تحقیق دربارهبررسي زيرساختار چدنها، آلومينيوم فولاد

مقدمه:

اهميت متالوگرافي

متالوگرافي در مفهوم كلي عبارت است از مطالعه ساختار دروني فلزات و آلياژها و رابطه اين ساختار با تركيب نحوه توليد و شرايط انجماد و خواص شيميايي و مكانيكي آنها مي‌باشد يكي از آزمايشهاي مهم واحد كنترل كمي‌و كيفي خط توليد ريخته‌گري متالوگرافي است كه امروزه هم جنبة تحقيقاتي به خود گرفته است.

اگر بخواهيم به اهميت اين آزمايشگاه بيشتر واقف گرديم لازم است اهداف مهم اين آزمايشگاه را به صورت خلاصه بيان و توجه كنيم.

1 – بررسي عيوب ميكروسكوپي و بعضي از عيوب ماكروسكوپي فلزات و آلياژهاي توليد شده از تبديل درشت دانگي و رشد و ناهمگن فازهاي ناخواسته و عدم توزيع يكنواخت دانه‌ها و فازها و…

2 ـ تشخيص تقريبي تركيب شيميايي آلياژ از طريق بررسي ساختار دروني و استفاده از دياگرام فازي آن آلياژ كه اين هدف بيشتر زماني لازم مي‌شود.

3 ـ بيشتر از روش ماكروسكوپي استفاده مي‌شود و كمكي‌هاي آزمايشگاه انجماد است و عبارت است از كنترل نحوه و نوع انجماد رشد ماكروسكوپي دانه‌ها و رابطه با شرايط ريخته‌گر آن آلياژ كه كنترل آن مي‌تواند در بهبود خواص مكانيكي و سلامتي قطعه ريخته‌گر مؤثر باشد.

لازم به ذكر است كه بين اهداف گفته شده هدف اول بسيار مهمتر است.

و آن را به دو بخش اصلي تقسيم مي‌كنيم:

1 ـ جنبه تكنولوژيكي

2 ـ جنبه متالوژيكي

متالوگرافي آلومينيوم

موضوع آزمايش: بررسي زيرساختار آلومينيوم و نحوه دانه‌بندي آن حين انجماد در قالبهاي مختلف

هدف : مشخص نمودن فازها و دانه هاي مختلف موجود در ساختار ماكروسكوپي AL ونمونه اي از جنس AL در قالب ماسه اي سرد شده كه داراي درجه خلوص بالايي مي‌باشد

را تهيه مي‌كنيم قطعه را كه با اره برش زده‌ايم مراحل سوهان كاري انجام داده سپس بعداز گونيازدن قطعه را توسط سمباده‌هاي نرم دقيق صيقل مي‌دهيم  آلومينوم به دليل وجود خشهاي ايجاد شده توسط سمباده در متالوگرافي و بعد از اين نتيجه مطلوبي مي‌دهد نيازي به پوليش كاري ندارد نمونه را در محلول اچ قرار مي‌دهيم و پس از ظاهر كردن دانه‌هاي آن يعني آلومينيوم خالص در سطح نمونه با چشم غيرمسطح ديده مي‌شوند پس از برداشتن نمونه از داخل محلول اچ شكل ماكروسكوپي نمونه به شرح مقابل مي‌باشد اين ساختار ستوني درشت ناميده مي‌شود.

همانند تهيه آلومينيوم خالص كه درقالب ماسه‌اي سرد شده نمونه را در قالب فلزي كه سرعت سرد شدن آن زياد است تهيه و پس از سوهان كاري و گونياكردن و نيز سمباده و قرار دادن در محلول اچ آن مشاهده و به شكل زير مي‌باشد. اين زيرساختار عمودي درشت ناميده مي‌شود.

اگر آلومينيوم خالص را در قالب فلزي با استفاده از مواد جوانه‌اي سرد كنيم شكل آن به صورت مقابل بوده و دانه‌بندي آن به نام محوري ريز مي‌باشد.

بحث و نتيجه‌گيري :

با تحقيق و جستجو بر ساختار متالوگرافي آلومينيوم 9/99 خالص و در حالتهاي مختلف فوق كه در سرعت و نيز استفاده از موارد جوانه زا صورت گرفته است. به اين نتيجه پي مي‌بريم كه هرگاه آلومينيوم در قالب ماسه‌اي سرد شود دانه‌هاي ماكروسكوپي آن ستوني درشت بوده و هرگاه سرعت سرد شدن آلومينيوم كه در قالبهاي فلزي باشد دانه‌هاي ماكروسكوپي آن محوري ريز مي‌شوند و اگر به همين آلومينيوم در قالب فلزي سرد شده مواردجوانه زا بيفزاييم دانه‌هاي محوري ساختمان ماكروسكوپي آن خيلي ريزتر مي‌شوند پس مي‌توان به اين نكته دست يافت كه موارد جوانه زا در استحكام و مقاومت فلزات تأثير بسزايي داشته و اين به علت ريز كردن دانه‌هاي آن فلز (خالص 99/99 AL) مي‌باشد.

چدنها:      Castiron

چدن‌ها آلياژهاي آهن و كربن هستند كه حاوي تعداد ديگري عناصر آلياژي مانند سلييم، منگنز، گوگرد و فسفر هستند.

تركيب يوتكتيك چدن‌ها شامل گرافيت يا كاربيد آهن و آستين است كه در ادامه سرد شدن فاز استيت به فازهاي ديگر تبديل مي‌شود و به همين ترتيب عوامل مهم ديگري كه خواص چدن هاي ريخته‌گري به توسط آن‌ها تعيين مي‌گردد.

مقدار، اندازه شكل و توزيع گرافين‌ها است يا به عبارت ديگر كنترل عوامل نام برده مهمترين اصل در توليد چدن ها است.

تغيير عواملي از قبيل تركيب شيميايي، نحوة جوانه‌زني، سرعت انجماد در چدن‌ها و نيز تأثير برخي عناصر آلياژي در مقادير بحراني باعث تغيير زيادي در نوع شكل اندازه و توزيع گرافين ها مي‌گردد.

در صورتي كه ميزان كربن معادل برابر403% باشد ساختار يوتكتيكي تمام سطح مقطع را اشغال مي‌كند و اگر مقدار آن كمتر از 403% باشد چون مزبور ساختاري قبل از يوتكتيكي داشته و حاوي ساختار يوتكتيكي ، گرانيت و آهن مي‌گردد و به همين ترتيب در چدن‌هاي بعد از يوتكتيكي گرانيت‌هاي ورقه‌اي بزرگ باعث نرم و ضعيف تر شدن چدن مي‌گردد.

شماره آزمايش : 2

عنوان آزمايش: چدن خاكستري كم كربن هيپويوتكتيك

ابزار و مواد: اره، گيره، سوهان، سمباده، محلول اچ، ميكروسكوپ، يك قطعه چدن خاكستري.

مقدمه:

چدن خاكستري از آلياژ آهن و كربن كه حدود 2% بيشتر باشد و يا سرعت سرد كردن پايين و يا سلسيم كه باعث ناپايداري سمنتيت مي‌شود چدن خاكستري توليد خواهد شد حال اگر مقدار كربن آن كمتر از 4 /3 باشد چدن خاكستري كم كربن بدست مي‌آيد كه ريخته گري را نسبت به فولاد ها دارد كه ممكن است داراي زمينه فريت و پرليتي باشد.

روش آزمايش:

در اولين مرحله بريدن نمونه از قطعه مي‌باشد و بعد از آن به وضوح و نرمي‌و خوشتراشي آن پي مي‌بريم بعد از بريدن سوهان كاري آن نيز به راحتي انجام مي‌شود. بعد از سوهان كاري و پوليش كاري (قبل از اچ كردن) بزرگ نمايي به صورت رگه‌هاي نامنظم سمباده سفيد كه همان پرليت است مشاهده مي‌گردد.

نمونة زير ميكروسكوپ مي‌گذاريم در اولين نگاه خطوط جدايش از حد سمباده و دستگاه پوليش مانع از ديدن گرافيت هاي آن مي‌شد. پس از حدود پنج الي هفت ثانيه در محلول نايتال براي اچ كردن كردن فرو مي‌بريم بعد از درآوردن از محلول و شستن قطعه آن را زير ميكروسكوپ گذاشته و زمينه را مشاهده مي‌كنيم.

و پس از اتمام مرحله اچ كردن مشاهده مي‌گردد كه حاوي گرافيت‌هاي ورقه‌اي با زمينه‌اي كاملاً پرليتي و فسفيديوتكتيكي است و ساختار دندريتي مربوط به آستينيت هاي اوليه به طور كاملاً ضعيفي در آن ديده مي‌شود.

وقتي با بزرگ نمايي 40 آن را مورد بررسي قرار دهيم شكل (2) در روي سطح قطعه قطعه هاي پراكنده سفيدو براق مشاهده مي‌شوند كه همان فريت است اين نقاط در زمينه سياه پراكنده قسمتهايي از اين نقاط سياه و پررنگ تر از ساير قسمتها ديده مي‌شود كه اين همان گرافيت كيش است سپس نمونه را با بزرگ نمايي 1000 مورد بررسي قرار مي‌دهيم.

شكل 3 در اينجا فاز سفيد همچنان باقي است و گرافيت كيش به صورت فاز سياه است اما زمينه سياه در

بحث و بررسي در مورد چدن‌هاي خاكستري

با انجام عمليات پوليش اچ  و آزمايش‌هاي ميكروسكوپي به ماكروسكوپي عادي نمي‌توان شكل دندريت اوليه در چدن‌هاي خاكستري قبل از يوتكتيك را مشاهده كرد اما در صورتي كه نمونه‌اي از چدن با دقت و ظرافت زيادي سمباده و پوليش گردد. با استفاده از يك منبع نوري و كاهش نورهاي ااضافي و نيز قرار دادن نمونه به طور مناسب ساختار مزبور بر روشني قابل رؤيت مي‌گردد.

مقدار گرافيت‌هاي ورقه‌اي مهمترين عامل است كه بر روي استحكام و خواص ديگر چدن خاكستري تأثير مي‌گذارد و تغيير در آنها علت اصلي تغيير استحكام چدن‌ها است. ساختار زمينه در صورتي پرليتي كامل است كه مقدرا سيليسيم كمتر يا منگنز زيادتر باشد و به همين ترتيب بر اثر وجود مقادير بسيار كم و جزئي از عناصر پايداركننده پرليت از قبيل: آرسنيك، كرم ، مس، نيكل، و قلع در مواد اوليه يا قراضه‌هاي برگشتي مي‌توان زمينه كاملاً پرليتي بدست آورد.

در مورد چدن‌هايي كه داراي استحكام كمتري هستند ساختار زمينه داراي اهميت كمتري نسبت به نوع گرافيت‌ها در چدن است در صورتي كه در چدن ها با استحكام و مقاومت زياد نوع ساختار زمينه اهميت زيادي دارد. به طوري كه در چنين مواردي سعي مي‌شود تا ساختارهايي كاملاً پرليتي ويا بينايتي توليد گردد.

و از جمله موارد ديگر كه مي‌توان در مورد آن بحث كرد اين است كه خواص مكانيكي و كششي از جمله مدول كش ساني آن كم است و سطح ماشين كاري آن پرمنفظ است (صاف و براق نيست) در اين چدن‌ها نسبت وجود گرافيت‌هاي بزرگ كيش قابليت انتقال خوبي دارند كه در قطعاتي كه در آنها نياز به انتقال دارد بالا مي‌باشد مانند قالب، شمش‌ها و .. استفاده مي‌شود.

آزمايش شماره 3

عنوان آزمايش:

بررسي زيرساختار چدن خاكستري پركربن هيپريوتكتيك

ابزار و ومواد مورد نياز: اره، سوهان، سمباده، يك تكه چدن خاكستري پركربن، محلول اچ، ميكروسكوپ

تئوري آزمايش:

در اين روش پس از انتخاب قطعه موردنظر و بريدن نمونه و سوهان كاري آن ابتدا با سوهان درشت و سپس سوهان نرم و گونيا كردن قطعه نمونه خود را با سمباده كاري به ترتيب با شماره‌هاي 1500 – 1200 – 1000 – 800 – 600 – 400 – 240 سمباده كاري مي‌نماييم كه البته به علت وجود نداشتن سمباده 1500 و كم بودن سمباده 1200 ما مجبور شديم كه نمونه‌هاي خود را با سمباده 1000 سمباده كاري كنيم بعد از سمباده كاري با دستگاه پوليش آن را پوليش مي‌كنيم كه لازم به ذكر است كه بايد از تميز بودن دستگاه پوليش اطمينان حاصل كنيم. كه در صورت كثيف بودن بايد نمره آن را شسته و يا آنر ا عوض كرده و سپس نمونه را در زير ميكروسكوپ قرار دهيم در اينجا نيز خطوط ناشي از سمباده كاري و پوليش كاري غلط ايجاد مزاحمت مي‌كرده اما مي‌توانستيم گرافيت‌هاي بزرگ آن را مشاهده كنيم.

شكل 1 بعد از مشاهده نمونه آن را در داخل محلول نايتال به مدت 5 الي 7 ثانيه قرار مي‌دهيم و پس از اچ آن آنرا شيشه و پس آن را زير ميكروسكوپ قرار داديم. كه در اين زمينه فريت و پرليت مشاهده گشت رگه‌هاي تيره رنگ هم در زمينه مشاهده مي‌شود كه همان گرافيت كرمي‌شكل است.

تجزيه و تحليل:

اين چدن‌ها بعلت و جود گرافيت داراي توضيح يكنواخت گرافيت مي‌باشد كه از قابليت ماشين كاري خوبي و ريخته‌گري انها به خاطر وجود ناخالصي‌ها بهتر است هر چه كربن كمتر باشد زمينه فريتي و چدن نرمتر است.

از اين آزمايش به اين نتيجه رسيديم كه چدن خاكستري با ميزان كربن كمتر داراي ماشين كاري مطلوب مي‌باشد و نسبت به بقيه چدن‌ها نرمتر است.

چدن خاكستري قبل از اچ

چدن خاكستري بعد از اچ

آزمايش شماره 4

موضوع آزمايش: بررسي بر ساختار چدنها

هدف:

مشاهده ريزساختار چدن ها نوع گرافيت، نحوه توزيع اين گرافيت ها شكل را داده اين گرافيت ها و پرورش درصد كربن در آنها با كمك ازياگرام SI- C- FE

وسايل مورد نياز:

اره گيره ـ سوهان ـ سيمان ـ دستگاه پوليش ـ خمير پوليش ـ محلول ـ اچ (نيكران)

الف ـ آماده سازي نمونه چدن خاكستري

شرح آزمايش:

ابتدا قطعه استوانه‌اي شكل كه از جنس چدن خاكستري مي‌باشد توسط نمونه‌اي اجرا مي‌كنيم نمونه را به گيره بسته و سطح آن را كاملاً گونيا مي‌كنيم كه اين عمل از سوهان كاري دقيق حاصل مي‌گردد و نمونه را آماده تميز كرده و يك ميان آن را سمباده از كاري حل كنيم عمليات سمباده كاري از شماره 220 كه درشت ترين سمباده است آغاز مي‌شود بعد از بردن خش‌ها و برآمدگيهاي حاصل از سوهان كاري توسط اين سيمان از سمباده شماره 40 و به همين صورت ريزترين سيمان يعني شماره 1000 اين عمل صورت مي‌گيرد را ديگر خش و يا زدني كه با چشم مشاهده شود روي نمونه باقي نمانده بايد توجه داشت هنگام سمباده كاري براي  نتيجه بهتر و سرعت‌هاي بالاتر بايد هنگام سمباده كاري و همواره آب بر روي سطح سيمان ريخته شود تا براده‌هايي را داشته شده را بشويي تا همان از ايجاد خش‌هاي ثانويه بر روي نمونه گردد. نمونه آماده شده توسط سمباده كاري را تميز كرده و در اين مرحله از دستگاه پوليش كاري بايد همواره براكسيد آلومينيوم مخلوط با آب را بر سطح پارچه پوليش بريزيم تا عمليات براق كاري صيقل دادن نمونه با دقت بالايي صورت گيرد پيش از گزاردن عمليات فوق نمونه را با پارچه كاملاً خشك مي‌كنيم و آنر ا از زير ميكروسكوپ قرار مي‌دهيم و مشاهده مي‌كنيم كه اين مرحله فقط موفق به مشاهده گرافيت‌هاي چدن خاكستري مي‌شويم كه نتيجه اين مشاهده به صورت زير مي‌باشد بعدا زمشاهده نوع گرافيت‌هاي اين چدن در ادامه آزمايش براي ظاهر كردن ريز ساختار ميكروسموپي نمونه چدن خاكستري را در محلول اچ فايتال قرار مي‌دهيم و بعد از گذشت مدتي معين، آن وقت كه سطح نمونه كاملاً اچ شده آن را بيرون آورده و با آب شستشو مي‌دهيم نمونه را دوباره با پارچه با دستمال كاغذ كاملاً خشك مي‌كنيم و آن را براي بار دوم ريز ميكروسكوپ قرار مي‌دهيم در اچ مربوطه براي ظاهر شدن كامل و دقيق فازدانه هاي داخل چدن با پر از گونيا بودن نمونه در سطح و صفحه زيرين ميكروسكوپ كاملا مطمئن باشيم براي اطمينان كامل از اين موضوع نمونه را طوري داخل ضمير مخصوص قرار مي‌دهيم كه سطح آن روبر بالا باشد بعد با گذشتن روي صفحه زيرين ميكروسكوپ و قرار دادن يك مقدار بر روي آن و اعمال فشار توسط بالين آوردن از ميكروسكوپ از گونيا شدن سطح نمونه كاملا و مطمئن مي‌شويم سپس مي‌توانيم سطح نمونه را مشاهده كنيم در اين مرحله مي‌توانيم به راحتي فازهاي موجود در چدن را مشاهده كنيم.

بحث و نتيجه‌گيري

از مشاهده سطح نمونه بعد و قبل از اچ مي‌توان نتيجه گرفت كه در ساختار چدن هاي خاكستري خطوط سياه رنگ نشانگر گرافيتهاي ورقه‌اي مي‌باشد كه اين گرافيت‌ها در چدن‌ها باعث ايجاد و قابليت هاي مختلف از قبل جذب صدا و ارتعاش ماشين كاري مناسب و از طرفي باعث انبساط قطعه در حين انجماد و پايين آوردن استحكام كششي قطعات مي‌گردند بر در اين مورد مي‌توان نتيجه گرفت كه بايد اين گرافيت‌ها زياد درشت نباشد تا استحكام كششي قادر بر وجود آوردن فازهاي ديگر بصورت سفيد و سياه سفيد مشخص مي‌شوند هر يك به ترتيب نشانگر وجود فريت و بريت در اين چدن مي‌باشند.

پرليت با نرمي‌خواص همواره با بريت كه سخت و شكننده مي‌باشد فازي با مقاومت به سايش مطلوب همواره با ماشين كاري خواص را ايجاد كرده اند

ب ـ آماده سازي نمونه چدن را داكتيل و گرافيت كروي

از يك قطعه چدن داكتيل ساخته شده را توسط يك نمونه مي‌بريم سطوح آن را توسط سوهان كاملاً گونيا مي‌كنيم و يكي از اين سطوح را سمباده كاري كرده تا آن را براي مرحله پوليش كاري آماده كنيم سطح سمباده كاري شده را بر روي پارچه پوليش قرار داده و دستگاه پوليش را روشن مي‌كنيم عمل پوليش كاري مطلوب گشته به ميزان فشاري وارد كه ما درطول معين به نمونه وارد مي‌آوريم اين فشار بايد از مقادير بالايي رفع خش‌هاي بزرگتر تا مقادير پائين براي ظرفيت كاري در فرضش‌هاي كوچكتر صورت مي‌گيرد. نمونه آماده شده را با پارچه كاملاً خشك مي‌كنيم و آنرا در زير ميكروسكوپ مشاهده مي‌كنيم كه در صفحه بعد ديده مي‌شود كه گرافيت در اين چدن نمونه را در زير ميكروسكوپ برداشته و داخل محلول اچ نايتال بايكرال قرار مي‌دهيم پس از گذشت مدتي معين و زماني كه از اچ شدن آن تعيين مقدار كرديم آنرا برداشته و با آب شستشو مي‌دهيم. سپس نمونه آماده شده را با پارچه كاملا خشك كرده و نتيجه مشاهده سطح نمونه در اين مرحله به شكل صفحه بعد مي‌باشد.

آزمايش شماره 5

عنوان آزمايش:

بررسي زيرساختار چدن داكتيل

ابزار و مواد آزمايش:

سوها، اره ، سمباده شماره‌هاي مختلف ، گيره، يك قطعه چدن داكتيل، محلول اچ

مقدمه:

چون داكتيل كه در ايران به نام هاي چدن نشكن، گرافيت كروي، چدن چكشخوار يا گرافيت چشم گاوي و سد نام لاتين، داكتيل، SP و نودولار ناميده مي‌شود كه در آن گرافيت توسط عناصر اضافه شده از قبيل منيزيم، استرانسيم، كه باعث تغيير شكل گرافيت از حالت ورقه‌اي به كروي مي‌شوند بدست مي‌آيد.

تئوري آزمايش

ابتدا يك قطعه چدن داكتيل را توسط سوهان به صورت گونيا درآورده و سپس توسط سمباده هاي موردنياز سطح آن را صيقل داده و بعد از اتمام مراحل سمباده كاري بعد از اره كاري و سوهان كاري از مقاومت به سايش بهتر اين چدن ها نسبت به چدن‌هاي خاكستري پي مي‌بريم اما نسبت به چدن هاي سفيد نرمتر مي‌باشند لذا پس از سمباده كاري  گونيا كردن و پوليش كاري و قبل از اچ كردن آن را زير ميكروسكوپ قرار مي‌دهيم.

شكل 1 كه در زيرميكروسكوپ گرافيتهاي آن به صورت كروي در اندازه‌هاي مختلف غالباً كوچك و بزرگ و به طور پراكنده ديده مي‌شود و بعد از مشاهده گرافيتها نمونه را مدت 5 الي 7 ثانيه (تا سطح قطعه تيره شود) در محلول نايتال اچ كردن قرار مي‌دهيم و سپس بعد از شستن قطعه و خشك كردن سطح آن مجددا براي مشاهده زمينه نمونه را در زير ميكروسكوپ قرار مي‌دهيم. با بزرگ نمايي هاي مختلف آن را مورد بررسي قرار مي‌دهيم ابتدا با بزرگنمايي 100 (شكل 2) كه زمينه‌هاي سفيد شبيه ستاره هاي دريايي را مشاهده كرديم كه اطراف آن سياه رنگ بوده و البته در اين زمينه نيز نقاطي تيره تر از ساير نقاط هستند كه زمينه سفيد رنگ همان فريت است كه در اينگونه چدن ها بيشتر از چدن هاي خاكستري پر كربن مشاهده مي‌شد و نقاط تيره گرافيت هاي كروي هستند كه با بالا بردن بزرگ نمايي ميكروسكوپ حدود 500 مشاهده كرديم كه فاز فريت همچون سفيد رنگ ولي زمينه سياه رنگ ورگه هاي نامنظم سفيدرنگي مشاهده مي‌شد كه همان پرليت بود كه با تمركز بر روي نقاط تيره تر به سختي مي‌توان مشاهده نمود كه دو گرافيت با هاله‌اي از نوبت احاطه شده است به همين دليل به اين نوع چدن چشم گاوي گويند. اين چدن بعد از چدن خاكستري بيشترين ميزان مصرف را دارا مي‌باشد قابليت ماشين كاري هاي دارند زمينه اين نوع چدنها فريتي ـ پرليتي را مخلوطي از هر دو مي‌باشد.

نتيجه:

اره كاري يو سوهان كاري اين چدن ها نسبت به چدن هاي سفيد راحتر است اما استحكام آن ها در برابر ضربه وكشش بيشتر است

چدن داكسيل داراي دو نوع چدن با زمينه فريت و چدن با زمينه پرليت كه چدن با زمينه فريت از استحكام كمتر ولي انعطاف پذيري بيشتر دارا است.

تچزيه و تجليل: عدم دقت در سرعت سرد كردن و عناصر آلياژي كروي كننده مي‌تواند باعث عدم كروي شدن كامل گرافيت هاي آن شود.

اينگونه چدن‌ها از قابليت انعطاف پذيري خوبي برخوردار هستند مقاومت به كشش آنها بسيار مطلوب است از اين چدنها در ساختار لوله‌ها اتصالات لوله ها و برخي از چرخ‌ها استفاده مي‌شود.

اندازه گرافيت كروي كه بر روي خواص مكانيكي تأثير مي‌گذارند تحت تأثير روتين زير است.

الف ـ سرعت سرد شدن

قطعات ريخته گري شده كه داراي مقاطع نازكي هستند با سرعت زيادي تري سرد مي‌گردند و در نتيجه اندازه گرفيت‌هاي كروي كوچكتر شده و تعدا د آنها در سطح مقطع افزايش پيدا مي‌كند.

ب ـ تلقيح SI با تلقيح تعداد گرافيت‌هاي كروي افزايش پيدا كرده و تمايل به ايجاد كاربي در مقاطع نازك تر قطعه كاهش مي‌يابد. به همين ترتيب با افزايش مقدار عامل جوانه زا تعداد گرافيت هاي كروي نيز افزايش پيدا مي‌كند.

شماره آزمايش : 6

عنوان آزمايش: بررسي ريزساختار چدن ماليابي

وسايل و مواد موردنياز: تيغ اره، سوهان، سمابده در شماره‌هايي مختلف ، محلول اچ، ميكروسكوپ

مقدمه

اصولاً چدنهاي ماليبل چدنهاي قبل از يوتكين كه آلياژي يا غيرآلياژي هستند كه به منظور ايجاد گرافيت‌هاي كروي فشرده در آن و نيز دسترسي به مجموعه اي ازاستحكام و نرمي‌تحت عمليات و تابكاري قرار مي‌گيرند.

قطعات چدنهاي ماليبل ابتدا به صورت چدن سفيد ريخته گري مي‌شوند بدين علت كه تمام كربن در اين چدن در شرايط سياه تاب كاري به شكل تركيب بوده پس در مرحله عمليات حرارتي با حرارت دادن تا منطقه آستينيت و نگهداري قطعه به مدت كافي در اين درجه حرارت آهن در آن تجرزيه گرديده چون مالبل بدست مي‌آيد. حرارت دادن قطعات تامنطقه فريت باعث تجمع كربن در مناطق مختلف گرديده و پس از مدت زمان معين كربن به شكل نرمكي در زمينه‌اي آبتني تشكيل مي‌شود بالاخره ادامه قابكاري و استفاده از يك عمليات حرارت مناسب و همچنين سرعت سرد كردن مي‌توان ساختار زمينه چدن را از فوليت كامل تا يك ساختار پرليت تغيير داد.

تئوري آزمايش

ابتدا يك تكه چدن ماليبل را توسط سوهان به صورت گونيا درآمده و پس توسط سمباده‌هاي موردنياز سطح آن را سيقلي داده و بعد از اتمام مراحل سمباده كاري آن را پوليش كرده و سپس در محلول اچ قرار داده و بعد ا زحدود ده دقيقه آن را برداشته و توسط آن بيشتر و در زير ميكروسكوپ قرار داده كه فازهايي زير آن مشاهده گرديد.

تجزيه و تحليل چدن ماليبل

چدن ماليبل همان چدن سفيد است كه در حالت سفيد منجمد مي‌شود و بعدا عمليات حرارتي به دو نوع چدن ماليبل بازمينه فريتي و چدن با زمينه پرليتي يا مغز سياه يا چدن آمريكايي كه تعميم مي‌شود در اين چدنها كربن 5/2 درصد و Si حدود 1% مي‌باشد مقدار سليسيم كه از تشكيل گرافيت لايه در حينت ريخته گري جلوگيري مي‌كند اما براي مانع شدن قطعات تابكاري سيليسيم را در محدوده مورد نظر مي‌گيرند.

حرارت دادن مجدد چدن‌هاي ماليبل سفيد آنيل شده تا درجه حرارت 870 – 820 درجه سانتيگراد كوينچ كردن انها در هوا با دريك مالين و بالاخره بازپخت كردن آنها باعث بهبود خواص مكانيكي زيادتر شدن چگونگي و قابليت چكش خواري و چدن‌هاي ماليبل موردنظر مي‌گردد. عمليات حرارتي است كه در مورد چدن‌هاي ماليبل نقره سياه تعريف ميشود در يك اتمسفر خنثي مورد استفاده قرار مي‌‌گيرند و در اين حال اختلاف غلظت كربن در ضخامت قطعه كاهش پيدا كرده در قسمت هاي مركزي فاز فريت از بين مي‌رود.

برررسي ساختار چدن سفيد

مقدمه

چدن سفيد آلياژي از آهن – كربن به ميزان بيش 7/1% كربن در سيستم نيمه پايدار مي‌باشد كه يا به حالت وجود عناصر آلياژي كرم ـ واترايم ـ گوگرد ـ موليبدن ـ و يا سرعت سرد كردن بالا به چدن سفيد تبديل مي‌شود و نام چدن از سطح قطع آن كه بصورت سفيد و بلورين است گرفته شده است. رنگ سطح سفيد شكست به علت عدم وجود گرافيت از زمينه است. تفاوت چدن سفيد با چدنهاي خاكستري در اين است كه در چدنهاي سفيد گرافيت آزاد بندرت وجوددارد و كربن بصورت فاز سمنتيت وجود دارد كه بدليل وجود همين فاز چدن فوق‌العاده سخت  است و چدن نسبت به دو گروه را برتكنيك هيپويوتكتيك و  تقسيم بندي مي‌شوند.

چدن سفيد

تئوري آزمايش:

ابتدا يك تكه چدن سفيد را توسط سوهان به صورت گونيا درآورده و سپس توسط سمباده لازم سطح آن را سيقل داده و پس از اتمام مراحل سمباده كاري آن را پوليش كرده و سپس در محلول اچ قرار داده و بعد از حدود ده دقيقه آنرا برداشته و توسط آب تميز شسته و در زير ميكروسكوپ قرار مي‌دهيم كه فازهاي زير ظاهر مي‌شود: اين چدن كربن داراي ساختار يوتكتيك در لدبوريت شامل كاربين آهن در زمينه‌اي از پرليت است

روش آزمايش

ابتدا قطعه موردنظر را از قطعه اصلي جدا مي‌كنيم و بوسيله سوهان شروع به سوهان كاري مي‌كنيم در اولين لحظات سوهان تنش به سختي فوق االعاده بالاي چدن سفيد مي‌بريم كه گوئي از چنين فولاد سوهاني نيز سخت تر است. پس از ساعتي سوهان كربن بالاخره سطح قطعه صاف مي‌گردد و آنرا توسط سمباده به حالت صيقل درآورده بعد آنرا به صورت 3 دقيقه درون ناتيال قرار مي‌دهيم.

نتيجه گيري

كربن در چدن سفيد بصورت Fe3L وجود دارد كه بسته به ميزان آن بصورتهاي مختلف رسوب مي‌كند قطعه مورد آزمايش به علت وجود تغييرهاي نسبت چدن نيوهيپريوتكنيك ميباشد كه كربن آن بيش3/4 درصد كربن است كه به حالت وجود كربن بيش از3 / 4 ابتدا نيست بصورت متغيرهاي جداشده بعد از رسيدن كربن مذاب به 3 / 4 نيز تبديل به پرليت مي‌شود.

چدن نيز داراي سه نوع ساختار مي‌باشد.

1 ـ چدن سفيد هيپريوتكتيك مي‌باشد كه ميزان كربن كمتراز  3 / 4 % كربن است اين نوع چدني داراي نقطه ذوب بيش از چدن سفيديوتكتيك مي‌باشد كه چدن زمان زيادي باري باريزي دارد كراتيها بزرگ مي‌شوند و دردماي محيط فاز آستنيت به پرليت تبديل مي‌شود وبقيه سطح آستنيت مي‌باشد چدن سفيد يوتكنيك كه داراي كربن معادل 3 / 4% است كه داراي نقطه ذوب كمتر از ساير انواع چدنهاي سفيد است در مذاب اينگونه چدنها ابتدا نسبت در زمينه فريت مي‌زند بعد از انجام جوانه هاي بر برليت تبديل شده سطح بدست آمده پلنگي است.

فولادها

مقدمه:

بر مبناي يك تعريف قديمي‌فولادها، آلياژهايي از آهن و كربن مي‌باشند كه مقدار كربن در آنها تا حدود 7/1% متغير بوده و در آنها عناصر را نظير، منگنز، سيليسيم در مقادير كمتر از 1% و فسفر و گوگرد در مقادير جزئي و همچنين عناصري نظير كرم، نيكل و موليبدن به عنوان عناصر آلياژي وجود دارند.

داشتن استحكام بالا و قابليت انعطاف پذيري خوب فولادها را از ديگر آلياژها و مواد غيرفلزي متمايز مي‌سازد و فولادها در مقابل اعمال كنش هاي متغير و نيز ضربه‌ايي بسيار مقاوم است. استحكام كششي آنها از 400 تا 2000 تغيير مي‌كند.

مقدمه

فولادهاي ساده كربني به فولادهايي گفته مي‌شود كه درصد آلياژي آنها بسيار جزئي مي‌باشد.

اين گونه فولادها بيشترين ميزان مصرف را در انواع فولادها دارا مي‌باشند. اين دسته از فولادها به سه دسته تقسيم مي‌شوند كه در برگه بعدي توضيح داده شده است.

باتوجه به كاربرد وسيع  آلياژهاي آهني (چدن و فولاد) در صنعت مي‌توان به اهميت اين هدف در زندگي بشر پي برد. آهن كه بصورتخلص عنصري بسيار نرم و انعطاف پذير است در طبيعت بصورت سنگ آهن يافت مي‌شود كه سخت و شكننده مي‌باشد. ميل تركيبي آهن با ديگر عناصر بخصوص كربن كه تأثير بسيار در سختي و ترد و شكننده بودن آن دارد.

موضوع: بررسي ساختار ميكروسكوپي فولادهاي ساده كربني

مقدمه: فولادها Stcell

تعريف : آلياژهايي كه درصد كربن در آن بين 06/2 – مي‌باشد به آن فولاد مي‌گويند.

فولادهاي كربني C نوع مي‌باشند.

هيپريوتكتوئيدي 8/0 – 0 درصد كربن

يوتكتوئيدي 8/0 درصد كربن

هيپريوتكتوئيدي 06/2-8/0 درصد كربن

نمودار تعادلي آهن ـ كاربرد آهن با نام هاي معمولي براي مختلف

فولادهاي هيپوريوتكتوئيدي

ميزان كربن در اين آلياژها بين 8/0-25/0 درصد مي‌باشد. در اين آلياژ با رسيدن درجه حرارت به درجه تحول ابتدا فريت اوليه از آستنيت جدا مي‌گردد كه باتوجه به حلاليت كمتر فريت براي عنصر كربن كاهش بيشتر درجه حرارت ضمن افزايش مقدار جامد فريت موجب آن مي‌شود كه آستنيت باقيمانده در آن از كربن غني گردد. اين مهم تا بدينجا ادامه مي‌يابد كه با رسيدن به درجه حرارت يوتكتوئيد آستنيت متحول خواهد شد.

بدليل ترتيب ساختار چندين آلياژي درجه حرارت پايين تر از درجه حرارت يوتكتوئيد از فريتها اوليه همراه با مخلوطي از فريت و سمانتيت يوتكتوئيد كه پرليت ناميده مي‌شود خواهد بود.

بطور خلاصه اگر فولاد هيپويوتكتوئيد را سرد كنيم فريت در مرز دانه‌هاي اشينت رسوب كرده و در همه جاي آن يكسان مي‌باشد.

نام گزارش: بررسي زمينه و ساختار فولادهاي ساختماني

وسايل موردنياز: ميلگرد آجدار ـ اره آهن بر ـ سوهان ـ گيره ـ سمباده در اندازه هاي مختلف محلول اچ و ميكروسكوپ هدف آزمايش: مشخص كردن درصد كربن در فولادهاي هيپو و تأثير آن بر شكل فرضيه آنها

تئوري آزمايش

ابتدا يك نمونه از فولاد موردنظر را با اره از قطعه جدا مي‌نمائيم. در اره كاري به اين نكته پي مي‌بريم كه فولاد آجدار از نمره بيشتري نسبت به فولاد ساده برخوردار باشد. دو سر هر دو نمونه را كاملا گونيا كرده كه اين عمليات توسط سوهان كاري صورت مي‌گيرد. سپس يك سطح نمونه را توسط سمباده درشت سمباده كاري مي‌كنيم تا اثر سوهان از بين برده سپس از سمباده‌هاي نرمتر استفاده مي‌كنيم تا تمام خش ها بين برود  سطحي صاف بوجود آيد.

بايد به اين نكته توجه داشت كه در حين سمباده كاري در هر مرحله همواره آب بايد به سطحي سمباده ريخته شود تا براده هاي برداشته شده باعث خش مجدد در غرفه نشود.

بعد از اتمام سمباده كاري براي از بين بردن، ناهمواري هاي بسيار ريز از دستگاه پوليش استفاده مي‌كنيم و سطح نمونه را كاملا صيقل مي‌دهيم به طوري كه كاملا فرد را منعكس كند. پس از اتمام عمليات فوق نمونه را كاملا خشك كرده و سطح پوليش شده را داخل محلول اچ نگه داشته تا مدتي اندكي تا دانه هاي آن ظاهر شود. سپس به سرعت سطح نمونه را توسط آب مي‌شوئيم و پاك مي‌كنيم. نمونه را زير ميكروسكوپ مي‌بريم و مشاهده مي‌نمائيم كه حاصل بصورت زير است:

باتوجه به شكل زمينه‌هاي فولادي با درصدهاي مختلف از كربن در دياگرام آهن كربن مي‌توان دريافت كه اين زمينه ها مربوط به فولادهاي هيپويوتكتوئيد داراي 4/0% و 6/0% و 37% درصد كربن مي‌باشد.

بحث و نتيجه گيري

با انجام آزمايشات فوق و مشاهدات بعمل آمده قطعه داراي 4/0% كربن مي‌باشد.

كه در ساختار فولادهايي با ميزان 4/0% كربن ميزان فريت 48% و پوليت 52% مي‌باشد.

چون ميزان فريت يا آهن خالص تا حد نصف مي‌باشد. فرعي و سختي پذيري مطلوب به همراه سختي پوليت  شرايط مطلوب را از لحاظ سختي آلياژ فراهم مي‌آورد.

فولاد ساده 37/ درصد كربن

فولاد آجدار 4/0 درصد كربن

فولاد ساده 6/0% كربن

نام گزارش: تحقيق و بررسي زمينهاي فولادهاي ابزار

وسايل موردنياز: سگ دستي (100% پرليت) سمباده نرم و درشت، پوليش، محلو لاچ –ميكروسكوپ

هدف آزمايش: مشخص كردن درصد كربن در فولادهاي يوتكتوئيد و دانستن دليل سختي و شكنندگي و مقاومت بر سايش آنها

تئوري آزمايش: نمونه سگ دستي را كه بعد از جدا كردن از قطعه تهيه كه دم آن را سمباده كاري مي‌كنيم.

همانگونه كه قبلا هم گفته شده با شستشوي سطح سمباده ها از ايجاد خش ثانويه جلوگيري مي‌كنيم و آنرا براي پوليش كردن آماده مي‌سازيم. سپس هر يك را جدا از سكوهاي قبلي بعد از سمباده كاري پوليش كرده و كاملاً صيقل مي‌دهيم و سطح آينه ايي را در آن ايجاد مي‌كنيم. سپس نمونه را در محلول اچ قرار داده و پس از گذشت مدتها به سرعت با آب شستشو مي‌دهيم تا كاملاً عاري از محلول شوند. نمونه را با پارچه پاك كرده و آنرا زير ميكروسكوپ مشاهده مي‌كنيم كه نتايج ا ين مشاهدات در زير ميكروسكوپ نشان داده شده است. چون زمينه داراي 100% پرليت مي‌باشد مي‌توان گفت كه اين فولادها داراي 8/0% كربن حاصل پرتكتوئيدي مي‌باشند و به آنها فولادهاي يوتكتوئيدي گفته مي‌شود . فقط ميزان ناچيزي از دانه‌هاي فريتي در آن وجود دارد كه در نقاط مختلف پراكنده اند.

بحث و نتيجه گيري

در اين فولادها همانگونه كه در زمينه مشاهده مي‌شود و لايه هاي Fe3l و فريت موجود باشد كه در مجموع زمينه ايي 100% پرليت را تشكيل مي‌دهند اما اين لايه‌ها در بعضي نقاط فشرده و در بعضي نقاط فاصله دار هستند كه اين ناهماهنگي در فولادهاي ابزار در زمينه قطعات مختلف به صورت هاي مختلف مي‌باشند.

پرليت كه فاز را سخت و شكننده است در اين فولادها اجازه انجام عمليات و كارپذيري را نمي‌دهد و توليد قطعات به 8/0% كربن فقط از طريق ريخته گري صورت گرفته مي‌شود كه كاربرد آنها در ساخت قطعات نظير ابزار برش تراوش فلزات، حمل و نقل، راه آهن، دستگاه هاي نورد مي‌باشد.

نام گزارش:, بررسي ساختار فولادهاي هيپريوتكتوئيدي

وسايل لازم: يك قطعه فولاد پركربن ـ دستگاه پوليش ـ سمباده در انواع مختلف ـ سوهان ـ گيره ـ محلول اچ ـ ميكروسكوپ

مقدمه: اين فولادها بين 9/0 تا 4/1 % كربن دارند كه خود اين فولادها نيز به 5 دسته تقسيم بندي مي‌شوند.

1 ـ فولادهايي كه بين 9/0 تا 1/0%كربن دارند.

2 ـ فولادهايي كه بين 1/0 تا 1/1% كربن دارند.

3 ـ فولادهايي كه بين 1/1 تا 2/1 % كربن دارند.

4 ـ فولادهايي كه بين 2/1 تا 3/1 درصد كربن دارند.

5 ـ فولادهايي كه بين 3/1 تا 4/1% كربن دارند.

در اين فولادها هر چه ميزان كربن بيشتر باشد، سختي  وشكنندگي بيشتر مي‌شود.

شرح آزمايش: ابتدا نمونه را كه يك نمونه از تيغ اره هستند آماده مي‌كنيم.

1- تيغ اره نواري

سطح اين تيغ اره كاملاً پرليتي است و سمنتيت بصورت گرايي در مرز دانه‌ها نشسته است. در اين تيغ اره فريت ديده نمي‌شود و از عدم وجود فريت و وجود فريت و سمنتيت مي‌توان به سختي و استحكام بالاي اين نوع از تيغ اره پي برد.

2 ـ تيغ اره برزيلي

بر روي سطح اين تيغ اره بدليل عمليات حرارتي كه روي آن انجام شده فريت در مرز دانه‌ها نشسته البته فريت در روي سطح اين تيغ اره به مقدار زيادي نيست، اما همين مقدار فريت مي‌تواند باعث كاهش استحكام اين نوع تيغ اره كمك كند.

3 ـ تيغ اره ايراني

بر روي سطح اين تيغ اره فريت بصورت لكه ايي در زمينه پرليت ديده مي‌شود البته مقدار فريت در اين نوع تيغ اره بيشتر از نوع بر زمين مي‌باشد و اين دليل بر نرمي‌و استحكام پايين اين نوع از تيغ اره مي‌باشد.

اين آزمايش نيز مانند آزمايش قبلي مي‌باشد بغير از سوهان كاري چون يك تيغ اره نازك نيازي به سوهان كاري و گونيا كردن ندارد. پس اولين مرحله براي تيغ اره سمباده كاري است.

از مرحله سمباده شروع مي‌كنيم تا سطح تيغ اره را سفيد كنيم بعد از سمباده زدن هاي نرم و خشن را درداخل خمير بازي فرو مي‌بريم تا براي مرحله بعد دستگاه پوليش و پوليش كاري آماده شود. بعد از اينكه آن در دستگاه پوليش قرار داديم و سطح آن كاملاً صاف و بدون هيچگونه خنثي بودن را در محلول اچ قرار دهيم و بعد از چند ثانيه قطعه را زير آب برده و كاملاً مي‌شوريم. كه زمينه هاي بدست آمده قعطه در صفحه قبل نشان داده شده است و تصوير متالوگرافي اين قطعه هم نشان داده شده است. 

بحث و نتيجه گيري:

با افزايش كربن روند سختي و مقاومت به سايش آلياژ نيز افزاده پيدا كرده و تأثير آن در زمينه فولادها به گونه‌ايي مي‌باشد كه هر چه ميزان كربن بيشتر شود لايه هاي بيشتر شده تا زماني كه تمام زمينه را فراگيرد و نيز با افزايش كربن ميزان سمنتيت بيشتر شده و همان خواهان سفيدرنگ كه در فولاد 2/1% مي‌باشد. همانطوري كه از فولاد 3/1% كربن مشاهده شده است.