تاثیر نرخ سرمایش بر ریزساختار و مورفولوژی گرافیت‌ها در فوم‌های ترکیبی چدن نشکن متشکل از گوی‌های توخالی فولادی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه فناوری های نوین قوچان، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی صنایع

2 دانشگاه فناوری های نوین قوچان، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی مکانیک

3 مدیر تولید شرکت متالورژی پودر مشهد

چکیده

در این پژوهش، فوم‌های ترکیبی یا کامپوزیتی چدن نشکن متشکل از گوی‌های توخالی فولادی به روش ریخته‌گری ماسه‌ای تولید شدند. بدین منظور، گوی‌های توخالی فولادی توسط محفظه تعلیق و با استفاده از پودرهای آهن تجاری بر روی دانه‌های پلی‌استیرن پوشش‌دهی شدند. پس از پوشش‌دهی، عملیات تجزیه حرارتی و تف‌جوشی منجر به تولید گوی‌های توخالی با قطر 4، 6 و mm 8 گردید. سپس، گوی‌های توخالی فولادی به صورت رندوم درون حفره‌های قالب ماسه‌ای قرار داده شدند و پس از ریخته‌گری مذاب چدن نشکن، فضای خالی میان گوی‌ها پُر شد و فوم‌های ترکیبی یا کامپوزیتی چدن نشکن متشکل از گوی‌های توخالی فولادی با قطرهای مختلف تولید شدند. ارزیابی‌های ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و اسپکتروسکوپی اشعه ایکس تولید شده توسط پرتو الکترونی (EDS) صورت گرفت. سپس، نرخ سرمایش در فوم‌های تولیدی با قطر گوی‌های مختلف محاسبه شد و تاثیر آن بر مورفولوژی گرافیت‌ها و ریزساختار مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از آن است که کاهش اندازه قطر گوی‌ها موجب افزایش نرخ سرمایش می‌شود. علاوه بر این، افزایش نرخ سرمایش موجب کاهش کسر سطحی گرافیت‌ها و میزان کرویت گرافیت‌ها و افزایش کسر سطحی کاربید آهن و تعداد ندول‌های گرافیت می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of cooling rate on the microstructure and graphite morphology in the ductile iron-steel hollow sphere syntactic foams

نویسندگان [English]

  • Hamid Sazegaran 1
  • Masoud Pour 2
  • milad Hojati 3
1 Department of Industrial Engineering, Faculty of Engineering, Quchan University of Advanced Technology,
2 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Quchan University of Advanced Technology
3 Production Management of Mashhad Powder Metallurgy Company (
چکیده [English]

In this study, ductile iron-steel hollow sphere syntactic foams were manufactured using sand mold casting technique. The steel hollow spheres were synthesized through fluidized bed and in this process, commercial iron powder was coated on the expanded polystyrene spheres. After coating, De-bonding and sintering processes were carried out and the steel hollow sphere produced with 4, 6, and 8 mm in diameter. Then, the steel hollow spheres were randomly filed in the cavities of prepared mold and ductile iron infiltrated the interstitial space between the spheres. Thus, ductile iron- steel hollow sphere syntactic foams with 4, 6, and 8 mm spheres sizes. Microstructural properties of manufactured foams were investigated by optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). In addition, cooling rates in the syntactic foams with different sphere sizes were calculated and effects of cooling rate on the graphite morphology and microstructure were studied. The results revealed that decreasing the spheres size caused to increasing the cooling rate. Furthermore, by increasing the cooling rate, surface fraction of graphite, graphite circularity, and surface fraction of iron carbide decrease and graphite nodule count increases.
Keywords: Syntactic foam, Ductile iron, Steel hollow sphere, Casting, Scanning electron microscopy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Syntactic foam
  • ductile iron
  • Steel hollow sphere
  • Casting
  • Scanning electron microscopy
[1] M.F. Ashby, A.G. Evans, N.A. Fleck, L.J. Gibson, J.W. H.G.N.  Hutchinson and H.G.N. Wadley, Metal foams; a Design Guide, Butterworth-Heinemann, Massachusetts, 2000.

[2] J. Banhart, Prog.Mater. Sci. 456, 559-632, 2001.

[3] Despois, J. F., Marmottant, A., Salvo, L., Mortensen, A., Mater. Desi. 25, 189,195, 2007.

[4] X. Xiao-bing, W. Li-qiang, W. Min-min, L. Wei-jie, Z. Di, Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 22,188-192, 2012.

[5] C.J. Poteet, Mater. Sci. Lett.15, 1015-1021, 1996.

[6] P.K. Rohatgi, R.Q. Guo, H. Iksan, E.J. Borchelt, R. Asthana, Mater. Sci. Eng. A 244, 2685-2692, 1998.

[7] A.H. Brothers, D.C. Dunand, Appl. Phys. Lett. 84, 1108-1114, 2003.

[8] L.P. Zhang, Y.Y. Zhao, J. Compos. Mater. 41, 2105-2111, 2007.

[9] A. Rabiei, M. Garcia-Avila, Mater. Sci. Eng. A 564, 539–547, 2013.

[10] N. Gupta, V.C. Shunmugasamy, Mater. Sci. Eng. A528, 7596– 7605, 2011.

[11] D.D. Luong, O.M. Strbik Iii, V.H. Hammond, N. Gupta, K. Cho, J. Alloy. Compd. 550, 412–422, 2013.

[12] Y. Mu, G. Yao, J. Mater. Eng. Perform. 19, 995–997, 2010.

[13] Z. Dou, L. Jiang, G. Wu, Q. Zhang, Z. Xiu, G. Chen, Scripta Mater. 57, 945–948, 2007.

[14] M.A. Sulong, M. Taherishargh, I.V. Belova, G.E. Murch, T. Fiedler, Comp. Mater. Sci. 109, 258–265, 2015.

[15] C. San Marchi, F. Cao, M. Kouzeli, A. Mortensen, Mater. Sci. Eng. A 337, 202–211, 2002.

[16] J.A. Santa Maria, B.F. Schultz, J.B. Ferguson, N. Gupta, P.K. Rohatgi, J. Mater. Sci. 49, 1267–1278, 2014.

[17] L.J. Vendra,J.A. Brown, A. Rabiei, J Mater Sci 46, 4574–4581, 2011.

[18] H. Sazegaran, A.R. Kiani-Rashid, J. Vahdati Khaki, Int. J.Min.Metall.Mater. 23(4), 434-441, 2016.

[19] M. Amirjan, H. Khorsand, M. Khorasani, Int. J. Min. Metall. Mater.21 (11), 1146- 1151, 2014.

[20] R. M. Hathaway, P. K. Rohatgi, Proc. Int. Conf. High temperature capillarity, 1997, Cracow, Poland.

[21] M. Gorny and E. Tyrala, JMEPEG 22, 300–305, 2013.

[22] علیرضا کیانی رشید و حمید سازگاران، بلورشناسی مواد، انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد، ص: 80-78، 1389.

[23] F. Binczyk, A. Kowalski, J. Furmanek, Arch. Found. Eng. 7, 115-118, 2007.

[25] Yun-Cheng Peng, Hui-Jin Jin, Jin-Hai Liu, Guo-Lu Li, Mater. Chara.72, 53–58, 2012.

[26]K. H. W. Seah, J. Hemanth, S. C. Sharma, J. Mater. Sci. 33, 23-28, 1998.

[27] E. Fras, M. Gorny, H.F. Lopez, Int. Foundry. Res. 61, 2-10, 2009.