توليد چدن نشكن آستمپر فريتي-آسفريتي با قابليت ماشين‌كاري بالا از طريق انتخاب زمان آستنيته جزئي مناسب

Production of machinable ferritic-ausferritic ADI by selection of proper partially austenitizing time

چدن نشكن آستمپر (ADI) ماده‌ مهندسي شناخته شده‌اي با پتانسيل جايگزيني فولاد آهنگري است. اما كم بودن قابليت ماشينكاري آن موجب شده از سوي برخي سازندگان مورد استقبال قرار نگيرد. بنابراين اصلاح فرايند توليد آن ضروري است تا با كنترل پارامترهاي عمليات حرارتي قابليت ماشينكاري چدن ADI بهبود يابد. اين تحقيق با هدف مشخص نمودن اثر زمان آستنيته جزئي هم‌دما بر نيروي تراشكاري و تعيين زمان بهينه انجام شد. نمونه‌هاي با زمينه فريتي(FDI) در دماي oC 900 به مدت min 5 تا min 60 آستنيته و سپس در نمك مذاب با دماي 370 oC به مدت min 60 آستمپرشدند تا زمينه دوفازي(DMS) با مقادير مختلف فاز آسفريت ايجاد شود. مقدار فازها با آناليز تصويري و سختي آنها به روش برينل تعيين گرديد. مولفه‌هاي نيروي برش با دستگاه دينامومتركيستلر در چند نرخ‌هاي پيشروي مختلف اندازه‌گيري شد. طبق نتايج به دست آمده، با گذشت زمان آستنيته جزئي كسر فاز آسفريت و سختي مطابق مدل جانسون-اورامي زياد شدند. نسبت به نمونه ADI، با افزايش زمان تا min 12، برايند نيروي برش و توان برشي ويژه به ترتيب 50%-40% و 36% كاهش يافت. وابستگي برايند نيروي برش به نرخ پيشروي به صورت يك رابطه تواني با مقدار توان 73 /0، 80 /0 و 85 /0 به ترتيب براي نمونه‌هاي FDI، DMS و ADI تعيين شد. نتايج به دست آمده نشان داد در فرايند آستنيته هم‌دما انتخاب زمان حرارت دهي، نقشي كليدي در دستيابي به چدن ADI با قابليت ماشينكاري مطلوب دارد.

Austempered ductile iron (ADI) is well known as useful engineering material and can compete with forged steel in many applications. But its poor machinability have caused to be not quite welcomed by manufacturers. Therefore, it is essential to modify production process to achieve desire machinable ADI by controlling of heat treatment parameters. The present study was, therefore, performed to clarify the influence of austenitizing time on cutting forces in rough turning operations and to obtain the optimum austenitizing duration of improving the machinability. To attain this goal, the samples of ferritic ductile iron (FDI) were austenitized at temperature of 900 oC for 5 to 60 min, followed by austempering into a salt bath at 370°C for 60 min to produce dual matrix structures (DMS) with different ausferrite volume fractions. Image analysis was employed to quantitatively evaluate the microstructure. The hardness were determined via Brinell test method. As a criteria adopting for machinability, cutting forces measured by Kistler dynamometer. The results indicated that the ausferrite fraction and hardness increased by increasing austentizing time according to the Johnson-Avrami model. Increasing austenitizing time to 12 min resulted in 40-50% and 36% improvement on the resultant cutting force and Specific cutting power, respectively, when compared to ADI. The resultant cutting force was correlated with feed rate as a power model with exponents of 0.73, 0.80 and 0.85 for FDI, DMS and ADI, respectively. Obtained results indicates the selection of proper duration of isothermal austenitizing play the key role to achieve ADI with desire machinability.