ترین دم66ای ناپایدارس66ازی ب66رای رس66یدن ب66هو دمای ناپایدارسازی می

ماکزیمم سختی برای هر ترکیب شیمیایی متغیر است. دمای ناپایدارسازی مقدار کربنی که بای66د در زمین66ه آس66تنیتی بص66ورت محل66ول

کند. دماهای خیلی باال پایداری آس66تنیت را اف66زایش دادهباقی بماند را تعیین می شود. دماهای پایینلذا مقادیر آستنیت باقیمانده بیشتر، سبب کاهش سختی می

هم منجر به مارتنزیت کم کربن ش66ده و ب66اعث ک66اهش س66ختی و مق66اومت ب66ه شود. بنابراین تعیین این پارامترها در خواص مورد نظ66ر ک66امال م66وثرسایش می

باشند.می در این تحقیق سعی شد تا ت66اثیر دم66ا و زم66ان ناپایدارس66ازی ب66ر ریزس66اختار و

با انجام آزمایشهای مختلف بررسی شود. لذا ب66ا4خواص سایشی چدن نایهارد در4های چدن نایه66اردثابت در نظر گرفتن سایر پارامترها، ناپایدارسازی نمونه

1،2،3،4،5،6گ66راد و زمانه66ای درج66ه س66انتی750،800،850،900چهار دم66ای ساعت صورت گرفت و سپس با انجام آزمایشهای مختلف اث66ر این پارامتره66ا

بر ریزساختار چدن نایهارد بررسی شد. Al2O3 و با ساینده Pin On Discآزمون سایش هم در شرایط تنش آرام به روش

ها انجام شد تا اثر پارامترهای مورد نظر بر روی خواص سایشیبر روی نمونهچدن نایهارد مورد بررسی قرار گیرد.

الزم به ذکر است که برای بررسی تاثیر پارامترهای دما و زم6ان ناپایدارس66ازی س66نجی ب66ه روشس66ختیسنجی و درشتآزمایشهای مختلفی چون تعیین ریزسختی

، آن66الیزSEMویکرز، تعیین ریزس66اختار ب66ا میکروس66کوپ ن66وری و میکروس66کوپ XRD.صورت گرفته تا نتایج حاصله بتواند تحلیل درستی را ارائه نماید

مرور بر منابع- 2فصل

معرفی چدن های سفید مقاوم به سایش )چدن نایهارد(- 2-1 و از مهم6ترین آلیاژه6ایFe-Cr-Cچدنهای نایه6ارد ب6ر مبن66ای سیس66تم س66ه ت66ایی

باشند. این آلیاژها به دلیل خواص ضد سایش، بهمقاوم به سایش در صنعت می رون66د.های خرد کننده به کار می ای در صنایع سیمان، فوالد و آسیابطور گسترده

ش66وند، ن66ه تنه66ا در مقاب66ل س66ایش، بلک66ه درها استفاده میقطعاتی که در آسیاب های دینامیکی متعدد در حین کار باید مق6اوم ب66وده ت66ا از ب6روز عی66وببرابر تنش

1]ناگهانی و شکست قطعات جلوگیری شود 2،] . % ب66ا اینک66ه ساختارش66ان4چ66دنهای غ66یر آلی66اژی ی66ا کم آلی66اژ ب66ا ک66ربن ح66دود

مارتنزیتی است، چقرمگی پایینی دارند. چ66دنهای س66فید غ66یر آلی66اژی ک66ه اغلب کاربید موجود در آنها به صورت سمانتیت است، به خ66اطر مق66اومت در مقاب66ل سایش مورد استفاده قرار گرفته اند. ضعف عم66ده این چ66دنها در ساختارش66ان

[.3است ] فاز کاریبد یک شبکه پیوسته ای را در اطراف دانه ه66ای آس66تنیت تش66کیل داده و موجب تردی و ترک دار شدن می گردد. افزایش یک عنصر آلیاژی ک66ه ک66ربن را به ص66ورت کاربی66دی غ66یر از س66مانتیت ب66ا س66ختی بیش66تر و خ66واص مطل66وب تر درآورده و مقدار کربن زمینه را کاهش دهد، موجب بهبود هم زم66ان چق66رمگی

شود. عنصر مورد استفاده معموال ک66روم ب66وده و کاربی66دو مقاومت سایشی می[.3،4باشد ] میM7C3آن به صورت

چدن های مقاوم به سایش بر مبنای ریزساختار و آلیاژهای آنه66ا، ب66ه پنج گ66روه )4(، نایهارد M3C کروم )–(، نایهارد یا نیکل FeCعمده شامل چدن های پرلیتی )

M7C3( پرکروم ،)M7C3( و در نهایت ویژه )MXC[.5] شود( تقسیم می نخستین خانواده چدنهای پرآلیاژ که بیشترین اهمیت را کسب کرده اند، چدنهای

6/3 ت66ا 5/2نایهارد با زمینه مارتنزیتی، کاربیدی بوده که مقدار کربن در آنها از

باشد. نایهارد نام عمومی برای خانواده چدنهای سفید است ک66هدرصد متغیر می با نیکل و کروم آلی66اژ ش66ده و مق6اومت سایش6ی ب6االیی دارن6د. نایه6ارد ش6امل

ی مارتنزیتی- آس66تنیتی- بینی66تی ی66ا زمینه یریزساختاری از کاربیدها و یک زمینه غالب66ا م66ارتنزیتی اس66ت ک66ه این س66اختار توس66ط مق66ادیر ک66ربن، نیک66ل، ک66روم،

[.2،6سیلیس و نیز عملیات حرارتی نهایی ایجاد می شود ] در چدن نایهارد وجود عنصر نیکل به منظور به تعویق افتادن تش66کیل پ66رلیت و

درص66د، ب66ه ک66ار5 ت66ا 3/3ی نیز کاهش سرعت بحرانی سرد شدن در محدوده می رود که منجر به تشکیل مارتنزیت به همراه مقداری آستنیت باقی مانده در

شود. کروم از خاصیت گ66رافیت زایی نیک66ل جلوگ66یری ک66رده وزمینه ساختار می[. 2،7،8،9شود ]باعث پایداری کاربیدها می

ی مارتنزیتی مق66اومت سایش66ی خ66وبی ایج66اد می کن66د.ترکیب کاربیدها با زمینه تعیین درصد عناصر آلیاژی در چدن نایهارد به ابعاد قطعه و خواص66ی ک66ه از آن انتظار می رود، بستگی دارد. زمانیکه مقاومت سایشی خ66وب و ض66ربه پ66ذیری

3/3تر انتخاب شده و مقدار ک66ربن بین پایین مورد نظر باشد، کاربیدهای درشت گ66یردای ق6رار می بوده و در صورتی که قطعه در مع6رض باره6ای ض66ربه6/3تا

[.9،10 درصد متغیر خواهد بود ]2/3 تا 7/2مقدار کربن بین

تاریخچه- 2-2 میالدی تحقیقات کمپانی بین المللی نیکل منجر به1920در اواسط سال

کشف ترکیبی از نیکل و کروم شد که به چدن اضافه شده و ساختار-مارتنزیتی و آستنیتی با مقاومت به سایش باال در حالت ریختگی را ایجاد می

توانست ریخته گریکرد. بر خالف چدنهای پرکروم، نایهارد با هر ضخامتی می شده و با توجه به مقادیر عناصر آلیاژی، ساختار عاری از پرلیت با مقاومت به

].5سایش باال به وجود آورد [ 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 درصد سیلسیم در سال2درصد نیکل و6 درصد کروم، 8اولیه شامل عناصر

به4 نامیده شود. تولید چدن نایهارد 4 گسترش یافته و چدن نایهارد1950 دلیل بهبود ساختار کاربید و سیالیت عالی آن در بعضی کارخانجات کاربرد

7مراجع

است کهF2250 در حدود4زیادی پیدا کرده است. نقطه ذوب چدن نایهارد ، مقاومت شکست4 کمتر از چدن پرکروم است. چدن نایهاردF125حدود

و چدن پر کروم دارد و این نشان دهنده1بهتری در مقایسه با چدن نایهارد.[5،11] است 4پتانسیل گسترش چدن نایهارد

کاربرد چدن های نایهارد- 2-3 ه66ا، س66یلندرها، ب66وشمصرف چ66دن های نایه66ارد در تولی66د قطع66اتی نظ66یر ب66وش

س66یلندرها، کاس66ه چ66رخ و ... اس66ت. ب66ه منظ66ور اف66زایش مق66اومت در مقاب66ل گ66ردد.سایش چدنها، معموال از عناص66ری نظ66یر ک66روم و مولیب66دن اس66تفاده می

ه66ای حدی66ده مرب66وط ب66ه کش66ش س66یم،مصارف دیگر این چدنها در ساخت قالب باش66د.ه66ای ض66د س66ایش میها، غلطک نواره66ای نقال66ه و پمپها و زره آسیابگلوله

. [2،9دهد]صفحه الینر آسیاب از جنس چدن نایهارد را نشان می( 1-2شکل )

]2صفحه الینر آسیاب [( 1-2شكل )

یکی دیگر از موارد استفاده این نوع چدنها درصفحات داخلی بدنه سنگ شکن میلی متر دارند. هرساله1000 تا 500های فکی است که ابعادی حدود

مقدار زیادی از این چدن، به صورت قطعات ریختگی با سطح مقطعی حدود های سنگ شکن مورد استفاده درها و چکشمیلی متر، به عنوان غلتک100

هایگیرد. بعنوان قطعات خاص می توان از آستر تلمبه صنایع معدن قرار می

8مراجع

هایهای تلمبهها و پروانهروند، بدنهزنی بکار میلجن کش که در عملیات چاه بزرگ گریز از مرکز که برای جابجا کردن دوغاب در خطوط حمل ونقل

هایهای سایشی آسیاب های تخلیه، صفحههای تلمبهشود، پروانهاستفاده می ای بزرگ، پوشش محافظ در برابر کوارتز که بر روی میله فوالدگلوله

ای، صفحه های جایگزین شوندهگیرد، سرندهای میلهمنگنزدار قرار می های سایشی فایر گالسی مارپیچی ماسه نامسرندهای تای-راک و کفشک

]( آمده است 2-2 در شکل )4برد. پمپ الیروبی ساخته شده از چدن نایهارد گری با مقاطع درصد آن، برای مقاطع ریخته55/3 از نوع پر کربن .[2،9،12

ای قرار ندارند، اماگذاری ضربهشود که در معرض بارنسبتا نازک استفاده می باید در برابر سایش شدید پایداری داشته باشد. در بدنه آسیاب از نایهارد به

گرم در50گرم در تن به 1000شود، تا سائیدگی را ازجای فوالد استفاده می.[12]تن کاهش دهد

]2 [4پمپ الیروبی ساخته شده از چدن نایهارد ( 2-2شكل )

( آمده3-2 در شکل )4دستگاه ایجاد دمش در معدن الماس از جنس نایهارداست.

9مراجع

]5دستگاه ایجاد دمش در معدن الماس[( 3-2شكل )

چدن های نایهارد و استانداردهای آن- 2-4

ترکیب شیمیایی و ریزساختار- 2-4-1

با ترکیب شیمیایی مختلف وجود داردNi-Crچدن های سفید مقاوم به سایش که عنصر نیکل در سختی پذیری این آلیاژ نقش عمده ای ایفا می کند. عنصر

مهم دیگر، کروم است که برای تشکیل کاربید های فلزی به جای گرافیت استفاده می شود. ریزساختار این چدن شامل مخلوط یوتکتیکی از آستنیت و

کاربید بوده که دارای سختی باالست و این سختی باال به دلیل وجود کاربید های سخت یوتکتیک و نیز مقادیر باالی نیکل که که منجر به تشکیل مقداری

]. 5مارتنزیت به جای پرلیت در حالت ریختگی شده، می باشد [ و دیگرA, B, C, Dنواع در اI و کالس ASTM 532چدن نایهارد در استاندارد

( استاندارد1-2. جدول )[2،5،10]استاندارد های کشور های دیگر وجود دارد کند. نایهارد به دو گروه تقسیم می شود،های نایهارد را بیان میاروپایی چدن

4 وگروه دوم شامل نایهارد 2و1گروه اول آلیاژهای متوسط شامل نایهارد ( ترکیب شیمیایی این چدن ها آمده است.2-2. در جدول )[2،5،13،14]است

شود و چنانچه درصد نیکل پایین باشد پرلیت تشکیل می2در چدن نایهارد نوع. [3،10]کند چنانچه مقدار نیکل زیاد باشد به پایداری آستنیت کمک می

]2استاندارد اروپایی چدنهای نایهارد [( 1-2جدول )USA

ASTM A532

SwedenSIS

1404XX

IndiaIS

7925

UKBS 4844

GermanyDIN 1685

FranceNFA

32-401

EUnumber

EUdesignaion

International trade name

10مراجع

Class 1. Type B0512

Type 1a Nil Cr 30/500

2AGX 260 NiCr4 2

FB Ni4 Cr2BC

EN-JN2020

EN-GJN-HV520Ni-Hard type2

Class 1. Type A0513

Type 1a Nil Cr 34/550

2BGA 330 NiCr4 2

FB Ni4 Cr2HC

EN-JN2030

EN-GJN-HV550Ni-Hard type1

Class 1. Type C----FBA--Ni-Hard type3

Class 1. Type

D0457Type 1b

NiHCr2C+2D+2EGX 300

Cr NiSi 9 5 2

FB Cr9Ni5

EN-JN2040

EN-GJN-HV600Ni-Hard type4

[2،5]ترکیب شیمیایی انواع چدنهای نایهارد ( 2-2جدول )

MoCrNiPSMnSiC نوعچدن

4/0-06/2-5/1

8/4-3/3

Max

3/0Max

15/0

7/0-3/0

5/0-3/0

6/3-3 نایهارد

1

4/0-04/2-4/1

5-3/3Max

3/0Max

15/0

7/0-3/0

5/0-3/0

Max

9/2 نایهارد

2

4/0-09-85/6-5/4

Max

06/0

Max

1/06/0-4/0

2-8/12/3-6/2

نایهارد4

2 و1چدن نایهارد - 2-4-2

درصد کروم اس66ت. ریزس66اختار2 درصد نیکل و 4 اساسا شامل 2 و 1نایهارد های اولیه و کاربید یوتکتیک ب66وده، ک66ه این کاربی66دها ب66هها شامل دندریتاین چدن

].2،13باشد [ میM3Cصورت صفحات کاربید دهد. را نمایش می1( ریزساختار نایهارد 4-2شکل )

11مراجع

]2 در حالت ریختگی [1ریزساختار نایهارد ( 1-2شكل )

(5-2 در شکل )1 تشکیل شده در ریزساختار چدن نایهاردM3Cکاربید یوتکتیک آمده است.

]2 در زمینه [M3Cکاربید یوتکتیک ( 2-2شكل )

تابعی از مق6دار کاربی66د و س66اختار زمین6ه اس66ت. بع6د از 1سختی چدن نایهارد انجماد، آستنیت به مارتنزیت، مقداری بی6نیت، آس6تنیت باقیمان6ده و کاربی6دهای

شود. زمینه نهایی به ترکیب شیمیایی آلیاژ، سرعت سرد ش66دنثانویه تبدیل می گری و عملیات حرارتی اعمال شده بس66تگی دارد. س66ختی قطع66هبعد از ریخته

ریختگی به مقدار مارتنزیت موجود در زمینه بستگی داشته که برای رسیدن به بیشترین مقدار سختی و مقاومت به سایش، مق6دار م6ارتنزیت ح6الت ریختگی

]2،5،13،15تا حد امکان باید باال باشد [

12مراجع

]2[2اثر مارتزیت زمینه بر سختی چدن نایهارد ( 3-2شكل )

دهد. مقدار( اثر مارتنزیت زمینه بر سختی چدن نایهارد را نشان می6-2شکل ) کربن، مقدار موثر کاربید در زمینه و نیز سختی وارد شده به ساختار زمین66ه را

وM3C( کاربی66د یوتکتی66ک ن66وع 40-44 شامل تقریبا %)1کند. نایهاردمشخص می باش66د. اختالف در مق66دار کاربی66د،( کاربی66د می35-40 تقریب66ا دارای %)2نایه66ارد

].2،12،13،15 است [2 و 1تفاوت اساسی بین چدن نایهارد بینیتی بدون پرلیت اض66افه–عنصر نیکل برای تشکیل ساختار زمینه مارتنزیتی

باشد این است که مقادیر کم نیکل ب66رای جلوگ66یری ازشود. آنچه که مهم میمی-تشکیل پرلیت کافی نبوده و منجر به کاهش سختی و مقاومت ب66ه س66ایش می

شود. این در ح66الی اس66ت ک66ه مق66ادیر زی66اد نیک66ل هم ب66اعث تش66کیل آس66تنیت].15شود [باقیمانده شده و منجر به کاهش سختی می

عنصر مهم دیگر، کروم بوده ک66ه در ف66از کاربی66د متمرک66ز ش66ده و س66ختی آن66را دهد. ک6روم اث6ر گ6رافیت زایی نیک6ل را ج6بران ک6رده و ریزس6اختارافزایش می

].2،13دهد [کامال سفید و بدون گرافیت می

4چدن نایهارد - 2-4-3

دو گروه عمده چدن نایهارد وجود دارند. چدنهای باهمانطور که ذکر شد درصد کروم که معموال به چدن9 درصد نیکل و 6درصد نیکل و چدنهای با 4

M3C چدن نایهارد شامل کاربیدهای یوتکتیکی 2 موسوم اند. نوع 4 و 2نایهارد

13مراجع

لدبوریتی بوده و بنابراین چقرمگی کمتری خواهد داشت و عمدتا در تولید گیرد. چقرمگی پایین یک نقطهغلطکهای فلز کاری مورد استفاده قرار می

است. حضور عناصری که منجر به تشکیل2 و 1ضعف برای چدن نایهارد شود که به این نوع شود، باعث افزایش چقرمگی چدن نایهارد میM7C3کاربید

]. 2،5،13 گویند [4از چدن، چدن نایهارد % س66یلیس ب66وده ک66ه2% نیک66ل و 6% ک66روم، 9 چ66دن س66فیدی ب66ا 4نایه66ارد

ی ع6اری از پ66رلیت در ح66الت و زمینه7C3(Cr,Feهای یوتکتیک )ساختاری با کاربید م66ارتنزیتی ح66تی درغالب66ا ریختگی و ن66یز بع66د از عملی66ات ح66رارتی ب66ه ص66ورت

].2قطعات ریختگی سنگین خواهد بود [ این ساختار کاربیدی مطلوب، نتیجه پیوستن مقادیر کروم، نیک66ل و س66یلیس ب66ا

،6 %)4باشد. مقادیر کاربید در چدن نایه66ارد کربن یوتکتیک یا هیپو یوتکتیک می.[2،17] است 2 یا 1(کمتر از نایهارد 28-20

( آمده است.7-2 در شکل )4ریزساختار عمومی نایهارد

ای شکل یوتکتیک)تصویر و کاربید میله4ریزساختار کاربید یوتکتیک چدن نایهارد ( 1-2شكل )[2،17] راست(

4ای مانن66د آن، چ66دن نایه66ارد به دلیل مقدار پ66ایین کاربی66د و مورفول66وژی میل66ه دارد. س66اختار زمین66ه ریختگی2 و 1مقاومت شکست باالتری نس66بت ب66ه ن66وع

باش66د. ب66ا عملی66اتش66امل مق66ادیر تقریب66ا مس66اوی از م66ارتنزیت و آس66تنیت می ی بیش66ترتبدیلحرارتی اکثر آستنیت به م66ارتنزیت و بی66نیت و کاربی66دهای ثانوی6ه

.[2،17]( است 10-20شود. مقدار آستنیت باقی مانده %)می باشد. تقریبا مشابه چدنهای پرکروم می4متالورژی و کاربرد چدن نایهارد نوع

ای که سبباما با وجود تشابه میان این دو چدن، به طور کلی مشخصه

14مراجع

در مقایسه با چدنهای پرکروم شده، قابلیت4ارجحیت بارز چدن نایهارد . [8،9،10]باشد سختی پذیری عالی آن می

، مربوط به شبکه2محدودیت استفاده از چدن نایهارد مخصوصا در نوع پیوسته کاربید است که دانه های آستینت را در خود احاطه کرده و سبب تردی

آن می گردد. همچنین در مقاطع ضخیم چدن نایهارد را نمی توان تولید نمود زیرا امکان به وجود آمدن گرافیت آزاد و کاهش مقاومت به سایش وجود

سختی فاز کاربید از کاربیدهای آلیاژی کمتر2دارد. همچنین در چدن نایهارد 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 تر بوده و از نظر ساختاری نیز خواص مکانیکی بهتری را ایجادسمانتیت سخت

.[13،15،18]نماید

تاثیر عناصر آلیاژی- 2-5

کربن- 2-5-1

سختی به مقدار زیاد توسط مقدار کاربیدهای موجود، که خود به مقدار کربن شود. در کاربردهایی که حداکثر سختی و مقاومت بهبستگی دارد، کنترل می

ای از اهمیت ثانویه برخوردار است، باید از کربن به مقداربارگذاری ضربه شود بایددرصد استفاده کرد ولی در جایی که ضربات تکراری اعمال می3/3

].2،10،19درصد باشد [9/2 تا 6/2مقدار کربن در دامنه و ایج66اد س66ختی پ66ذیری الزم درM7C3جهت حصول حجم مناسب از کاربی66دهای

– C، 7/3 نوع 1 وگرید D 6/3 – 5/2 نوع 1گرید چدن نایهارد، مقدارکربن آن در

شود. ازدیاد کربن باعث ازدیاد مق66دار کاربی66د ش66ده ک66ه س66ختی انتخاب می5/2 قطعه را افزایش داده و تردی را نیز زیادتر می کند. در مقادیر قبل از یوتکتیک

است( ابتدا آستنیت جدا2/3درصد کروم، حدود 7 برای یوتکتیک) مقدار کربن ش66ود و آس66تنیت تب66دیل میM7C3در تحول یوتکتیک مابقی ذوب به کاربید و شده

که نهایتا ساختار دارای کاربیدهای محص66ور در زمین66ه آس66تنیت خواه66د ش66د. در و آستنیت یوتکتیکی M7C3حوالی کربن یوتکتیک ساختمان یکنواختی از کاربید

. ام6ا چنانچ66ه مق66دار ک6ربن بیش6تر از یوتکتی66ک باش66د، از م66ذابش6ودظ66اهر می

15مراجع

کند. چنانچ66ههای یوتکتیکی را احاطه می جدا خواهد شد که دانهM7C3کاربیدهای مقدار کربن خیلی پایین باشد با تشکیل کاربید کروم، درصد کربن آستنیت ب66ه میزان قابل توجهی کاهش یافته و لذا در تبدیالت بعدی نخواهد توانست سختی

.[18،19] پذیری کافی را داشته باشد ده66د . یک ت66رکیب یوتکتی66ک ی66ا هیپ66و یوتکتی66ک می4بنابراین مقدار کربن نایهارد

کند. این مق66دارهای یوتکتیک را مشخص میمقدار کربن، مقدار شکست کاربید کربن، مقدار شکست کاربیدها 5/3 و در %20%نهایتا کربن، 5/2در % تقریبا

4-2-تاثیر درصد کربن بر روی سختی بعد از عملیات حرارتی در است. %283-( ای کاربی66د نشان داده شده است. حجم کم کاربید و شکل میله(1-2شكل

نشان داده شده، علت مقاومت(1-2شكل )-3-4-2و غیر پیوسته بودن که در اس66ت. ب66ه ط66ور معم66ول2و1 نسبت به نایهارد4به شکست بهتر کاربید نایهارد

درصد بوده تا مقاومت سایش66ی و9/2-2/3، مقدار کربن بین 4در چدن نایهارد.[2،5]تافنس همزمان تامین شود

2] بعد از عملیات حرارتی4اثر کربن بر سختی و مقاومت به ضربه نایهارد ( 1-2شكل ) 19،.]

16مراجع

کروم- 2-5-2

کند. مق66دار ک66روم از %) فراهم می4کروم سه هدف عمده را در چدن نایهارد الزم اس66ت.3C(Fe,C به جای کاربید )Cr,Fe)7C3( برای تشکیل کاربیدهای )10-8

جلوگ66یری ک66رده و در نه66ایتSiهمچنین کروم از تشکیل گرافیت به دلی66ل اث66ر سختی پذیری چدن نایهارد را حتی اگر بخش عمده آن در کاربید متمرکز ش66ده

].2،5دهد [باشد، افزایش می M3Cدرصد(، تش66کیل کاربی66دهای ن6وع 3چنانچه درصد کروم پایین باشد )حوالی

M7C3% برس66د کاربی66دهای 10را ترغیب کرده و چنانچه درصد کروم به ح66والی

شود. با افزایش درصد آن، نقطه یوتکتی66ک ب66ه س66مت چپ متمای66لتشکیل می شده و منطقه آستنیت نیز کوچکتر خواهد شد، در نتیج66ه ح66د حاللیت ک66ربن در

را ب6ه س6مت راس6ت وTTTیابد. همچنین ک6روم دی6اگرام آستنیت نیز کاهش می را هم پایین می برد. وجود مقادیر کروم بیش از حد، ط66وریMsخط مارتنزیت

شود، ضرورت ندارد ک66ه اینM23C6که سبب تشکیل کاربید کروم بسیار نرم تر [.2،5،18( نشان داده شده است ]9-2مهم در شکل )

[.18 ]دیاگرام فازی آهن- کربن- کروم( 1-2شكل )

به4گذارد. کاربید کروم در چدن نایهاردکروم بر مرفولوژی و نوع کاربید اثر می باش66د. ب66اتش6کیل ش66ده ک66ه توزی66ع ری66ز و غیرپیوس66ته آن مهم می M7C3ص6ورت

17مراجع

یابد، گ66ر چ66ه این اف66زایش ب66اعثافزایش کروم مقدار کاربید کروم افزایش می شود. البته همانطور که اشاره شد، مق66ادیر ب66االترتاثیر بر ساختار زمینه هم می

ش66ده ک66ه ب66اعث ع66دم بهب66ودM23C6کروم منجر به تشکیل کاربی66د ه66ای از ن66وع شوند. تاثیر مقدار کروم بر افزایش مقاومت ب66ه س66ایشمقاومت به سایش می

].20( نشان داده شده است [10-2چدن نایهارد در شکل )

.]C800 ]20 سخت کردنC820 (b)( سخت کردنaاثر کروم بر مقاومت سایشی )( 2-2شكل )

نیکل- 2-5-3

یدر چدنهای نایه66ارد، نیک66ل اولین عنص66ری اس66ت ک66ه در توق66ف تب66دیل زمین66ه آستنیتی به پرلیت موثر بوده و باعث ایج66اد ی66ک س66اختار س66خت م66ارتنزیتی در

شود. لذا وج6ود نیک66ل در ب66االبردن ق66ابلیت س66ختیحین سرد شدن در قالب می پ66ذیری ض66روری ب66وده، از تش66کیل پ66رلیت جلوگ66یری ک66رده و بع66د از عملی66ات

]. 2،15شود [حرارتی نیز سبب ایجاد ساختار مارتنزیتی می

18مراجع

19مراجع

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 In-stitute, pp 1-28.

م. محمدنژاد، و. جواهری، م. شمعانیان، "بهینه سازی خواص مکانیکی، مقاومت س66ایش و.3 س66اختار چ66دن نایه66ارد توس66ط عملی66ات ح66رارتی"، پنجمین هم66ایش مش66ترک مهندس66ین

(.1390متالورژی و انجمن ریخته گری، )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.

20مراجع

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.

(.1381م. مرعشی، " متالورژی چدن ها"، انتشارات آزاده، ).1011. Gordon, J. SL, (1989), “Development of Abrasion – Resistant Nickle – containing al-

loy 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.

ا. حلوائی، ش.کدخدایی، "تاثیر جایگزینی مس با نیکل بر سختی، مق66اومت ب66ه ض66ربه و.15.1381خواص سایشی چدن نیکل سخت"، نشریه دانشکده فنی تهران، شهریور

16. Huang, Xing, Zhang, (2006), “Microstructure and property of hypereutectic high

chromium cast iron prepared by slope cooling body- centrifugal casting method”, Ma-

terials 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.

ح.بختیاری، ع. نجفی زاده، " بررسی خواص سایشی و مک66انیکی چ66دن های پ66ر ک66روم "،.191375.

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.

عیسی آبادی، قاسم. بزچلویی، " بررسی اثر تنگستن بر ریز ساختار حاصل از عملی66ات.22 ح66رارتی و رفت66ار سایش66ی چ66دن پرک66روم"، دومین هم66ایش مش66ترک انجمن مهندس66ین

.1387متالورژی ایران و جامعه ریخته گران، 23. Hexing, Chen, (1993), “Effect of niobium on wear resistance of 15% Cr white cast

iron”, Wear, Vol 166, pp 197-201.

21مراجع

حمی66د . اس66کندری، " ت66اثیر نیوبی66وم ب66ر روی خ66واص مک66انیکی چ66دن س66فید پرک66روم .24.1383ریختگی"، هشتمین کنگره ساالنه انجمن مهندسین متالورژی ایران،

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

chromium 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.

مهیار. محمدنژاد، وحید.جواهری، مسعود.ش6یروانی، مرتض66ی.ش6معانیان، "آشکارس6ازی.32 ب66ه روش4فازهای آستنیت باقیمانده، مارتنزیت و کاربید کروم در ساختار چدن نایه66ارد

مت66الوگرافی رنگی"، شش66مین هم66ایش مش66ترک انجمن مهندس66ین مت66الورژی و انجمن.1391علمی ریخته گران ایران،

33. Inoue, Masumoto, (1998), “Carbide reactions (M3C → M7C3 → M23C6 → M6C) during

tempering of rapidly solidified high carbon Cr-W and Cr-Mo steels”, Materials Trans-

action, Vol 11, pp 739-750.

34. J.S. Park, J.D. Verhoeven, (1996), “Directional solidification of white cast iron”, Met-

allurgical 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 resis-

tance of high chromium white cast iron”, Metallurgical and Materials Transaction, Vol

28, pp 870- 881.

22مراجع

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 differ-

ent solidification rates”, Wear, Vol 267, pp 2116-2121.

بررسي تاثير، يوسف خرازي، جالل حجازي، "خيرانديش، شهرام مجيد عباسي.45 "، مجله علوم و مهندسي سطح،برخي عوامل اصلي بر رفتار سايشي فوالد هادفيلد

.. )علمی پژوهشی(80-69، 1387، 7شماره ، يوسف خرازي، جالل حجازي، "استفاده از سنگخيرانديش، شهرام مجيد عباسي.46

ساينده جهت ارزيابي رفتار سايشي فوالدها"، نشريه مهندسي متالورژي و مواد .70-57، 1389، 2، شماره 21دانشكده مهندسي دانشگاه فردوسي مشهد، سال

)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)

بررس66ی اث66ر ش66رایط"عباسی مجید، اس66المی اس66دالله، اوالدی معص66ومه، امی66نی علی، .48، "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

23مراجع

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

: 1پیوست

AbstractThe 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 TechnologyFaculty 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