ریخته گری کوبشی چدن داکتیل و بررسی تاثیر اعمال فشار در حین انجماد بر ریز ساختار و خواص مکانیکی آن

تحقیقات زیادی نشان داده است که اعمال فشار در هنگام انجماد فلزات و آلیاژها باعث بهبود ریزساختار و خواص مکانیکی آنها شده و تخلخل های گازی و انقباضی قطعات را کاهش می دهد. بیشتر تحقیقات انجام شده در این رابطه بر روی فلزات با نقطه ذوب پایین نظیر آلومینیوم انجام شده است و بخصوص مقالات چاپ شده معدودی در زمینه ریخته گری کوبشی چدن ها وجود دارد. در این پژوهش تاثیر اعمال فشار در حین انجماد، بر خصوصیات ساختاری و مکانیکی یک چدن داکتیل مورد بررسی قرار گرفت. پس از بهینه سازی ترکیب شیمیایی اولیه به منظور دستیابی به ساختارهایی با درصد کاربید قابل قبول، روش کروی کردن در بوته سر بسته به عنوان مناسب ترین روش کروی کردن تعیین گردید. همچنین کروی کردن در دمای1400 درجه سانتیگراد، با استفاده از مقدار 3 درصد فروسیلیکومنیزیم و ریخته گری مذاب 20 ثانیه پس از کروی کردن به عنوان مناسب ترین شرایط کروی کردن تعیین گردید. در ادامه مذاب چدن داکتیل با ترکیب شیمیایی حاوی 65/3 درصد کربن و24/2 درصد سیلسیم )4/4 درصد کربن معادل( با استفاده از یک کوره زمینی آماده شده و تحت شرایط مناسب به دست آمده تحت عملیات کروی کردن قرار گرفت. مذاب کروی شده در داخل یک قالب از جنس فولاد h13 ریخته گری کوبشی شده و تحت فشارهای اعمالی 0، 25، 50 و 75 مگاپاسکال منجمد گردید و نمونه های ریخته شده پس از برشکاری، مورد بررسی های ساختاری و مکانیکی قرار گرفتند. نتایج به دست آمده نشان داد که با افزایش فشار اعمالی از صفر تا 75 مگاپاسکال، درصد گرافیت آزاد موجود در ساختار و قطر متوسط کره های گرافیتی به ترتیب حدود 35 و 20 درصد کاهش یافت. افزایش فشار اعمالی همچنین باعث افزایش کسر کره هایی با قطر کمتر از 10 میکرون شد. کرویت ذرات گرافیت با افزایش فشار اعمالی قدری افزایش پیدا کرد. با افزایش فشار از صفر تا 50 مگاپاسکال ندول کانت ذرات از حدود 1315 به حدود 1582 ذره بر میلیمتر مربع افزایش یافت اما با افزایش بیشتر فشار تا 75 مگاپاسکال این مقدار به حدود 1388 کاهش پیدا کرد. درصد فازهای سمنتیت و پرلیت موجود در ساختار با افزایش فشار اعمالی افزایش و درصد فاز فریت کاهش یافت. همچنین با افزایش فشار اعمالی از صفر تا 50 مگاپاسکال، استحکام کششی و درصد ازدیاد طول نمونه ها به ترتیب از 559 مگاپاسکال و 6/1 درصد به 620 مگاپاسکال و 6/4 درصد و انرژی ضربه نیز از 9/3 ژول به 35/5 ژول افزایش یافت. با افزایش بیشتر فشار اعمالی، استحکام کششی، درصد ازدیاد طول و انرژی ضربه کاهش پیدا کردند. در نهایت تغییرات ساختاری و مکانیکی ایجاد شده در نمونه های ریخته گری کوبشی شده با توجه به تاثیر فشار بر نرخ انتقال حرارت، سرعت سرد شدن نمونه ها و کاهش عیوب گازی و انقباضی در قطعات توضیح داده شد.