مشخصه‌یابی،توسعه و تولید چدن نشکن به وسیله ترکیبی از آلیاژسازی و عملیات‌حرارتی سردکردن کنترل شده

Development and characterization of a wear resistant bainite/martensite ductile iron by combination of alloying and a controlled cooling heat-treatment

چکیده

در این مقاله، تولید چدن نشکن دوفازی بینیت/مارتنزیت (B/M) از طریق آلیاژسازی و عملیات‌حرارتی سردشدن کنترل شده انجام شد. ریزساختار، خواص‌مکانیکی و عملکرد سایشی مورد بررسی قرار گرفت و حاوی ۳.۲-۳.۸ wt%C با ۲.۵-۳ wt%Mn و ۲.۵-۳ wt%Si آلیاژسازی شد. در حالت عادی در چدن نشکن با بینیت پایینی تجاری، منگنز بیشتر از ۰.۷ wt% نیست و سلیسیوم نیز کمتر از ۲.۵ wt% است. بنابراین مقدار منگنز در این مطالعه بسیار بیشتر و مقدار سیلیسیوم نیز کمی بیشتر از نمونه تجاری است. به منظور کنترل تغییرفاز در چدن نشکن در حین عملیات‌حرارتی، منحنی تغییرحالت سردکردن پیوسته (CCT) مربوط به آن شناسایی شد. فرآیند عملیات‌حرارتی سردکردن کنترل‌شده با توجه به منحنی CCT شناسایی شد و شامل سه مرحله بود.

گام اول کوئنچ کردن نمونه در آب بلافاصله پس از آستنیته کردن در دمایی کمتر از ۳۵۰ درجه سلسیوس بود. دومین گام نگهداری حرارتی نمونه از دمای انتهایی کوئنچ با اسپری آب تا ۲۰۰ درجه سلسیوس به مدت ۲ساعت بود. آخرین گام نیز شامل سردکردن نمونه از دمای ۲۰۰ درجه سلسیوس تا دمای اتاق در هوا بود. طبق ارزیابی‌های صورت گرفته به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و الگوی پراش اشعه ایکس (XRD)، شبکه چدن نشکن دارای ریزساختاری شامل بینیت، مارتنزیت و مقدار کمی آستنیت باقی‌مانده بود. سختی و چقرمگی ضربه به ۱)ساختار بهبود‌یافته، ۲)حضور فاز دوگانه B/M و ۳) حضور آستنیت باقی‌مانده نسبت داده شد. مقاومت سایشی ساینده ضربه مربوط به چدن نشکن B/M با مقدار آن در چدن کروم‌دار برابر و دو برابر فولاد Mn13 بود.

جهت دانلود ترجمه تخصصی و فارسی این مقاله می توانید وجه آنرا پرداخت نموده و بلافاصله دریافت نمایید.

ABSTRACT

In this paper, a bainite/martensite (B/M) dual-phase ductile iron was fabricated by combining alloying and a controlled cooling heat-treatment. The microstructure, the mechanical properties and the wear performance were investigated and discussed. The ductile iron containing 3.2–۳.۸ wt%C carbon was alloyed with 2.5–۳.۰ wt% manganese and 2.5–۳.۰ wt% silicon. In general, manganese is no more than 0.7 wt.% and silicon <2.5 wt.% in commercial grade lower-bainite ductile irons. So, manganese contained in the ductile iron in this work is several times higher, and silicon slightly higher. In order to control the phase transition in the ductile iron during the heat-treatment, its continuous cooling transformation (CCT) curve was determined. The controlled cooling heat-treatment process was determined according to the CCT curve, which included three stages.

The first stage was water quenching of the sample rapidly from the austenization temperature to a temperature below 350◦C in a few minutes. The second stage was heat preservation of the sample from the spraying end temperature to 200◦C in 2h. The last stage was air cooling of the sample from 200◦C to RT. According to the analysis using the scanning electron microscope (SEM) and the X-ray diffraction (XRD), the matrix of the ductile iron had a microstructure of bainite, martensite and a little retained austenite. The hardness and impact toughness of the heat-treated ductile iron were HRC 51.5 and 21.7J/cm2, respectively. The high values of the hardness and toughness were attributed to (1) the refined structure, (2) the presence of B/M dual-phase and (3) the presence of retained austenite. The impact abrasive wear resistance of the B/M ductile iron was observed to be comparable with that of a high chrome cast iron, and twice that of Mn13 steel.