ماشین اره گرد (مجموعه ای)

ماشین اره گرد (مجموعه ای)

ساختمان ماشین اره گرد

پایه ماشین

طرح پایه ماشین به صورت بلوکه است. پایه ماشین جهت ایستایی مطمئن ماشین است . اجزاء ماشین روی آن قرار گرفته و بسته می شود.

میز ماشین

میز ماشین جهت گرفتن قطعه کار و نیز هدایت آن و بستن راهنماهای طولی و عرضی است.

میز غلتکی

به وسیله این میز، سطح نشیمن بزرگتر شده می توان قطعات بزرگ مثل صفحات را اره کاری کرد.

مجموعه چرخان

در ماشینهای قدیمی و کوچک ارتفاع میز ماشین قابل تنظیم بوده و زاویه خور است، در ماشینهای بزرگ جدید میز به پایه پیچ شده و فقط تیغه اره قابل چرخان بوده و ارتفاع آن قابل تنظیم است. بدین جهت اره با فلانچ، محور و موتور قابل چرخان است. این اعضا با هم به عنوان (مجموعه چرخان) نامیده می شود.

بستن اره

تیغه اره با یک فلانچ آزاد و به وسیله یک مهره با پیچ چپ گرد در مقابل یک فلانچ ثابت محکم می شود.

راهنما یا تکیه گاه طولی

راهنما یا تکیه گاه طولی امکان برش طولی با عرض دقیق را فراهم می کند. این راهنما از سال 1980 م. به بعد در تمام ماشینها از آلومینیم ساخته می شود.

راهنما یا تکیه گاه عرضی

این راهنما به عنوان کشویی عرضی نیز مشخص می شود، زیرا برخلاف راهنمای طولی با قطعه کار حرکت می کند. این راهنما در شیار دم چلچله ای میز ماشین حرکت می کند و یا اینکه روی میز غلطکی محکم می شود.

تیغه اره گرد

انتخاب صحیح تیغه اره گرد تاثیر قطعی روی کیفیت برش می گذارد. بدین جهت مدلساز باید بداند که هر تیغه اره در چه مواردی به کار می رود.

زوایای دندانه اره گرد

زاویه براده

به خاطر لزوم اثر برش در برش طولی، زاویه براده باید تا حد امکان بزرگتر باشد. در برش چوب عرضی که ممکن است الیاف چوب بیرون کشیده شود، زاویه براده باید تا حد امکان کوچکتر و یا حتی در اره معلق منفی نیز باشد.

زاویه گوه

هر قدر چوب خشک و سخت باشد همان قدر مقاومت چوب در برابر برش زیاد می شود. این مقاومت توقف زمانی را کاهش می دهد. برای چوب سخت و خشک زاویه گوه بزرگتر لازم است.

زاویه آزاد

این زاویه حداقل 10 درجه است تا پشت دندانه با چوب تماس پیدا نکند.

فرم دندانه

دندانه کاردی

این فرم دندانه اره دارای زاویه گوه کوچکتر است و اکثرا برای چوب نرم به کار می رود. جنس تیغه این نوع دندانه ها فولاد ابزاری است.

دندانه اره قطع کن

این نوع دندانه باعث کیفیت سطحی خوب برش عرضی می شود. استفاده از این نوع دندانه در اره گرد میزی باعث بلند شدن قطعه کار می شود، ولی در اره گرد معلق قطعه کار با همان نیروی قبلی روی میز فشار داده می شود. این نوع دندانه به خاطر دلایل گفته شده فقط در تیغه اره گرد معلق به کار می رود.

دندانه گرگی

این فرم دندانه دارای زاویه گوه بزرگتر است و نوک تیز از قطعات فلز سخت (HM) ساخته شده است.

انواع دندانه کاری

دندانه کاری کامل

یک تیغه اره وقتی دارای دندانه کاری کامل است که دندانه ها بدون فاصله پشت سر هم قرار گرفته باشند. تعداد دندانه بسته به حجم براده، قطر تیغه اره و جنس آن تعیین می شود. هر قدر جنس سخت تر باشد تعداد دندانه ها نیز بیشتر می شود.

دندانه کاری بزرگ

وقتی تیغه اره ای، دندانه کاری بزرگ و یا دندانه های کمتری دارد که تعداد آن بین 8 تا 24 باشد. تیغه اره RS معمولترین تیغه اره دندانه کاری بزرگ است.

دندانه کاری گروهی

در دندانه کاری گروهی یک گروه از دندانه ها یک دندانه بزرگ را تشکیل می دهد.

دندانه کاری تعویضی

به کارگیری دو نوع دندانه متغیر با مقاطع مختلف دندانه کاری تعویضی نامیده می شود.

محدودیت ضخامت براده

در مدلسازی معمولا تغذیه بار به وسیله دست صورت می گیرد و بدین ترتیب باید تیغه اره ای را انتخاب کرد که خطر پس زدن آن کمتر باشد. این عمل وقتی امکانپذیر است که ضخامت براده، یا باری که یک دندانه در یک دور بر می دارد به 1/1mm محدود شود. محدودیت ضخامت براده به دو روش امکانپذیر است:

تیغه اره RS

لبه تیغه براده برداری به اندازه 1/1mm از دایره تیغه بزرگتر است.

زبانه مانع

اگر هر دندانه اره دارای یک زبانه مانع به ارتفاع 1/1mm کمتر از ارتفاع دندانه باشد ضخامت براده محدود شده تیغه اره کمتر ضربه پس زن دارد.

برش آزاد

دلایل گیر کردن تیغه اره

به علت اصطکاک غیر مجاز، تیغه اره در قطعه کار گیر می کند. در صورتی که تیغه اره شیب دار نباشد و یا چپ و راست نشده باشد، اصطکاک جانبی به وجود می آید. با گرم شدن شدید غیرمجاز، تیغه اره موجی شده و سپس در محل تماس با کار دوباره منجر به گرم شدن بیشتر می شود.

اقداماتی جهت برش آزاد

-برش آزاد جانبی تیغه اره گرد با شیب دار بودن تیغه اره، چپ و راست بودن دندانه اره تا یک سوم ارتفاع بالا، با جوش دندانه برش ضخیمتر و با شیب کمتر روی بدنه تیغه اره امکانپذیر است.

-گیر کردن به خاطر انباشتن براده را می توان با در نظر گرفتن محفظه بزرگ براده برداری برطرف کرد.

–شکاف انبساطی از گیر کردن تیغه اره به خاطر انبساط گرمایی جلوگیری می کند.

ضخامت تیغه اره

ضخامت تیغه اره استاندارد شده است. برای هر قطر تیغه اره یک ضخامت معمولی و دو ضخامت بزرگتر داده شده است. تیغه با ضخامت بزرگتر دارای دور آرام است و بدین جهت سطح برش کیفیت بهتری دارد.

تیز کردن تیغه اره

تیزی مایل دارای بزرگترین توان براده برداری است. برای تیز کردن از دستگاه خودکار استفاده می شود. برای جلوگیری از خطرات، تیغه اره ها باید به موقع تیز شوند.

عیوب و خطاهایی که می توانند حادثه آفرین باشند:

-ترکها: با آزمایش طنین صدا به راحتی قابل تشخیص اند. در صورت ترک برداشتن، تیغه اره را سوراخ نکنید، بلکه دور بیاندازید.

-ضربه جانبی: با گذاشتن یک مداد روی سطح و چرخاندن تیغه اره در مقابل آن به آسانی قابل تشخیص است.

-پایه دندانه به خاطر تمرکز تنش نباید به صورت گوشه دار تیز شود.

تجهیزات حفاظتی طبق دستورات انجمن حمایت از کارگران

ساختمان و تجهیزات تا سال 1979م.

1-گوه شکاف دهنده بایستی هم سطح با تیغه اره به طور افقی و قائم قابل تنظیم باشد. فاصله از تیغه اره باید حداکثر    10mm باشد.

2-محافظ بالایی روی گوه شکاف دهنده محکم شود و به وسیله پین اطمینان از افتادن آن روی تیغه اره جلوگیری شود.

3-شکاف اره در میز باید تا حد ممکن باریک باشد.

4-قسمت پایین اره در زیر میز باید پوشانده شود تا به جهت تماس سهوی با آن خطری روی ندهد.

ساختمان و تجهیزات بعد ا زسال 1980م.

1-از دوران گوه شکاف دهنده حتما جلوگیری شود و به طور افقی و عمودی قابل تنظیم باشد. فاصله ماکزیمم گوه شکاف دهنده از تیغه اره 10mm است، نوک گوه شکاف دار هرگز نباید پایینتر از ارتفاع پای بالاترین دندانه اره باشد.

(معمولترین نوک گوه شکاف حدود 2mm پایینتر از نوک بالاترین دندانه تیغه اره قرار می گیرد.)

2-در ماشینهایی که قطر تیغه اره آن 250mm است، محافظ مجزا ازگوه شکاف دهنده جهت جلوگیری از تماس دست با تیغه اره، به کار می رود.

3-شکاف میز در جلو تیغه اره باید تاحد ممکن باریک گرفته شود (شکاف هر دو طرف تیغه اره نباید ا ز3mm تجاوز کند). قطعه شکاف دار جلو تیغه اره نباید از جنس نرم قابل براده برداری باشد و باید قابل تعویض باشد.

4-تیغه ار در زیر میز نیز پوشانده شود.

5-راهنمای طولی را باید بتوان چنان تنظیم کرد که انتهای آن بتواند بین دندانه جلویی اره و وسط آن قرار گیرد. در ماشینهایی که تیغه اره آن زاویه خور است باید بتوان از راهنما و تکیه گاه طولی در دو طرف تیغه اره استفاده کرد.

انواع کارها و اقدامات لازم جهت پیشگیری از خطرات کناره زنی و برش

برای اینکه بتوان تخته ای را بدون مقاومت زیاد و با داشتن سطح اتکای بزرگ روی میز ماشین حرکت داد دو روش وجود دارد:

-ماشین اره گرد کناره زنی دارای میز غلتکی – کشویی

-ماشین اره گرد با میز ثابت و تخته کناره زنی

برای اینکه بتوان از حرکت بی ثبات تخته جلوگیری کرد، جلوی تخته به وسیله ای محکم گرفته می شود. این کاردر هر دو روش مذکور امکانپذیر است، در روش اول می توان از گیره پیچ و مهره ای استفاده کرد و در روش دوم نیز با میخ فولادی تخته کار به تخته کناره زنی محکم می شود.

برش جهت زوار و تخته های باریک

وسایل کمکی برای جلوگیری از خطرات: در صورتی که فضای بین راهنمای طولی و تیغه اره کمتر از 120mm باشد، دست راست در خطر قرار می گیرد. برای حرکت دادن قطعه کا ربایستی از دسته پیش دهنده استفاده کرد.

پیش زوارهای خیلی باریک

وسایل کمکی برای جلوگیری از خطرات: در زوارهای باریکتر از 15mm راهنما و تکیه گاه طولی با حفاظ اره تماس پیدا می کند. بدین  جهت از راهنمای کوتاهتر به عنوان راهنمای کمکی استفاده و به راهنمای طولی اصلی محکم می شود. تخته و زوار برش خورده با هم و به وسیله چوب فشار دهنده که دارای دسته نیز هست تا پشت گوه شکاف دهنده حرکت داده می شود.

برش عرضی قطعات پهن

در ماشین اره گرد میزی برای به دست آوردن سطح اتکای بزرگ، میز غلتکی متوازی الاضلاع شکل نصب می شود. با میز لولایی و به کمک راهنما و تکیه گاه عرضی برش زاویه دار فراهم می شود. در صورتی که برگشت قطعات منظور باشد، راهنمای اندازه به طرف بالا آمده قطعات را از تیغه اره بر می گرداند.

برش زاویه دار قطعات عریض

میز غلتکی متوازی الاضلاع جهت برش زاویه دار خیلی مناسب است. سطح تکیه گاه به کلی ثابت می ماند.

برش عرضی زوارها و تخته ها

قطعه کار سبک نیازی به میز کشویی ندارد. قطعه کار به وسیله پیش دهنده عرضی حرکت داده می شود. درمیز کشویی کناره بر یک ریل راهنما همان هدف را به خوبی برآورده می کند.

وسایل لازم جهت جلوگیری از خطرات

برای اینکه قطعات بریده شده از تیغه دور شود ازگوه رد کن استفاده می شود. بدین ترتیب لازم نیست قطعات بریده را با دست از نزدیکی ابزار دور کرد.

برش عرضی قطعات کوتاه

در صورتی که از راهنمای کمکی روی راهنمای اصلی استفاده می شود، طول و عرض برش تنظیم می شود. سپس قطعه کار در ابتدای اره روی راهنما قرار می گیرد. در نهایت راهنمای کمکی به وسیله گیره به راهنمای اصلی محکم می شود. استفاده از پیش دهنده عرضی و گوه رد کن طبق مثال قبل صورت می گیرد.

شکاف زنی

برای ایجاد شکاف، قطعه کار روی راهنما و تکیه گاه طولی در امتداد طول مسیر حرکت داده می شود. برای جلوگیری از برش غیر عمدی قطعه کار و بلند شدن، آن را به روی میز فشار داد.

کاو زنی

برای کاو زنی، قطعه کار روی راهنما و تکیه گاه طولی در امتداد طول حرکت داده می شود به طوری که زوار به دست آمده بین اره و راهنما قرار نگیرد.

فاق زنی

با استفاده از راهنما و تکیه گاه طولی اندازه دقیق فاق به دست می آید. راهنمای طولی باید دقیقا محکم بشود، زیرا در اینجا فشار وارده خیلی زیاد است. قطعه کار به وسیله چوب پیش دهنده حرکت داده می شود دست راست از بلند شدن قطعه کار جلوگیری ی کند.

زبانه زنی

با زبانه زنی چفت تکمیل کننده فاق درست می شود. در زبانه زنی باید با به کار گرفتن راهنما و تکیه گاه طولی کوتاه و بستن آن به راهنما اصلی، فضای خالی در پشت تیغه اره فراهم می شود. ماشینهای اره بعد از سال 1980م. ساخته می شوند دارای راهنما و تکیه گاه طولی کوتاه هستند. ضمنا روشی نیز جهت جلوگیری از گیر کردن اره وجود دارد، بدین ترتیب که ابتدا برشهای عرضی زده می شوند تا بعد از برش طولی قطعات زائد در کنار تیغه اره نیفتد.

سایر ماشینهای اره گرد

ماشین اره گرد صفحه ای

به خاطر کاربرد روز افزون مواد چوبی در مدلسازی این نوع ماشینهای اره گرد مورد استفاده قرار می گیرد.

ساختمان ماشین : صفحه چوبی از جلو، روی پایه ای که دارای زوار و غلتک تکیه گاهی است قرار داده می شود. ماشین اره گرد دارای دو ریل افقی و یک ریل قائم است که برای برش قائم سیستم اره (موتور، محور،تیغه اره) روی ریل قائم حرکت می کند. برای برش افقی باید ابتدا سیستم اره به 90 درجه چرخانده سپس روی ریلهای افقی حرکت داده شود.

ماشین اره گرد معلق

تخته ها اغلب طبق لیست مدلساز بریده و انبار می شود. برای برشهای عرضی تا ارتفاع 150mm ماشین اره گرد معلق، ماشین پرتوانی است.

ساختمان ماشین: اغلب خود موتور حامل تیغه اره است، بدین ترتیب که تیغه اره در انتهای یک یاتاقان ساچمه ای محکم بسته می شود. برش چوب با کشیدن دسته اره صورت می گیرد. برای شروع برش قفل روی دسته باز می شود. اجزاء مهم این ماشین اره عبارت اند از : صفحه قطع کن درجه بندی شده و سیستم راهنمای تکیه گاهی. تیغه اره بایستی بعد از اتمام برش خود به خود ا زحرکت بایستد.

اره گرد دستی

اره گرد دستی در مدلسازی برای برش عرضی تخته ها و برش استاندارد صفحات چوبی منطبق به کار می رود. به خاطر اینکه این اره به جایی بسته نمی شود، دارای استعمال عمومی است.

 

 

 

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 1000 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 650 تا 1150 درجه سانتيگراد مورد استفاده قرار ميگيرند كه شامل

آلياژهايS-816، 25HAYNES، 188 25HAYNES، 55625HAYNES، 50UMCO ميباشند.

– آلياژهايي كه تا حدود 650 درجه سانتيگراد به كار ميروند نظيرTN3MP، 159 MP

– آلياژ مقاوم به سايش B 6 Stellite

آلياژ 2525HAYNES 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

1495 C نقطه ذوب کبالت

2870C  نقطه جوش

دانسیته 8.9

شعاع اتمی 1.67

0.745  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 20 تا 30٪ 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 390درجه حرارت درجه سلسیوس اتفاق میافتد و با گرم کردن مجدد استحاله معکوس   درجه حرارت 430درجه 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 700 درجه سلسیوس به ترتیب برابر 20 و 10 درصد وزنی میباشد . با افزایش دما حلالیت کرم افزایش یافته و در دمای 991 درجه سلسیوس به 35.1 درصد در فاز αمی رسد  . حداکثر حلالیت کرم در فازα در دمای 1312 درجه سلسیوس بدست می آید که معادل حدود 39 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 1335 درجه سلسیوس به حداکثر مقدار خود یعنی 28 درصد وزنی میرسد. فاز εحلالیت کمتری برای برای مولیبدن نشان داده که در دمای پریتکتوید 50 ± 700 درجه سلسیوس به میزان حداکثر خود یعنی 14 درصد وزنی میرسد

 

سیستم دو تایی کبالت – کربن

قسمتی از نمودار فاز دوتایی C_COدر شکل (4) نشان داده شده است . درجه حرارت ذوب با افزایش مقدار کربن کاهش یافته و در دمای 1321 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  1000 درجه سلسیوس به 35/0 درصد وزنی می رسد .

 

پوسته پمپ - قالب ریخته گری

پوسته پمپ

 

استحکام بخشی آلیاژهای کبالت

1)  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.

2) 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.

 

3)  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 20٪ است،3C7M و 2C3Mبه ندرت دیده می‌شود ولی وجود rCبه تشکیل کاربید نوع 6C23Mکمک 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 20٪) 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 1/0 تا 1٪) به طور کلی سه نوع اساسی کاربید در سوپر آلیاژهای پایه کبالت وجود دارد:

کاربیدهای 6 C 23M

کاربیدهای MC

کاربیدهای C6M

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

اول : آنها( اساسا  6 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 24 ساعت دردمای925 درجه سانتی گراد باعث رسوب ذرات 6 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 (3/0٪) 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.

سیستم راهگاهی و تغذیه گذاری

سیستم راهگاهی و تغذیه گذاری

سیستم راهگاهی و تغذیه گذاری مناسب جهت جلوگیری از نواقص و معایب ریخته گری ضروری است. طرح و محاسبه سیستم راهگاهی و تغذیه گذاری جز وظایف مهندس ریخته گر یا استاد کار قالب گیر است. ساخت سیستم راهگاهی و نصب آن روی صفحه مدل، مربوط به مدلساز است، بدین جهت مدلساز باید از تکنیک راهگاه و تغذیه اطلاعات کافی داشته و بتواند سیستمهای آشنا را روی مدلهای مشابه پیاده کند.

سیستم راهگاه

سیستم روباز

ساده ترین روش جهت رسیدن مذاب به قالب، سیستم روباز است. در این روش مذاب مستقیما به محفظه خالی قالب ریخته می شود. این سیستم در ریخته گری روباز و در ریخته گری خاصی که با راهگاه سرریز می شود کاربرد دارد.

معایب سیستم روباز

معایب سیستم روباز عبارتند از:

-آشفتگی شدید جریان مذاب که باعث نفوذ شلاکه و اکسیدها به داخل قطعه می شود.

-خیلی ناصاف و کثیف شدن سطح قطعه به علت وجود اکسید مذاب و نیز بالا آمدن شلاکه.

سیستم بسته

با طراحی صحیح سیستم راهگاه در این روش، معایب سیستم روباز برطرف می شود. در این روش قالب بسته است و مسیر مذاب جاری بسته به سیستم آن تعیین می شود. در یک مفهوم اصلی می توان سیستم راهگاهی را فقط سیستم بسته به حساب آورد که مسیر مذاب را مشخص می کند. اجزای این سیستم عبارتند از: حوضچه راهگاه، راهبار، کانال اصلی و کانال فرعی. نقش سیستم راهگاهی مانند یک منبع آب عمومی است که حوضچه نقش آب و کانال فرعی نقش لوله های انشعابی ورودی به خانه ها را دارد.

با سیستم راهگاهی درست اصول زیر برآورده می شوند:

-ارتباط درست محفظه خالی با خارج

-هدایت درست مذاب و جلوگیری از آشفتگی جریان مذاب

-نگه داشتن شلاکه، اکسیدها و مواد کفی در خارج قالب

-تحت تاثیر قرار گرفتن توزیع دما.

 

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:1-پایه نیکل   2-پایه نیکل/ آهن    3-پایه کبالت

اولین آلیاژ پایه نیکل قابل رسوب سختی Nimonic80 در سال 1941در بریتانیای کبیر توسعه یافت. این آلیاژ محلول جامد 20%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:

1 )    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

 

2)    تقسیم بندی سوپر آلیاژهای نیکل بر حسب ترکیب شیمیایی

1) آلیاژهای با Moبالا

2) آلیاژها با Ni-Cr(75-15)

3) آلیاژها باNi-Cr(75-20)

(4 آلیاژها باNi(35-60),Cr-Co(20-20)

(5آلیاژها با درصد مختلف از Ni,Cr,Co,Mo

(6 آلیاژهای اصلاح شده گروه پنج با کبالت کمتر

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

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

 

گروه یک سوپر آلیاژ نیکل

بیشتر از 15%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 75%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 1800f آنیل می شوند.

 

گروه سوم سوپر آلیاژ نیکل

این آلیاژها در انگلستان توسعه یافته و بر مبنای آلیاژ نیکروم(80Ni-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 20%Co افزوده گردیده. نسبت به گروههای قبلی استحکام خزش-گسیختگی بیشتری دارد.

 

گروه پنجم سوپر آلیاژ نیکل

با چهار گروه قبلی متفاوتند. دارای حدود 3% 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 2,3 با بیش از 4%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 15% 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

(17-20)% FeوMo کمتر از 10% 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 1-تشابه ساختار کریستالی 2-تشابه ظرفیت اتمی 3- پائین بودن اختلاف اندازه اتمی میباشد که اختلاف اندازه اتمی عنصر حل شونده با عنصر زمینه نباید از 15% تجاوز نماید .

عناصری که در فاز Уحل می شوند معمولا این اختلاف زیر 15% 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 27% 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 2/0-02/0 درصد و در آلیاژهای ریختگی حدود 6/0 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 (980-760)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 815تا950 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 (8-1)% 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 01/0%)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 1080 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.

ساخت ماهیچه با ماشین

ساخت ماهیچه با ماشین

در ریخته گری امروزی تولید ساده و اقتصادی قطعات اهمیت زیادی دارد. به همین جهت کار با دستی وقت گیر و گران، با ماشین که به طور اقتصادی و با سرعت بیشتر همان کارها را انجام می دهد جایگزین می شود. در روش خودکار، ماهیچه در مدت زمان کمتر از چند ثانیه ساخته می شود.

برای تهیه ماهیچه ماشینی طراحی جعبه ماهیچه ای که با روش کار ماشین ماهیچه سازی مطابقت داشته باشد مهم است. به همین جهت مدلسازان باید روش کار ماشین، معایب و محاسن آن آشنا شوند.

کار اساسی ماشین ماهیچه سازی

در یک ماشین ماهیچه سازی تمام مراحل کار تراکم مواد ماهیچه وجود دارد. صرف نظر از تعداد مراحل کار که به وسیله ماشین انجام می گیرد ترتیب کارها در تمام ماشینها همیشه یکی است:

-بستن جعبه ماهیچه

-ریختن مواد ماهیچه و متراکم کردن آن

-سخت کردن

-بیرون کشیدن قطعات آزاد

-باز کردن جعبه ماهیچه

-بیرون آوردن ماهیچه

پر کردن مواد در جعبه ماهیچه (قالب ماهیچه)

مواد ماهیچه را می توان با دمش، پرتاب و یا به صورت پرسی در محفظه خالی جعبه ماهیچه وارد و ماهیچه را درست کرد. بدین وسیله ماهیچه شکل مورد نظر را می گیرد، بسته به مواد ماهیچه گاهی سختی قابل توجیهی به خود می گیرد.

سخت کردن ماهیچه

بعد از متراکم کردن که امروزه اکثرا با روش پرتاب انجام می گیرد ماهیچه استحکام نهایی خود را بسته به روشهای ماهیچه سازی به صورتهای زیر به دست می آورد:

-سخت کردن با عبور دادن گاز CO2 (روش جعبه سرد)

-سخت کردن با گرما (روش جعبه داغ)، روش جعبه گرم و روش ماهیچه سازی پوسته ای

-خشک کردن در کوره ها در مورد ماهیچه روغنی و در روش شوکهای گرمایی

ساخت ماهیچه با روش پرتاب

در این روش مواد ماهیچه سازی با هوا مخلوط نشده بلکه هوا با فشار معینی در یک سیلندر پر از ماسه عمل می کند. هوا با فشار 3 تا 8 بار بعد از باز کردن شیر هوا روی ستون ماسه اثر می کند، در نتیجه ماسه با ضربه، قالب ماهیچه را پر می کند. عمل پرتاب مواد در جعبه ماهیچه باعث تراکم یکنواخت ماهیچه می شود. استحکام نهایی به وسیله سخت کردن به دست می آید.

مزایای روش پرتابی

-در این روش فقط باید هوای داخل قالب ماهیچه سریع تخلیه شود. هوا با مواد ماهیچه در داخل قالب ماهیچه جمع نمی شود و لذا سوراخهای ریزی جهت تخلیه هوا لازم نیست.

-ماشین به صورت ساده کار می کند.

-تراکم یکنواخت در تمام مقاطع حاصل می شود.

-فشار هوای 3 تا 8 بار در سیلندر پرتاب به 0.5تا3 بار تقلیل داده می شود تا قالب ماهیچه صدمه نبیند.

کاربرد روش دمشی

طبق اصول کار دمش ماشینهای ماهیچه سازی، فقط مواد قالب گیری که ذرات آن خشک و با مواد صمغی پوشانده شده اند به کار می رود. برای مواد ماهیچه سازی تر، جهت ساخت ماهیچه فقط ماشینهای پرتابی به کار می رود.

معایب روش دمشی

-سایش در نتیجه پرتابه های ماسه ای، خیلی بیشتر است.

-هوای دمیده شده به جعبه ماهیچه دوباره باید از مواد قالب گیری جدا شود، به همین جهت نقاط اضافی برای تخلیه هوا لازم است.

-نیروی محکم کننده جعبه ماهیچه بیشتر است، زیرا هوای فشاری روی جعبه ماهیچه عمل می کند.

تولید ماهیچه با روش فشاری

فشردن ماهیچه به وسیله پرس کردن مواد ماهیچه سازی به کمک مجرا و سطح مقطع مورد لازم ماهیچه صورت می گیرد. فشار مورد لزوم توسط پیستون و یا حلزون (شبیه چرخ گوشت) به وجود می آید. ماهیچه به وجود آمده روی صفحه ای قرار داده می شود و بسته به مواد مکم کننده و چسب آن خشک و یا سخت می گردد.

کاربرد و راه حل دیگر

برای تعداد کم قطعات که احتیاج به ماهیچه استوانه ای دارند، اکثرا جعبه ماهیچه درست نمی کنند، بلکه از ماهیچه های استاندارد که با فواصل قطری 5یا10 میلیمتر ساخته شده اند، استفاده می شود. این ماهیچه ها به عنوان ماهیچه انباری به طور انبوه تولید و در طولهای مورد لزوم بریده می شود. امروزه ساخت چنین ماهیچه هایی با کمک ماشینهای پرتابی به خاطر سرعت و دقت عمل آن صورت می گیرد.

استحکام نهایی با سخت کردن

با پرتاب و یا دمیدن مواد ماهیچه در جعبه ماهیچه، ماهیچه متراکم و محکم می شود، استحکام نهایی ماهیچه به وسیله سخت کردن به دست می آید. این مرحله امروزه روی ماشینهای ماهیچه سازی با گاز و یا گرما صورت می گیرد.

سخت کردن با گاز

ساده ترین و کم هزینه ترین روش سخت کردن، گاز دادن با دست است. گاز توسط دوش به ماهیچه موجود در جعبه ماهیچه هدایت می شود. ماهیچه های بلند را می توان توسط لوله ای دراز که در سطح جانبی آن مجراهای زیاد وجود دارد سخت کرد. معمولا گاز دادن روی ماشینهای پرتاب و یا تجهیزات خودکار صورت می گیرد.

به خاطر دلایل ایمنی، روش سخت کردن با گاز CO2 با دست صورت می گیرد.

روش سخت کردن با CO2

در این روش از گاز CO2 جهت سخت کردن استفاده می شود. چسب آب شیشه با گاز CO2 تشکیل کربنات سدیم و اسید سیلیسیک و آب تبلور می دهد. اسید سیلیسیک مثل اسکلت دانه های ماسه را احاطه می کند و سخت کردن قالب را انجام می دهد. مدت زمان سخت شدن بسته به حجم آن 15الی60 ثانیه می باشد.

مزیت سخت کردن با CO2

گاز CO2 سمی نیست و بدین جهت می توان عمل گاز دادن را با دست انجام داد.

مدل منیفولد 206 - قالب سازی

منیفولد 206

روش جعبه سرد

در این روش مواد چسبی و سخت کتتده قبلا با ماسه مخلوط می شود. گاز دادن با یک کاتالیزور مواد رزینی فنوئل و سخت کننده پلیسوسیانات را به ماده چسبی پلی اوره تان تبدیل می کند. به عنوان کاتالیزور مثلا تری اتیلامین یا دی اتیلامین در محفظه ای به صورت ریز در می آید.

مدت زمان سخت شدن بسته به حجم و طرح آن 2الی30 ثانیه طول می کشد.

مزایا روش جعبه سرد

روش جعبه سرد نسبت به روشهای دیگر مدت زمان کمی جهت سخت شدن لازم دارد.

معایب روش جعبه سرد

در استفاده از گاز غیر سمی CO2 تمام تجهیزات مراحل گاز دادن روی یک صفحه سوار است، در صورتی که در روش جعبه سرد مکش و تصفیه هوای آلوده شده به آمین ضروری است. بخار آمین به خاطر دلایل ایمنی باید در دو سیستم برطرف شود:

-سیستم باز

-سیستم بسته

در نوع جدید سرد از SO2 به عنوان کاتالیزور استفاده می شود.

سخت کردن با گرما (سخت گرمایی)

در این روش فنوئل و فوران به عنوان مواد چسبی و محکم کننده به کار می روند. در روش سخت گرمایی علاوه بر مواد چسبی مواد محکم کننده با ماسه مخلوط می شود. مرحله سخت کردن ماهیچه با گرم کردن جعبه ماهیچه صورت می گیرد.

مزایای روش سخت کردن با گرما

با ذوب شدن مواد چسبی و صمغی در سطح ماهیچه، سطحی خوب با تیزی مناسب لبه ها به وجود می آید. از ماسه ریز در این روش حتی پیچ داخل طراحی شده با ماهیچه را نیز می توان تهیه کرد.

روش جعبه داغ

در این روش ذرات ماسه به وسیله مواد چسبی روانی احاطه شده است. چسبندگی و اتصال بین ذرات تا موقع سخت شدن ماهیچه ادامه پیدا می کند. بسته به نوع مواد چسبی مورد استفاده مثلا فنوئل و فوران درجه حرارت سخت شدن به ترتیب 200تا300 و 150تا250 درجه سانتیگراد است. مواد سخت کننده مثل کلرید آَمونیوم یا اکسیدها قبلا با مواد چسبی مخلوط می شود. درست 15تا45 ثانیه دیواره ای به ضخامت 2الی5 میلیمتر تشکیل می شود. افزایش ضخامت دیواره در کوره پخت ادامه دارد و تا مغز ماهیچه سخت شود.

کاربرد روش جعبه داغ

این روش در تولید انبوه قطعات کوچک و متوسط به کار می رود. با این روش مواد زیر به خوبی برآورده می شوند:

1-سطوح خوب

2-تیزی لبه ها

3-استحکام ماهیچه

4-نفوذپذیری

5-از هم پاشیدن بهتر بعد از ریخته گری

روش جعبه گرم

این روش نوع تغییر یافته ای از روش جعبه داغ است. ماده سخت کننده برای مواد چسبی فوران که پوشش ماهیچه را به وجود می آورد، به کار می رود. به همین جهت دما تا15 درجه سانتی گراد برای سخت شدن ماهیچه کافی است.

مزایای روش جعبه گرم

1-مصرف کم انرژی

2-مزاحمت کمتر بو

کاربرد روش جعبه گرم

به جای روش جعبه داغ می توان از این روش استفاده کرد.

روش پوسته ای (کرونینگ)

مشخصه این روش استفاده از ماده به چسب آغشته شده و خشک است. این ماده چسبی فنوئل است که دوباره با مواد سخت کننده هگزامتیلن تترامین مخلوط شده است. مرحله سخت شدن در جعبه ماهیچه گرم با دمای 250تا 350 درجه سانتی گراد صورت می گیرد. استفاده از این روش اساسا در ساخت قالبهای پوسته ای است.

مزایای روش پوسته ای

علاوه بر مزیت واضح سخت شدن با گرما این روش دارای خاصیت روانی است. خاصیت عدم چسبندگی به جهت پوشش خشک ذرات ماسه است. به علاوه با کاربرد گرد جدایش خاصیت فوق تقویت نیز می شود.

ماهیچه کرونینگ توپر

در روش ماهیچه سازی کرونینگ مثل روش قالب گیری کرونینگ، دیگر ماهیچه را پوسته ای درست نمی کنند. ماهیچه توپر کرونینگ به جای ماهیچه های جعبه داغ بخصوص وقتی مورد استفاده قرار می گیرد که سطح مقطع کم و لبه ها از نظر پرتاب ماسه و پر شدن جعبه ماهیچه مشکل باشد. امر فوق به راحتی با ماسه روان عملی است.

خشک کردن ماهیچه

برای ماهیچه روغنی، روغن معدنی یا گیاهی به عنوان چسب به کار می رود. خشک کردن در کوره و در دمای 200تا220 درجه سانتی گراد صورت می گیرد.

کاربرد خشک کردن ماهیچه

ماهیچه های روغنی موارد استفاده کمی دارد. به خاطر خاصیت الاستیکی (کشسانی) آن، این ماهیچه ها در مواقعی که ماهیچه شامل بازوها، پله ها و قسمتهای سنگین است به کار می رود.

معایب خشک کردن ماهیچه

خشک کردن در کوره خود مستلزم صرف وقت اضافی است. دقت آن روی زیر سری خشک کنی به اندازه دقت خشک کردن در جعبه ماهیچه نیست.

ساخت ماهیچه دستی

به علت هزینه بیشتر ساخت ماهیچه دستی، روش فوق منحصرا در مواقعی به کار می رود که تعداد ماهیچه کم و یا دارای ابعادی است که با هیچ ماشینی نمی توان آن را تهیه کرد. روشهای گفته شده ممکن است در همه کارگاهها اجرا نشود.

 

 

 

 

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 540 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 7.8 گرم بر سانتی متر مکعب و چگالی نیکل و کبالت تقریبا 8.9 گرم بر سانتی متر مکعب است. چگالی سوپر آلیاژ های پایه آهن – نیکل تقریبا 8.3-7.9 گرم بر سانتی متر مکعب، پایه کبالت 9.4-8.3 و پایه نیکل 7.8-8.9 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 1453،1495 و 1537 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 1204 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

1) فولادهای معمولی و آلیاژهای تیتانیم در دماهای بالاتر از 540 درجه سانتی گراد دارای استحکام کافی نیستند و امکان خسارت دیدن آلیاژ در اثر خوردگی وجود دارد.

2) چنانچه استحکام در دماهای بالاتر (زیر دمای ذوب که برای اکثر آلیاژها تقریبا 1204-1371) مورد نیاز باشد، سوپر آلیاژ های پایه نیکل انتخاب می شوند.

3) 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.

4) 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.

5) 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.

6)  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.

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

8) 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.

9 ) 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 760 درجه سانتی گراد است سوپرآلیازها باید دارای پوشش کافی باشند. سوپر آلیاژها در کاربردهای طولانی مدت در دماهای بالاتر از 649 درجه سانتی گراد مانند توربین های گازی زمینی می توانند پوشش داشته باشند.

10 ) 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.

11) 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 14 عنصر و بیشتر می تواند باشد.

12) 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 1093 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 1950 فقط 10 درصد از کل وزن توربین های گاز هواپیما از سوپر آلیاژ ها ساخته می شد. اما در سال 1985 میلادی این مقدار به 50 درصد رسید.