Βορίωση ελατού χυτοσιδήρου υψηλού πυριτίου
Creators: name: Ζαγκλιβέρης, Δημήτριος Ιωάννη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: βορίωση
ελατός χυτοσίδηρος υψηλού πυριτίου
μεταλλογραφία
boronizing
high silicon ductile cast iron
metallography

description: Η διπλωματική εργασία που ακολουθεί έχει ως αντικείμενο μια εισαγωγική μελέτη στη διεργασία της βορίωσης, η οποία είναι ένα είδος επικάλυψης για μεταλλικά υλικά και κατά την οποία επιτυγχάνεται επιφανειακή ισχυροποίηση του υποστρώματος. Το υλικό που χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα είναι χυτοσίδηρος σφαιροειδούς γραφίτη (ελατός χυτοσίδηρος) υψηλής περιεκτικότητας σε πυρίτιο (3,35% w/w), ενώ η μέθοδος που υιοθετήθηκε είναι η διεθνώς καλούμενη ως “pack boronizing”, η οποία περιλαμβάνει θερμική κατεργασία του δείγματος παρουσία βοριωτικού περιβάλλοντος υπό μορφήν κόνεως. Για τις ανάγκες της έρευνας πραγματοποιήθηκαν πειράματα βορίωσης σε εύρος θερμοκρασίας 800℃ – 1000℃ και χρόνου 4 – 12 ωρών σε συνολικά 15 δοκίμια. Επίσης καταχωρήθηκε ένα δοκίμιο αναφοράς, το οποίο δεν υπέστη βορίωση. Ακολούθησε μεταλλογραφική ανάλυση των δοκιμίων, από την οποία εξήχθησαν συμπεράσματα για τη μορφολογία της επικάλυψης και την κινητική συμπεριφορά του φαινομένου. Επιπλέον δόθηκε έμφαση και στη συμπεριφορά του υποστρώματος κατά τη θερμική κατεργασία, με σκοπό τη σφαιρική εκτίμηση της ποιότητας του τελικού προϊόντος. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις της περιεκτικότητας του πυριτίου στη γειτονία της επικάλυψης για τον εντοπισμό τυχόν μεταβολών της και τη συσχέτισή τους με συγκεκριμένα μορφολογικά χαρακτηριστικά. Επικουρικό ρόλο στην εξαγωγή συμπερασμάτων, όσον αφορά στη κρυσταλλική δομή των εμφανιζομένων φάσεων, διαδραμάτισαν οι μετρήσεις περίθλασης ακτίνων-Χ. Τα συμπεράσματα της ανωτέρω μελέτης ήρθαν να ενισχύσουν οι μετρήσεις μικρο-σκληρότητας Vickers σε όλες τις περιοχές των δοκιμίων. Επίσης πραγματοποιήθηκε σύγκριση των αποτελεσμάτων με τις εξισώσεις του θεωρητικού υποβάθρου και επιχειρήθηκε ο προσδιορισμός των κινητικών παραμέτρων του φαινομένου. Τέλος ελέγχθηκε η αξιοπιστία του μαθηματικού μοντέλου με βάση τα αποτελέσματα. Πρέπει να σημειωθεί ότι στόχος της έρευνας δεν ήταν η βιωσιμότητα της διεργασίας και η βελτιστοποίησή της, αλλά η μελέτη του φαινομένου της βορίωσης από καθαρά επιστημονική σκοπιά.
description: The master thesis that follows has as its object an introductory study in the boronizing process, a kind of coating for metallic materials, during which is achieved surface strengthening of the substrate. The material that was used as substrate is spheroidal graphite cast iron (ductile iron) with high silicon content (3.35 wt. %) and the chosen method is internationally referred to as "pack boronizing". It includes heat treatment of the sample in the presence of boronizing environment in powder form. For the purpose of the investigation the boronizing experiments were performed in a temperature range of 800℃ – 1000℃ and a time range of 4 – 12 hours on a total number of 15 specimens. Also, a specimen of reference filed, which did not undergo boronizing. This was followed by metallographic analysis of the samples, from which conclusions were drawn on the morphology of the coating and the kinetic behavior of the phenomenon. Also, emphasis was placed on the behavior of the substrate during heat treatment, aimed in the global assessment of the final product quality. Further, measurements of silicon content in the vicinity of the coating were performed in order to identify any variations and their correlation with specific morphological characteristics. Supporting role in drawing conclusions, concerning the crystal structure of the displayed phases, played X-ray diffractometry. The conclusions of this study were reinforced by the micro-Vickers hardness measurements in all areas of the specimens. Also, a comparison of the results with the equations of the theoretical background was made and a determination of the kinetic parameters of the phenomenon was attempted. Finally, the reliability of the mathematical model was checked according to the results. It should be noted that the research goal was not the sustainability and the optimization of the process, but the study of the phenomenon of boronizing only from a scientific standpoint.