بررسی اثر فرایند فعال سازی مکانیکی-حرارتی بر تشکیل کاربیدآهن از طریق احیای کربوترمی هماتیت

چکیده درچند دهه اخیر اثر فعال سازی مکانیکی بر روی احیای کربوترمی هماتیت و نیز تشکیل کاربیدآهن از مخلوط آهن- گرافیت به طور جداگانه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این بررسی ها نشان می دهد که فعال سازی مکانیکی (با آسیاب های پر انرژی) در زمان های بسیار طولانی می تواند منجر به کاهش دمای فرایند احیا و شکل گیری کاربیدآهن از مخلوط آهن- گرافیت شود. از این رو در این تحقیق، اثر فرایند فعال سازی مکانیکی-حرارتی بر احیای کربوترمی هماتیت و تشکیل کاربیدآهن بررسی شده است. بدین منظور در مرحله اول از مخلوط پودری هماتیت- گرافیت به نسبت استوکیومتری برای تشکیل کاربیدآهن استفاده گردید. سپس عملیات آسیاکاری داغ (فعال سازی مکانیکی و حرارتی) در اتمسفر آرگون بر روی مخلوط های پودری هماتیت- گرافیت برای مدت زمان های 3 و 6 ساعت در دماهای 700، 800 و °c 900 انجام گرفت. به منظور مطالعه تغییرات فازی ایجاد شده و مورفولوژی مخلوط پودری در روند آسیاکاری داغ (آسیاب کم انرژی) به ترتیب آزمون های پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی بر روی نمونه ها انجام شد. همچنین برای تعیین درصد کمی فازهای تشکیل شده از آزمون های آنالیز تصویری، تیتراسیون، آنالیز احتراقی لکو، آنالیز نقطه ای eds توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیزهای dta و dsc استفاده شد. آزمون پراش پرتو ایکس نشان داد که با انجام فرایند آسیاکاری داغ در دمای °c 700 برای مدت زمان های 3 و6 ساعت، فاز وستیت ظاهر شد که نشان دهنده احیای هماتیت اولیه به وستیت در نتیجه انجام آسیاکاری داغ در حضور گرافیت می باشد. با انجام فرایند آسیاکاری داغ در دمای °c 800 برای مدت زمان 3 ساعت فاز آهن فلزی نیز به همراه فاز وستیت بوجود آمد و با افزایش مدت زمان آسیاکاری داغ تا 6 ساعت تنها فازهای کاربیدآهن و آهن فلزی تشکیل شد. با انجام فرایند آسیاکاری داغ در دمای oc 900، مدت زمان تشکیل آهن فلزی و کاربیدآهن از 6 به 3 ساعت کاهش یافت. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز نقطه ای eds از نمونه های حاصل شده در دماهای 800 و oc 900 نیز دلالت بر تشکیل ساختار پرلیتی به همراه فازهای کاربیدآهن پرویوتکتوئیدی، گرافیت و فریت (در دمای oc 900) در ساختار نمونه ها را دارد. با افزایش زمان آسیاکاری داغ در دمای oc 900 مقادیر بیشتری از کاربیدآهن به فریت وگرافیت تجزیه شد. در مرحله بعدی با افزایش گرافیت به مقدار دو برابر نسبت استوکیومتری در مخلوط پودری، اثر فرایند آسیاکاری داغ بر روی احیای کربوترمی هماتیت و تشکیل کاربیدآهن در دمای oc 900 برای مدت زمان های 5/1، 3 و 6 ساعت بررسی گردید. افزایش مقدار گرافیت در مخلوط پودری باعث افزایش درصد کربن محتوی نمونه های مذکور در مقایسه با نمونه های حاصل شده از نسبت استوکیومتری شد. اعمال سیکل های دمایی در زمان های مختلف در فرایند آسیاکاری داغ (°c 800 و سپس °c 450) باعث افزایش کربن محتوی نسبت به اعمال همین سیکل در دمای °c 900 و °c 450 گردید که این موضوع به علت پایداری بیشتر کاربیدآهن در °c 800 بوده است. بررسی های مذکور نشان داد که سهم واکنش های جامد- جامد در فرایند همزمان فعال سازی مکانیکی و حرارتی نسبت به انجام غیر همزمان آنها بیشتر شده و به همین دلیل در مدت زمان های کم آسیاکاری داغ سرعت واکنش های احیایی افزایش پیدا کرده است. همچنین واکنش های نفوذی کنترل کننده سرعت واکنش تشکیل و تجزیه کاربیدآهن بوده است.