تولید و مشخصه یابی چدن خاکستری هایپریوتکتیک نیمه جامد به روش ssr همراه با افزودن نانومواد جوانه زا

ریخته گری نیمه جامد به دلیل مزایایی که نسبت به فرایندهای متداول ریخته گری فلزات دارد، به عنوان یکی از روش های نسبتا جدید تولید قطعات فلزی بررسی و به کار گرفته شده است. بیشتر تحقیقات انجام گرفته در مورد روش های ریخته گری نیمه جامد، بر روی آلیاژهای نقطه ذوب پایین بوده و کمتر به بررسی آلیاژهای آهنی و نقطه ذوب بالا پرداخته گردیده است. در این تحقیق به بررسی ساختار و خواص یک چدن خاکستری هایپریوتکتیک که به روش ssrریخته گری شده، پرداخته می شود.روش ssrیکی از روش های ریخته گری نیمه جامد است که بر اساس ایجاد تبرید موضعی در مذاب و ایجاد تعداد زیادی جوانه و پخش کردن آن ها در مذاب عمل می کند.حضور مقادیر زیادی گرافیت درشت کیش در ساختار انجمادی چدن های خاکستری هایپریوتکتیک موجب پایین بودن خواص مکانیکی آن ها می گردد. از آنجایی که چدن خاکستری هایپریوتکتیک خواص فیزیکی قابل توجهی مانند قابلیت انتقال حرارتو قابلیت جذب ارتعاش بالا دارد، در صورت بهبود ساختار وخواص مکانیکی آن به این روش، می توان محصولاتی با کارایی بیشتر به دست آورد.در این تحقیق ابتدا شمش اولیه با ترکیب مشخص تهیه شده وپس از ذوب و انجام عملیات ssr بر روی آلیاژ، دوغاب تهیه شده در دو قالب ماسه ای و فلزیریخته گری شد و در یک مرحله هم به صورت کوبشی تحت فشار قرار گرفت. در مرحله بعدی، ریخته گری نیمه جامد همراه با افزودن جوانه زای میکرونی و نانوسایز انجام شد. سپس تاثیر فرایندهای مختلف بر ساختار و خواص فیزیکی و مکانیکی آلیاژ مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که ریخته گری نیمه جامد چدن خاکستری هایپریوتکتیک علاوه بر تغییر ساختار از دندریتی به کروی، موجب ریزتر شدن گرافیت ها، از بین رفتن گرافیت های کیش و ایجاد گرافیت نوع dمی-شود. این تغییرات ساختاری با استفاده از قالب فلزی و با اعمال فشار و همچنین با افزودن جوانه زا بیشتر شد. عملیات ssrموجب بیشتر شدن چگالی نمونه ها شده و ریخته گری کوبشی هم به این افزایش کمک کرد، به طوری که چگالی از مقدار05/7گرم بر سانتیمتر مکعب برای نمونه شاهد ریخته شده در قالب ماسه ای به 4/7گرم بر سانتیمتر مکعب برای نمونه ریخته گری شده به روش کوبشی افزایش پیدا کرد. تغییرات ساختاری انجام شده مقاومت ویژه الکتریکی را نیز بهبود داده و مقدار آن را از ? cm4-10×9/3 برای نمونه شاهد ریخته گری شده در قالب ماسه ای به ? cm4-10×47/1 برای نمونه نیمه جامد کوبشی رسانید. با انجام تست های مکانیکی مشخص شد که این بهبود ساختار و مورفولوژی گرافیت موجب افزایش استحکام کششی، استحکام خمشی ونیز بهبود سختی و مقاومت به سایش آلیاژ مورد بررسی می گردد. تحت این تغییرات ساختاری، استحکام کششی از mpa3/116 برای نمونه شاهد قالب ماسه ای، تا mpa 9/168 برای نمونه نیمه جامد با جوانه زای نانوسایز افزایش یافت و استحکام خمشی نیز از mpa9/254 برای نمونه شاهد در قالب ماسه ای به مقدار ماکزیمم mpa 7/424 برای نمونه نیمه جامد با جوانه زای نانوسایز رسید.بالاترین مقدار سختی برای نمونه نیمه جامد کوبشی و برابر با hv6/215 بدست آمد. علت این مساله علاوه بر ساختار و مورفولوژی مناسب گرافیت ها، به چگالی بالای این نمونه نسبت داده شد. بیشترین مقدار مقاومت به سایش برای نمونه نیمه جامدی که تحت فشار منجمد شد، حاصل گردید. در نمونه های شاهد که مقدار گرافیت نوع d زیاد نیست، حضور گرافیت های کیش درشت تر، به خاطر عملکرد روانکاری که دارند، مقاومت به سایش را قدری افزایش می دهد.