ارزیابی ریزساختار، فصل مشترک و رفتار کششی کامپوزیت‌های چدن نشکن تقویت شده توسط براده‌های پیوسته فولاد AISI 1045

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

2 استاد گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

چدن‌های نشکن دسته‌ای از مواد مهندسی هستند که در بسیاری از کاربردهای صنعتی به صورت گسترده‌ استفاده می‌شوند و بنابراین، بهبود رفتار مکانیکی آن‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این پژوهش، براده‌های پیوسته فولاد AISI 1045 به عنوان تقویت‌کننده در زمینه چدن نشکن قرار گرفت و با استفاده از فرآیند ریخته‌گری ماسه‌ای، کامپوزیت‌های‌ چدن نشکن تولید شد. چدن‌های نشکن ریخته‌گری شده حاوی 0، 5 و 10 درصد حجمی از براده‌های فولادی هستند. از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به اسپکتروسکوپی اشعه ایکس تولید شده توسط پرتو الکترونی (EDS) به منظور بررسی ریزساختار و فصل مشترک ایجاد شده بین براده‌های تقویت‌کننده و زمینه چدن نشکن استفاده شد. علاوه بر این، رفتار مکانیکی کامپوزیت‌های چدن نشکن توسط انجام آزمون‌های کشش و سختی‌سنجی بر روی نمونه‌های تولیدی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاکی از آن است که ریخت‌شناسی گرافیت‌ها و ریزساختار زمینه چدن نشکن در کامپوزیت‌های تولیدی تحت تاثیر میزان تقویت‌کننده می‌باشد. علاوه بر این، فصل مشترکی کاملاً سازگار بین تقویت‌کننده‌ها و زمینه چدنی مشاهده شد که تشکیل این فصل مشترک احتمالاً به ذوب شدن سطح براده‌ها و انجماد مجدد آن ناحیه ارتباط پیدا می‌کند. بنابراین، بهبود رفتار کششی با افزایش میزان تقویت‌کننده به ایجاد فصل مشترک سازگار ایجاد شده بین زمینه و تقویت‌کننده ارتباط پیدا می‌کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation on Microstructure, Interface Region, and Tensile Properties of AISI 1045 Continuous Steel Chip Reinforced Ductile Iron Composites

نویسندگان [English]

  • Hamid Sazegaran 1
  • Ali Reza Kiani-Rashid 2
1 Assistant Professor of Department of Industrial Engineering, Engineering Faculty, Guchan University of Advanced Technology
2 Professor of Metallurgical and Material Engineering Department, Engineering Faculty, Ferdowsi University of Mashhad
چکیده [English]

Ductile irons are a type of engineering materials that used in many industrial applications, extensively. Thus, improvement of mechanical properties of ductile irons is very important. In this study, AISI 1045 continuous steel chips applied into the ductile iron matrix as reinforcement and ductile iron composites were manufactured through sand mold casting process. Therefore, the casting ductile iron included 0, 5, and 10 volume fraction of steel chips. Light microscopy and scanning electron microscopy (SEM) equipped energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) used to investigation of the microstructure and interface region. In addition, the mechanical properties of the ductile iron composites were studied by tensile and hardness tests. As a result, graphite morphology and microstructure of ductile iron matrix affected on the reinforcement fraction. In addition, a compatible interface was observed between the reinforcement and ductile iron matrix. Formation of this interface can be probably related on the melting the chips surfaces and solidification of this region. Thus, improvement of the tensile properties by increasing the reinforcement fraction can be related on the formation of the compatible interface between the matrix and reinforcement.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite
  • ductile iron
  • Steel chip
  • Microstructure
  • Compatible interface
[1] C.F. Walton, and T.J. Opar, Iron casting handbook covering data on gray, malleable and ductile iron, Iron Casting Society Inc., New York, pp. 57-58, 1981.

[2] D.L. Sponseller, W.G. Sholz and D.F. Rundle, AFS Trans., 1976, vol. 84 (305), pp. 353–368.

[3] M. Ghoreshy, and V. Kondic, Met. Soc., 1983, vol. 32, pp. 562–568.

[4] R. Elliott, Cast Iron Technology, Butterworths & Co. (Publishers) Ltd., London, pp. 125-129, 1988.

[5] A.R. Kiani-Rashid, The influence of aluminum heat treatment conditions on austempered ductile irons, Ph.D. Thesis, University of Leeds, UK, 2000.

[6] A.R. Kiani-Rashid and D.V. Edmonds, Int. J. Eng., 2002, vol. 15, pp. 261–272.

[7] A.R. Kiani-Rashid, J. Alloy. Comp., 2009, vol. 474, pp. 490–498.

[8] D. Bartocha, K. Janerka and J. Suchon, J. Mater. Proc. Tech., 2005, vol. 162/163, pp. 465–470.

[9] N. Ozdemir, M. Aksoy and N. Orhan, J. Mater. Proc. Tech., 2003, vol. 141, pp. 228–233.

[10] W. Xu, M. Ferry and Y. Wang, J. Mater. Sci. Engin. A, 2005, vol. 390, pp. 326–333.

[11] M. Cemal Cakir, A. Bayram, Y.Isik and B.Salar, J. Mater. Sci. Engin. A, 2005, vol. 407, pp. 147–153.

[12] B.A. Ceccarelli, R.C. Dommarco, R.A. Mart´ınez and M.R. Mart´ınez Gamba, Wear, 2004, vol. 256, pp. 49–55.

[13] G. Xie, H.Sheng, J.Han and J.Liu, J. Mater. Design, 2010, vol. 31, pp. 3062–3066.

[14] H. Cheng-Hsun, S. Yih-Hsun, Y. Yuan-Hsin and L. Shen-Chih, Mater. Chem. Phys., 2000, vol. 63, pp. 75-81.

[15] S.M. Mostafavi Kashani, S.M.A. Boutorabi, J. Iran. Steel. Res. Int., 2009, vol. 16(6), pp. 23-28.

[16] A.R. Kiani-Rashid, J. Alloy. Comp., 2008, vol. 290, pp. 1023–1027.

[17] M. Simsir, J. Mater. Sci., 2007, vol. 42, pp. 6701-6707.

[18] M. Simsir, T. Ozturk and M. Doruk, Turkish. J. Eng. Envir. Sci., 2004, vol. 28, pp. 397–404.

[19] A. Avci, N. Ilkaya, M. Simsir and A. Akdemir, J. mater. Proc. Tech., 2009, vol. 209, pp. 1410-1416.

[20] B. Kurt, N. Orhan and A. Hascalik, Mater. Des., 2007, vol. 28 (7), pp. 2229–2233.

[21] A. Akdemir, R. Kus and M. Simsir, J. Mater. Sci. Engin. A, 2009, vol. 516, pp. 119– 125.

[22] A. Akdemir, H. Arikan and R. Kus, Mater. Sci. Tech., 2005, vol. 21, pp. 1099-1102.

[23] R. Arpon, J. Narciso, E. Louis and C.G. Cordovilla, Mater. Sci. Tech., 2003, vol. 19, pp. 1225–1230.

[24] M. Gorny and E. Tyrala, JMEPEG, 2013, vol. 22, pp. 300–305.

[25] F. Binczyk, A. Kowalski and J. Furmanek, Arch. Found. Eng., 2007, vol. 7, pp. 115-118.

[26] M. Kazemi, A.R. Kiani-Rashid, A. Nourian, Mater. Sci. Eng. A, 2013, vol. 724, pp. 135-138.