قطعه سازی - قطعه ریخته گری

متالوگرافی چیست

متالوگرافی چیست

متالوگرافی یا میکروسکوپی عبارتست از مطالعه میکروسکوپی ویژگی های ساختاری یک فلز یا آلیاژبه منظور مشاهده اندازه دانه،شکل وتوزیع فازهای مختلف وناخالصی هایی راکه روی خواص مکانیکی یک فلز تاًثیر عمیقی دارد.

 

ساختمان میکروسکوپی

عبارت است از مطالعه ساختمان داخلی فلزات از نظر توزیع دانه بندی و فازهای تشکیل دهنده در زیر میکروسکوپ با بزرگنمایی های بالا صورت می گیرد.

 

مراحل متالوگرافی شامل موارد زیر است

۱) نمونه برداری از قطعه مورد بررسی

۲) آماده کردن سطح نمونه که شامل (سنگ زنی، سنباده زنی ، پولیش کردن، اچ کردن) می شود .

۳) بررسی ساختار توسط میکروسکوپ

 

نمونه برداری از قطعه : اولین مرحله برای مطالعه متالوگرافی نمونه برداری از قطعه است.

سنگ زنی: نمونه پس از بریده شدن مورد سنگ زنی قرار می گیرند تا گوشه های تیز و خطوط عمیق محو شوند.

سنباده زنی : بعد از اینکه نمونه سنگ زده شده و خطوط عمیق و ناهمواری های اولیه آن بر طرف گردید آن را به وسیله سنباده های (۸۰-۱۰۰-۳۲۰-۴۰۰-۶۰۰-۸۰۰-۱۰۰۰-۱۲۰۰ ) را انجام می دهیم که سنباده ۸۰ خشن ترین و سنباده ۱۲۰۰ نرم ترین است هر چقدر سنباده نرم باشد وهر بار که سنباده تعویض میگردد نمونه به اندازه ۹۰ درجه چرخانیده می شود تا خطوطی که از سنباده قبلی ایجاد شده است در مرحله بعدی کاملاً محو شود و هر بار خطوطی عمود بر خطوط قبلی ایجاد شود وزمانی که خواستیم از سمباده ۶۰۰ به بالا بزنیم باید نمونه را فقط از یک طرف بزنیم وسمباده کشی نبایدرفت و برگشتی باشدو در خاتمه عمل سنباده زنی باید نمونه را شسته وبا استفاده از دستگاه پولیش وخمیر پولیش نمونه را برای از بین بردن تمامی خطوط باقی مانده بر روی نمونه پولیش کرد و آب نیزدر حین کار بر روی نمد به عنوان روان کننده پاشیده می شود. و در طی عملیات پولیش کردن نمونه را باید حول دیسک پولیش حرکت داد تا اینکه سطح پولیش یکنواخت به دست آید. و سپس نمونه اچ می شود، یعنی در داخل محلول شیمیایی قرار می گیرد تا وقتی که سطح آن تیره می شود. و بعد از تیرگی با آب شسته و خشک می کنیم و ساختار نمونه را در زیر میکروسکوپ مشاهده می کنیم.

 

 

 

قالبسازی - پایه دوچرخه ثابت

آستمپرینگ چیست

آستمپرینگ چیست

آستمپرینگ از جمله روشهای دیگر عملیات حرارتی است که به منظور کاهش تنشهای حاصل در ضمن سخت کردن فولاد های کربنی ساده ( پر کربن ) جانشین سریع سرد کردن مستقیم می شود .

 

آستمپرینگ شامل مراحل زیر است

۱) آستنیته کردن کردن فولاد

۲) سریع سرد کردن در حمام نمک مذاب یا روغن داغ تا دمایی بلافاصله قبل ازشروع تشکیل مارتنزیت .

۳) نگه داشتن در این دما به نحوی که دگرگونی آستنیت به بینیت به طور کامل انجام گیرد.زمان نگهداری در این دما با توجه به موقعیت نمودار مشخص می شود .

۴) سرد کردن در هوا تا دمای اتاق

 

همانگونه که از شکل ۱ مشخص است در این روش آستمپرینگ نیز سطح و مرکز نمونه در مرحله اول سریع سرد شدن ( قبل از ) با آهنگهای متفاوت سرد می شوند.اما از آنجایی که قبل از شروع دگرگونی آستنیت به بینیت دماهای نقاط مختلف قطعه یکسان خواهند شد،دگرگونی آستنیت به بینیت درنقاط مختلف تقریبا همزمان انجام شده و بنابراین تنشهای داخلی به حداقل ممکن کاهش می یابد.

 

هدف از به کارگیری آستمپرینگ به جای سریع سرد کردن و باز پخت عبارتند از

۱) افزایش استحکام ضربه ( چقرمگی ) و انعطاف پذیری برای یک سختی مشخص و ثابت

۲) حذف و یا کاهش احتمال ترک برداشتن،تغییر شکل دادن و یا ایجاد تنشهای داخلی در ضمن عملیات حرارتی، برای عملیات حرارتی مقاطع نازک فولادهای کربنی ساده تحت شرایطی که سختی در حدود ۵۰ راکول سی کافی بوده و استحکام ضربه و انعطاف پذیری بسیار خوبی مورد نیاز باشد ، آستمپرینگ بهترین روش عملیات حرارتی است . نتایج حاصل از مقایسه چقرمگی و ازدیاد طول برای فولاد ۱۰۹۵ تحت شرایط آستمپر شده ، سریع سرد و باز پخت شده برای سختی یکسان نشان دهنده این مطلب است.علت اصلی افزایش چقرمگی و انعطاف پذیری به جایگزین شدن ساختار بینیتی به جای مارتنزیت مربوط می شود .

در این جا نیز فولادهایی مناسب برای آستمپرینگ اند که از سختی پذیری نسبتا خوبی برخوردار باشند.به نحوی که در ضمن سرد شدن در حمام نمک مذاب یا روغن داغ در دماهای بالا پرلیت تشکیل نشود.در رابطه با آستمپر کردن فولادهای کربنی ساده ( کم کربن ) که از سختی پذیری نسبتا کمی برخوردار بوده و بنابراین زمان لازم برای شروع دگرگونی در حوالی دماغه منحنی آی تی نسبتا کم است ، باید توجه داشت که فقط مقاطع نسبتا نازک‌ ( در حدود حداکثر ۵ میلیمتر ) رامی توان با استفاده از روش آستمپرینگ عملیات حرارتی کرد.در حالی که مقاطع نسبتا ضخیم از فولاد های آلیاژی که سختی پذیری نسبتا خوبی داشته باشند را می توان آستمپر نمود. لیکن،اگر سختی پذیری بسیار زیاد باشد ،‌زمان لازم برای دگرگونی آستنیت به بینیت نیز زیاد می شود که در این صورت عملا آستمپر کردن فولاد روش بسیار طولانی بوده و لذا اقتصادی نیست .

بعضی از فولاد های ساختمانی کم آلیا‍‍‍‍‍ژ نظیر فولادهای فنر تا ۱۰ میلیمتر ضخامت و فولاد های کربنی ساده تا حداکثر ۵ میلیمتر ضخامت را معمولا آستمپر می کنند.مدت زمان نسبتا طولانی لازم برای انجام کامل دگرگونی آستنیت به بینیت کاربرد عملیات حرارتی آستمپرینگ را در رابطه با فولادهای پر آلیاژ محدود می کنند.

 

ساختارهای بینیت

ساختارهای بینیت، اشاره به ریز ساختارهایی دارد که حاصل از تجزیه آستنیتهای موجود در فولاد می باشد که در دمای بالا تغییر شکل مارتنزیت و در دمای پایین واکنش آهن و کربن را به همراه دارد . این تغییر شکل می تواند به صورت هم دمایی اتفاق بیفتد یا این که در طول خنک سازی ادامه دار دگرگونی بینیتی روی می دهد .

 

ساختار بینیت و دگرگونی بینیتی

بینیت در فولادها در گستره دمایی بین پایینترین دمای تشکیل پرلیت و بالاترین دمای تشکیل مارتنزیت تشکیل می شود.از جمله مشخصه های عمده دگرگونی بینیتی که مطالعه آن را مشکل نموده طبیعت دو گانه آن است . بدین صورت که دگرگونی بینیتی از بعضی جنبه ها شبیه به دگرگونی پرلیتی و از برخی جنبه ها شبیه به دگرگونی پرلیتی و از برخی جنبه ها مشابه دگرگونی مارتنزیتی است .

یکی از نظریه های مربوط به دگرگونی بینیتی می گوید که تشکیل بینیت اساسا ناشی از یک دگرگونی شبیه به دگرگونی مارتنزیتی است که آن فریت از آستنیت به وجود می آید.در این نظریه آمده است که فریت موجود در ورقه های بینیت احتمالا در محلهایی از شبکه که در اثر نوسانات حرارتی در صد کربن آن کاهش پیدا کرده جوانه می زند . لازم به اشاره است که غلظت کربن در هر حجم بسیار کوچکی از شبکه ثابت نیست بلکه ، در اثر نوسانات حرارتی همواره در حال تغییر است . بنابراین ، قابل قبول است که در هر لحظه محلهایی درشبکه وجود داشته باشند که درصد کربن آنها به اندازه کافی از حد متوسط کمتر باشد.علت این که فرض می شود که شروع تشکیل بینیت با به وجود آمدن فریت همراه است ، این است که با کاهش درصد کربن دمای شروع تشکیل مارتنزیت افزایش می یابد .

بر اساس میکرو ساختارها ، دو شکل عمده بینیت وجود دارد،‌یکی بینیت بالایی یا بینیت پٍَر شکل که در گستره دمایی درست زیر دمای تشکیل پرلیت به وجود می آید و دیگری بینیت پایین یا بینیت سوزنی شکل که در دماهای نزدیک دمای شروع مارتنزیت تشکیل می شود .

 

 بینیت بالایی

اولین مرحله دگرگونی تشکیل بینیت بالایی ، عبارت از تشکیل صفحاتی از فریت است که در مقیاس کوچکتر کاملا شبیه به صفحات فریت وید من اشتاین است . صفحات فریت می توانند در مرز دانه های آستنیت اولیه و یا در داخل دانه ها به وجود آیند . با رشد صفحات فریت و در نتیجه خارج شدن کربن از آنها آستنیت باقیمانده در نواحی مجاور از کربن اشباع شده و در نتیجه سمنتیت در فصل مشترک فریت – آستنیت جوانه می زند پس از پایان دگرگونی همدما ، میکروساختار شامل زمینه فریتی است که ذرات ریز سمنتیت در مرزهای فرعی و در جهت طولی صفحات فریت رسوب کرده اند . در این شکل توزیع ذرات سمنتیت و ارتباط آنها با صفحات فریت بینیتی کاملا مشخص است . هرچه دمای دگرگونی تشکیل بینیت کمتر باشد و یا اینکه درصد بیشتر باشد ، صفحات فریت ظریفتر است . همچنین با افزایش در صد کربن ، پیوستگی رشته های باریک سمنتیت در مرزهای فرعی بیشتر خواهد شد.

 

 بینیت پایینی

از جمله مشخصه های ویژه بینیت پایینی ظاهر سوزنی شکل آن است . در حقیقت ، سوزن های فوق عبارت اند از مقاطع صفحات بزرگ بینیتی با صفحه پولیش که شباهت زیادی به صفحات مارتنزیتی در فولادهای پرکربن دارند . مجددا در اینجا ناحیه تیره رنگ بینیت و زمینه سفید رنگ آستنیت باقیمانده در دمای دگرگونی تشکیل بینیت بوده که در اثر سریع سرد کردن به مارتنزیت تبدیل شده است . در اینجا نیز کاربیدها ی موجود در صفحات بینیتی باعث تیره رنگ جلوه دادن آنها می شود ،‌ولی به قدری ریزند که امکان تشخیص آنها توسط میکروسکوپ نوری وجود ندارد .

همانند بینیت بالایی،در اینجا نیز اولین مرحله تشکیل بینیت پایینی عبارت از به وجود آمدن صفحات فریت از آستنیت است . از آنجایی که نفوذ کربن در گستره دمایی تشکیل بینیت پایینی بسیار کم است ، صفحات فریت یاد شده بسیار نازک اند.با رشد فریت ، کربن در سطح وسیعی از فصل مشترک های تیغه های فریت و آستنیت جمع شده و پس از این که به حالت فوق اشباع رسید،سمنتیت تشکیل می شود . دراینجا بر خلاف بینیت بالایی ، سمنتیت به جای تشکیل در بین صفحات فریت ، در داخل خود صفحات و تحت زاویه ۵۵ درجه با محور طولی صفحات فریت تشکیل می شود . در مقایسه با سمنتیت مربوط به بینیت بالایی ،‌سمنتیت در بینیت پایینی بسیار ریزند. دمای شروع بینیت تقریبا با دمای موجود در منحنی تی تی تی ( دگرگونی زمان-دما ) مساوی و برابر است .

قالب سازی - رینگ اسپرت آلومینیومی چرخ خودرو

مبرد چیست

مبرد چیست

 

 کاربرد مبرد در ریخته گری

مبردها موادی با نفوذ گرمایی بسیار بالاتر نسبت به مواد قالب هستند که :

با افزایش سرعت انجماد در دیواره یا موضعی که قرار گرفته‌اند

با ایجاد انجماد جهت‌دار از قطعه به تغذیه

با تسریع نسبی در زمان انجماد قطعه

با تسهیل شرایط تشکیل جببهه انجماد و انجماد پوسته‌ای

راندمان و برد تغذیه را افزایش می‌دهند

 

نکته حائز اهمیت در تعریف مبرد CHILL افزایش موضعی سرعت انجماد نسبت به سایر قسمت‌های قالب است و از این رو استفاده از یک قالب فلزی (ریژه) نمی‌تواند مشمول تعریف مبرد گردد. در این قالب‌ها نیز با استفاده از مواد با نفوذ گرمایی بالاتر (نظیر مس) عبور موضعی آب (آبگرد) ضخیم کردن قسمتی از قالب نسبت به سایر قسمت‌ها می‌توان به نوعی مبرد دست یافت.

مبردها با ایجاد شیب دمایی بیشتر، انجماد را جهت داده و از این رو به ویژه در آلیاژهای با انجماد خمیری برد تغذیه را افزایش می‌دهند، علاوه بر آن در تمام آلیاژها نیز می‌توان با استفاده از مبرد و یا لایه‌بندی (عایق بندی قسمتی از قالب) جهت انجماد را تنظیم و حتی تعداد تغذیه را کاهش داد و در شکل ۱۰ تاثیر مبرد را کاهش تعداد تغذیه نشان داده شده است.

باید توجه داشت مبردها عملا نمی‌توانند موجب حذف تغذیه شوند، زیرا به هر حال انقباض نهایی قطعه برابر  است که باید جبران شود. از طرف دیگر باید خاطرنشان ساخت که افزایش توان تبریدی قالب موجب می شود که قسمت بیشتری از آلیاژ در جریان بارریزی و پر شدن قالب سرد یا مجمد  شود و با ایجاد انجماد جهت‌دار به سمت راهباره کسری خود را جبران نمود. این پدیده در مورد ضخامت نازک و ریخته‌گری قطعات کوچک در قالب ریژه صادق است.

مبردها عموما از موادی نظیر مس، فولاد، گرافیت و آلومینیوم انتخاب می‌شوند. مبرد ممکن است در داخل محفظه قالب و یا در دیواره آن به کار رود که در این حال مبرد داخلی internal chill و یا مبرد خارجی external chill نامیده می‌شوند.

به طور کلی دو نوع مبرد وجود دارد که عبارتند از

۱) مبردهای خارجی

۲) مبردهای داخلی

مبردهای خارجی، در دیواره قالب در فصل مشترک قالب- فلز قرار می‌گیرند. در حالی که مبردهای داخلی در داخل محفظه قالب جاگذاری می‌شوند.

مبردهای خارجی: مبردهای خارجی، معمولا قطعات فلزی از جنس فولاد، چدن یا مس می باشند که در قسمت‌های مورد نظر در قالب قرار می‌گیرند تا سرعت انجماد مذاب را در آن نقطه‌ها افزایش دهند. این نوع مبرد اشکال استاندارد دارند و یا در حالت‌های خاص ممکن است متناسب با قطعه تعبیه شوند. ابعاد مبرد، بر اساس سرعت سرد شدن مورد نیاز، تعیین می‌گردد.

در برخی موارد به منظور تقویت اثر مبرد ممکن است از مواد مختلفی همراه مبرد استفاده شود. مثال ساده در این مورد، در شکل ۱۴ نشان داده شده است.

 

اثر مبردهای خارجی را می‌توان به صورت زیر خلاصه نمود.

۱) شیب دمایی را اصلاح می‌کنند.

۲)  باعث ایجاد انجماد جهت‌دار می‌شوند.

۳) مکهای میکروسکوپه و ماکروسکوپه را کاهش می‌دهند.

۴) حجم و تعداد تغذیه را کاهش می‌دهند.

۵) میزان عیوب و دور ریز قطعات را می‌کاهند.

۶) قیمت تمام شده قطعه را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهند.

 

نکاتی در مورد چگونگی استفاده از مبرد

۱) مبردها باید کاملا خشک شده باشند. در غیر این صورت، رطوبت خود، باعث ایجاد مکهای زیادی می‌شود.

۲) مبردها معمولا با یک ماده نسوز مانند سیلیسیم یا دیگر مواد پوشش داده می‌شوند. این لایه نسوز باید قبل از استفاده مبرد کاملا خشک شده باشد.

۳) در هنگامی که از مبرد در قالب های ماسه تر استفاده می‌شود، اگر فاصله زمانی بین قالب‌گیری و بارریزی طولانی باشد، رطوبت موجود در ماسه جذب سطح مبرد می‌شود. برای جلوگیری از این مساله، می‌توان مبرد را قبل از جاگذاری در قالب، پیشگرم نمود و یا فاصله زمانی بین ساخت قالب و بارریزی را کوتاه کرد.

۴) از مصرف مبردهایی که دارای ترک‌ مویی در سطح هستند باید خودداری شود.

۵) در صورتی که ضخامت مبرد خیلی کم باشد اثر تبریدی کافی نخواهد داشت. از طرف دیگر، استفاده از مبردهای ضخیم نیز مشکلاتی را در قالب گیری ایجاد می‌کند و برای برخی آلیاژها مانند چدن‌هی خاکستری و نشکن، باعث می‌شود ساختمان قطعه به صورت موضعی، سخت و شن شود. به طور تجربی ضخامت مبرد باید بین ۳/۲ تا ۲/۱ ضخامت قطعه ریختگی باشد.

مبردهای داخلی : مبردهای داخلی در داخل محفظه قالب (در داخل قطعه ریختگی) در مکانی که امکان استفاده از مبردهای خارجی نباشد، مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین این گونه مبردها بیشتر در قسمت‌هایی که بعدا ماشینگاری یا سوراخ می‌شوند، به کار می‌روند. جنس  این مبردها معمولا از جنس خود قطعه ریختگی انتخاب می‌گردند تا اولا: یکنواختی ترکیب در قطعه ریختگی حفظ شود. ثانیا: با ذوب مقداری از سطح مبرد اتصال خوبی بین مبرد و قطعه به وجود آید.

استفاده از مبردهای داخلی نسبت به مبردهای خارجی، بحرانی‌تر می‌‌باشد. لذا علاوه بر نکاتی که در مورد مبردهای خارجی گفته شد باید به موارد زیر نیز توجه کرد.

۱) مبردها در داخل قعه نباید ذوب شوند چرا که جریان مذاب نتواند آنها را جابجا نماید.

۲) مبردها در داخل قطعه نباید ذوب شوند چرا که نقاط ضعیف و یا خواص کم، در قطعه ایجاد می‌کنند.

۳) تمیزی مبرد بسیار مهم است، چون کاملا با فلز مذاب احاطه خواهد گردید و کمترین گاز تولید شده، نمی‌تواند به بیرون راه یابد. لذا مبرد باید کاملا زنگ زدایی شده و اکسیدها تمیز شده باشند. پیشگرم کردن مبرد، در این مورد بسیار موثر است. در این صورت سطح مبرد کاملا خشک می‌شود و از آلودگی‌هایی نظیر روغن مبرا می‌گردد.

۴) مبرد ممکن است خواص مکانیکی قسمتی از قطعه را که در آن نقطه جاگذاری شده، تغییر دهد.

۵) ترکیب شیمیایی مبرد باید تقریبا معادل قطعه ریختگی باشد. مثلا برای ریخته‌گری فولاد  یا فلزات غیر آهنی نمی‌توان از مبردهای داخلی چدنی استفاده کرد.

۶) در مورد فلزات با نقطه ذوب پایین، استفاده از مبردهای داخلی محدود می‌باشد زیرا این گونه فلزات قادر به ذوب سطحی مبردها نیستند و در نتیجه، پس از انجماد مذاب و سرد شدن قطعه، اتصال مناسب و محکمی بین مبرد و قطعه ریختگی، به وجود نمی‌آید.

 

 

 

قطعه ریخته گری - پوسته پمپ

گالوانیزه چیست

گالوانیزه چیست

گالوانیزه آهنی است که با روي پوشانده شده باشد. این آهن، حتی اگر پوشش آن هم شکستگی پیدا کند، از زنگ زدن محفوظ میماند.

ماهیت آهن گالوانیزه در آهن گالوانیزه ، بین آهن و روي ، پیلی الکتروشیمیایی تشکیل می شود که در آن روي به جاي آهن به عنوان آند بکار می رود وآهن به عنوان کاتد. روي در آند اکسید م یشود چون فلزي پست تر یا فعالتر از آهن است و داراي پتانسیل احیاء کمتري از آهن است و پتانسیل اکسید بیشتري از آن دارد.

در حلبی هایی که از آن ، قوطی می سازند، عمل معکوسی انجام می شود. در حلبی ، بر روي آهن ، پوشش قلع بکار رفته است وعمل معکوس آهن گالوانیزه انجام می شود. چون آهن فلزي فعالتر از قلع است و پتانسیل احیاء قلع بیشتر از آهن است و به عنوان کاتد در حلبی به کار می رود و آهن آند م یشود. البته در صورتی که پوشش قلع بشکند، خوردگی آهن در زیر این پوشش پیش می رود.

 

ماهیت آهن گالوانیزه

در آهن گالوانیزه ، بین آهن و روي ، پیلی الکتروشیمیایی تشکیل می شود که در آن روي به جاي آهن به عنوان آند بکار می رود وآهن به عنوان کاتد. روي در آند اکسید م یشود چون فلزي پست تر یا فعالتر از آهن است و داراي پتانسیل احیاء کمتري از آهن است و پتانسیل اکسید بیشتري از آن دارد. خوردگی یا زنگ زدن آهن فقط در حضور اکسیژن و آب صورت می گیرد. در جایی بر سطح جسم آهنی، اکسایش آهن انجام وجود دارد، کاهش انجام م یشود و کاتد را H2O و O2(g) می شود و آند را تشکیل م یدهد و در جایی دیگر سطح آن جسم که تشکیل می دهد و در نتیجه این عمل، ایجاد یک سلول ولتایی یا پیل ولتایی یا الکتروشیمیایی بسیار کوچک است. الکترونهاي تولید شده در ناحیه آندي در میان آهن بسوي ناحیه کاتدي حرکت می کند.

 

روش گالوانیزاسیون

در گالوانیزاسیون ، فلز فاسد شدنی را در مذاب یک فلز فاسد ناشدنی فرو می برند و بیرون می آورند تا سطح آن از یک لایه فلز فاسد نشدنی پوشیده شود. مثلا ورقه هاي نازك آهنی را در مذاب فلز روي فرو می برند و بیرون می آورند تا سطح آنها از فلز روي پوشیده شود و آهن سفید یا آهن گالوانیزه تهیه شود.

 

موارد استفاده از آهن گالوانیزه

از آهن گالوانیزه در ساختن لوازمی مثل لوله بخاري ، کانال کولر ، کابینت آشپزخانه ، شیروانی منازل ، لول ههاي آب و هر جا که احتمال خوردگی آهن و خسارت وجود دارد، استفاده می شود. براي آلیاژهاي آهن که تا حدود ۱،۵ درصد کربن دارند و غالبا با فلزهاي دیگر همراهند، بکار می رود. (Steel) اصطلاح فولاد خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن ، عملیات حرارتی انجام شده بر روي آن و فلزهاي آلیاژ دهنده موجود در آن بستگی دارد

 

 

روی چیست

آلیاژ چیست

آلیاژ چیست

آلیاژ یعنی فلزی که از ترکیب دو یا چند فلز پدید آمده است. برای مثال، برنج، آلیاژ و فلزی است که از ترکیب « مس » و«روی» به دست آمده است. این دو فلز را گداختـه و چنان به هم آمیخته اند که فلز دیگری به نام برنج به دست آمده است.

گاهی آلیاژ از ترکیب فلزی با یک غیر فلز به دست می آید. مانند فولاد که ترکیبی از « آهن » و « کربن » است. اگر معنای لغوی واژه ی « آلیاژ » را بخواهید، باید برایتان بگویم که این لغت از یک واژه ی فرانسوی گرفته شده و معنایش ترکیب کردن است. همیشه به هنگام تهیه ی یک آلیاژ، اتم های مختلفی به هم می پیوندند. گاهی این پیوند و ترکیب به طور کامل صورت می گیرد، مانند آلیاژ برنج؛ و گاهی به طور قسمتی مانند آلیاژ فولاد.

امروزه فولاد یکی از مهم ترین آلیاژها بشمار می آید. فولاد یکی از ترکیب آهن و کربن بدست می آید. سالانه میلیون ها تن فولاد در سراسر جهان تولید می شود. فولاد در ساختمان سازی، پل سازی و ساخت وسایل مختلف به کار می رود.آلیاژ های آلومینیم بسیار سبک اند؛ به همین دلیل از آن ها برای ساختن هواپیما، فضاپیما و موشک، وسایل نقلیه موتوری و بسیاری وسایل دیگر استفاده می شود. آلیاژ های سرب در ساخت الکترودهای باتری های قوی به کار می روند. آلیاژ های روی در ساخت اتومبیل کاربرد دارند. آلیاژ های گران قیمت طلا، نقره و پلاتین در جواهر سازی مورد استفاده قرار می گیرند. این فلزات، نرم اند و باید با سایر فلزات ترکیب شوند. طلا و نقره را معمولا با مس و پلاتین را با فلز ایریدیم ترکیب می کنند. فولاد ضد زنگ و آلیاژ های آلومینیم را آلیاژ های قرن بیستم می نامند. آلیاژهای تنگستن و مولیبدن در سال های اخیر ساخته شده اند و در ساخت موشک بکار می روند

گاهی برای ترکیب دو فلز، نیازی به گداختن آن ها نیست و فقط حرارت کافی است تا عناصرشان به هم بپیـوندند. تهیه‌ ی آلیاژ را بدین شیوه، فلز گریِ گَردی می نامند. زیرا فلزها به صورت گرد در هم آمیخته شده، پیش از حرارت دادن خوب آن ها را در هم می فشرند. غالباً به جای استفاده از فلزهای خالص، آلیاژها را برای مصرف های ویژه بر می گزینند. معمولاً برای گداختن آلیاژها به حرارت کمتری نیاز داریم تا گداختن فلزهای خالص. لحیم، آلیاژی است که از ترکیب « قلع » و « سرب » و یا از ترکیب «قلع»، «مس» و « روی » به دست آمده است و خیلی سریع و آسان ذوب می شود.

آلیاژها معمولاً سختی و استقامت بیشتری دارند تا فلزهایی که آن ها را پدید آورده اند. مثلاً وقتی که « آهن » را با « کربن » ترکیب کنیم، فولاد به دست می آید و این فولاد به مراتب سخت تر و محکم تر از آهن می باشد. سپس با افزودن فلز دیگری به نام « کُرُم »، فولادمان یک فلز زنگ نزن می گردد. اکنون برخی از آلیاژهای معروف را برایتان بر می شمریم: سکه های طلا و سکه های زینتی، آلیاژ طلا و مس هستند. زیرا طلای خالص به حدی نرم است که خیلی قابل استفاده نمی تواند باشد. سکه نقره ای انگلیسی از ۵/۹۲ درصد نقره و ۵/۷ درصد مس درست شده است.

آلیاژ (Alloy) مخلوط یا محلول جامد فلزی متشکل از یک فلز اصلی که آن‌را فلز پایه می‌گویند با یک یا چند عنصر فلزی و یا غیرفلزی است. آلیاژ معمولا خواصی متفاوت از عناصر تشکیل دهنده خود دارد. بسته به میزان همگنی در اختلاط عناصر، آلیاژ می‌تواند تک‌فاز یا چند فازی باشد. هدف از آلیاژسازی، تغییر و بهبود خواص ماده مانند چقرمگی، استحکام، سختی و غیره‌ست. خواص فیزیکی آلیاژ با نمودار فازی توصیف می‌شود.

معمولا آلیاژها بر اساس درصد وزنی عناصر موجودشان گزارش می‌شوند. بر اساس تعداد عناصر، آلیاژ را دوتایی، سه‌تایی و غیره می‌نامند. برای بیان یک آلیاژ مشخص با دامنه متغیر از درصد عناصر، اصطلاح سیستم بکار می‌رود. مثلا، فولاد سیستم آلیاژی دوتایی از آهن و کربن است که در این سیستم آلیاژی دامنه کربن بین ۰.۰۲ تا ۲.۱۴ درصد قابل‌تغییر است.

 

تبدیل آهن به فولاد آلیاژی

آهن مذاب تصفیه شده را با افزودن مقدار معین کربن و فلزهای آلیاژ دهنده مثل وانادیم، کروم، تیتانیم، منگنز و نیکل به فولاد تبدیل می‌کنند. فولادهای ویژه ممکن است مولیبدن، تنگستن یا فلزهای دیگر داشته باشند. این نوع فولادها برای مصارف خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در دمای زیاد، آهن و کربن با یکدیگر متحد شده، کاربید آهن (Fe۳C) به نام «’سمنتیت» تشکیل می‌دهند. این واکنش، برگشت‌پذیر و گرماگیر است:Fe۳C <——- گرما + ۳Fe + C هرگاه فولادی که دارای سمنتیت است، به کندی سرد شود، تعادل فوق به سمت تشکیل آهن و کربن، جابجا شده، کربن به صورت پولکهای گرافیت جدا می‌شود. این مکانیزم در چدن‌ها که درصد کربن در آنها بیشتر است، اهمیت بیشتری دارد. برعکس، اگر فولاد به سرعت سرد شود، کربن عمدتاً به شکل سمنتیت باقی می‌ماند. تجزیه سمنتیت در دمای معمولی به اندازه‌ای کند است که عملا انجام نمی‌گیرد.

انواع آلیاژ‌ها

آلیاژ‌ها را با توجه به فلز پایه‌شان به دو دسته‌ی آهنی و غیرآهنی تقسیم می‌کنند. آلیاژ‌های آهنی، آلیاژ‌هایی هستند که فلز پایه در آن‌ها آهن است. از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به فولاد اشاره کرد. در مقابل، تمام آلیاژ‌هایی که فلز پایه در آن‌ها، فلزی غیر از آهن است، آلیاژ‌های غیرآهنی خوانده می‌شود.

 

آلیاژ‌های غیرآهنی

فلز پایه در این آلیاژها، فلزی غیر از آهن است. مفرغ، برنج و بسیاری آلیاژهایی که می‌شناسیم، آلیاژهای غیرآهنی هستند. امروزه بیشتر چیزهای فلزی که استفاده می‌کنیم از آلیاژها ساخته شده‌اند. کمتر اتفاق می‌افتد که از فلزات به شکل خالص استفاده شوند. حتی طلا و نقره هم به صورت آلیاژ استفاده می‌شوند. افزودن فلزات ارزان قیمت به طلا و نقره، نه تنها از جلوه‌شان نمی‌کاهد، بلکه باعث می‌شود در برابر سایش نیز مقاوم‌تر شوند. طلا و نقره معمولا با مس ترکیب شده و تشکیل آلیاژ می‌دهند. عیار طلا، نشان‌دهنده مقدار فلز اضافه شده در آن است. عیار طلای خالص را ۲۴ فرض می‌کنند. بنابراین طلای ۱۸ عیار، طلایی است که از ۲۴ قسمت، ۱۸ قسمت‌اش طلا و باقی مس است. یکی از آلیاژهای مشهور غیرآهنی ورشو است. این آلیاژ ترکیبی است از مس به عنوان فلز پایه و روی و نیکل به عنوان عناصر حل شونده. ورشو به علت شباهت‌اش به نقره، نقره آلمانی و نقره انگلیسی نیز گفته می‌شود.

ملغمه نقره : آلیاژی از نقره و جیوه است که از آن برای تهیه مواد پرکننده دندان هم استفاده می‌شود. در این آلیاژها فلز پایه، جیوه است.

یکی از ویژگی های فلزات، قابلیت مخلوط شدن آنها با فلزات و یا غیر فلزات دیگر است. این عمل معمولا در حالت مذاب صورت می گیرد و به این ترتیب محلول یک یا چند جامد در جامد دیگر بدست می آید که به آن ها محلول جامد یا آلیاژ گفته می شود. آلیاژ معمولا بسیار مفیدتر از مواد اولیه تشکیل دهنده اش است. انسان از زمان های گذشته با چندین آلیاژ از جمله برنج  و برنز آشنا بوده است. برنج از مخلوط مس روی مذاب و برنز از مخلوط مس و قلع مذاب بدست می آید.

 

آلیاژهای آهنی

فلز پایه در این آلیاژها آهن است. بسته به میزان کربن ترکیب شده در آن، به دو دسته فولادها و چدنها تقسیم می‌شوند.

فولاد : وجود کمتر از ۲ درصد تا ۰.۰۲ کربن در آهن، فولاد را به وجود می‌آورد. اضافه کردن عناصر دیگر غیر از کربن، هرکدام خواص متفاوتی به فولاد می‌دهد. منگنز سبب سختی فولاد، نیکل باعث جلوگیری از خوردگی فولاد، تنگستن باعث محکمی و وجود کروم و نیکل سبب ضدزنگ شدن فولاد می‌شود. آهن ورزیده نیز آلیاژی است با کربن کم که در ساختن میخ پرچ، لوله آب، زنجیر و غیره به کار می‌رود.

 

آلیاژ فلزی

به محلول جامدی که حداقل یکی از اجزای آنها فلز بوده و خواص فیزیکی وشیمیایی فلزی داشته باشند، آلیاژ فلزی گفته می‌شود.

 

آلیاژ سرامیکی

به محلول‌های جامدی که حداقل یکی از اجزای آن‌ها سرامیکی بوده و خواص سرامیکی داشته باشند، آلیاژ سرامیکی گفته می‌شود.

آلومینیوم چیست

استنلس استیل چیست

استنلس استیل چیست

فولاد ضدزنگ (استنلس استیل )  چيست؟

گروه وسيع و گسترده اي از آلياژهاي ويژه اي که بيشتر براي مقاومت در برابر خوردگي توسعه يافته اند را فولادهاي زنگ نزن نامند.از جمله ويژگي هاي ممتاز براي اين دسته از آلياژها شکل پذيري عالي، چقرمگي زياد در دماي اتاق و دماي پايين و مقاومت خوب در برابر پوسته شدن، اکسايش و خزش در دماي بالا ميباشد که خواص خود را نيز تا دماهاي بالا حفظ ميکنند.فولادهاي ضد زنگ جزء دسته فولادهاي آلياژي حاوي مقادير قابل توجهي کرم ميباشند.حداقل عنصر کرم متعارف در اين دسته از فولادها ۱۱% ميباشد و براي اينکه آلياژهاي آهني خاصيت زنگ نزن داشته باشند ميزان کرم در آنها نبايد کمتر از اين مقدار باشد.

عنصر کرم موجب ميگردد فولاد خاصيت ضد زنگ داشته باشد بدين معنا که مقاومت به خوردگي در آن بهبود يابد. بنابراين کرم عنصر آلياژي بهبود دهنده مقاومت به خوردگي فولادهاي زنگ نزن است که اين بهبود مقاومت در برابر خوردگي به لحاظ تشکيل لايه محافظ از اکسيد کرم روي سطح فولاد ضد زنگ ميباشد. اين لايه نازک سرتاسري تحت شرايط مساعد فولاد را در برابر مواد و محيط هاي خورنده محافظت مينمايد. علاوه بر کرم، عناصر شيميايي ديگري نيز در ترکيب فولادهاي ضد زنگ بکار ميروند که از آن جمله ميتوان به مولييدن و نيکل اشاره نمود. نيکل عمدتا موجبات انعطاف پذيري و فرم پذيري را در فولاد ضد زنگ باعث می‌گردد.

فولاد ضد زنگ به گروهی از آلیاژها با پایه آهنی گفته می‌شود که حاوی حداقل ۱۱ درصد کروم (Cr) می‌باشد. کروم عنصری اساسی است که با تشکیل یک فیلم اکسید کروم در سطح فولاد آن را ضد زنگ می‌سازد.

هنگامی که فولاد ضد زنگ بریده یا خراش داده می‌شود، کروم موجود در سطح سریعاً اکسید می‌شود و فیلم اکسید ناحیه صدمه دیده را ترمیم می‌کند. به دلیل همین خاصیت خود ترمیمی (خودشفایی/ Self healing) است که فولاد را بدون زنگ (Stainless) می‌نامند

اولین فولاد ضد زنگ به صورت آلیاژ، مارتنزیتی Fe-Cr-C  توسط دانشمند انگلیسی به نام هاری بررلی (Harry Brearley) در ۱۹۱۲ تهیه گردید. اولین ریخته‌گری تجارتی فولاد ضد زنگ در سال ۱۹۱۳ در شفیلد انگلستان به تولید رسید و حق ثبت آمریکایی جهت این اختراع در سال ۱۹۱۶ به آقای هاری بررلی اهدا گردید.

 

آیا فولاد ضد زنگ، زنگ می‌زند

در واقع این موضوع که فولاد ضد زنگ، زنگ نمی‌‌زند یک تصور نادرستی است. این برداشت ناصحیح برخی موارد منجر به مشاجرات و حتی تعقیب قانونی بین کارفرمایان و پیمانکاران می‌شود. فولادهای ضد زنگ فقط در شرایطی خاص نظیر محیط‌های غیرآلوده و آب شیرین یا آب دریا (به صورت جاری) بدون زنگ باقی می‌مانند. در هوای مرطوب دریایی یا در داخل آب ساکن (راکد) فولاد ضد زنگ نوع ۳۰۴ زنگ می‌زند، و اغلب به صورت موضعی دچار خوردگی حفره‌ای می‌گردد. به طور کلی ماهیت محیط و ترکیب شیمایی فولاد هر دو در تشکیل زنگ و خوردگی حفره‌ای فولاد ضد زنگ نقش تعیین کننده‌ای دارند.

 

دلیل پاک شدن لایه کروم در عملیات حرارتی چیست

در عملیات حرارتی و یا جوش‌کاری، دمای فولاد ضد زنگ به حدود ۸۵۰-۵۵۰ درجه سانتیگراد می‌رسد. کروم و کربن با یکدیگر وارد واکنش می‌شود و کاربایدکروم (Chromium Carbide) تولید می‌گردد که در امتداد مرز دانه‌ها رسوب می‌کند. به همین دلیل کروم موجود در منطقه اطراف مرزدانه (ناحیه مرزی) تخلیه می‌شود. ناحیه مرزی که کروم آن تخلیه شده ( فقیر نسبت به کروم ) نسبت به سایر مناطق سالم سطح فلز که کروم آن مناطق تخلیه نشده‌اند در برابر خوردگی مقاومت کمتری دارد.

فولاد ضد زنگی را که در ساختار بلوری آن کار باید کروم به وجود آمده باشد “حساس شده (Sensitized  ) می‌نامند. فولاد‌های حساس شده نسبت به خوردگی مرزدانه‌ای یا فساد جوش بیشتر مستعد می‌شوند.

 

انواع فولاد ضدزنگ عبارتند از

فولاد ضد زنگ  استنلس استیل   Austenitic 300

فولاد ضد زنگ  استنلس استیل   Ferritic 400

فولاد ضدزنگ  استنلس استیل    Austenitic-Ferritic Duplex

فولاد ضد زنگ استنلس استیلMartensitic

 

 

*  فولاد ضدزنگ (استنلس استیل ) مارتنزیتی

برای بسیاری ازکاربردها که مستلزم نه تنها مقاومت دربرابر خوردگی است بلکه نیاز به استحکام بالا،سختی بالا،مقاومت به سایش و حفظ لبه های تیز و زوایا درقطعه است ، ازفولادهای مارتنزیتی استفاده می کنند این فولادها را می توان ابتدا آهنگری نمود و سپس با آستنیته و سریع سردکردن (تشکیل مارتنزیت) و بازپخت دادن عملیات حرارتی کرد. فولاد ضدزنگ مارتنزیتی خاصیت مغناطیسی داشته و قابلیت حصول محدوده متغیر ازسختی رادارد. برای ساخت بلید توربین های بخار ازاین نوع فولاداستفاده می گردد.

 

*  فولاد ضدزنگ (استنلس استیل ) آستنیتی – فریتی

این دسته ازفولادهای ضدزنگ هردو ساختارمتالورژیکی مربوط به فاز های فریت و آستنیت را همزمان درخودداشته ازاینرو آنها را فولادهای ضدزنگduplex نیز نامگذاری کرده اند این فولادها حاوی مقادیری ازعنصرنیکل به منظور پایدارکننده فازآستنیت و حصول خواص انعطاف پذیری همچنین مقادیری از عنصر کرم به منظورپایدارکننده فازفریت وحصول خواص استحکام و چقرمگی مناسب درفولادمی باشند.

 

موارد کاربرد

صنایع پتروشیمی – کاغذسازی – قند و نیشکر همچنین کشتی سازی

*  فولاد ضدزنگ (استنلس استیل ) فریتی: سری ۴۰۰ Ferritic

این دسته ازفولادهای ضدزنگ خاصیت مغناطیسی و خواص فیزیکی و مکانیکی مناسبی دارند.عنصرآلیاژی عمده دراین گروه کرم در حد کافی جهت پایدار کردن کامل فازفریت می باشد به منظور جلوگیری ازتشکیل فازهایی که دررابطه با انعطاف پذیری و چقرمگی مخرب اند، سریع سردکردن این نوع فولادها که حاوی درصد زیادتری ازعناصر آلیاژی هستند الزامی است . فولادهای ضدزنگ فریتی خواصی مشابه به فولاد ساده کربنی داشته با این تفاوت که مقاومت آنها دربرابر خوردگی به مراتب بهتراست. عموما این فولادها حاوی مقادیر بین ۱۲ تا ۱۷ درصد کرم درساختار خود می باشند که فولادهای با مقادیر حدودا ۱۲ درصد کرم بیشتر برای کاربرد در استراکچرها و فولادهای بامقادیر حدودا ۱۷ درصد کرم بیشتر در بویلرها – ماشین های لباسشویی – دکوراسیون داخلی و لوازم خانگی بکارمی روند.

 

*  فولاد ضدزنگ (استنلس استیل ) آستنیتی : سری Austenitic 300

فولاد ضد زنگ آستنیتی بیشترین مورداستفاده را در بین انواع دیگر فولادهای زنگ نزن داشته و تقریبا ۸۰% بازارجهان را به خود اختصاص داده است. درساختار آن حداقل ۷%  عنصر نیکل قرار دارد که ساختارفولاد را تماما آستنیتی نموده و باعث گردیده فولاد خاصیت انعطاف پذیر، مقاوم برای کاربرد دردماهای بالا، غیرمغناطیسی و قابلیت جوشکاری مساعد ازخود نشان دهد.

بنابراین مشخصه اصلی این طبقه از فولادهای زنگ نزن، سهولت جوشکاری و مقاومت به خوردگی عالی- نرم و انعطاف‌پذیر بودن برای کارسرد و غیرمغناطیس بودن آنها می باشد. طبق آنچه بدان اشاره گردید، فولادهای زنگ‌نزن را برای استفاده در محیط های اتمسفری، آب دریا و انواع مختلف محیط‌های شیمیایی انتخاب می‌کنند. اما، بستگی به نوع محیط، باید فولاد با ترکیب شیمیایی مناسب انتخاب شود. بجز مقاومت دربرابر محیط‌های خورنده خاص، فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی دارای خواص متالورژیکی

الف- تبدیل آستنیت به مارتنزیت دراثر کارسرد درانواع ۳۰۱ ، ۳۰۲ و۳۰۴

ب- کاهش کربن و عنصرآلیاژی کرم برای حذف امکان تشکیل کاربید کرم و جلوگیری از خوردگی بین دانه ‌‌يی درانواع ۳۰۴L،۳۱۶L،۳۲۱،۳۴۷

ج- آلیاژکردن با مولیبدن برای افزایش مقاومت دربرابر خوردگی حفره‌يی درانواع ۳۱۶

د- استفاده از درصدهای بالای عناصرآلیاژی کرم و نیکل برای افزایش استحکام دردمای بالا (فولادهای نسوز) و مقاومت دربرابر پوسته شدن درانواع ۳۰۹ و ۳۱۰ نیز می‌باشند.

موارد کاربرد

مخازن نگهدارنده موادشیمیایی – لوازم آشپزخانه – لوله های صنعتی –نمای خارجی بناها – استراکچرها

 

گروه های اصلی

استنلس نگیر(غیر مغناطیسی): آلیاژآهن – کروم- نیکل با کربن کمتر از۱/۰  %   (شامل انواع۱٫۴۳۰۱/۳۰۴که معمولا عنوان ۸/۱۸ و۱۰/۱۸  نیز شناخته می شوند.)  در حالت کارنشده خاصیت غیرآهن ربایی دارد وبیش از ۶۵ درصد مصرف جهانی استنلس را به خود اختصاص می دهد.

استنلس بگیر(مغناطیسی) : آلیاژ آهن –کروم با کربن کمتر از ۰٫۱% وخاصیت آهن ربایی.

استنلس مارتنزیت : آلیاژآهن-کروم با کربن بالای ۰۱% و خاصیت آهن ربایی وسختی پذیر.

استیل دوپلکس : آلیاژ آهن-کروم ونیکل با ساختمانی از ترکیب استیل های مغناطیسی و غیر مغناطیسی وخاصیت آهن ربایی.

 

خواص اصلی

مقاوم دربرابرخوردگی – کارکرد عالی- مقاوم دربرابرحرارت- هزینه  پایین در طول عمرمفید-۱۰۰درصد قابل بازیافت- خنثی از نظر بیولوژیکی- نسبت بالای مقاومت به وزن.

 

انواع استنلس های بگیر (مغناطیسی) کدامند

پرمصرف ترین آنها ۱٫۴۰۱۶  است.استفاده از آلیاژهایی با کروم پائین درمواردی که حفظ ظاهر در اولویت نبوده وشرایط سخت محیطی موجود نمی باشد،امکان پذیراست افزایش کروم ومولیبدن باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی می شود.افزایش تیتانیوم ونیوبیوم نیز خاصیت جوش پذیری را افزایش می دهد.

 

دوپلکس چیست

استنلس استیل های دوپلکس به طور کلی از نطر مقاومت مکانیکی در سطح بالاتری نسبت به انواع معمول استنلس های بگیر(مغناطیسی) ونگیر(غیرمغناطیسی)قرار دارند.استنلس ها که نوع  ۱٫۴۴۶۲ پرمصرف ترین آنها می باشد به صورت شماتیک می باشد.

 

معرفي استنلس استيل و كاربرد آنها

به طور کلی استنلس استیل، فلز بادوام، کم هزینه جهت نگهداری و صد درصد قابل بازیافت می باشد و بیش از ۶۰ درصد استنلس های جدید از ذوب قراضه استنلس استیل تهیه می گردند.

 خواص اصلی استنلس استیل ها در موارد ذیل خلاصه می گردند:

* مقاومت در برابر خوردگی

* ظاهر جذاب

* مقاومت در برابر حرارت

* هزینه ناچیز در طول عمر مفید

* بصورت کامل قابل بازیافت

* از نظر قابلیتهای بیولوژیکی خنثی می باشد

* سادگی تولید محصول

 

 گروههای استنلس استیل کدامند؟

۱- استنلس های نگیر (غیر مغناطیسی) ۲- استنلس های بگیر ( مغناطیسی) ۳ – استنلس های مارتنزیت ۴ – استنلسهای دوپلکس

 

۱- گروه استنلس های نگیر (غیر مغناطیسی)

آلیاژ آهن، کروم نیکل با کربن کمتر از یک دهم درصد شناخته می شوند مثل استنلس های ۳۰۴ و ۳۰۴L  که معمولا به عنوان ۸/۱۸ و ۱۰/۱۸ نیز نامگذاری شده و در حالت کار نشده خاصیت غیر آهن ربایی دارند.  این گروه بیش از ۶۵ درصد مصرف جهانی استنلس را به خود اختصاص می دهند.

 

۲- گروه استنلسهای بگیر( مغناطیسی)

آلیاژ آهن – کروم با کربن کمتر از یک دهم درصد و خاصیت آهن ربایی.

 

۳- گروه استنلس های مارتنزیت

آلیاژ آهن – کروم با کربن بالاتر از یک دهم درصد و خاصیت آهن ربایی همراه با سختی پذیری.

 

۴- گروه استنلس های دوپلکس

آلیاژ آهن – کروم و نیکل با ساختمانی از ترکیب استنلس های مغناطیسی و غیر مغناطیسی بوده و دارای  خاصیت آهن ربایی در درجه حرارت معمولی می باشند.

 

 خواص اصلی استنلس

مقاوم در برابر خوردگی – کارکرد عالی – مقاوم در برابر حرارت – هزینه پایین و طول عمر مفید، ۱۰۰ درصد قابل بازیافت – خنثی از نظر بیولوژیکی- سهولت در تولید و پاکیزکی و همچنین نسبت بالای مقاومت به وزن

 

 استنلسهای نگیر( غیر مغناطیسی)

در این نوع از استنلس استیل ها آلیاژ ۳۰۴ با ترکیب نیکل ۱۰-۸ درصد و کروم ۲۰-۱۸ درصد و کربن حداکثر ۸۰/۰ درصد به عنوان استنلس پایه شناخته می شود. و با تغییر ترکیب آلیاژی استنلس استیل ۳۰۴ یا ۴۳۰۱ /۱حصول آلیاژ های دیگر استنلس استیل در این گروه امکان پذیر می گردد.

با توجه به اهدف مورد نظر در هنگام  استفاده از استنلس استیل ها شرایط زیر متصور می باشند

حالت اول : اگر بهبود خواصّ مکانیکی مد نظر باشد، بستگی به روش انتخاب یکی از گروه های زیر می توانند انتخاب گردند:

گروه اول : با افزایش نیتروژن در ترکیب آلیاژی می توان به افزایش قدرت خصوصاً در دمای پائین دست یافت و در این گروه می توان به ۳۰۴N یا (۴۳۱۵/۱) و ۳۰۴LN یا (۴۳۱۱/۱) اشاره نمود.

گروه دوم: با افزایش کربن در ترکیب آلیاژی خواص مکانیکی (شامل عملیات سرد) افزایش می یابد که میتوان به نوع استنلس استیل  ۳۰۱ (۴۳۱۰/۱) اشاره نمود.

گروه سوم : با کاهش نسبی کربن و افزایش نیتروژن  در ترکیب آلیاژی استنلس استیل ۳۰۱ می توان جوش پذیری را افزایش و خاصیت غیر شکنندگی و مقاومت در برابر خوردگی را افزایش داد به عنوان مثال به نوع ( ۳۰۱LN (438/1 میتوان اشاره نمود.

گروه چهارم : با افزایش نیکل تا حد  ۱۲ درصد در ترکیب آلیاژی می توان شکل دهی انبساطی (کشش با مهار) را افزایش داد که نوع ۳۰۵ (۴۳۰۳/۱) یکی از این انواع می باشد.

حالت دوم : اگر هدف افزایش مقاومت در برابر خوردگی بوده باشد می توان با استفاده از استیل پایه (۳۰۴) به دو گروه زیر دست یافت

گروه اول: چنانچه مقاومت در برابر اکسیداسیون در درجه حرارتهای بالا مورد نظر باشد  استنلس استیل هایی که  در ترکیب آلیاژی آنها کروم و نیکل افزایش پیدا می نمایند ، مناسب می باشند از بارزترین آنها می توان به انواع  ۳۰۹ S(4833/1) 310/314 (4841/1) و ۳۱۰S (4845/1) اشاره نمود.

گروه دوم :  جهت افزایش مقاومت در برابر خوردگی  می توان با افزایش مولیبدن در ترکیب آلیاژی استیل پایه مقاومت در برابر خوردگی را افزایش داد.۳۱۶ (۴۴۰۱/۱) با مولیبدن ۲ درصد و ۳۱۶ (۴۴۳۶/۱) با  مولیبدن ۵/۲ درصد و ۳۱۷ با مولیبدن ۳ درصد از جمله این نوع از استنلسها می باشند.

در حالت سوم : چنانچه بهبود کیفیت جوش پذیری مد نظر قرار گیرد می توان گروه های زیر را در شرایط گوناگون متصّور نمود:

گروه اول:

با کاهش کربن و افزایش نسبی تیتانیوم می توان جوش پذیری استنلس استیل را بهبود داد و همزمان از خوردگی داخل  دانه ای  پس از جوش جلوگیری نمود.

انواع این گروه شامل استنل های سری ۳۲۱  (۴۵۴۱/۱) دارای تیتانیوم و یا سری های ۳۰۴ (L(4307/1  و (۴۳۰۶/۱) با کربن پائین می باشند .

گروه دوم : با کاهش کربن و افزایش مولیبدن و نیز تیتانیوم می توان علاوه بر بهبود جوش پذیری مقاومت در برابر خوردگی را همزمان افزایش داد. استنلسهای  ۳۱۶ TI  ۴۵۷۱/۱  و ۳۱۶ L و ۳۱۷L از این جمله اند.

گروه سوم: در این نوع از استنلسها با افزایش کروم ، مولیبدن و نیتروژن در استنلس استیل پایه (۳۰۴) مقاومت در برابر خوردگی افزایش یافته و کیفیت جوش پذیری نیز بهبود می یابد . استنلسهای ۴۵۴۷/۱، ۴۵۲۹/۱ با مولیبدن ۶ درصد  از این جمله اند.

 

 انواع استنلس های بگیر(غیر مغناطیسی )

پر مصرف ترین استنلس استیل در این گروه نوع  (AISI 430)یا ۴۰۱۶/۱می باشد . این نوع از استنلسها در شرایطی که حفظ ظاهر در اولویت بوده و شرایط سخت محیطی موجود نمی باشد، دارای کاربرد فراوانی می باشند. افزایش کروم و مولیبدن در این نوع از استنلس ها باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی شده و اضافه نمودن  تیتانیوم و نیوبیوم نیز خاصیت جوش پذیری را افزایش می دهند.

 تقسیم بندی استنلس استیل های مغناطیسی ( بگیر)

گروه اول:

این گروه شامل استنلس استیل های ۴۰۹- ۴۱۰- ۴۲۰- ۴۱۰L که کروم موجود انها بین ۱۰ تا ۱۴ درصد می باشد و ۳۰ درصد کل مصرف این نوع استنلس استیل را شامل می گردد. این گروه دارای کمترین میزان کروم و ارزانترین نوع استنلس استیل  می باشد . در محیط های غیره خورنده و یا دارای خورندگی ناچیز و یا جاهایی که مقدار کمی از زنگ زدگی سطحی قابل قبول باشد مصرف می گردد. بیشتر در فضای بسته ( شرایطی که با آب در تماس مستقیم نبوده و یا به صورت دائم خشک است) و نیز برای صدا خفه کن اگزوزها ی ماشین مصرف عمده دارد.

سری ۴۱۰ L جهت استفاده در کانتینرها – اتوبوسها و مینی بوسها و اخیراً فریمهای LCD به کار گرفته می شود.

گروه دوم:

استنلس استیل ۴۳۰ شاخص این گروه نوع می باشدکه کروم آن بین ۱۴- ۱۸  درصد می باشد و پر  مصرف ترین استنلس استیل از نوع مغناطیسی ( بگیر) می باشد ( حدوداً ۴۸ درصد مصرف جهانی این نوع   از استنلس استیل به خاطر بالا بودن میزان کروم ( ۱۴ -۱۸ درصد ) دارای مقاومت بالا در برابر خوردگی بوده و شباهت زیادی به استنلس استیل پایه گروه غیر مغناطیسی یعنی  ۳۰۴ دارد. مصارف دیگر این استنلس استیل در ساخت دیگهای ماشین لباس شویی وپانلهای داخلی است استنلس استیل ۴۳۰ معمولا جایگزین خوبی برای  استیل غیر مغناطیسی  ۳۰۴ بوده و در اقلام  وسایل خانگی مانند ماشینهای ظرفشویی، ظروف آشپزخانه ( قابلمه و تابه ) مورد استفاده گسترده دارد.

گروه سوم : استیل های این گروه نیز شامل (۱۴- ۱۸  درصد کروم ) بوده هر چند عناصر تثبیت کننده مانند تیتانیوم ، نیوبیوم نیز به صورت فعال در ترکیب وجود دارند از جمله این استیلها به انواع  ۴۳۰TI-439-441 ) می توان اشاره نمود. در مقایسه با گروه ۲ این سری از استنلسهای بگیر قابلیت بهتری در جوش پذیری و فرم گیری از خود نشان می دهند و در اکثر موارد از سری های غیر مغناطیسی ۳۰۴ رفتار بهتری از خود بروز می دهند.

مصارف عمده این گروه ساخت سینک ها ، لوله های تبادل حرارتی (صنایع شکر و انرژی و غیره) سیستم های اگزوز با عمر طولانی تر( از نوع  ۴۰۹) و نیز قسمتهای جوش شده در ماشینهای لباسشویی می باشد. در موارد مصرفی که استفاده از استنلس های ۳۰۴ به نظر بالاتر از حد مورد نیاز و غیر اقتصادی بنظر می آیند این نوع از استنلسهای بگیر جایگزین مناسبی می باشند.

گروه چهارم: شامل استنلسهای ۴۳۴،۴۳۶، ۴۴۴ ( مولیبدن در ترکیب ) که ۷ درصد از مصرف را به خود اختصاص می دهند. این گروه شامل مقداری مولیبدن اضافه شده جهت افزایش مقاومت در برابر  خوردگی می باشد . مصارف معمول این گروه در ساخت تانک های آب گرم ، آبگرمکن های خورشیدی ، قسمتهای بیرونی سیستم اگزوز ، کتری برقی، قطعات اجاق های مایکروویو، پنل های  خارجی و غیره می باشد.

سری ۴۴۴ از نظر مقاومت در برابر خوردگی می تواند مشابه سری ۳۱۶ عمل نماید.

گروه پنجم : شامل استنلسهای با ۳۰ – ۱۸  درصد کروم می باشند که در گروههای دیگر قابل دسته بندی نباشند. از انواع آن می توان به نوع های ۴۴۵، ۴۴۶،۴۴۷، و غیره اشاره نمود. ( این گروه ۲ درصد از مصرف کل را به خود اختصاص می دهند.)

این سری دارای کروم اضافه و نیز مولیبدن جهت افزایش مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون می باشد (مانند نوع ۳۱۶ )  و  مصرف عمده این سری در محیطهای ساحلی و در شرایط سخت خوردگی است. شایان ذکر است مقاومت خوردگی سری JIS 447  معادل فلز تیتانیوم می باشد .

 مزیت آهن ربا بودن استنلسهای مغناطیسی (بگیر)

اینگونه متصور است که چون استنلس بگیر دارای خاصیت آهن ربایی است، بنابراین به صورت واقعی ضد زنگ نبوده و مانند فولادهای کربنی زنگ می زند. این تصور کاملا اشتباه است . لازم به ذکر است تنها به علت تفاوت ساختمان اتمی است که بعضی از استنلسها مغناطیسی ( بگیر) و شماری از آنها غیر مغناطیسی (نگیر) می گردند .

 خواص ضد خوردگی استنلسهای مغناطیسی (بگیر)

فلز استنلس استیل بعلت داشتن کروم در برابر خوردگی مقاوم گردیده است.

فلزات کلا در مقابل خوردگی به نسبتهای مختلف دارای ضعف می باشند هرچند استنلس استیل بصورت چشمگیری نسبت به فولادهای کربنی در مقابل خوردگی مقاوم می باشد.

فلز کروم در استنلس استیل ( نه نیکل که بعضی اوقات تصور می گردد) عامل اصلی مقاومت این فلز در برابر خوردگی است.  به همین دلیل استنلسهای مغناطیسی ( بگیر ) به نسبت کروم موجود در آنها مقاومت خوبی در برابر خوردگی از خود نشان می دهند.

 مقاومت موضعی در برابر خوردگی در استنلسهای مغناطیسی

مقاومت استنلس استیل در برابر خوردگی ناشی از ترکیب  شیمیایی آن بوده و بستگی به ساختمان اتمی نوع بگیر یا نگیر آن ندارد. در استنلس استیل های ۴۳۶ و ۴۴۴ به علت داشتن مولیبدن مقاومت در برابر خوردگی در سطح بالاتری از ۳۰۴ قرار دارد هرچند استنلس نگیر ۳۰۴ مقاومتش بیشتر ازاستنلسهای بگیر سری ۴۴۱، ۴۳۹، ۴۳۰ می باشد .

خواص فیزیکی و مکانیکی استنلسهای مغناطیسی (بگیر)

استنلس های بگیر برای تولیدات مختلف بسیار مناسب بوده و دارای کاربردهای وسیعی می باشد.

استنلس های بگیر مشخصات مکانیکی مناسب داشته و در مقایسه با استنلس های نگیر موقعیت میانی قابل قبولی دارند. تنش تسلیم استنلس های بگیر از نگیر بالاتر بوده در حالیکه مشخصات تغییر طول و شکل پذیری آن مشابه فولاد های کربنی می باشد. دو مشخصه برتر اینگونه استنلس استیل ها نسبت به  استنلس های نگیر انبساط حرارتی و هدایت حرارتی آنها می باشد.

 مشخصات فیزیکی استنلسهای مغناطیسی (بگیر)

به طور کلی مشخصات فیزیکی یک فلز آلیاژی منعکس کننده توانائی فلز جهت انتقال حرارت، انتقال الکتریسیته ،

انبساط و انقباض و غیره می باشد.

استنلس های بگیر دارای خاصیت مغناطیسی بوده و در عین حال دارای مزیت های متعددی نسبت به استنلس های نگیر می باشند به عنوان مثال انتقال حرارت به میزان قابل توجهی درآنها بوده و در مصارفی چون اطوهای برقی ، یا مبدل های حرارتی لوله یا ورق ایده ال می باشند.

ضریب انبساط حرارتی استنلس های بگیر مشابه فولاد های کربنی بوده و به مراتب از استنلس های نگیر پایین تر است در نتیجه استنلس های بگیر در مقابل حرارت کمتر تغییر شکل می دهند.

 گازهای محافظ جهت جوشکاری استنلسهای مغناطیسی

استنلس استیل در حالت ذوب به علت داشتن کروم بالا دارای قابلیت اکسید شدن بالا می باشد چنانچه در هنگام ذوب این فلز از هوا مصون نگردد کروم موجود در فلز به اکسید تبدیل شده و مقاومت در برابر خورندگی در محل جوش کاهش می یابد.

برای جلوگیری از وقوع این امر از گاز محافظ استفاده می گردد گازهای محافظ می توانند آرگون و یا هلیوم و ترکیبی از آنها باشند.

جهت استنلس های بگیر گازهای محافظ می بایست آرگون خالص و یا ترکیب آرگون و هلیوم باشند.

گاز آرگون معمول ترین گاز حفاظتی در پشت کار می باشد و گاز نیتروژن نمی بایست در استنلس های بگیر مورد استفاده قرار گیرد.

 اسید شویی ، خنثی سازی و گند زدایی

تغییر رنگ جزئی ناشی از جوشکاری باید با روشهای مکانیکی و یا شیمیایی ( به نام اسید شویی) از بین برده شود . اسید شویی به وسیله ترکیبی از اسید های فلوئیدریک و نیتریک و یا خمیر های مخصوص می باشد.

عملیات خنثی سازی و گند زدایی جهت بازآوری لایه سطحی و آزاد شدن رسوبات متالیک از طریق غوطه ور کردن قطعه در آب سرد حاوی ۲۰ تا ۲۵ درصد اسید نیتریک بدست می آید.

 به طور اختصار دسته بندی استنلسهای مغناطیسی (بگیر) به صورت زیر خواهد بود :

گروه اول :    کروم ۱۴ – ۱۰ درصد( ۴۰۹-۴۱۰-۴۲۰)

گروه دوم :    کروم  ۱۸- ۱۴ درصد (۴۳۰)

گروه سوم :   کروم  ۱۸- ۱۴ درصد و فلزات تثبیت کننده  مانند نیوبیوم و تیتانیوم مانند انواع  ۴۳۰TI، ۴۳۹، ۴۴۱

گروه چهارم : حاوی ۵ درصد مولیبدن اضافه مانند انواع ۴۳۴، ۴۳۶ و۴۴۴

گروه ۵ : حاوی ۳۰- ۱۸ درصد کروم که در گروه های دیگر نباشد مانند انواع ۴۴۵،۴۴۶،۴۴۷

 

دوپلکس چیست؟

استنلس استیل های دوپلکس بطور کلی از نظر مقاومت در سطح بالاتری نسبت به انواع معمول استنلس های بگیر  و نگیر قرار دارندو پر مصرف ترین آنها نوع ۴۴۶۲/۱ EN می باشد

انواع استنلس های دوپلکس

ASTM                             EN

۳۲۱۰۱S                      ۴۱۶۲/۱

۳۲۳۰۴S                      ۴۳۶۲/۱

۳۲۲۰۵S                      ۴۴۶۲/۱

۳۱۸۰۳S

۳۲۷۶۰S                      ۴۵۰۱/۱

۳۲۷۵۰S                      ۴۴۱۰/۱

 

مشخصات اختصاصی

قدرت بالا ۲- مقاومت بالادر برابر نفوذ حفره ای و خوردگی موئی  ۳- مقاومت بالا در برابر تنش های منجر به ترک خوردگی و خستگی هر دو ناشی از خوردگی  ۴- مقاومت بالا در برابر خوردگی های یکپارچه  ۵- مقاومت خوب در برابر خستگی  ۶- قدرت جذب انرژی بالا  ۷- انبساط حرارتی پائین  ۸- جوش پذیری خوب

 کاربردها

۱- مبدل های حرارتی  ۲- آبگرمکن ها   ۳- محفظه های تحت فشار  ۴- تانکرها   ۵- شفت ها و جلو برندها قطعات گردشی دیوارهای موج شکن  حائل در سکوهای دریایی ۶- تانکرهای حمل مواد و نیز سیستم های لوله کشی جهت تانکرهای شیميایی   ۷- هضم کنندها و سایر دستگاها در صنایع کاغذ و خمیر کاغذ  ۸- داکتهای تصفیه گاز  ۹- سیستم آب دریا  ۱۰- کارخانجات آب شیرین کن.

 مختصات عمومی

استنلسهای دوپلکس به عنوان استنلس های بگیر- نگیر ( مغناطیسی- غیر مغناطیسی) نیز شناخته شده که تعداد زیادی از خواص مفید هر دو نوع استنلس استیل بگیر و نگیر را دارا می باشد.

به علت درصد بالای کروم و نیتروژن و همچنین در اکثر موارد مولیبدن دارای مقاومت بالا در برابر خوردگیهای نقطه ای و یکنواخت می باشند. ساختمان میکروسکوپی استنلسهای دوپلکس موجب افزایش توانایی (قدرت) و مقاومت آن در برابر ترک خوردگی های ناشی از تنشهای خوردگی می گردد. استنلسهای دوپلکس درای خصوصیت جوش پذیری خوبی نیز می باشند.

 مقاومت در برابر خوردگی

استنلس های دوپلکس به علت برخورداری از درصد بالای کروم مقاومت بسیار عالی در برابر خوردگی در بسیاری از محیط ها را دارند.

 خوردگی یکنواخت (uniform corrosion)

این نوع خوردگی در هنگامی اتفاق می افتد که کل سطح استیل در مجاورت محیط خورنده قرار گرفته و بصورت یکنواخت در معرض خوردگی قرار می گیرد . بطور کلی هنگامی که سرعت خوردگی در استیل کمتر از ۰/۱ میلیمتر در سال باشد ، استیل با مقاومت خوب در برابر خوردگی تلقی می گردد.

استیلهای دوپلکس به علت برخورداری از درصد بالای کروم مقاومت بسیار عالی در برابر خوردگی در بسیاری از محیطها را دارند.

۲۳۰۴SAF در بسیاری از مواقع معادل ۴۴۰۴ بوده و انواع دیگر استیلهای دوپلکس با آلیاژهای بالاتر مقاومتهای بیشتری در برابر خوردگی از خود نشان می دهند. در اسید سولفوریک که یا یونهای کلر همراه گردیده ، دوپلکس ۲۲۰۵ از استنلس نوع ۴۴۰۴ مقاومت خیلی بهتری در برابر خوردگی از خود نشان داده و مقاومت آن معادل استنلس نوع ۹۰۴ L می باشد

 خوردگی حفره ای و موئی (PITTING)

با افزایش کروم ، مولیبدن و نیتروژن در استیل مقاومت آن در برابر خوردگی حفره ای افزایش می یابد.

 ترک ناشی از تنش خوردگی

در محیط های کلریدی با درجه حرارت بالا، استنلس استیلهای نگیر در معرض بروز ترک بر اثر تنش خوردگی قرار می گیرند. استنلس استیلهای از نوع دوپلکس به علت تداوم فاز مغناطیسی شان به میزان بسیار کمتری در مقابل اینگونه خوردگی حساس می باشند.

 تنش خوردگی سولفاید منجر به ترک

در شرایط حضور محلول های هیدرو سولفاید و هیدروکلراید، امکان بروز تنش خوردگی منجر به ترک در درجه حرارت های پائین تر بیشتر می گردد. چنین شرایطی در بدنه چاههای نفت و گاز به شدت امکان وقوع پیدا می کند. در حالیکه انواع استیلهای ۲۲۰۵و ۲۵۰۷SAF  مقاومت خوبی در اینگونه شرایط از خود نشان می دهند در حالیکه استنلسهای با ۱۳ درصد کروم تمایل بیشتری به تنش خوردگی منجر به ترک دارند.

 خستگی خوردگی (CORROSION FATIGUE)

استیلهای دوپلکس به علت قدرت مکانیکی بالا و مقاومت زیاد در برابر خوردگی دارای توانائی بالا در برابر خستگی خوردگی می باشند مقاومت استیل ۲۲۰۵ در آب دریا (مصنوعی) بیشتر از انواع دیگر آن می باشد

 خوردگی داخل کریستالی

به علت ساختمان میکروسکوبی خاص و درصد پائین کربن این نوع استنلسها دارای مقاومت بسیار خوب در برابر خوردگی داخل کریستالی می باشند و به گونه ای هستند که پدید آمدن حالت غیر مغناطیسی در منطقه حرارت دیده جوش را تضمین می نمایند و پدید آمدن کاربیدها و نیتریدهای ناخواسته در مرزهای دانه ای در اینگونه استیل ها به حداقل کاهش می یابد.

 جوش

جوش پذیری استیل های دوپلکس خوب بوده و روشهای معمول جوشکاری در استنلس استیل ها در مورد آنها نیز صادق می باشد.

 روشهای معمول جوش استنلس استیل

جوش قوسی  فلز  با حفاظت

جوش قوسی تنگستن با  گاز

جوش قوسی فلز با گاز

جوش قوسی با الکترود

جوش قوسی با پلاسما

جوش قوسی زیر پودری

 

 دستور العمل کلی زیر درهنگام جوشکاری می تواند عموما مورد استفاده قرار بگیرد:.

۱- جوش ماده می بایست بدون پیشگرم انجام پذیرد.

۲- ماده باید فرصت سرد شدن تا حد پایین تر از ۱۵۰ در جه سانتیگراد در بین مراحل مختلف جوش را داشته باشد .

۳- جهت حصول مشخصات خوب برای فلز جو ش شده ، مواد پر کننده مورد استفاده قرار گیرد .

۴- جهت حصول شرایط مناسب تعادلی بین حالت مغناطیسی و غیر مغناطیسی در جوش ، قدرت قوس جوش می بایست در محدود های توصیه شده باقی بماند.

۵- برای اطمینان از عدم وقوع خوردگی حفر ه ای در جوشکار های  GTIMوPAW ، اضافه نمودن نیتروژن در گاز محافظ توصیه می گردد.

 

فولاد ضدزنگ آستنیتی : سری Austenitic 300

فولاد ضدزنگ آستنیتی بیشترین مورداستفاده را در بین انواع دیگر فولادهای زنگ نزن داشته و تقریبا ۸۰% بازارجهان را به خود اختصاص داده است. درساختار آن حداقل ۷%  عنصر نیکل قرار دارد که ساختارفولاد را تماما آستنیتی نموده و باعث گردیده فولاد خاصیت انعطاف پذیر، مقاوم برای کاربرد دردماهای بالا، غیرمغناطیسی و قابلیت جوشکاری مساعد ازخود نشان دهد.

بنابراین مشخصه اصلی این طبقه از فولادهای زنگ نزن، سهولت جوشکاری و مقاومت به خوردگی عالی- نرم و انعطاف‌ پذیر بودن برای کارسرد و غیرمغناطیس بودن آنها می باشد. طبق آنچه بدان اشاره گردید، فولادهای زنگ نزن را برای استفاده در محیط های اتمسفری، آب دریا و انواع مختلف محیط‌های شیمیایی انتخاب می‌کنند. اما، بستگی به نوع محیط، باید فولاد با ترکیب شیمیایی مناسب انتخاب شود. بجز مقاومت دربرابر محیط‌های خورنده خاص، فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی دارای خواص متالورژیکی

الف- تبدیل آستنیت به مارتنزیت دراثر کارسرد درانواع ۳۰۱ ، ۳۰۲ و۳۰۴

ب- کاهش کربن و عنصرآلیاژی کرم برای حذف امکان تشکیل کاربید کرم و جلوگیری از خوردگی بین دانه‌‌يی درانواع L304 L316 ، ۳۲۱ ، ۳۴۷

ج- آلیاژکردن با مولیبدن برای افزایش مقاومت دربرابر خوردگی حفره‌يی درانواع ۳۱۶

د- استفاده از درصدهای بالای عناصرآلیاژی کرم و نیکل برای افزایش استحکام دردمای بالا (فولادهای نسوز) و مقاومت دربرابر پوسته شدن درانواع ۳۰۹ و ۳۱۰ نیز می‌باشند.

 

موارد کاربرد

مخازن نگهدارنده موادشیمیایی – لوازم آشپزخانه – لوله های صنعتی –نمای خارجی بناها – استراکچرها

فولاد ضدزنگ فریتی : سری ۴۰۰ Ferritic

این دسته ازفولادهای ضدزنگ خاصیت مغناطیسی و خواص فیزیکی و مکانیکی مناسبی دارند.عنصرآلیاژی عمده دراین گروه کرم در حدکافی جهت پایدار کردن کامل فازفریت می باشد به منظور جلوگیری ازتشکیل فازهایی که دررابطه با انعطاف پذیری و چقرمگی مخرب اند، سریع سردکردن این نوع فولادها که حاوی درصد زیادتری ازعناصر آلیاژی هستند الزامی است . فولادهای ضدزنگ فریتی خواصی مشابه به فولاد ساده کربنی داشته با این تفاوت که مقاومت آنها دربرابر خوردگی به مراتب بهتراست. عموما این فولادها حاوی مقادیر بین ۱۲ تا ۱۷ درصدکرم درساختارخودمی باشند که فولادهای بامقادیر حدودا ۱۲ درصد کرم بیشتر برای کاربرد دراستراکچرها و فولادهای بامقادیر حدودا ۱۷ درصد کرم بیشتر در بویلرها – ماشین های لباسشویی – دکوراسیون داخلی و لوازم خانگی بکارمی روند.

فولاد ضدزنگ آستنیتی – فریتی : ( Austenitic-Ferritic ( Duplex

این دسته ازفولادهای ضدزنگ هردو ساختارمتالورژیکی مربوط به فاز های فریت و آستنیت را همزمان درخودداشته ازاینرو آنها را فولادهای ضدزنگduplex نیز نامگذاری کرده اند این فولادها حاوی مقادیری ازعنصرنیکل به منظور پایدارکننده فازآستنیت و حصول خواص انعطاف پذیری همچنین مقادیری از عنصر کرم به منظورپایدارکننده فازفریت و حصول خواص استحکام و چقرمگی مناسب درفولادمی باشند.

موارد کاربرد

صنایع پتروشیمی – کاغذسازی – قند و نیشکر همچنین کشتی سازی

فولاد ضدزنگ مارتنزیتی : Martensitic

برای بسیاری ازکاربردها که مستلزم نه تنها مقاومت دربرابر خوردگی است بلکه نیاز به استحکام بالا،سختی بالا،مقاومت به سایش و حفظ لبه های تیز و زوایا درقطعه است ، ازفولادهای مارتنزیتی استفاده می کنند این فولادها را می توان ابتدا آهنگری نمود و سپس با آستنیته و سریع سردکردن (تشکیل مارتنزیت) و بازپخت دادن عملیات حرارتی کرد. فولاد ضدزنگ مارتنزیتی خاصیت مغناطیسی داشته و قابلیت حصول محدوده متغیر ازسختی رادارد. برای ساخت بلید توربین های بخار ازاین نوع فولاداستفاده می گردد

بر خلاف آنچه که به صورت عمومی تصورمی گردد که استنلس استیل زنگ نمی زند ، استنلس استیل بخاطر ترکیب الکترونی آن امکان زنگ زدن را دارد .

استنلس استیل با افزایش ۵/۱۰ درصد کروم به فولاد معمولی بوجود می آید بنابراین هر استنلس استیلی که کمتر از ۵/۱۰ درصد کروم داشته باشد نباید آنرا استنلس استیل دانست . نیکل و ترکیبات دیگر خواص دیگری را در استنلس استیل افزایش می دهند. برای مثال ، عنصر نیکل خواص قابلیت فرم دهی ، شفاف بودن ومقاومت در دمای بالا را به استنلس استیل می بخشد.

استنلس استیل همانگونه که ذکر شده با افزودن ۵/۱۰ درصد کروم به فولاد به وجود می آید این ترکیب در مجاورت اکسیژن موجود در هوا به اکسید کروم Cr2O3 تبدیل می شود ضخامت این پوشش ۱۳۰ انگستروم Angstroms می باشد . ( هر انگستروم معادل یک صد میلیونیم سانتیمتر است ) وبلا فاصله روی آهن را گرفته و مانع از زنگ زدگی آن می گردد. این پوشش آگر چه مانند سرامیک سخت است ولی آسیب پذیر می باشد وبه مجرد خراش چنانچه اکسیژن کافی درمحیط موجود نباشد امکان تشکیل لایه مجدد را پیدا نکرده و به تدریج دچار زنگ زدگی می گردد . به خاطر همین مطلب است که وقتی یک واشر استنلس استیل را همراه با یک واشر لاستیکی به شدت محکم می کنیم به مرور زمان در اثر کمبود اکسیژن دچار زنگ زدگی می شود . این موضوع شایان توجه است که در اثر فرم دهی خمکاری و سایر عملیات مرتبا این پوشش از بین میرود و تشکیل می گردد.

استنلش استیل در مقابل آب دریا که مقدار زیادی نمک دارد و همچنین آب های که دارای کلر زیاد هستند ، دچار آسیب می گردد زیرا کلر در سطح خارجی استنلش استیل اثر گذار بوده و در صورتی که خراش بر روی سطح استنلس استیل باشد امکان ترمیم آن را پیدا نمی کند و از همین مجرای کوچک ، آب های با نمک بالا یا کلر زیاد هر روز شروع به تخریب استنلس استیل می ننماید و این اثر به صورت لک های زنگ زدگی ملاحظه و به تدریج گسترش پیدا می نماید . انچه که بایستی در مورد استنلس استیل و مشتقات آن مورد توجه قرار داد اینست که استنلس استیل بایستی مرتب با هوا در تماس باشد و اگر در اثر کار سرد مثل خمکاری ، برش ، فرم دهی و غیره پوشش سطحی آن دچار آسیب شده باشد و در مجاورت اکسیژن نباشد ، دچار زنگ زدگی خواهد شد.

در مورد المنت استنلس استیل نظر به نامشخص و مطمئن نبودن منابع تولید و نوع واردات که اغلب بدون دانش فنی صحیح وارد کشور می شود به هیچ عنوان نمی توان صرفا به اظهار نظر فروشنده متکی بود زیرا تشخیص نوع استنلس استیل اسید مقاوم یا آتش مقاوم برای هیچ فروشنده ای امکان پذیر نمی باشد مگر با ارائه مدارک و اسناد

قالب ریخته گری - منیفولد

متالوژی چیست

متالوژی چیست

علم شناخت ، استخراج  و هنر کار روی فلزات را متالوژی می‌‌گویند. این علم جداسازی مواد معدنی از سنگ معدن ، ذوب ، تصفیه و تولید شمش ، بهبود خواص و تهیه آلیاژها و فن کار بر روی فلزات و شکل دادن آنها را دربر می‌‌گیرد.

مقدمه از زمانی که انسان فلز را شناخت، متالوژی را به عنوان یک هنر فرا گرفت. صنعت متالوژی از دیر باز در جهان به عنوان یک صنعت مادر شناخته شده و با پیشرفتهای روز افزون تکنولوژی نقش آن اشکار می‌‌گردد. تحقیقات باستان شناسی نشان می‌‌دهند که اولین اقوامی ‌که موفق به کشف و استفاده از آن شدند، ساکنان فلات ایران بودند. با در نظر گرفتن این سابقه کهن ، همچنین نقش روز افزون فلزات در زندگی بشر و وجود معادن غنی متعدد در ایران ، شایسته است که دست اندرکاران صنعت متالوژی در شناسایی این رشته و افزایش آگاهی عمومی ‌در این زمینه کوشا باشند.

تاریخچه دوره فلزات بعد از عصر حجر و از حدود هفت هزار سال قبل از هجرت آغاز شده است. شاید مس اولین فلزی است که بطور خالص و طبیعی و جدا از مواد معدنی مورد استفاده بشر قرار گرفته است. انواع سنگهای مس از ظاهری فلزی با رنگهای مختلف مانند نیلی ، لاجوردی ، سبز ، طلایی و سرخ برخوردار می‌‌باشند. این امر می‌‌تواند یکی از عوامل توجه بشر اولیه به ترکیبات حاوی مس باشد.

برخی معتقدند که گویا اولین بار ذرات طلا که در کنار ماسه‌های کنار رودخانه‌ها پراکنده بودند، توسط بشر شناسایی شدند. مصریان و شاید هندیان بیشتر از سایر ملل در استخراج طلا از سنگهای آن توفیق داشتند، اما در ایران از دوره هخامنشی ، آثار متعددی از طلا و نقره خصوصا در کنار رود جیحون و در شهر همدان کشف شده است. با گذشت زمان فلزات دیگری مانند نقره ، سرب ، آنتیموان و قلع نیز کشف شدند و بشر توانست با استفاده از آتش ، ذوب فلزات را تجربه نموده و آلیاژهای مختلف را بدست آورد. به عنوان مثال ، از مخلوط کردن قلع و مس ، مفرغ بدست آمد و به این ترتیب عصر مفرغ شروع شد.

روشهای تولید مصنوعات فلزی ریخته‌گری ریخته‌گری عبارت از شکل دادن فلزات و آلیاژها از طریق ذوب ، ریختن مذاب در محفظه‌ای بنام قالب و آنگاه سرد کردن و انجماد آن مطابق شکل محفظه قالب می‌‌باشد. این روش قدیمی‌‌ترین فرآیند شناخته شده برای بدست آوردن شکل مطلوب فلزات است. اولین کوره‌های ریخته‌گری از خاک رس ساخته شده که لایه‌هایی از مس و چوب به تناوب در آن چیده شده است و برای هوا دادن از فوتک بزرگی استفاده می‌‌کردند.

 

متالورژی پودر چیست ؟

متالورژی پودر روشی برای ساخت و تولید قطعات فلزی و سرامیک است که اساس آن بر فشردن پودر مواد به شکل مورد نظر و تف‌جوشی آن است. تف جوشی در درجه حرارتی زیر نقطه ذوب صورت می‌‌پذیرد.

متالوژي پودر شيوه‌اي نوين براي شكل‌ دهي فلزات است و از جمله قابليت‌هاي آن تبديل مستقيم پودر به قطعات داراي شكل و ابعاد نهايي است. نگرش متالوژي پودر به قطعه‌سازي با روشهاي سنتي توليد قطعات متفاوت بوده و در اين تكنولوژي توزيع فازها و ريزساختارها قابل كنترل مي‌باشد. دامنة استفاده از متالوژي پودر بسيار گسترده بوده و در اين رابطه كافي است به زمينه‌هايي چون توليد رشته‌هاي لامپ، بوشهاي خود روانساز، متعلقات گيربكس اتومبيل.اتصالات الكتريكي،‌ المانهاي سوخت نيروگاههاي هسته‌اي، اجزاء ترميمي ارتوپدي، ‌صافي‌هاي دما بالا، مواد ضدسايش، اشاره شود. فعاليتهاي متالوژي پودر را مي‌توان به  بخشهای زیر تقسيم كرد.

بخش اول  : به نام تكنولوژي پودر از آن ياد مي‌شود ، پودر موردنياز (دانه‌هاي ريز يك جامد كه بزرگترين بعد آنها كمتر از mm 1 است) فراوري مي‌شود كه شامل توليد، طبقه‌بندي، تعيين خواص متالوژيكي و بسته‌بندي

بخش دوم : فعاليتهاي شكل‌دهي، مانند فشردن،‌ تفت جوش،‌ آهنگري و نورد و ستيزه كردن روي پودر صورت مي‌گيرد كه باعث مي‌شود پودرهاي فلزي در لايه‌هاي سطحي خود به يكديگر جوش خورده و شكل قالب را به خود بگيرند.  كتاب متالورژي پودر تأليف راندال ژرمن ترجمه دكتر مجتبي ناصريان

ريخته‌گري دقيق به تكنيك‌هاي ريخته‌گري اطلاق مي‌شود كه در آنها سعي مي‌شود قطعات دقيق توسط ريخته‌گري تكميل شوند و پس از ريخته‌گري قطعه كامل با دقت و تلرانسهاي لازم توليد شود و نياز به عملياتهاي تكميلي مانند سنگ‌زني و تراشكاری نمي‌باشد مهمترين نياز ريخته‌گري دقيق توليد قالب‌، با دقت بالا و انبساط حرارتي كم و سطح پرداخت و انتقال حرارت مناسب مي‌باشد. از جمله كاربردهاي ريخته‌گري دقيق نمونه‌سازي سريع مي‌باشد كه تكنيك‌هاي سريع و پيشرفته‌اي را براي توليد قالب موردنياز از طرح بكار مي‌برند.

متالورژی پودر بخشی کوچک ولی بسیار مهم از صنایع فلز گری می‌‌باشد. اولین کاربرد متالورژی پودر برای تولید پلاتین با دانسیته کامل بود که در قرن ۱۹ میلادی صورت گرفت چون در آن زمان امکان ذوب پلاتین به دلیل نقطه ذوب بالا وجود نداشت. در اوایل قرن بیستم فلزهای دیر گدازی مانند تنگستن، مولیبدن توسط روش متالورژی پودر شکل داده شدند. کاربیدهای سمانیت و یاتاقانهای برنزی متخلخل نسل بعدی قطعات متالورژی پودر بودند. به این صورت قطعات متالورژی پودر در انواع صنایع مانند لوازم خانگی، اسباب بازی سازی و الکترونیک کاربرد پیدا نمود. آخرین کاربردهای قطعات متالورژی پودر در صنایع خودرو سازی می‌‌بود که موازی با رشد صنایع اتومبیل سازی رشد نمود به صورتی که امروزه بقای صنعت متالورژی پودر در کشورهای صنعتی بسیار وابسته به صنعت خودرو سازی می‌‌باشد.

در سال‌های ( ۱۹۵۰ – ۱۹۶۰ )  روشهای نوین مانند فُرج پودر و ایزو استالیک گرم در صنعت متالورژی پودر بکار گرفته شد. این روشها با تولید قطعات با دانسیته بالا توان رقابتی قطعات متالورژی پودر را افزایش دادند.

گرچه روش متالورژی پودر امکانات ویژه‌ای را جهت تولید بعضی قطعات خاص فراهم ساخته است، که تولید آنها از طریق روشهای دیگر غیر ممکن یا بسیار مشکل می‌‌باشد ولی زمینه‌هايی که باعث فراگیر شدن استفاده از این روش گردیده است، عبارت‌ است از:

 

  • زمینه‌های اقتصادی
  • بهره‌وری انرژی
  • انطباق زیست محیطی
  • ضایعات بسیار پائین

متالورژی پودر تکنولوژیی است، پویا. در طول سالها عوامل موثر بر این فن آوری بهبود داده شده‌اند به علاوه، تولید آلیاژهایی جدید و مستحکمتر و فرآیندهای تولید قطعات با دانسیته بالا مانند

(Warm compaction، ایزو استالیک گرم، فرج پودر، extrusion، Powders rolling، Incretion mounding Powders ) همراه با کنترل عالی بر زیر ساختار هم چنین خصوصیت ذاتی فن آوری متالورژی پودر در تولید مواد مرکب، امکان ساخت محصولاتی از مواد ویژه و سنتی را در طیف وسیع از خواص با بالاترین کیفیت فراهم ساخته است.

با وجود تمامی مزیتهای متالورژی پودر محدودیت این روش در اندازه و شکل قطعات تولیدی و هم چنین گران بودن ابزار و تجهیزات تولید که ظرفیتهای تولید کم را غیر اقتصادی می‌‌نماید.

 

  نقاط ضعف این فن آوری

در رقابت با دیگر فرآیندهای تولید است. توجیه استفاده از روش متالورژی پودر بر اساس تیراژ تولید می‌باشد. این امر در استفاده از متالورژی پودر در صنایع اتومبیل سازی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

با وجود اینکه از نظر تاریخی متالوژی پودر از قدیمی‌ترین روشهای شکل دادن فلزات است، اما تولید در مقیاس تجارتی با این روش، از جدیدترین راههای تولید قطعات فلزی است. در دوران باستان از روشهای متالوژی پودر برای شکل دادن فلزاتی با نقطه ذوب بالاتر از آنچه در آن زمان داشتند، استفاده می‌شد. اولین بار در اوایل قرن نوزدهم بود که پودر فلزات با روشی مشابه آنچه امروزه بکار می‌رود، با متراکم نمودن به صورت یکپارچه در آورده شد.

متالوژی پودر فرایند قالب گیری قطعات فلزی از پودر فلز توسط اعمال فشارهای بالا می‌باشد. پس از عمل فشردن و تراکم پودرهای فلزی، عمل تف جوشی در دمای بالا در یک اتمسفر کنترل شده، انجام پذیرفته که در آن فلز متراکم، جوش خورده و به صورت ساختمان همگن محکمی ‌پیوند می‌خورد. با توجه به گفته های بالا تکنیک برتر در متالورژی پودر از mim  میتوان نام برد. در روش MIM قطعاتی که تحت اعمال فشار شکل پذیر نیستند،به صورت تزریق پودرو پلیمر شکل میگیرد

متالورژی پودر، فرایند قالبگیری قطعات فلزی توسط فشارهای بالا برای تولید دقیقتر و سریع اشکال می باشد.

پس از تراکم پودر های فلزی عمل زینترکردن در دمای بالا در یک کوره با اتمسفر(فشار) کنترل شده انجام می شود که در ان فلز متراکم جوش خورده و در حالت جامد به صورت ساختمان همگن محکمی به هم پیوند می خورد.خواص فیزیکی ماده  متراکم زینتر شده شبیه به خواص فلز سازنده اصلی است. عمل زینتر کردن معمولا در حدودو۸۰تا۹۰دصد نقطه ذوب پودر فلزات تشکیل دهنده قطعه انجام می گیرد تا امکان چسبیدن ذره ها در امتداد فصل مشترکشان وجود داشته باشد. تراکم پودر به وسیله پرس کردن همزمان سنبه های بالایی وپایینی ،تحت فشارهایی درحدود  ۴۲۱۸kg/cm2انجام می شود.

 

صنعت متالورژی پودر

متالورژی پودر P/M يک روش بسيار پيشرفته برای توليد قطعات آهنی و غيرآهنی با قابليت اعتماد بالاست. با مخلوط کردن پودرهای عناصر و يا آلياژهای مختلف و سپس فشرده کردن آنها در يک قالب بوسيله پرس، شکل نهايی قطعه بدست می آيد. در مرحله بعد، اين قطعه خام در يک کوره مخصوص با اتمسفر کنترل شونده گرما داده می شود (يا به اصطلاح سينتر می شود) و به اين ترتيب ذرات پودر به هم می چسبند. از آنجا که در اين فرآيند هيچ براده ای توليد نمی شود، در قطعه نهايی بيش از ۹۷% مواد خام اوليه مورد استفاده قرار می گيرد. به همين خاطر در متالورژی پودر صرفه جويی زيادی در مصرف انرژی و مواد اوليه صورت می گيرد.فرآيند متالورژی پودر يک فرآيند کم هزينه در توليد قطعات ساده و يا پيچيده در تعداد چندصدتايی تا چندهزارتايی در ساعت، با ابعادی با دقت بالاست.

در نتيجه در بدترين حالت، يک فرآيند ماشينکاری جزئی بر روی قطعه مورد احتياج است. همچنين قطعات توليد شده ممکن است تحت عمليات سايزينگ )Sizing) برای دقيق تر کردن ابعاد و کوينينگ (Coining برای دقيق تر کردن( ابعاد، افزايش چگالی و استحکام قطعه قرار بگيرد.بيشتر قطعات توليد شده بوسيله متالورژی پودر کمتر از ۲٫۳ کيلوگرم (۵ پوند) وزن دارند، اگرچه می توان قطعاتی با وزن ۱۶ کيلوگرم (۳۵ پوند) را هم بوسيله ماشين آلات متعارف متالورژی پودر توليد کرد. بسياری از قطعات اوليه ای که بوسيله متالورژی پودر توليد می شدند، مانند بوش ها و ياتاقان ها، شکل های ساده ای داشتند، اما امروزه به دلايل اقتصادی بيشتر قطعات چند سطحی و با کانتورهای پيچيده به کمک فرآيند متالورژی پودر توليد می شوند.

 

خدمات CNC - خدمات سی ان سی

زاماک چیست

زاماک چیست

 نحوه آلياژسازي زاماك (Zn-Cu-AL)

براي تهيه آلياژ زاماك ابتداء آلومينيوم را ذوب كرده (به مقدار مورد نياز )سپس تكه هاي مس خا لص را داخل مذاب انداخته ودرجه حرارت را با لا برده تا اينكه مس در داخل الو مينيوم حل شود.

پس از اينكه آميژان AL-Cu آماده شد انرا شمش ريزي مي كنيم آميژان Al-Cuترد شكننده است به خاطر ايجاد فاز(CuAl?) ، پس از اينكه شمش ها منجمد شدند در داخل بوته ديگر نيز روي را ذوب كرده (به مقدار مورد نياز) پس از اينكه روي ذوب شد شمش آميژانAl-Cuكه منجمد شده بود را داخل بوته اي كه در آن روي ذوب شده انداخته ويك تكه اي از روي را بر روي شمش AlCu گذاشته تا اينكه فشار سنگين روي باعث شود كه شمش (اميژان CuAl) به پايين رفته وكا ملا در داخل مذاب حل شود پس از اينكه آلياژآماده شده آنرا ريخته گري مي كنيم . البته اين آلياژ زاماك با اين درصد كه ريخته گري مي كنيم مخصوص ماسه قا لبگيري مي باشد.

 

خصوصيات زاماك

با توجه به اينكه زاماك از دامنه انجماد بسيار كوتاهي بر خوردار است از اين رو تمايل شديد به انجماد پوسته اي باعث مي گردد كه ازانها در ريخته گري هاي مجوف وپيستوني نيزاستفاده شود و از طرف ديگر تغذيه گذاري وجهت انجماد در آنها به سهولت تعين گردد وزن مخصوص اين الياژ سنگين مي باشد بنابر اين بايد سيستم هنگامي از نوع فشاري بوده وتغذيه از نوع كور بوده و همچنين هنگام بارريزي نيز وزنه گذاري فراموش نشود.

زاماك با توجه به نقطه ذوب پايين وسياليت مناسب و انقباض از نوع متمركز يك الياژ مناسبي براي ريخته گري مي باشد خواص مكانيكي زاماك خوب مي باشد وسختي اش شايد از بعضي برنجها هم بالاتر باشد . سختي زاماك ۸۵ برينل است در قالبهاي دايمي هم به ۱۲۰ برينل هم مي رسد كه سختي اش نز ديك فولاد ساختماني مي باشد مقاومت به اكسداسيون زاماك تا ۲۰۰ درجه سانتيگراد خوب است چقرمگي زاماك واقعا چشمگير است اگر نمونه اي از زاماك را تحت كشش قرار بدهيم نشان مي دهد كه چقرمگي اش فوق العاده بالا است.

كاربرد زاماك در قطعاتي است كه تحت فشار هستند مانند دستگيره در اتومبيل ها و غيره . همجنين با توجه به زيبايي زاماك كاربرد اش بيشتر در قطعات تزئيني مثل اسباب بازي ها نيز مي باشد .

زاماك به عنوان سرب خشك نيز در بازار مطرح است ولي اين لفظ غلط است .سرب خشك الياژي است از سرب با انتيموان براي زاماك عمليات كيفي معني ندارد چون فشار بخار زاماك بالا است. براي زاماك خطرناك ترين عنصر سرب واهن مي باشد چون نقطه ذوب سرب پايين تر از زاماك مي باشد ودر روي انحلال ندارد در نتيجه به طرف مرز دانه ها زده مي شود در نتيجه باعث شكست گرم مي شود وخواص قطعه به شدت پايين مي ايد اهن نيز با الومينيوم مي تواند توليد FeAI بكند و حداكثر حلاليت اهن در روي ۲۰% ميباشد هيچگاه نمي توان از اهن به عنوان ريز كننده استفاده مطلوب نمود.

 

قالب ریخته گری - لاستیک هیدرومات

سوپر آلیاژ پایه کبالت

سوپر آلیاژ پایه کبالت

سوپرآلياژهاي كارپذير پايه كبالت برخلاف ساير سوپرآلياژها مكانيزم استحكام بخشي متقاوتي دارند و خواص حرارتي خوبي در دماي حدود ۱۰۰۰ درجه سانتيگراد خواهند داشت.

سوپرآلياژهاي پايه كبالت حاوي كرم، مقاومت به خوردگي و اكسيداسيون خوبي داشته و هم چنين قابليت جوشكاري و مقاومت به خستگي حرارتي آنها نسبت به آلياژهاي پايه نيكل بالاتر ميباشد. از طرف ديگر امكان ذوب و ريختهگري اين آلياژ، در هوا با اتمسفر آرگون مزيت ديگري نسبت به ساير سوپرآلياژها كه نياز به خلاء دارند ميباشد.

 

 سه گروه اصلي آلياژهاي پايه كبالت را ميتوان به صورت ذيل در نظر گرفت

– آلياژهايي كه در دماهاي بالا در محدودة ۶۵۰ تا ۱۱۵۰ درجه سانتيگراد مورد استفاده قرار ميگيرند كه شامل

آلياژهايS-816، ۲۵HAYNES، ۱۸۸ ۲۵HAYNES، ۵۵۶۲۵HAYNES، ۵۰UMCO ميباشند.

– آلياژهايي كه تا حدود ۶۵۰ درجه سانتيگراد به كار ميروند نظيرTN3MP، ۱۵۹ MP

– آلياژ مقاوم به سايش B 6 Stellite

آلياژ ۲۵۲۵HAYNES بيشترين كاربرد را در ميان آلياژهاي كارپذير پايه كبالت داشته اشت و در ساخت قطعات گرمكار نظير توربينهاي گازي، اجزاء راكتورهاي هستهاي، ايمپلنتهاي جراحي و غيره مورد استفاده قرار گرفتهاند. آلياژهاي گروه پايه كبالت كه شامل كرم- تنگستن- كربن ميباشند معروف به آلياژهاي Satellite بوده كه به شدت مقاوم به سايش ميباشند.

اين گروه معمولاً در مواردي كه مقاومت سايشي در درجه حرارتهاي بالا مورد نياز باشد به كار ميروند. در واقع سختي اين مواد در دماي بالا حفظ شده و در مواقعي كه نميتوان در حين كار روغنكاري انجام داد به خوبي مورد استفاده قرار ميگيرند.

 

آلیاژهای پایه کبالت و سوپر آلیاژهای آن

خواص فیزیکی فلز کبالت

۱۴۹۵ C نقطه ذوب کبالت

۲۸۷۰C  نقطه جوش

دانسیته ۸٫۹

شعاع اتمی ۱٫۶۷

۰٫۷۴۵  A شعاع یونی

کبالت در دماهای بالاترC427 بصورت FCC و در دمای پایین‌تر از آن به صورت HCPاست.

 

اکسایش آلیاژهای کبالت

همانند ابرآلیاژهای نیکل مهمترین عنصری که برای بهبود مقاومت کبالت در برابر اکسایش به آن اضافه می‌شود کروم است شکل زیر نشان می‌دهد که مقدار بحرانی کروم بین ۲۰ تا ۳۰٪ است. که در آن ثابت پوسته شدن برای اکسایش در مقایسه با کبالت خالص کاهش می‌یابد.

آلیاژCr%30 _COاساس بسیاری از آلیاژهای مورد استفاده در ساخت ابزارهای جراحی ودندانپزشکی است این آلیاژ در برابر خوردگی در C250بسیار مقاوم است تاثیر عناصر دیگر بر اکسایش و مقاومت  در برابر خوردگی را باید بررسی کرد. آلیاژهای دو تایی iS5%_ CO و IA10%_COمقاومت خوبی در برابر اکسایش نشان می دهند و آلیاژ AI_COخواصی بهتری از آلیاژCr_CO دارد. درهر حال آلیاژهای دوتاییAI_CO در دمای بالا استحکام کافی ندارند تا بتوان آنها را پایه ای برای  ساخت آلیاژهای کبالت در نظر گرفت.

آهن و نیکل بی‌تاثیرند ولی منگنز تمایل به پوسته شدن را افزایش می دهد. در برخی موارد مولیبدن، وانادیم و تنگستن مضرند. کروم در این آلیاژها نیز مانند آلیاژهای نیکل عنصر اصلی است.

 

استحاله آلوتروپیک در کبالت

واکنش تبدیل فاز αبه فازε اترمال بوده و درسیکل گرمایش دارای طبیعت برگشت پذیری است . در حین سرد کردن استحاله در ۳۹۰درجه حرارت درجه سلسیوس اتفاق میافتد و با گرم کردن مجدد استحاله معکوس   درجه حرارت ۴۳۰درجه سلسیوس به وقوع میپیوندد . عوامل متالورژیکی از قبیل اندازه دانه اولیه و خلوص مواد بر مقدار فازHCP تشکیل شده موثر بوده ، به طوریکه اگر دانه ها ریز و میزان ناخالصی ها زیاد باشد ، مقدار فازHCPتشکیل شده کمتر خواهد بود. از طرفی انجام کار سرد موجب افزایش مقدار فاز HCPمیشود .

 

ساختار فازی آلیاژهای دو تایی پایه کبالت

سیستم دو تایی کبالت – کرم

کرم عنصر آلیاژی اصلی در آلیاژ کبالت – کرم میباشد . ساختمان کریستالی کرم مکعبی مرکز دارBCC میباشد که حلالیت آنرا در کبالت FCCوHCPمحدود مینماید . طبق دیاگرام فاز دوتایی Cr_CO ارائه شده . حلالیت کرم در فازهایα و εدر دمای ۷۰۰ درجه سلسیوس به ترتیب برابر ۲۰ و ۱۰ درصد وزنی میباشد . با افزایش دما حلالیت کرم افزایش یافته و در دمای ۹۹۱ درجه سلسیوس به ۳۵٫۱ درصد در فاز αمی رسد  . حداکثر حلالیت کرم در فازα در دمای ۱۳۱۲ درجه سلسیوس بدست می آید که معادل حدود ۳۹ درصد میباشد .

 

سیستم دوتایی کبالت – مولیبدن  

مولیبدن اثرات مشابهی بر ساختمان کبالت داشته و همانند کرم دامنه پایداری فاز  αرا باگسترده نمودن منطقه فازε کاهش میدهد حلالیت مولیبدن نیز به علت داشتن یک ساختمان کریستالیBCC در کبالت محدود میباشد . ولی حلالیت آن با دما افزایش یافته و در دمای ۱۳۳۵ درجه سلسیوس به حداکثر مقدار خود یعنی ۲۸ درصد وزنی میرسد. فاز εحلالیت کمتری برای برای مولیبدن نشان داده که در دمای پریتکتوید ۵۰ ± ۷۰۰ درجه سلسیوس به میزان حداکثر خود یعنی ۱۴ درصد وزنی میرسد

 

سیستم دو تایی کبالت – کربن

قسمتی از نمودار فاز دوتایی C_COدر شکل (۴) نشان داده شده است . درجه حرارت ذوب با افزایش مقدار کربن کاهش یافته و در دمای ۱۳۲۱ درجه سلسیوس طی یک واکنش اتکتیک فاز αرا که حداکثر یک درصد وزنی کربن به صورت محلول جامد بین نشینی در خود حفظ نموده ، بوجود میاورد . حلالیت کربن در فازα با کاهش دما افت نموده و در دمای  ۱۰۰۰ درجه سلسیوس به ۳۵/۰ درصد وزنی می رسد .

 

پوسته پمپ - قالب ریخته گری

پوسته پمپ

 

استحکام بخشی آلیاژهای کبالت

۱)  استحکام بخشی محلول جامد

WوTaوoMعناصر مناسبی در استحکام بخشی محلول جامد هستند. شکل زیر تاثیر شدید استحکام بخشی این عناصر را بر آلیاژهای سه تاییx_rC_Coنشان می‌دهد.

رسوبگذاری : پریمg اکنون امکان رسوب سختی آلیاژها کبالت را بررسی میکنیم باتوجه به استحکام بخشی شدید آلیاژهای نیکل ازطریق رسوبAI_3Niدر آلیاژهای کبالت نیز عامل رسوب سختی رسوب AI3OCوiT3oC می باشد در آلیاژهایiT_Cr_oCعامل رسوب سختی, رسوبهای از نوع((iT¸rC) 3oC) با مساحت (γ پریم)می باشد در ضمن استحکام در این مورد به اندازه استحکام آلیاژهای γپریم نیکل که در آنها رسوب می کند نیست.

۲) عیوب چیدن صفحه‌های اتمی

عیب در چیدن صفحه‌های اتمی در استحکام بخشی محلول جامد اهمیت دارد هر چه انرژی عیب در چیدن صفحه‌های اتمی بالاتر باشد آلیاژ مستحکم‌تر است.  در کبالت خالص Fccمقدار زیادی عیب در چدن صفحه‌های اتمی مشاهده می‌شود حلالیت کروم در هر دو فاز Fccو Hcpزیاد است و عیوب چیدن صفحه‌های اتمی در آلیاژهای rC_ oC به آسانی ایجاد می‌شوند. اضافه کردن عناصر آلیاژی به شدت بر انرژی عیب چیدن صفحه‌های اتمی تأثیر می‌گذارد مثلا نیکلccF ، ساختارFcc را پایدار می‌کند و انرژی عیب چیدن صفحه‌های اتمی را افزایش می‌دهد بطوری که مقدار نابجایی ها کمتر می‌شود.

ولی عناصرBcc مانندWوoM انرژی عیب چیدن صفحه‌های اتمی را کاهش می‌دهند. از نظر  تاثیر افزایش عناصر آلیاژیNiوFe اهمیت زیادی دارند زیرا حلالیت آنها در کبالت کاملا بالاست Feنیز ساختار Fccرا پایدار می‌کند.

 

۳)  تشکیل کاربید

در آلیاژهای کبالت بسته به ترتیب آلیاژ انواع مختلف کاربید تشکیل می‌شود. مقدار عناصر آلیاژی برای تشکیل و توزیع مناسب کاربید  و پایدار کردن آنها که بهترین خواص مخصوصا خواص خزشی دما بالا ایجاد می‌کند چون مقدار Crدر این آلیاژها معمولاً زیاد است یعنی بیشتر از ۲۰٪ است،۳C7M و ۲C3Mبه ندرت دیده می‌شود ولی وجود rCبه تشکیل کاربید نوع ۶C23Mکمک می‌کند. این کاربید مهمترین نوع کاربید است.

توزیع مطلوب کاربیدها چنان توزیعی است که به حد کافی ظریف باشد تا باعث استحکام آلیاژ شود ولی مقدار کاربیدها آن قدر زیاد نباشد که داکتیل بودن را کاهش دهد ( معمولاً مقدار  کاربید را با محدود کردن مقدار کربن کنترل می‌ کنند) معمولا سعی می شود که از تشکیل لایه‌های پیوسته یا نیم پیوسته کاربید جلوگیری شود. ضمنا در این آلیاژها  حضور منگنز به عنوان عنصر آلیاژی باوجود گوگرد منجر به بروز Mnsمی‌شود که بصورت آخال نمایان می‌گردد.

 

سوپر آلیاژهای پایه کبالت

بیشتر خواص فیزیکی کبالت شبیه به نیکل است مانند اندازه اتمی، نقطه ذوب و چگالی. با آلیاژ کردن کبالت با کروم، نیکل و تنگستن، کربن و سایر عناصر بتدریج سوپر آلیاژهای پیچیده توسعه پیداکرد.

 

ترکیب شیمیایی و کاربردهای خاص

سوپر آلیاژهای پایه کبالت ازنظرشیمیایی نسبت به آلیاژهای پایه نیکل پیچیدگی کمتری دارند.سوپرآلیاژهای پایه کبالت ریخته‌ شده دارای ترکیب حدودC 0.1-1%وW 5-10%وCr20-30%وCo50-60%می‌باشند. و سوپر آلیاژهای پایه کبالت کار شده دارای حدود Co 40% و مقدار بیشتری نیکل(حدود ۲۰٪) برای کار پذیری می‌باشند همچنین سایر عناصر آلیاژی به آنها افزوده می شود.

سوپر آلیاژهای پایه کبالت در برخی از قسمتهای توربین های صنعتی بکار می‌روند ، زیرا کمتر از آلیاژهای پایه نیکل در معرض خوردگی قرار می‌گیرند، اگرچه مقاومت اکسایشی آنها خوب نیست. همچنین از این آلیاژها در برخی موتورهای هواپیما استفاده می‌شود.

 

زمینه استنیتی

زمینه استنیتی بیشتر سوپر آلیاژهای کبالت تقریبا شامل Co 50 %وCr25% است و بقیه آن نیکل و عناصر دیرگداز مثل تنگستن، تانتالیم، آهن و یا مولیبدن می باشند. آستینت سوپر آلیاژهای پایه کبالت ساختار Fccدارد.

 

کاربیدها

درصد کربن آلیاژهای پایه کبالت نسبتاً بالاست( یعنی ۱/۰ تا ۱٪) به طور کلی سه نوع اساسی کاربید در سوپر آلیاژهای پایه کبالت وجود دارد:

کاربیدهای ۶ C 23M

کاربیدهای MC

کاربیدهای C6M

کاربیدهای سوپر آلیاژهای پایه کبالت را به روش‌های مختلف استحکام می‌بخشند.

اول : آنها( اساسا  ۶ C 23M )در هر دو آلیاژ ریخته شده و کار شده در مرز دانه‌ها رسوب می‌کنند.

دوم : برخی از این ذرات کاربیدی در خطاهای چیدن رسوب می‌کنند.

چنین سدهایی از حرکت نابجایی ها شدیداً جلوگیری می‌کنند و بنابراین استحکام آلیاژ افزایش می‌یابد. اما این رسوبها می توانند منجر به کاهش چشمگیر شکل پذیری ‌شوند.

 

اثر عملیات گرمایی بر ریز ساختار

پیر کردن به مدت ۲۴ ساعت دردمای۹۲۵ درجه سانتی گراد باعث رسوب ذرات ۶ C 23M می شود. MC هم رسوب می‌کند.

 

استحکام تنش –  گسیختگی در دمای بالا

اصولاً آلیاژهای پایه کبالت در قطعاتی به کار می روند که در تنش پایین و دمای بالا طول عمر زیادی دارند مانند پروانه‌های توربین صنعتی.

 

نتیجه گیری

آلیاژهای کبالت می‌توانند با آلیاژهای نیکل رقابت کنند ایجاد استحکام کافی در دمای بالا در این آلیاژها بر اساس استحکام بخشی محلول جامد و تشکیل ساختار کار بیدی پخش شده استوار است پخش مناسب کار بیدها از طریق افزایش کافی کربن مثلاً (۳/۰٪) وعناصر کاربیدزا مانند Tiو Zrو از طریق انتخاب عملیات گرمایی مناسب انجام می‌شود. آلیاژهای کبالت هم به صورت کار شده و هم ریختگی قابل استفاده اند.

منیفولد - قالب ریخته گری

سوپر آلیاژ پایه نیکل

سوپر آلیاژ پایه نیکل

سوپر آلیاژها، آلیاژهای مقاوم به گرما در دمای بالا هستندو قادرند که استحکام خود را در دماهای بالا حفظ نمایند. سوپر آلیاژها همچنین مقاومت خوبی به خوردگی و اکسایش و مقاومت زیادی به خزش و شکست در دمای بالا دارند. بطور کلی سه دسته اساسی سوپر آلیاژ وجود دارد:۱-پایه نیکل   ۲-پایه نیکل/ آهن    ۳-پایه کبالت

اولین آلیاژ پایه نیکل قابل رسوب سختی Nimonic80 در سال ۱۹۴۱در بریتانیای کبیر توسعه یافت. این آلیاژ محلول جامد ۲۰%Cr,2.25%Ti,1%Al,Niکه عمدتا دارای رسوبات با ترکیب Ni3(Ti,Al) میباشد.وسیعترین کاربرد سوپر آلیاژها مربوط به صنایع هواپیما و توربینهای گازی است،ماشینهای فضایی، موتورموشک ،هواپیمای آزمایشی رآکتورهای هسته ای، زیردریائیها،دیگهای بخار،تجهیزات پتروشیمی و….

 

تقسیم بندی سوپر آلیاژهای پایه نیکل:

۱ )    تقسیم بندی سوپر آلیاژ نیکل بر اساس ذوب

الف( آلیاژهای اولیه ذو ب شونده در هوا

ب( آلیاژهای جدید ذو بشونده در هوا

ج ( آلیاژهای اولیه ذوب در خلا

د ( آلیاژهای ذوب شونده در خلا با استحکام بالا

 

۲)    تقسیم بندی سوپر آلیاژهای نیکل بر حسب ترکیب شیمیایی

۱) آلیاژهای با Moبالا

۲) آلیاژها با Ni-Cr(75-15)

۳) آلیاژها باNi-Cr(75-20)

(۴ آلیاژها باNi(35-60),Cr-Co(20-20)

(۵آلیاژها با درصد مختلف از Ni,Cr,Co,Mo

(۶ آلیاژهای اصلاح شده گروه پنج با کبالت کمتر

۷) آلیاژهای اصلاح شده گروه پنج با آهن بیشتر و کبالت کمتر

۸) آلیاژهای اصلاح شده گروه یک با آهن زیاد و مولیبدن کم

 

گروه یک سوپر آلیاژ نیکل

بیشتر از ۱۵%Mo داشته .دارای مقاومت خوبی در برابر اسیدها می باشند.مثلا:HastelloyB آلیاژی بود که برای ساخت پره های تولید شده از طریق فورج در موتور توربین I-16 بکار رفت.

 

گروه دو سوپر آلیاژ نیکل

دارای ۷۵%Ni,15%Cr,10% عناصر دیگر می باشد.قابل رسوب سختی می باشند. بعضی از آلیاژهای این گروه در دو مرحله پیر سختی می شوند.

کار سرد میتواند سبب افزایش استحکام در کاربردهای با دمای پائین تر گرددکه در این حالت مواد می توانند به سادگی تنش زدایی شوند.تولیدات کار سرد و کشش سرد در حدود ۱۸۰۰f آنیل می شوند.

 

گروه سوم سوپر آلیاژ نیکل

این آلیاژها در انگلستان توسعه یافته و بر مبنای آلیاژ نیکروم(۸۰Ni-20Cr) که به میزان زیادی برای ساخت المنتهای کوره های الکتریکی بکار می رود ، طراحی گردیدند.

 

گروه چهارم سوپر آلیاژ نیکل

مشابه گروه دو و سه بوده بجز آنکه با کاهش Niحدود ۲۰%Co افزوده گردیده. نسبت به گروههای قبلی استحکام خزش-گسیختگی بیشتری دارد.

 

گروه پنجم سوپر آلیاژ نیکل

با چهار گروه قبلی متفاوتند. دارای حدود ۳% یا بیشتر Mo می باشند. به منظور ساخت اجزاء توربین گازی، نظیر پره های توربین،دیسکها،پره های هدایت کننده، محفظه احتراق، پس سوزو… استفاده می شوند.برای ساخت اجزائی که در دمای بالا بکار رفته و نیازمند استحکام بالا در دماهای بالا می باشند مناسب اند.

 

گروه ششم سوپر آلیاژ نیکل

بسیار شبیه گروه پنج بوده با مقدار کبالت بسیار کم و درصد Ni بالاتر مانند ترکیب گروه های ۲,۳ با بیش از ۴%Mo یاW می باشند.درنتیجه استحکام خزش-گسیختگی بیشتری نسبت به گروه دو و سه دارند.

گروه هفتم سوپر آلیاژ نیکل

افزایش مقدار آهن بیش از ۱۵% و کاهش کبالت و کاهش میزان نیکل برای ساخت قطعات پیچیده از طریق جوشکاری و ورقها که نیاز به ترکیبی از قابلیت ساخت عالی ، استحکام در دماهای بالا و مقاومت اکسیداسیون دارند مناسب اند.

 

گروه هشتم سوپر آلیاژ نیکل

(۱۷-۲۰)% FeوMo کمتر از ۱۰% داشته

استحکام خزش-گسیختگی این گروه باندازه سایر گروهها نمی باشد اما مزیتهای آن قیمت پائین تر و ساخت آسانتر می باشد. برخی از کاربرد های این آلیاژ در دماهای بالا،قطعات کوره ها و کاربرد در اجزاء موتور هواپیما نظیر پس سوز، پره های توربین،پره های هدایت کننده و…می باشند. معمولا از HastelloyF بخاطر مقاومت خوردگی خوب آن استفاده می شود.آلیاژ HastelloyX برای بویلرها و مخازن تحت فشار بکار میرود.

 

فازهای موجود در سوپر آلیاژهای پایه نیکل

در ساختار میکروسکوپی سوپر آلیاژهای پایه نیکل چند نوع فاز دیده می شود که مهمترین آنها عبارتند از فازУوỳو کاربیدها، بعلاوه ممکن است فازهایی مانند ỳمرز دانه ای و بوریدها نیز تشکیل گردد. همانطور که میدانید عوامل موثر بر حلالیت ۱-تشابه ساختار کریستالی ۲-تشابه ظرفیت اتمی ۳- پائین بودن اختلاف اندازه اتمی میباشد که اختلاف اندازه اتمی عنصر حل شونده با عنصر زمینه نباید از ۱۵% تجاوز نماید .

عناصری که در فاز Уحل می شوند معمولا این اختلاف زیر ۱۵% است .هر چه اندازه اختلاف بیشتر باشد استحکام ناشی از حل شدن در محلول جامد بیشتر می گردد در نتیجه عناصری که اختلاف اندازه اتمی بیشتری با Ni دارند حلالیت کمتری داشته اما استحکام محلول جامد را بیشتر افزایش می دهند مثلا:کربن یک عنصر حل شونده در فاز Уاست که ۲۷% اختلاف اندازه اتمی با نیکل داردپس به مقدار کمی در نیکل حل شده اما استحکام آن را به مقدار زیادی افزایش می دهد.(Ni,Co,Fe,Re,W,V,Cr,Hf)

پوسته پمپ - قالب سازی

پوسته پمپ

 

عناصری که در رسوب Уقرار می گیرند و معمولا دارای فرمولNi3X می باشند.(Ta,Ti,Al,Nb)

عناصری که تمایل به جدایش در مرز دانه ها دارند(Zr,Cr,B)

عناصر کاربید زا و عناصری که پوسته اکسیدی تشکیل می دهند (عناصرMo,Cr,Ta موجب تشکیل کاربید میگردند و عناصر Al,Cr باعث ایجاد پوسته اکسیدی می گردند.)

Hf می تواند در فازهای مختلف Уوỳقرار گیرد.

فاز : y

این فاز محلول جامدی از Уبا شبکهfcc است که عناصری مانند Cr,Co,Fe,Mo,W,V,… با حل شدن در آن باعث افزایش استحکام می گردند .

عناصری مانند Mo,W بعلت دارا بودن ضریب نفوذ پائین باعث کاهش خزش می گردند. و Co نیز با کاهش انرژی نقص در چیده شدن بین نا بجایی ها، پدیده لغزش را مشکل ساخته و لذا باعث افزایش مقاومت خزشی این آلیاژها می گردد.

فازỳ: این فاز که در حین عملیات رسوب سختی سوپر آلیاژها بصورت ذرات ریز و پراکنده در زمینه yراسب گردیده اند که دارای ساختار کریستالی fccو ترکیبNi3X بوده وعامل سخت کنندگی رسوبی در سوپر آلیاژهای پایه نیکل است.

Xمیتواند عناصر الکتروپوزیتیو مثل (Al, Ti,Cb) باشد و عناصر الکترونگاتیو مانند (Fe,Co) می توانند جانشین نیکل شوند. مهمترین ترکیب این فازهاNi3Al ویاNi3(Al,Ti) می باشد.

ỳ: مورفولوژی(ریخت شناسی) ذرات ỳبستگی به عدم انطباق پارامتر شبکه دارد .معمولا عدم انطباق پارامترشبکه یک درصد می باشد.این عدم انطباق باعث ایجاد کرنش های الاستیک گردیده که بعنوان موانعی در برابر حرکت نابجایی ها عمل می کنند.

افزایش درصد حجمی ỳموجب افزایش استحکام در دمای بالا می گردد.

 

فازهای کاربیدی

میزان انحلال کربن در زمینه کم میباشد لذا مقدار اضافی بصورت ترکیبات کاربیدی راسب می گردند. مقدار کربن در آلیاژهای کارپذیر بین ۲/۰-۰۲/۰ درصد و در آلیاژهای ریختگی حدود ۶/۰ در صد می باشد. اگر ترکیب کربن با عناصر دیگر بصورت کاربیدهای پیوسته در مرز دانه ها راسب گردنداستحکام و داکتیلیته را بشدت کاهش میدهنداما اگر بصورت غیر پیوسته در مرزها رسوب کنند باعث کاهش لغزش مرز دانه ای میگردند.

 

کاربیدهای موجودMC,M6C,M23C6,گاهیM7C3

کاربیدMC

در حین انجماد سوپر آلیاژها تشکیل شده و معمولا بصورت ذرات جدا از هم و بطور پراکنده در زمینه توزیع می شوند که دارای ساختار fccبوده و بسیار متراکم اندعنصرM معمولا از عناصر فعال یا دیرگداز بوده است.کمبود کرم و بالا بودن Nb,Ta,Fe موجب پایداری این کاربید میگردد.ممکن است درداخل دانه ها یا مرز دانه ها راسب گردند،در واقع این کاربیدها عامل اصلی تشکیل سایر کاربید هستند.

 

کاربیدهای نوعM23C6

در حین عملیات حرارتی یا سرویس دهی سوپر آلیاژها در محدوده دمایی (۹۸۰-۷۶۰)کاربیدهای MC تجزیه شده و باعث ایجاد کربن میگردد که این کربن می تواند باعث ایجاد این نوع کاربید گردد و بعلاوه باعث تشکیل فازy’ که فاز سخت کننده رسوبی است شود.واکنش بصورت زیر می باشد:

MC+У=M23C6+ỳ

 

معمولا با مقادیر زیاد کروم تشکیل شده و عنصر M معمولا کروم می باشد.می توانند بشکل بلوکی یا سلولی شکل باشندکه معمولا تمایل به تشکیل در مرز دانه ها دارند.نوع بلوکی آن در مرز دانه ها از لغزش مرز دانه ای جلوگیری میکند ولی نوع سلولی باعث کاهش زیاد چقرمگی می شود

 

کاربید هایM6C

Ú     معمولا در محدوده دمایی ۸۱۵تا۹۵۰ تشکیل میشوند.

Ú     MC+У=M6C+ỳ واکنش تشکیل آن میباشد.

Ú     بعلاوه ممکن استM6C+M’=M23C6+M”

Ú     این کاربیدها دارای ساختار مکعبی پیچیده بوده و معمولا بصورت اتفاقی در زمینه توزیع میشوند.

Ú     هنگامی تشکیل می شوند که مقدار Mo,Wدرزیاد باشد هنگامیکه این مقدار حدود (۸-۱)% ویا بیشتر باشد کاربیدهای M6CیاM23C6تواما در مرز دانه ها رسوب میکنند .

نکته

گاهی اوقات در برخی از سوپر آلیاژها که دارای Al,Cr,Tiمی باشندونوع خاصی از کاربیدها با ترکیب M7C3تشکیل می شود که Mمعمولا کرم می باشد با افزودنMo,Nb,W,Co به آلیاژ می توان این کاربید را خنثی کرد.

 

بوریدها

عنصر B در مقادیر خیلی کم (حدود ۰۱/۰%)جهت اصلاح خواص مکانیکی اضافه میگردد. اگر مقدار بور اضافه شده از این مقدار بیشتر گزدد باعث ایجاد فاز جدیدی با ترکیب M3B2 میگرددکه این فاز تمایل به رسوب در مرز دانه ها دارد. M  مهمولا عنصر مولیبدن است اما می تواند عناصری مانندTi,Ni,Cr نیز باشد. دارای شبکه کریستالی تتراگونال می باشند.ذراتی بسیار سخت بوده و دارای مورفولوژی بلوکی شکل هستند.

عملیات حرارتی انحلال سوپر آلیاژها

هدف اولیه از این عملیات، حل کردن فازهای رسوب کرده خصوصا y’و کاربیدها که از پیش از انجام عملیات پیر سختی راسب گردیده اند و یا در حین سرد شدن راسب گردیده اند می باشد.عملیات حرارتی انحلال در دماهی پایین تر از ۱۰۸۰ سبب سرعتهای خزشی بالا تر شده و بهمین صورت عملیات حرارتی انحلال در دماهای بالاتر سبب گسیختگی در کرنش های خزشی کمتر می گردد .

اندازه دانه های هر آلیاژتابع درجه حرارت انحلال است . با افزایش اندازه دانه خزش در دمای بالا کمتر شده و لی استحکام قطعه نیز کمتر می شود.

 

سختی رسوبی

به منظور راسب کردن فازهای سخت کننده جهت رسیدن به خواص مکانیکی مورد نیاز صورت میگیرد. گاهی عملیات پیر سختی دو مرحله ایصورت میگیرد.تغییر دمای رسوبỳ بر مقاومت خزشی و تنش شکست تاثیر میگذارد. وقتیکه عملیات رسوب سختی در دمای خیلی کم زیر دمای انحلال صورت پذیرد سرعت خزش زیاد می گردد و عمر کاری قطعه کم میگرد.

مدلسازی و قالبسازی - مدل ریخته گری OHVG

سوپر آلیاژها

سوپر آلیاژها

سوپر آلیاژ (Superalloy) به آلیاژهای پایه نیکل، پایه آهن – نیکل و پایه کبالت گفته می شود که عموما در دماهای بالاتر از ۵۴۰ درجه سانتی گراد استفاده می شوند. سوپر آلیاژ های پایه آهن – نیکل مانند آلیاژ IN-718 از فن آوری فولادهای زنگ نزن توسعه یافته اند و معمولا به صورت کار شده هستند. سوپر آلیاژ های پایه نیکل و پایه کبالت بسته به نوع کاربرد و ترکیب شیمیایی می توانند به صورت ریخته یا کار شده باشند.

از آغاز پیدایش سوپر آلیاژ ها، تعداد زیادی آلیاژ شناخته شده و مورد مطالعه قرار گرفته و تعدادی نیز به عنوان اختراع ثبت شده اند. تعدادی از آن ها در طول سالیان گذشته غربال شده و تعدادی به صورت گسترده مورد استفاده قرار گرفته اند. در شکل زیر رفتار تنش گسیختگی سه گروه آلیاژی با یکدیگر مقایسه شده اند (سور آلیاژهای پایه آهن- نیکل، پایه نیکل و پایه کبالت).

سوپرآلیاژ های دارای ترکیب شیمیایی مناسب را می توان با آهنگری و نورد به اشکال گوناگون درآورد. ترکیب های شیمیایی پرآلیاژ تر معمولا به صورت ریخته گری می باشند. ساختارهای سرهم بندی شده را می توان با جوشکاری یا لحیم کاری بدست آورد، اما ترکیب های شیمیایی که دارای مقادیر زیادی از فازهای سخت کننده هستند، به سختی جوشکاری می شوند. خواص سوپرآلیاژها را با تنظیم ترکیب شیمیایی و فرآیند (شامل عملیات حرارتی) می توان کنترل کرد و استحکام مکانیکی بسیار عالی در محصول تمام شده به دست آورد.

 

اصول متالورژی سوپر آلیاژها

سوپرآلیاژهای پایه آهن، نیکل و کبالت معمولا دارای ساختار بلوری با شبکه مکعبی با سطوح مرکزدار (FCC) هستند. آهن و کبالت در دمای محیط دارای ساختار FCC نیستند. هر دو فلز در دماهای بالا یا در حضور عناصر آلیاژی دیگر، دگرگونی یافته و شبکه واحد آن ها به FCC تبدیل می شود. در مقابل، ساختمان بلوری نیکل در همه دماها به شکل FCC است. حد بالایی این عناصر در سوپر آلیاژها توسط دگرگونی فازها و پیدایش فازهای آلوتروپیک تعیین نمی شود بلکه توسط دمای ذوب موضعی آلیاژها و انحلال فازهای استحکام یافته تعیین می گردد. در ذوب موضعی بخشی از آلیاژ که پس از انجماد ترکیب شیمیایی تعادلی نداشته است در دمایی کمتر از مناطق مجاور خود ذوب می شود. همه آلیاژها دارای یک محدوده دمایی ذوب می شوند و عمل ذوب شدن در دمای ویژه ای صورت نمی گیرد، حتی اگر جدایش غیر تعادلی عناصر آلیاژی وجود نداشته باشد. استحکام سوپر آلیاژ ها نه تنها به وسیله شبکهFCC و ترکیب شیمیایی آن، بلکه با حضور فازهای استحکام دهنده ویژه مانند رسوب ها افزایش می یابد. کار انجام شده بر روی سوپر آلیاژ (مانند تغییر شکل سرد) نیز استحکام را افزایش می دهد، اما این استحکام به هنگام قرارگیری فلز در دماهای بالا حذف می شود.

تمایل به دگرگونی از فاز FCC به فاز پایدارتر در دمای پایین وجود دارد که گاهی در سوپر آلیاژ های کبالت اتفاق می افتد. شبکه FCC سوپر آلیاژ قابلیت انحلال وسیعی برای بعضی عناصر آلیاژی دارد و رسوب فازهای استحکام دهنده (در سوپر آلیاژ های پایه آهن – نیکل و پایه نیکل) انعطاف پذیری بسیار عالی آلیاژ را به همراه دارد. چگالی آهن خالص ۷٫۸ گرم بر سانتی متر مکعب و چگالی نیکل و کبالت تقریبا ۸٫۹ گرم بر سانتی متر مکعب است. چگالی سوپر آلیاژ های پایه آهن – نیکل تقریبا ۸٫۳-۷٫۹ گرم بر سانتی متر مکعب، پایه کبالت ۹٫۴-۸٫۳ و پایه نیکل ۷٫۸-۸٫۹ است.

چگالی سوپر آلیاژ ها به مقدار عناصر آلیاژی افزوده شده بستگی دارد. عناصر آلیاژی Ti،Cr و Al چگالی را کاهش و W،Re و Ta آنرا افزایش می دهند. مقاومت به خوردگی سوپر آلیاژ ها نیز به عناصر آلیاژی افزوده شده و به ویژه Al، Cr و محیط بستگی دارد.

دمای ذوب عناصر خالص نیکل،کبالت و آهن به ترتیب ۱۴۵۳،۱۴۹۵ و ۱۵۳۷ درجه سانتی گراد است. دمای ذوب حداقل (دمای ذوب موضعی) و دامنه ذوب سوپر آلیاژ ها، تابعی از ترکیب شیمایی و فرآیند اولیه است. به طور کلی دمای ذوب موضعی سوپر آلیاژ های پایه کبالت نسبت به سوپرآلیاژها پایه نیکل بیشتر است. سوپرآلیاژهای پایه نیکل ممکن است در دمای ۱۲۰۴ درجه سانتی گراد از خود ذوب موضعی نشان دهند. انواع پیشرفته سوپر آلیاژ های پایه نیکل تک بلور دارای مقادیر محدودی از عناصر کاهش دهنده دمای ذوب هستند و به همین لحاظ، دارای دمای ذوب موضعی برابر یا کمی بیشتر از سوپر آلیاژ های پایه کبالت هستند.

 

ویژگی ها و خواص سوپر آلیاژها

۱) فولادهای معمولی و آلیاژهای تیتانیم در دماهای بالاتر از ۵۴۰ درجه سانتی گراد دارای استحکام کافی نیستند و امکان خسارت دیدن آلیاژ در اثر خوردگی وجود دارد.

۲) چنانچه استحکام در دماهای بالاتر (زیر دمای ذوب که برای اکثر آلیاژها تقریبا ۱۲۰۴-۱۳۷۱) مورد نیاز باشد، سوپر آلیاژ های پایه نیکل انتخاب می شوند.

۳) از سوپر آلیاژهای پایه نیکل می توان در نسبت دمایی بالاتری (نسبت به دمای ذوب) در مقایسه با مواد تجاری موجود استفاده کرد. فلزات دیرگداز (نسوز) نسبت به سوپر آلیاژ ها دمای ذوب بالاتری دارند ولی سایر خواص مطلوب آن ها را ندارند و به همین خاطر به طور وسیعی مورد استفاده قرار نمی گیرند.

۴) سوپر آلیاژ های پایه کبالت را می توان به جای سوپر آلیاژ های پایه نیکل استفاده کرد که این جایگزینی به استحکام مورد نیاز و نوع خوردگی بستگی دارد.

۵) در دماهای پایین تر وابسته به استحکام مورد نیاز، سوپر آلیاژ های پایه آهن – نیکل نسبت به سوپر آلیاژ های پایه نیکل و پایه کبالت کاربرد بیشتری پیدا کرده اند.

۶)  استحکام سوپر آلیاژ نه تنها مستقیما به ترکیب شیمیایی بلکه به فرآیند ذوب، آهنگری و روش شکل دهی، روش ریخته گری و بیشتر از همه به عملیات حرارتی پس از شکل دهی، آهنگری یا ریخته گری بستگی دارد.

۷) سوپر آلیاژ های پایه آهن – نیکل نسبت به سوپر آلیاژ های پایه نیکل و پایه کبالت ارزان تر هستند.

۸) اکثر سوپر آلیاژ های کار شده برای بهبود مقاومت خوردگی دارای مقداری کروم هستند. مقدار کروم در آلیاژهای ریخته در ابتدا زیاد بوده، اما به تدریج مقدار آن کاهش یافت تا عناصر آلیاژی دیگری برای افزایش خواص مکانیکی سوپر آلیاژ های دما بالا، به آن ها افزوده شوند. در سوپر آلیاژ های پایه نیکل با کاهش کروم مقدار آلومینیم افزایش یافت، در نتیجه مقاومت اکسیداسیون آن ها در همان سطح اولیه باقی می ماند و یا افزایش می یابد، اما مقاومت در برابر انواع دیگر خوردگی کاهش می یابد.

۹ ) سوپر آلیاژ ها مقاومت در برابر اکسیداسیون بالایی دارند اما در بعضی موارد مقاومت خوردگی کافی ندارند. در کاربرد هایی مانند توربین هواپیما که دما بالاتر از ۷۶۰ درجه سانتی گراد است سوپرآلیازها باید دارای پوشش کافی باشند. سوپر آلیاژها در کاربردهای طولانی مدت در دماهای بالاتر از ۶۴۹ درجه سانتی گراد مانند توربین های گازی زمینی می توانند پوشش داشته باشند.

۱۰ ) فن آوری پوشش دهی سوپر آلیاژ ها بخش مهمی از کاربرد و توسعه آن ها می باشد. نداشتن پوشش به معنی کارآیی کم سوپر آلیاژ در دراز مدت و دماهای بالاست.

۱۱) در سوپر آلیاژ ها به ویژه در سوپر آلیاژ های پایه نیکل بعضی از عناصر در مقادیر جزئی تا زیاد اضافه شده اند. در بعضی از آلیاژ ها تعداد عناصر کنترل شده موجود تا ۱۴ عنصر و بیشتر می تواند باشد.

۱۲) نیکل، کبالت، کروم، تنگستن، مولیبدن، رنیم، هافنیم و دیگر عناصر استفاده شده در سوپر آلیاژ ها اغلب گران بوده و مقدارشان در طی زمان متغییر است.

کاربرد سوپر آلیاژ ها در دماهای بالا بسیار گسترده و شامل قطعات و اجزای هواپیما، تجهیزات شیمیایی و پتروشیمی است. دما گاز در بخش داغ موتور هواپیما ممکن است به بالاتر از ۱۰۹۳ درجه سانتی گراد برسد. با استفاده از سیستم های خنک کننده دمای اجزای فلزی کاهش پیدا می کند و سوپر آلیاژ که توانایی کار کردن در این دمای بالا را دارد، جز اصلی بخش داغ به شمار می رود. اهمیت سوپر آلیاژ ها در تجارت روز را می توان با یک مثال نشان داد. در سال ۱۹۵۰ فقط ۱۰ درصد از کل وزن توربین های گاز هواپیما از سوپر آلیاژ ها ساخته می شد. اما در سال ۱۹۸۵ میلادی این مقدار به ۵۰ درصد رسید.

آلومینیوم چیست

آلومینیم چيست

آلومینیم چيست

آلومینیوم عنصری نقره‌ای و انعطاف‌پذیر است، عمدتأ به صورت سنگ معدن بوکسیت یافت می‌شود.

آلومینیوم یکی از فلزات واسطه است که در ایالات متحده آمریکا و کانادا برخلاف سایر کشورها به «آلومینیُم»، «آلومینُم» می‌گویند. هر دو تلفظ از واژه لاتین Lumen به معنی «نور» گرفته شده‌است.

پیش از جداسازی فلز آلومینیم، اکسید آن آلومین نامید می‌شد. هامفری دیوی که موفق نشده بود از آلومین، آلومینیم تهیه کند، گفت که می‌خواهد نام این فلز را «آلومیم» بگذارد. ولی بعداً آن را به «آلومینم» تغییر داد تا با آلومین مطابقت داشته باشد. با این حال واژهٔ آلومینیم کاربرد عمومی پیدا کرد، زیرا نام بسیاری از عنصرهای فلزی به «یُم» ختم می‌شود.

آلومینیم با علامت شیمیایی AL و شبکه کریستالی FCC می تواند اتم های عناصری مثل کربن ،نیتروژن ، بر ، هیدروژن و اکسیژن را به دلیل شعاع اتمی کوچک که دارد در خود به شکل محلول جامد بین نشین حل نماید. نقطه ذوب ۶۶۰   درجه سانتیگراد و نقطه جوش آن ۲۷۵۰ درجه می باشد. آلومینیم را در دماهای ۱۰۰۰  درجه و بالاتر از آن استفاده نمی کنند به دلیل اینکه شدیدا اکسید شده و تلفات آن زیاد می باشد. ولی منیزیم و روی این مقدار بیشتری از آلومینیم تلفات دارند.

وزن مخصوص ۷/۲ می باشد و در حالت مذاب ۳/۲ بنابراین می توان نتیجه گرفت در حالت مذاب انبساط آن زیاد می باشد.در صد انقباض آن در فاز مایع ۱۰% و در حین انجماد ۸/۶% است و به دلیل انقباض های زیاد به تغذیه در قعات آلومینیم ضرورت می یابد.مهمترین آیاژهای آلومینیم عبارتند از : آلیاژ آلومینیم با منیزیم – مس و سیلیسیم و یا آلیاژهای با ترکیب این سه عنصر لذا در اثر آلیاژ نمودن خواص مکانیکی مقاومت به خوردگی و ماشین کاری آلومینیم افزایش می یابد .

به هر حال آلومینیم  و آلیاژهای آن به دلیل نقطه ذوب پایین ، سیالیت زیادی که دارد افزایش خواص مکانیکی در اثر آلیاژ سازی  و همچنین قابلیت عملیات حرارتی را دارد. منحنی سرد شدن تعادلی مواد فلزی با یکدیگر متفاوت است مثلا یک آلومینیم خاص را با یک آلیاژ  دیگر در نظر بگیرید در فلز خاص در یک دمای خاص انجماد صورت می گیرد .

در صورتی که در یک آلیاژ انجماد در یک فاصله در جه حرارتی صورت می گیرد. عملیات گاز زدایی با استفاده از گازهای فعال مثل کلر : اگر درجه حرارت ۱۸۰ درجه برسد ترکیب فوق به شکل حباب در آمده ( فرار می باشد ) و هید روژن به داخل آن نفوذ می کند هر چه عمق مذاب بیشتر باشد گاز زدایی یا بازده ی آن بیشتر می شود. عملا باید ۶/۰ % گاز کلر مصرف شود که بستگی به نوع آلیاژ نوع کوره و شرایط وارد کردن گاز و روش تهیه قالب و رطوبت هوا دارد. گاز زدایی باکلر نسبت با ازت برتری دارد چون گاز کلر حباب کارید آلومینیم ریز و بیشتری تولید می کند

 

تاریخچه کشف آلومینیوم

فردریک وهلر” بطور کلی به آلومینیوم خالص اعتقاد داشت. اما این فلز دو سال پیشتر به‌وسیله «هانس کریستین ارستد» شیمیدان و فیزیکدان دانمارکی بدست آمد. در روم و یونان باستان این فلز را به‌عنوان ثابت کننده رنگ در رنگرزی و نیز به‌عنوان بند آورنده خون در زخمها بکار می‌بردند و هنوز هم به‌عنوان داروی بند آورنده خون مورد استفاده‌است. در سال ۱۷۶۱، «گویتون دموروو» پیشنهاد کرد تا alum را آلومین   (alumin) بنامند.

 

پیدایش و منابع

اگر چه Al، یک عنصر فراوان در پوسته زمین است(۱۸٪)، این عنصر در حالت آزاد خود بسیار نادر است و زمانی یک فلز گرانبها و ارزشمندتر از طلا به حساب می‌آمد. بنابراین، به‌عنوان فلزی صنعتی اخیرأ مورد توجه قرار گرفته و در مقیاسهای تجاری تنها بیش از ۱۰۰ سال است که مورد استفاده‌است. در ابتدا که این فلز کشف شد، جدا کردن آن از سنگها بسیار مشکل بود و چون کل آلومینیوم زمین بصورت ترکیب بود، مشکل‌ترین فلز از نظر تهیه به شمار می‌آمد.

آلومینیوم برای مدتی از طلا با ارزش‌تر بود، اما بعد از ابداع یک روش آسان برای استخراج آن در سال ۱۸۸۹، قیمت آن رو به کاهش گذاشت و سقوط کرد. تهیه مجدد این فلز از قطعات اسقاط (از طریق بازیافت) تبدیل به بخش مهمی از صنعت آلومینیوم شد.

بازیافت آلومینیوم موضوع تازه‌ای نیست، بلکه از قرن نوزدهم یک روش رایج برای این کار وجود داشت. با اینهمه تا اواخر دهه ۶۰ این یک کار کم منفعت بود تا زمانیکه بازیافت قوطیهای آلومینیومی آشامیدنیها بالاخره بازیافت این فلز را مورد توجه قرار داد. منابع بازیافت آلومینیوم عبارت‌اند از: اتومبیلها، پنجره‌ها، درها، لوازم منزل، کانتینرها و سایر محصولات.

آلومینیوم، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای علامت Al و عدد اتمی ۱۳ می‌باشد.

آلومینیوم که عنصری نقره‌ای و انعطاف‌پذیر است، عمدتأ به صورت سنگ معدن بوکسیت یافت می‌شود و از نظر مقاومتی که در برابر اکسیداسیون دارد، همچنین وزن و قدرت آن، قابل توجه‌است. آلومینیوم در صنعت برای تولید میلیونها محصول مختلف بکار می‌رود و در جهان اقتصاد، عنصر بسیار مهمی است.

اجزای سازه‌هایی که از آلومینیوم ساخته می‌شوند، در صنعت هوانوردی و سایر مراحل حمل و نقل بسیار مهم هستند. همچنین در سازه‌هایی که در آنها وزن پایداری و مقاومت لازم هستند، وجود این عنصر اهمیت زیادی دارد.

 

ویژگی‌های قابل توجه

آلومینیوم، فلزی نرم و سبک، اما قوی است، با ظاهری نقره‌ای – خاکستری مات و لایه نازک اکسایش که در اثر برخورد با هوا در سطح آن تشکیل می‌شود، از زنگ خوردگی بی. ِ چکش خوار، انعطاف پذیر و به راحتی خم می‌شود. همچنین بسیار بادَوام و مقاوم در برابر زنگ خوردگی است. بعلاوه، این عنصر غیر مغناطیسی، بدون جرقه، دومین فلز چکش خوار و ششمین فلز انعطاف‌پذیر است.

آلومینیوم چیست

آلومینیوم چیست

 

کاربردها

چه از نظر کیفیت و چه از نظر ارزش، آلومینیوم کاربردی‌ترین فلز بعد از آهن است و تقریبأ در تمامی بخش‌های صنعت دارای اهمیت می‌باشد. آلومینیوم خالص، نرم و ضعیف است، اما می‌تواند آلیاژهایی را با مقادیر کمی از مس، منیزیوم، منگنز، سیلیکون و دیگر عناصر بوجود آورد که این آلیاژها ویژگی‌های مفید گوناگونی دارند. این آلیاژها اجزای مهم هواپیماها و راکتها را می‌سازند.

وقتی آلومینیوم را در خلاء تبخیر کنند، پوششی تشکیل می‌دهد که هم نور مرئی و هم گرمای تابشی را منعکس می‌کند. این پوششها لایه نازک اکسید آلومینیوم محافظ را بوجود می‌آورند که همانند پوششهای نقره خاصیت خود را از دست نمی‌دهند. یکی دیگر از موارد استفاده از این فلز در لایه آینه‌های تلسکوپ‌های نجومی است. برخی از کاربردهای فراوان آلومینیوم عبارت‌اند از: حمل و نقل (اتومبیل‌ها، هواپیماها، کامیون‌ها، کشتی‌ها، ناوگانهای دریایی، راه آهن و…) بسته‌بندی (قوطی‌ها، فویل و…) ساختمان (درب، پنجره، دیوار پوشها و…) کالاهای با دوام مصرف کننده (وسایل برقی خانگی، وسایل آشپزخانه، …) خطوط انتقال الکتریکی (به‌علت وزن سبک اگرچه هدایت الکتریکی آن تنها ۶۰٪ هدایت الکتریکی مس می‌باشد) ماشین آلات اکسید آلومینیوم (آلومینا) بطور طبیعی و بصورت کوراندوم، سنگ سنباده، یاقوت و یاقوت کبود یافت می‌شود که در صنعت شیشه‌سازی کاربرد دارد. یاقوت و یاقوت کبود مصنوعی در لیزر برای تولید نور هم‌نوسان بکار می‌روند. آلومینیوم با انرژی زیادی اکسیده می‌شود و در نتیجه در سوخت موشکهای با سوخت و دمازاها مورد استفاده واقع می‌شود.

 

وزن مخصوص كم

یك متر مكعب آلومینیوم خالص ۸/۲۸۲۷ كیلوگرم وزن دارد و یك متر مكعب از سنگین‌ترین آلیاژهای آلومینیوم (یعنی آلیاژهای حاوی مس و روی) دارای وزنی در حدود ۲۹۵۳ كیلوگرم است. حتی این سنگین‌ترین آلیاژ‌های آلومینیوم نیز حداقل ۱۹۷۸ كیلوگرم در هر متر كعب سبك‌تر از وزن هم حجم سایر فلزات ساختمانی (بجز منیزیم) است.

 

پوشش سخت دادن  Hard Coating

یكی از فرآیندهای آندایزه كردن است كه به تدریج اهمیت پیدا می‌كند و آن را آندایزه كردن سخت یا پوشش سخت دادن می‌نامند. این فرآیند گرچه در اساس مشابه آندایزه كردن معمولی است ولی از چند نقطه نظر با آن تفاوت دارد. در پوشش سخت، محلول مورد استفاده اسید سولفوریك و درجه حرارت عمل پایین‌تر است. فرآیند بقدری ادامه می‌یابد كه لایه اكسیدی به ضخامتی تا حدود ۵ برابر ضخامت آندایزه كردن معمولی برسد.

 

پوشش آلومینیومی دادن  Alcladding

بطور كلی آلیاژهای آلومینیوم با استحكام زیاد از نظر خوردگی كم مقاومترین آنها محسوب می‌گردند. این مطلب بخصوص در مورد آلیاژهای حاوی درصدهای زیاد مس یا روی صادق است. از طرف دیگر مقاومت به خوردگی آلومینیوم خالص بسیار زیاد است. پوشش آلومینیومی دادن یكی از روشهای افزایش مقاومت خوردگی به یك آلیاژ با استحكام زیاد است. در این فرآیند یك لایه آلومینیوم خالص به سطح آلیاژ مورد نظر متصل شده و در نتیجه مجموعه حاصل خواص مورد نظر حاصل می‌شود. این روش مخصوصاً در محصولات ورقه‌ای مناسب است.

 

ریخته گری در قالبهای مختلف

ریخته گری در قالب های فلزی – ریخته گری در قالبهای ماسه در قالبهای فلزی در رابطه با آلیاژهای آلومینیم – سیلیسیم با افزایش درصد سیلیسیم سختی پیوسته افزایش می یابد با افزایش در صد سیلیسیم تا حدود ۱۲% استحکام کششی  افزایش و بعد از آن کاهش می یابد و همچنین با افزایش آن تا حدود ۶% از دیادطول کاهش می یابد. در رابطه با قالب های ماسه ای با افزایش درصد سیلیسیم تا حدود ۲۲% استحکام افزایش و بعد از آن کاهش می یابد . افزودن سیلیسیم به مذابآلومینیم توسط آلیاژ ساز های آلومینیم-سیلیسیم که دارای ۱۳ تا ۲۳ % سیلیسیم می باشد صورت می گیرد این آلیاژ ساز به دلیل نقطه ذوب پایین یعنی ۵۸۰ درجه سانتیگراد به راحتی در مذاب آلومینیم قابلیت حل شدن دارند.

 

روش های مختلف  قالبگیری آلیاژهای آلومینیم

آلیاژهای آلومینیم با کلیه روش های قالبگیری  موقت ماسه ای ، گچی پوسته ای ، سرامیکی و قالب های فلزی و قالب های تحت فشار قابلیت ریخته گری دارند. ریخته گری در قالب های ماسه ای از انواع ماسه های سیلیسی ، زیرکنی ، کرومیتی استفاده می شود و در قالب های فلزی جنس قالب های فلزی از چدن خاکستری پر کربن بوده و سطح آن را با گرافیت پوشش می دهند.

 

نرمی آلومینیم در حالت سرد

اغلب عملیات شکل دادن آلومینیم در حالت سرد انجام می گیرد زیرا وقتی پوفیلی با رویه نازک و روق های نازک حرادت داده می شوند امکان تاب خوردن آنها وجود دارد نیروی لازم برای تغییر شکل آلومینیم کمتر از فولاد است نرمی آلومینیم به خود ماده ( نوع آلیاژ ) و حالت آن بستگی دارد وضعیت آلومینیم مانند هر فلز دیگری در اثر کار  سرد تغییر می کند تاثیر کار سرد بر آلومینم از این قرار است ماده مستحکم تر و سخت تر می شود در قطعه تنش تولید می شود اگر تغییر شکل از ظرفیت تغییر شکل پذیری فلز بیشتر شود کار سرد مممکن است باعث ترک خوردن آن شود راحت  ترین ماده آلومینیمی از نظر تغییر شکل و نرمی آلویمینم حالص آلومینیم تصفیه شده و آلیاژ Al-Mn در حالت نرم آ« است آلومینیم خالص و آلیاژهای آلومینیم در حالت نیمه سخت و آلیاژهای پیر سختی پذیر در حالت نرم در حال کار پذیر هستند گر چه کارپذیری آن ها کمتر از موادبیشتر شاد شده است آلیاژ های آلومینیم در حالت سخت یا حالات کاملا پیر سهت شده به مقدار کمی کار پذیرند و به طور کلی کارپذیری آنها بسیار مشکل است.

 

آلیاژهای آلومینیم-روی-منیزیم

آلیاژهای آلومینیم – روی – منیزیم در میان کلیه آلیاژ های آلومینیم بیشترین پتانسیل پیرسختی را دارند. در آلیاژ های پر استحکام این گروه از مس به مقدار کمتر از ۰٫۳ درصد، برای افزایش مقاومت به خوردگی تنشی استفاده می شود. آلیاژ هایی که فاقد مس یا دارای مقادیر اندکی مس هستند، به آسانی جوشکاری می شوند. این آلیاژ ها در دمای محیط به طور قابل ملاحظه ای پیرسخت شده و محدوده وسیع دمایی برای عملیات محلول سازی آن ها وجود دارد. بنابراین در هنگام جوشکاری، استحکام آلیاژ بازیابی می شود و نیاز به عملیات حرارتی دیگری نیست. آلیاژهای آلومینیم – روی – منیزیم در ابتدا برای ساخت پل های نظامی سبک مورد استفاده قرار گرفتند. امروزه برای کنترل ساختار این آلیاژها از عناصر کروم، منگنز و زیرکونیوم استفاده می شود. آلیاژهای آلومینیم – روی – منیزیم – مس بیشترین میزان پیرسختی را از خود نشان می دهند. نیاز صنایع نظامی به استفاده از آلیاژ های هواپیمایی که نسبت استحکام به وزن آن ها بالا باشد، در نهایت منجر به تولید آلیاژهای گروه Al-Zn-Mg-Cu شد. آلیاژ ۷۰۷۵ شناخته شده ترین آلیاژ این گروه است.

 

آلومینیم و آلیاژهای آن

برای بررسی آلومینیم و آلیاژهای آن (Aluminium & Aluminium Alloys) ابتدا به تاریخچه آن پرداخته می شود. آلومینیم در سال ۱۸۵۵ برای نخستین بار در کشور فرانسه  و به روش احیا کلرید آلومینیم با سدیم تهیه شد. مصرف نظامی این عنصر سبب گردید که این فلز مورد توجه قرار گیرد. در سال ۱۸۸۶، هال (Hall) در آمریکا و هرولت (Heroult) در فرانسه به طور مستقل از هم به روشی اقتصادی برای تولید آلومینیم دست یافتند. ابداع این روش جدید منجر به کاهش قابل ملاحظه قیمت آلومینیم شد که در نتیجه آن در عرض دو سال بعد قیمت آلومینیم به هر کیلو ۴ دلار افت پیدا کرد. از این پس لزوم تولید آلومینیم به عنوان یک فلز کاربردی تجاری، به در دسترس بودن مقادیر زیاد انرژی برق ارزان قیمت منوط شد.

آلومینیوم چیست

آلومینیوم چیست

 

استخراج آلومینیم

آلومینیم از کانی بوکسیت استخراج می شود که حاوی ۴۰ الی ۶۰ درصد آلومینای هیدراته به همراه اکسید آهن، سیلیس و تیتان است. این اسم از نام les Baux، ناحیه ای در فرانسه که اولین بار این سنگ معدن را از آنجا استخراج کردند، گرفته شده است. بوکسیت از هوازدگی سنگ هایی مانند گرانیت و بازالت که حاوی مقادیر زیادی از آلومینیم هستند، ایجاد می شود. بزرگترین منابع این کانی در مناطق گرمسیر مانند شمال استرالیا، گینه و برزیل است. ذخایر بوکسیت با عیار بالا و مقادیر کم سیلیس عمر طولانی ندارند و برای استفاده از بوکسیت با مقادیر زیاد سیلیس، باید از روش فلوتاسیون استفاده کرد که استفاده از روش فلوتاسیون به بهای این فلز می افزاید.

در خاک رس، سنگ های رسی و سایر مینرال ها مقادیر بسیار زیادی آلومینیم وجود دارد ولی استخراج آن از این مواد مشکل و غیر اقتصادی است. یک استثنا در این مورد کشور روسیه است که در آن ذخایر بوکسیت پرعیار موجود نیست و چند کارخانه تولیدی در مناطقی دور از منابع این سنگ معدن وجود دارد.

 

برای تولید آلومینیم از کانی بوکسیت باید از دو مرحله مجزا استفاده کرد:

۱-  تولید آلومینا ( اکسید آلومینیم )

۲- استخراج آلومینیم از آلومینا

 

برای تهیه آلومینا از بوکسیت از روش بایر استفاده می شود. در روش بایر، بوکسیت را در سود غلیظ و در دمایc  ْ۲۴۰ حل می کنند. ناخالصی های اکسید آهن و سیلیکا به صورت لجن قرمز رسوب کرده و به وسیله فیلتر کردن از محلول جدا می شوند. بلورهای تری هیدرات آلومینیم را به عنوان جوانه های اولیه به محلول اضافه می کنند و مطابق رابطه زیر سود و تری هیدروکسید آلومینیم تولید می شوند.

سود بازیافت شده از مرحله فوق مجددا به ابتدای خط باز می گردد و مورد استفاده قرار می گیرد. برای تهیه آلومینا از هیدروکسید آلومینیوم باید تکلیس صورت بگیرد. تکلیس هیدروکسید آلومینیوم  در دمای ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد انجام گرفته که در نتیجه آن، آب ساختاری آن خارج شده و پودر آلومینا تهیه می شود.

در مرحله دوم، آلومینا را در کریولیت مذاب (Na2ALF6) حل می کنند. نمونه ای از ترکیب این محلول، دارای ۸۰ الی ۹۰ درصد کریولیت و ۲ الی ۸ درصد آلومینا به همراه فلورایدهای آلومینیوم و کلسیم است. از طریق فرآیند الکترولیز از این محلول، آلومینیم بدست می آید.

مکانیزم واکنش الکترولیتی در سلول هنوز مشخص نیست، ولی گمان می رود که یون های Na+، AlF4-، AlF63- و یون های پیچیده تری مانندAlOF32- حامل جریان برق باشند. یون های فلوراید آلومینیوم و یون های فلوئور در کاتد و یون های پیچیده تر در آند تجمع می کنند. واکنش آند به شکل زیر است

 

 

 

 

تولید شمش آلومینیم و عملیات پس از آن

پس از استخراج آلومینیم اولین قدم، ذوب مجدد آن است. برای انجام این مرحله، آلومینیوم مذاب بدست آمده از سلول های احیاء در کوره ریخته و عناصر آلیاژی و قراضه را به آن می افزایند. در این کوره فلز مذاب با برداشت سرباره تمیز می شود.

 

مهم ترین عواملی که منجر به افزایش کیفیت شمش تولیدی می شوند، عبارتند از :

– مخلوط شدن اجزای آلیاژ

– گاز زدایی مناسب برای حذف سرباره ها، اکسیدها، گازها و سایر ناخالصی های غیر فلزی

گاززدایی اهمیت بسزایی در کیفیت نهایی شمش دارد، زیرا، هیدروژن تنهای گازی است که میزان حلالیت آن در آلومینیم قابل اندازه گیری است. میزان حلالیت تعادلی این گاز در مذاب و جامد آلومینیم در نقطه ذوب و در فشار یک اتمسفر به ترتیب برابر با ۰٫۶۸ و ۰٫۰۳۶ سانتی متر مکعب در ۱۰۰ گرم فلز است. در حین انجماد، هیدروژن اضافی، به صورت گاز مولکویی در می آید که ممکن است در ساختار جامد به دام افتاده و منجر به ایجاد تخلخل شود. برای جلوگیری از تشکیل تخلخل مقدار هیدروژن در مذاب آلومینیم به کمتر از ۰٫۱۵ سانتی متر مکعب در ۱۰۰ گرم کاهش یابد.

برای گاز زدایی می توان از گازهای نیتروژن، آرگون، کلر و یا مخلوط این گازها یا از هیدروژن کربن کلر دار جامد استفاده کرد. ولی معمولا در تمامی موارد مقداری گاز کلر استفاده می شود، زیرا این گاز نقش مهمی در خارج کردن آخال ها از طریق سرباره گیری ایفا می کند. مشکل استفاده از گاز کلر، آلودگی محیط زیست است. راه حل ارائه شده برای این مسئله، استفاده از روش ابداعی شرکت آلومینیم انگلستان است که به فرآیند گاززدایی بدون دود مداوم یا FILD معروف است.

برای تولید ساختار یکنواخت شمش از فرآیندهای تبرید جهت دار و نیمه مداوم استفاده می شود. تهیه شمش ها معمولا به وسیله روش عمودی صورت می گیرد. مقاطع کوچک تر توسط روش افقی تهیه می شوند که در این روش کنترل اندازه دانه دشوار است. در شکل روبرو این دو روش نمایش داده شده اند.

قالب های متحرک، ریخته گری آلیاژهای آلومینیم را متحول کرده و امکان تولید اشکالی نزدیک به محصول نهایی را ایجاد نموده است. از جمله این روش ها می توان به روش ریخته گری میله و ورق اشاره کرد.

پس از تهیه شمش، باید عملیات همگن کردن انجام گیرد. همگن سازی برای آلیاژ های پر استحکام از  اهمیت بالایی برخوردار است زیرا رسوب گذاری و توزیع ترکیبات بین فلزی مانند MnAl6، Al12Mg2Cr و ZrAl3 در این مرحله صورت می گیرد. بنابراین، زمان، دما و نرخ گرم کردن تا دمای همگن سازی اهمیت بسزایی بر خواص محصول دارد. برای جوانه زنی و توزیع یکنواخت این ترکیبات، سرعت گرم کردن در حدود ۷۵ درجه سانتی گراد بر ساعت است.

 

طبقه بندی آلیاژهای آلومینیوم

آلیاژهای آلومینیم در حالت کلی به دو دسته کار پذیر و ریختگی تقسیم بندی می شوند و هر کدام از این گروه ها به دو دسته عملیات حرارتی پذیر و غیر قابل عملیات حرارتی تقسیم بندی می شوند