ناقشت طالبة الدكتوراه زينب عزيز بطي اطروحتها الموسومة
“Study the Improvement of Mechanical Properties of High Chromium Cast Iron by Isothermal Treatments”
"دراسة تحسين الخواص الميكانيكية لحديد الصب عالي الكروم بواسطة المعاملات ثابتة الحرارة"
والتي أقيمت على قاعة المناقشات/ البناية C/ قسم هندسة المواد/الجامعة التكنولوجية يوم الخميس المصادف 23/1/2020، وقد تشكلت لجنة المناقشة من السادة المدرجة اسماؤهم :
|
|
الاسم الثلاثي |
مكان العمل |
المنصب في اللجنة |
- أ.د. علاء عبد الحسين عطية الجامعة التكنولوجية/ قسم هندسة المواد رئيسا
- أ.د. منى خضير عباس الجامعة التكنولوجية / قسم هندسة الانتاج والمعادن عضوا
- أ.د. احمد عودة جاسم جامعة بابل/ كلية هندسة المواد عضوا
- أ. د. عماد سعدي عبد الكريم الجامعة التكنولوجية / قسم هندسة المواد عضوا
- أ.م.د. محسن طالب محمد جامعة الكوفة / كلية الهندسة/ قسم هندسة الانتاج والمعادن عضوا
- أ.د. علي حسين عتيوي الجامعة التكنولوجية / قسم هندسة المواد عضوا- مشرفا
- أ. م.د. كاظم مطر شبيب الجامعة التكنولوجية / قسم هندسة المواد عضوا- مشرفا
الخلاصة
أن بعض المواد الهندسية معروفة بخصائصها الفائقة في مجال معين، لكن هذا لا يعني أنها لن تتعرض للفشل بعد فترات معينة عندما يتم استخدامها في مختلف التطبيقات وهذا يعني أن هذه المواد بعيدة عن حالة (المثالية) في الخواص فعلى سبيل المثال، الحديد الزهر الأبيض عالي الكروم والمعروف بمقاومته الجيدة للبلى، فانه بمرور الوقت يتعرض للفشل وهذا ما يحدث في مصنع سمنت الكوفة، والذي يستخدم بطانات المطاحن المصنوعة من هذا الحديد. لذلك، من الممكن إجراء تجارب علمية متقدمة لجعل خصائصها أفضل مما كانت عليه. تم تطبيق خمسة معاملات حرارية مختلفة على هذا النوع من الحديد لدراسة تأثيرها على خواصه الميكانيكية. هذه المعاملات هي: 1- التلدين ، 2- التبريد بالهواء ، 3- معاملة ال martempering عند فترات اخماد مختلفة (باستخدام مزيج الهيدروكسيد كوسط اخماد حيث يعتبر كبديل أرخص واكثر تداولا في العراق من مزيج النترات المستخدم في المعاملة العادية و قورنت النتائج للمزيجين) ، 4- العلاج بالتبريد الشديد cryogenic (باستخدام ثلاث اوساط تبريد مختلفة) 5- و اخيرا استخدام معاملة التلدين الدورية. تم اختبار صلادة، متانة، مقاومة البلى وخصائص البنية المجهرية لهذا النوع من الحديد. تم أيضا تصنيع جهاز بلى محلي لقياس مقاومة البلى. استخدمت طرق قياس حيود الاشعة السينية والمجهر الالكتروني والمجهر الضوئي وقياس الصلادة الماكروية (فكرز) واختبار متانة (شاربي) بالاضافة الى جهاز البلى محلي الصنع لدراسة تاثير المعاملات المختلفة على خواص الحديد المذكور. أظهرت النتائج أن كل معاملة أثرت بشكل مختلف على الخواص المجهرية والميكانيكية لهذا الحديد. بعض المعاملات عززت الصلادة ومقاومة البلى بينما عززت المعاملات الاخرى المتانة.
في معاملة ال martempering في خليط النترات، بلغت نسبة زيادة الصلادة حوالي 53٪ والنسبة المئوية لتعزيز مقاومة البلى حوالي 97.5٪ مقارنة بالعينات التي اجريت لها معاملة التلدين ، بينما في معاملة ال martempering عند خليط الهيدروكسيد، فقد بلغت نسبة زيادة الصلادة حوالي 59٪ والنسبة المئوية من تعزيز مقاومة البلى ما يقرب من 93٪. بالنسبة لمعاملة التبريد الشديد ال cryogenic ،تمت ملاحظة ان الكربيدات قد صغُر حجمها بصورة كبيرة جدا مقارنة بمثيلاتها في العينات التي اجريت لها معاملة التلدين وعليه فقد انخفضت صلادتها، لكنها أظهرت سلوكًا غريبًا حيث أنه على الرغم من صلادتها المنخفضة، إلا أنها أظهرت مقاومة بلى أعلى من مثيلتها المجرى لها عملية التلدين. وعليه تم إجراء المزيد من عمليات الفحص على العينات التي تم تعريضها للبلى، فتبين أن الكربيدات الصغيرة جدا والناتجة من معاملة التبريد الشديد قد عادت للنمو مرة اخرى حيث اصبح حجمها كبيرا بصورة ملحوظة وبالتالي فقد أظهرت زيادة في الصلادة وتحسنا في مقاومة البلى . لقد تم استنتاج ان معاملة التبريد الشديد قد قللت حجم الكربيدات بشدة لكنها ايضا حورت البنية المجهرية فتبين ان تصغير حجم الكربيدات كان وقتيا اذ انها سرعان ماعادت الى حجمها بعد ان تعرضت للبلى. وجد ان مقاومة البلى للعينات المعاملة بالتبريد الشديد قد زادت بنسبة حوالي 91٪. بالنسبة لمعاملة التلدين الدوري فوجد انها خفضت من صلادة ومقاومة البلى للحديد الزهر الأبيض العالي الكروم. ووجد أيضًا أن هناك زيادة ملحوظة في قيم الصلادة بحوالي 64٪ بعد تعريضها للبلى بسبب نمو الكربيدات وتحوير البنية المجهرية الذي لوحظ ايضا في العينات المعاملة بالتبريد الشديد.
أخيراً، يمكن أن نستنتج أن المعاملات التي اعطت افضل الخواص الميكانيكية للحديد الزهر الأبيض العالي الكروم هي معاملة ال martempering في المقام الأول ، ثم المعاملة بالتبريد الشديد.
Abstract
Although some engineering materials are known for their superior properties in a particular field, this does not mean that they will not fail after certain periods when they are put into service. This means that they are far from perfection. For example, although high chromium white cast iron is known for its good resistance to wear, but also over time it is subjected to failure and this is what happens in the Kufa Cement Factory, which uses this iron as the liners of mills. Therefore, it is possible to conduct advanced scientific experiments to make its properties better than they were. So, five different heat treatments were applied to this type of cast iron to study their effect on the mechanical properties. These treatments are annealing, air quenching , martempering treatments (using hydroxide mixture as cheaper alternative martempering medium for the ordinary nitrate martempering medium and make a comparison of the results between the two mediums) at different soaking intervals, cryogenic treatments (using three different cryogenic mediums) and cyclic annealing treatment. The hardness, toughness , erosion resistance and microstructure characteristics of this alloy before and after each treatment were investigated. A slurry jet erosion apparatus was locally fabricated to measure the erosive resistance of this alloy. XRD, SEM, Vickers macro hardness, Charpy impact tests and the jet erosion apparatus were used to inspect the different effects of the different treatments used in this work. The results showed that each treatment affects differently on the microstructure and mechanical properties of this alloy. Some treatments enhance the hardness and erosion resistance, while others enhance the toughness. In martempering treatment by nitrate mixture , the percentage of hardness increment is approximately 53%, and the percentage of enhancement of erosion resistance is approximately 97.5%, while in martempering treatment by hydroxide mixture , the percentage of hardness increment is approximately 59% and the percentage of enhancement of erosion resistance is approximately 93%. For the cryogenic treatments, the hardness of the samples was lowered compared to the annealed samples but revealed a strange behavior in which that despite their low hardness, they depicted a remarkable erosion resistance. After further inspections it was found that the carbides which were drastically (dramatically) refined by cryogenic treatment, were returned to grow during the subjection to erosion stream, hence showed increment in hardness and improvement in erosion resistance. This means that the refinement of carbides by cryogenic treatments was metastable, but it causes a positive modification for these carbides. The best erosion resistance with a percentage of increase of approximately 91% was found. Cyclic annealing process lowers the hardness, toughness and erosion resistance of high chromium white cast iron. It was found also that there was a remarkable increase in the hardness values of about 64% compared to their counterparts that were not subjected to erosion stream because of the growth of carbides and modification of the microstructure after the subjection of samples to erosion stream.
Finally, it can be concluded that the better treatment processes that enhance the mechanical properties of high chromium white cast iron are martempering processes that come in the first place and then cryogenic treatments.
تم تقويم الرسالة علمياً من قبل أ.د. جاسم محمد سلمان/ جامعة بابل / كلية هندسة المواد، ولغوياً من قبل أ.م.د. سميرعلي أمين/ الجامعة التكنولوجية / قسم الهندسة الميكانيكية.
وقد أجريت المناقشة في أجواء علمية وتم منح الطالبة درجة الدكتوراه بتقدير (مستوفي) بعد إكمال جميع التعديلات التي وضعت من قبل المناقشين.
