تأثیر افزودن تراشه ماشین‌کاری سوپر آلیاژ IN718 و نرماله کردن بر ریزساختار و خواص مکانیکی چدن خاکستری هایپریوتکتیک تولیدشده به روش فوم فدا شونده

الموضوعات :

مهدی رنجبر ¹ , سید حسین رضوی ² , زهراسادات سیدرئوفی ³

1 - دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران
2 - دانشگاه علم و صنعت ایران
3 - دانشگاه آزاد کرج-گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج

تاريخ الإرسال : 17 الثلاثاء , محرم, 1446 تاريخ التأكيد : 09 الثلاثاء , جمادى الثانية, 1446 تاريخ الإصدار : 01 الأربعاء , رجب, 1446

الکلمات المفتاحية: تراشه ماشینکاری IN718, فصل مشترک, فریت آلوتریوموف, سختی, انرژی ضربه,

ملخص المقالة :

چدن‌های خاکستری به جهت قیمت پایین و سهولت تولید جایگاه ویژه­ای در صنایع مختلف دارند. به نظر می­رسد استفاده از تراشه­های ماشین‌کاری، یک راهکار مناسب برای آلیاژسازی و افزایش خواص مکانیکی چدن‌های خاکستری باشد. در این تحقیق، از تراشه­های سوپر آلیاژ IN718 با قرارگیری جهت‌دار در مدل فومی استفاده شد. پس از قرارگیری تراشه­ها، ریخته‌گری چدن خاکستری GG20 به روش فوم فدا شونده انجام شد. پس از ریخته‌گری نمونه‌ها در دمای ◦C900 نرماله شدند. بررسی‌های ریزساختاری نشان دادند که ساختار در حضور تراشه‌ها، حاوی گرافیت‌های نوع A و C و پرلیت­های ظریف می‌شود. همچنین وجود تراشه­ها باعث برهم زدن تعادل انجماد شده که درنهایت وجود مناطق فریتی در مجاورت تراشه‌ها را درپی دارد. دراثر نرماله کردن، گرافیت­های C نمونه ساده کاملاً حذف شدند، در نمونه مرکب نیز در فصل مشترک فریت آلوتریومورف تشکیل‌ شد و گرافیت­های ظریف نوع A، در زمینه­ای از پرلیت ظریف توزیع شدند. افزودن تراشه به دلیل ایجاد محلول جامد اشباع موضعی و کامپوزیت سازی باعث افزایش سختی از HB 132 به HB 153 شد، نرماله کردن نیز؛ سختی هر دو نمونه را به ترتیب تا HB 148 و HB 180 افزایش داد. با افزودن تراشه به زمینه که به عنوان مانعی دربرابر رشد ترک عمل می‌کند و باعث به وجود آمدن فازهای نرم و ظریفتر شدن پرلیت و گرافیت شده بود، انرژی ضربه از J 3 به J 3/5 افزایش یافت. با نرماله کردن نیز، انرژی شکست نمونه ساده به J 12/4 و نمونه کامپوزیتی به J 1/6 افزایش یافت.

المصادر:

[1] O. Oloyede, T. D. Bigg, R. F. Cochrane & A. M. Mullis, "Microstructure evolution and mechanical properties of drop-tube processed", rapidly solidified grey cast iron, vol. 654, pp. 143-150, 2016.

[2] F. E. Mariani, G. C. Rêgo, P. G. Bonella, A. L. Neto, G. E. Totten & L. C. Casteletti, "Wear Resistance of Niobium Carbide Layers Produced on Gray Cast Iron by Thermoreactive Treatments", Journal of Materials Engineering and Performance, vol. 29, pp. 3516-3522, 2020.

[3] A. Stachowiak, A. N. Wieczorek, P. Nuckowski, M. Staszuk & M. Kowalski, "Effect of spheroidal ausferritic cast iron structure on tribocorrosion resistance", Tribology International, vol. 173, pp. 107688, 2022.

[4] U. Tewary, D. Paul, H. K. Mehtani, S. Bhagavath, A. Alankar, G. Mohapatra, S. S. Sahay, A. S. Panwar, S. Karagadde & I. Samajdar, "The origin of graphite morphology in cast iron", Acta Materialia , vol. 226, pp. 117660, 2022.

[5] S. Nosir, T. Nodir, A. Kamol, K. Jamshidbek & T. Nuritdin, "Improvement of Technology of Liquefaction of Gray Cast Iron Alloy", Global Scientific Review, vol. 6, pp. 19-28, 2022.

[6] A. Avcı, N. Ilkaya, M. Şimşir & A. Akdemir, "Mechanical and microstructural properties of low-carbon steel-plate-reinforced gray cast iron ", Journal of materials processing technology, nol. 209, no. 3, pp.1410-1416, 2009.

[7] B. Kurt, N. Orhan & A. Hasçalık, "Effect of high heating and cooling rate on interface of diffusion bonded gray cast iron to medium carbon steel", Materials & design, vol. 28, no. 7, pp. 2229-2233, 2007.

[8] A. Akdemir, H. Arikan & R. Kuş, "Investigation of microstructure and mechanical properties of steel fibre–cast iron composites", Materials science and technology, Vol. 21, no.9, pp. 1099-1102, 2005.

[9] M. Şimşir, "Fracture behavior and microstructure of steel fiber reinforced cast iron", Journal of materials science, vol. 42, pp. 6701-6707, 2007.

[10] M. Kazemi, A. R. Kiani-Rashid, A. Nourian & A. Babakhani, "Investigation of microstructural and mechanical properties of austempered steel bar-reinforced ductile cast iron composite", Materials & Design, vol. 53, pp. 1047-1051, 2014.
[11] J. H. Zhao, W. Q. Zhao, Q. U. Shen & Y. Q. Zhang, "Microstructures and mechanical properties of AZ91D/0Cr19Ni9 bimetal composite prepared by liquid-solid compound casting", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, vol. 29, no. 1, pp. 51-58, 2019.

[12] A. Shayesteh-Zeraati, H. Naser-Zoshki & A. R. Kiani-Rashid, "Microstructural and mechanical properties (hardness) investigations of Al-alloyed ductile cast iron", Journal of Alloys and Compounds, vol. 500, no. 1, pp. 129-133, 2010.

[13] S. M. Mostafavi Kashani & S. M. A. Boutorabi, "As-cast acicular ductile aluminum cast iron", Journal of Iron and Steel Research International, vol. 16, no.6, pp. 23-28, 2009.

[14] M. M. Hejazi, M. Divandari & E. Taghaddos, "Effect of copper insert on the microstructure of gray iron produced via lost foam casting", Materials & Design, vol. 30, no. 4, pp. 1085-1092, 2009.

[15] A. R. Kiani-Rashid, "Influence of austenitising conditions and aluminium content on microstructure and properties of ductile irons". Journal of Alloys and Compounds, vol. 470, no. 1-2, pp. 323-327, 2009.

[16] S. S. Saleem & M. F. Wani, "Effect of load on the behaviour of tribofilms formed at the interface of austenitic steel and ductile iron–a Raman spectroscopic study", Advances in Materials and Processing Technologies, vol. 8, no.2, pp. 1583-1597, 2022.

[17] N. Tiedje, R. Crepaz, T. Eggert & N. Bey, "Emission of organic compounds from mould and core binders used for casting iron, aluminium and bronze in sand moulds", Journal of Environmental Science and Health Part A, vol. 45, no.14, pp. 1866-1876, 2010.

[18] M. Arghiani, M. Azadbeh, M. Diwandari & M. Zarghami, "Production of gray cast iron cored with aluminum wire by LFC method and investigation of intermetallic compounds created around the core", Advance Processes in Materials Engineering, vol. 4, no. 2, pp. 27-35, 2010. [In Persian]

[19] M. Kazemi, A. R. Kiani-Rashid & A. Nourian, "Impact toughness and microstructure of continuous medium carbon steel bar-reinforced cast iron composite", Materials Science and Engineering: A, vol. 559, pp. 135-138, 2013.


[20] J. Jezierski, M. Jureczko & R. Dojka, "The Impact of process factors on creating defects, mainly lustrous carbon, during the production of ductile iron using the lost-foam casting (LFC) method", Metals, vol. 10, no. 8, pp.1022, 2020.

[21] K. Qiu, B. Xiao, "Effect of Mechanical Vibration on Microstructure and Mechanical Properties of Gray Cast Iron in Lost Foam Casting", Mathematical Problems in Engineering, vol. 2021, pp.1-8, 2021.

[22] Y. Shajari, S. H. Razavi, Z. S. Seyedraoufi & M. Samiee, "The effect of time and temperature of solutionizing heat treatment on γ′ characterization in a Ni-base superalloy", Metallography, Microstructure, and Analysis, vol. 10, no. 4, pp. 441-447, 2021.

[23] H. Sazgaran & A. R. Kayani Rashid, "Investigation on Microstructure, Interface Region, and Tensile Properties of AISI 1045 Continuous Steel Chip Reinforced Ductile Iron Composites", Journal of Metallurgical Engineering, vol. 20, no. 4, pp. 293-303, 2018. [In Persian]

[24] S. Ö. Ertürk, O. Çakir, L. C. Kumruoglu & A. Ozel, "Fabricating of Steel/Cast Iron Composite by Casting Route", Acta Physica Polonica A, vol. 125, pp. 452-453, 2014.

[25] N. V. Stepanova, I. A. Bataev, Y. B. Kang, D. V. Lazurenko, A. A. Bataev, A. Razumakov & A. M. J. Junior, "Composites of copper and cast iron fabricated via the liquid: In the vicinity of the limits of strength in a non-deformed condition", Materials Characterization, vol. 130, pp. 260-269, 2017.

[26] R. Avand A. Ghaedri Hamidi & M. Pourabdoli, "Feasibility of Production of an iron-base Metal Matrix Composite by Infiltration of molten Gray Cast Iron into a 304 Stainless Steel Porous Skeleton", Journal of Science and Technology of Composites, vol. 8, no. 3, pp. 1653-1658, 2022. [In Persian]




[27] A. Akdemir, R. Kuş & M. Şimşir, "Investigation of the tensile properties of continuous steel wire-reinforced gray cast iron composite", Materials Science and Engineering: A, vol. 528, no. 10-11, pp. 3897-3904, 2011.

[28] D. M. Stefanescu, "Analysis of the rationale and accuracy of the use of carbon equivalent and thermal analysis in the quality control of cast iron", International Journal of Metalcasting, vol. 16, no. 3, pp. 1057-1078, 2022.

[29] H. Sazgaran & A. R. Kayani Rashid, "Effect of using continuous steel chips as reinforcement on the microstructure and mechanical properties of hypoeutectic gray cast iron", Journal of new Materials, vol. 5, pp. 15-28, 2015. [In Persian]

[30] Z. Zuo, M. Haowei, M. Yarigarravesh, A. H. Assari, M. Tayyebi, M. Tayebi & B. Hamawandi, "Microstructure, Fractography, and Mechanical Properties of Hardox 500 Steel TIG-Welded Joints by Using Different Filler Weld Wires", Metals, vol. 15, no. 22, pp. 8396, 2022.

[31] P. Xu, B. Bai, H. Fang, Z. Wang, J. Wang & Y. Pan, "Development of grain boundary allotriomorphic ferrite/granular bainite duplex steel", Journal of University of Science and Technology Beijing (English Edition), vol. 10, no. 2, pp. 39-44, 2003.

[32] Y. Shajari, M. Beigi & M. Porhonar, "The effect of microstructural changes on the rupture behavior of gas turbine damping bolt superalloy (Nimonic 90) after long service time", Engineering Failure Analysis, vol. 145, pp. 106993, 2023.