اختصاصی از
رزفایل دانلود مقاله خواص سوپرآلیاژها و مقاومت آن ها در برابر خوردگی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
مشخصات این فایل
عنوان: خواص سوپرآلیاژها و مقاومت آن ها در برابر خوردگی
فرمت فایل : word( قابل ویرایش)
تعداد صفحات: 132
این مقاله درمورد خواص سوپرآلیاژها و مقاومت آن ها در برابر خوردگی می باشد.
خلاصه آنچه در مقاله خواص سوپرآلیاژها و مقاومت آن ها در برابر خوردگی می خوانید :
- محصولات ذوب سه مرحلهای
4-8-1- تعدادی از تولید کنندگان قطعات چرخاندن بحرانی در صنعت توربین گاز، استفاده از یک فرآیند ذوب دو مرحلهای را پذیرفتهاند ذوب اولیه با فرآیند VIM که با الکترود کم اکسیژن و ترکیب شیمیایی دقیق و به دنبال آن ذوب مجدد یا فرآیند ESR انجام میشود. الکترود ESR تمیز و سالم بوده و ساختار عاری از جدایش نهایی با استفاده از فرآیند ذوب سوم و با ذوب شمش ESR به روش VAR به دست میآید.
4-8-2- فرآیند ذوب سه مرحلهای شمش
شمش ESR (گاهی با علامت Ingode نشان داده میشود زیرا شمشی است که در ذوب مجدد به عنوان الکترود به کار میرود). می تواند به یکی از دو روش زیر ذوب شود. مستقیمترین فرآیند، یک فرآیند ذوب سه مرحلهای است. این فرآیند (ذوب- ذوب- ذوب) نیازمند افزایش اندازه الکترود از VIM به ESR و سپس به VAR است. به همین خاطر قطر VAR طوری انتخاب میشود که ساختار عاری از جدایش مثبت به دست آید. به عنوان نمونه برای آلیاژ IN-718 اندازههای متوالی قطر شمش فرآیندهای VAR-ESR-VIM به ترتیب میتواند 6/35-2/43-8/50 سانتیمتر باشد. وزن یک الکترود فرآیند نهایی VAR میتواند 2950 کیلوگرم باشد.
اگر یک الکترود با قطر بزرگتر (با وزن 4950 کیلوگرم) استفاده شود، شمشهای ESR بزرگترین باید به دست آید. برای به دست آوردن قطر مورد نظر شمش برای فرآیند VAR شمش ESR با قطر بزرگتر آهنگری شده و اندازه مورد نظر به دست میآید، سپس سنگ زنی شده، پوستههای اکسیدی و آهنگری آن زدوده شده و انتهای آن برشکاری میشود. این فرآیند که ذوب- ذوب- آهنگری- ذوب نامیده میشود، دارای قطرهای پس از ESR, VIM آهنگری و VAR یعنی 2/43، 8/50، 2/43، 8/50 سانتیمتر است. انجام فرآیند ذوب - ذوب - آهنگری- ذوب نیازمند زمان است. اما میتوان با استفاده از شمشهای بزرگتر، راندمان تولید بالاتری به دست آورد. همچنین قطعات خیلی بزرگ که نیازمند مواد اولیه ورودی زیادی هستند، تنها با فرآیند ذوب - ذوب- آهنگری- ذو قابل دستیابی هستند. شمش- الکترود سالم و تمیز (به دست آمده از فرآیند قبلی) به وسیله VAR ذوب مجدد میشود.
تمیزی و بیعیبی بهبود یافته الکترود، کنترل فرآیند VAR را آسان میسازد. محصولات ذوب سه مرحلهای نسبت به محصولات ذوبهای دو مرحلهای VIM+VAR دارای نقاط آلوده سفید کمتری هستند. همچنین سالم بودن الکترود در قطرهای بزرگتر، کنترل عدم تشکیل جدایش مثبت را تسهیل میسازد. ولی حتی در ذوبهای سه مرحلهای نیز نقاط سفید آلوده دیده میشوند و وجود آنها باید در طراحی قطعه در نظر گرفته شود.
4-9- تبدیل شمش و محصولات نورد
4-9-1- عملیات کارگرم اولیه با تبدیل شمش ریخته به محصول نوردی صورت میگیرد. محصولات نوردی به دو گروه تقسیم میشوند: محصولات طویل شمشالها و میلهها و محصولات تخت (ورق و صفحه).
در نتیجه فرآیند ذوب در همه سوپرآلیاژها، جدایش در درجات مختلف بوجود خواهد آمد. ترکیبهای شیمیایی میتوانند در اثر قرار گرفتن در معرض دمای بالای فرآیند کارگر، به سادگی همگن شوند. ترکیبهای شیمیایی پیچیدهتر ممکن است برای از بین رفتن شیبهای غلظتی به وجود آمده در شمش، به دماهای بالاتر و زمانهای طولانیتر قبل از کارگرم، نیاز داشته باشند.
عملیات اصلی استفاده شده برای تبدیل شمش عبارتند از: آهنگری، نورد و اکستروژن. اکستروژن با آهنگری و نورد تفاوت دارد، زیرا در آن تمام تغییر شکل در یک عبور اتفاق میافتد. در فرآیند کار بر روی سوپرآلیاژها تعدادی از سیکلهای حرارتی- مکانیکی مانند گرم کردن و تغییر شکل اتفاق میافتد. علاوه بر این ممکن است حالتدهی میان شمش نیز مورد نیاز باشد. به خاطر اینکه سوپرآلیاژها به پیشیه فرآیند حساس هستند، سیکلهای حرارتی - مکانیکی میتوانند، اثر مهمی برخواص نهایی قطعه آلیاژی داشته باشند. مراحل نهایی فرآیند (آهنگری یا نورد و عملیات حرارتی بعدی) پس از تبدیل مقطع شمش، به وجود آورندگان اولیه ساختار و خواص هستند. ولی همه مراحل حرکت از شمش تا محصول کار شده نهایی، در نتایج بدست آمده مشارکت دارند.
بعضی از محصولات نورد شده به ویژه محصولات طویل ممکن است برای شکل دادن آنها به صورت قطعه نهایی بعداً تحت کارگرم قرار گیرند (معمولاً آهنگری). به خاطر عواملی نظیر دمای پایین آهنگری، تغییر شکل غیر همگن، تبرید قالب، اصطکاک و غیره ریز ساختار آهنگری شده در مناطقی میتواند، دارای ریز ساختار باقیمانده از مراحل قبل باشد. آهنگری هم دما (فوق مومسان) در به حداقل رساندن بعضی از اثرات مفید است. ولی با اهمیت پیدا کردن خواص خستگی برای قطعات آهنگری شده، اندازه دانه محدود شده، یکنواختی ریز ساختار و الزامات کیفی وضع شدهاند. این خواستهها گاهی با مشخصات و گاهی به وسیله توافقات بین سازنده و مشتری انجام میگیرد. بهبودهای زیادی که در فنآوری ذوب و استفاده از تجهیزات کنترل اتوماتیک تبدیل شمش و کنترل اندازه دانه انجام شده است، ریز ساختار و کیفیت را در شمشال یا محصول نورد تولید شده از شمش ارتقاء داده است. علاوه بر کنترلهای ساختار داخلی یک شمش یا شمشال، در طی تبدیل مقطع، بهبود کیفیت سطح تمام شده جهت ایجاد شرایط مناسب برای بازرسی صوتی صورت گرفته است.
4-9-2- همگنسازی توزیع عنصر محلول در شمشها
مشکل توزیع غیر یکنواخت عنصر محلول در نواحی بین دندریتی شمشهای ریخته، باید در طی فرآیند تبدیل شکل در نظر گرفته شود. برای آلیاژهای دارای عنصر محلول کم مراحل حرارت دادن استفاده شده در تبدیل شمش ریخته به محصول کار شده، یک ساختار نسبتاً یکنواخت (از نظر شیمیایی) ایجاد خواهد کرد. ولی برای مواد پر آلیاژ مانند IN-718, U-720 و Waspaloy زمانهای طولانیتر و دماهای بالاتر از دمای آهنگری برای همگن کردن محصول ریخته مورد نیاز است. در بعضی از آلیاژها این دماها ممکن است از دمای ذوب بعضی از نواحی بین دندریتی بیشتر باشد دماهای همگنسازی oC1204 غیر معمول نیستند، در حالی که زمانهای مربوط به این دماها گاهی به چهار روز میرسد.
علیرغم زمانهای طویلالمدت و دماهای بالا ممکن است بعضی از شیبهای غلظتی محلول حذف نشوند. اختلاف بین مقادیر حداقل و حداکثر نیوبیوم 7/0% است. در ترکیبهای شیمیایی کار شده، مقدار کربن عموماً از آنچه که در همان آلیاژ با ریختهگری دقیق یافت میشود، خیلی پایینتر است. بنابراین ساختار شمش ریخته برای آلیاژ کار شده دارای کاربیدهای قابل توجهی نیست. کربن در نواحی بین دندریتی متمرکز شده و در طی عملیات همگنسازی به کاربیدها تبدیل میشود. دمایی که در آن کاربیدها تشکیل میشوند عامل اولیهای برای کنترل اندازه کاربید است. در معرض دماهای خیلی بالا و زمانهای طولانی بعدی قرار گرفتن ممکن است کاربیدها را درشت کند. اما کاربیدهای درشت و خشن تا وقتی که دمای آلیاژ به نزدیکترین نقطه ذوب نرسد، دیده نمیشوند. ناحیه تشکیل کاربیدها همان ناحیه تشکیل دهنده بین دندریتی است. بنابراین تا کار بعدی کاربیدها به صورت تیغههای موضعی که در آن فاصله بین تیغهها نشان دهنده، فاصله بین دندریتها است، ظاهر میشوند.
دومین پدیدهای که باید به آن توجه کرد و در طی همگن سازی اتفاق میافتد، پیدایش مک در شمش است. خیلی از سوپرآلیاژها اثرات کرکندال قوی (اتمهای عناصر با سرعتهای مختلفی حرکت میکنند و حفرههای اندازه اتمی پشت سر گذاشته شده میتوانند با هم پیوند شوند). را بین ناحیه دندریتی و زمینه دندریتی نشان میدهند. بنابراین شمشهای همگن شده نوعاً سطح بالایی از مک دارند. کار مکانیکی این شمشها باید به حد کافی باشد، تا مکها بسته شوند. تغییر شکل ناکافی یا تشکیل ناحیه مرده در طی تبدیل شکل، میتواند باقی مانده موجود در محصولات نوردی را به وجود آورد.
4-9-3- آهنگری محصول نیمه تمام
تبدیل شکل چند مرحلهای شمشها، به سطح مقطعهای کوچکتر یا با طول بیشتر آهنگری محصول نیمه تمام نامیده میشود. آهنگی محصول نیمه تمام در برگیرنده کارگرم بر روی شمش با پرسهای آهنگری بزرگ است (نورد ممکن است برای همان کار استفاده شود ولی در اصطلاح فنی به آن نرود شمشه گفته میشود). هدف عملیات آهنگری محصول نیمه تمام خرد کردن ریز ساختار ریخته به وسیله کار و حرارت دادن چند مرحلهای ماده میباشد. فرآیند آهنگری محصول نیمه تمام ساختار دانه را ریز میکند. در سالهای اخیر نیاز به افزایش قابلیت بازرسی شمشالها و میلهها موجب شده که کنترل اندازه دانه در شمش و شمشال صورت گیرد. برای عملیات نورد یا آهنگری بعدی گفته شده است که آهنگری محصول نیمه تمام با فرآیندهای آهنگری شعاعی مانند آهنگری دوار شباهتهایی دارد، ولی شمشهای آهنگری محصول نیمه تمام با شمشهای آهنگری شعاعی تفاوت دارند. چند نکته در ارتباط با فرآیند آهنگری محصول نیمه تمام وجود دارد:
- پرس باید ظرفیت کافی و سرعت ایجاد نیروی آهنگری محصول نیمه تمام مورد نیاز در زمان هر چه کوتاهتر، برای به حداقل رساندن سطح تماس تبرید شده را داشته باشد. نیروی ایجاد شده باید برای ایجاد کرنش در داخل شمش کافی باشد.
- شعاع قالب آهنگری باید برای جلوگیری از نیاز به سنگزنی بعدی کاملاً طراحی شده باشد.
- چنانچه نمیتوان محصول گرد تولید کرد، آهنگری نیمه تمام چهارگوش مربع مستطیلی مطلوب است.
- قالبهایی از سوپرآلیاژهای استحکام بالا، برای به حداقل رساندن سایش ابزار ارجحیت دارند.
- استفاده از اتوماسیون بسیار مطلوب است.
به آهنگری محصول نیمه تمام شمشال، به ویژه با در نظر گرفتن مدلسازی فرآیند توجه زیادی میشود. ولی مقالات موجود درباره آهنگری محصول نیمه تمام (اکستروژن، نورد، کشش سیم و ...) سوپرآلیاژها خیلی محدود است.
4-9-4- آهنگری محصول نیمه تمام آلیاژ IN-718
آلیاژ IN-718 یک سوپرآلیاژ پایه نیکل استحکام بالا است که در دماهای متوسط استفاده میشود. همانطور که قبلاً گفته شد، این آلیاژ پرکاربردترین سوپرآلیاژ است و استفادههایی در توربینهای گاز هواپیماهای نظامی و تجاری، توربینهای گاز زمینی و قطعات موتورهای شاتلهای فضایی دارد.
عموماً ریز ساختار ریخته همگنسازی شده شامل دانههای خیلی درشت است که باید به ساختار دانه ریز یکنواخت شکسته شود. آهنگری محصول نیمه تمام فرآیندی است ه روی وجوه شمش چهار گوش انجام گرفته و در طول شمش چند بار پرس کوتاه صورت میگیرد تا کرنش مورد نیاز به آن اعمال شود. در هر بار پرس، قطر شمش به طور موضعی کاهش مییابد.
در مقاطع بزرگ شمشهای امروزی که در حدود cm2 1935 یا بیشتر است، به سختی میتوان در هر بار پرس کوتاه کرنش لازم را در شمش بوجود آورد. وقتی که کل طول شمش تحت کار قرار گرفت، فرآیند باید دوباره تکرار شود و این کار تا رسیدن به اندازه نهایی و ساختار ریز دانه انجام میشود. بنابراین همانگونه که قبلاً اشاره شد، آهنگری محصول نیمه تمام آلیاژ IN- 718 با آهنگری فشاری شروع شده و با گرم کردن مجدد برای مرحله بعد آهنگری خاتمه مییابد. دمای کوره برای آهنگری محصول نیمه تمام با کاهش اندازه مقطع تغییر میکند. ابتدا کوره در دمای oC1121 قرار داده میشود، ولی با کاهش سطح مقطع، دمای کوره تا زیر دمای انحلال فاز که تقریباً oC1010 است، پایین آورده میشود. این کاهش دما اجازه میدهد که فازهای کروی در مرز دانهها شکل بگیرد و از رشد دانهها در طی عملیات آهنگری محصول نیمه تمام جلوگیری کند. عملیات آهنگری محصول نیمه تمام نهایی، گرد کردن لبههای محصول آهنگری شده و ماشینکاری (پوسته کنی) محصول نیمه تمام برای تولید شکل مناسب جهت بازرسی با امواج فراصوت است.
4-9-5- اکستروژن
اکستروژن برای فشردن پودرها استفاده شده است و اکثر قطعات متالورژی پودر از شمشالهای اکسترود شده شروع میشوند. اکستروژن برای تولید لولههای بیدرز نیز استفاده شده است. اکستروژن زمانی در آلیاژهایی نظیر Astroloy برای تبدیل شمش به شمشال استفاده شد.
اکستروژن میتواند از روشهای جدید برای مدلسازی استفاده کند. از اکستروژن میتوان برای تولید اشکال محصول مشابه به مقاطع نورد مانند میله استفاده کرد. اکستروژن آلیاژهایی نظیر U-700 با قرار دادن شمش در یک محفظه فولادی زنگ نزن شروع میشود. این مرحله ممکن است به ممانعت از تبرید سطح شمش در اثر تماس با دیواره محفظه و سطح قالب و ایجاد ترک ناشی از آن نیاز داشته باشد. اگر از آلیاژی با دامنه کار گرم گستردهتر از U-700 استفاده میشود ممکن است قرار دادن در محفظه مورد نیاز نباشد، ولی به قالب ویژهای نیاز است. روغنکاری کافی باید در تمام موارد صورت گیرد و یک پرس اکستروژن فشار بالا باید وجود داشته باشد. میله اکسترود شده ممکن است برای تولید پرههای هوای توربین کار شده استفاده شود اما اکنون اکثر قطعات پره هوا در ناحیه داغ به صورت ریخته هستند.
4-9-6- نورد
سوپرآلیاژها به ویژه سوپرآلیاژهای نیکل مشکلترین مواد برای نورد کردن هستند. نورد اولیه این مواد معمولاً در دمایی نزدیک به نقطه ذوب انجام میشود و بسیاری از نوردهای خشن طوری طراحی شدهاند که تنش زیادی در طی کارگرم به این آلیاژها اعمال میشود. سوپرآلیاژهای پایه نیکل دارای محدوده دمایی کارگرم کوچکی هستند. محصولات نورد شامل میله، ورق و اشکال هستند. زمانی از میلهها برای پرههای هوای ناحیه داغ توربینهای گاز استفاده میشد. به عنوان مثال آلیاژ U-700 در شکل کار شده برای بعضی از قطعات استفاده شده است. شکل دادن با نورد یا آهنگری آلیاژها در تولید تیغهها به کار گرفته شده است. بعضی از آلیاژهای استحکام بالا مانند B-1910 (نوع کار شده- B-1900) به طور موفقی به صورت تیغهها به کار برده شدند، اما بعداً از آنها به صورت ریخته در پرههای هوا توربین پر فشار استفاده شد.
ورقها و محصولات نیمه تمام دیگر مانند مقاطع گرد، چهارگوش و میلههای شکل دار به وسیله نورد تولید شدهاند. چندبار حرارت دادن و آماده سازی سطح ممکن است نیاز باشد. محصولات به شکل ورق استفادههایی در توربینهای گاز پیدا کردهاند که در آنها به شکلپذیری و مقاومت اکسیداسیون دما بالا و استحکام نیاز است. به ویژه محصولات ورق سوپرآلیاژهای کبالت و نیکل برای مشعل توربینهای گاز عالی هستند. بعضی از آلیاژها مانند Hastelloy X, HA-188, C-263 و IN-617 در طول سالیان گذشته به کار گرفته شدهاند.
Hastelloy X ارزانترین آنها است. HA-188 سوپرآلیاژ پایه کبالت است که به عنوان جایگزین Hastelloy X کاربردهایی در دماهای بالاتر پیدا کرده است. HA-188 در ناحیه داغ موتور F-100 که در هواپیمای F-15 استفاده شده، کاربرد دارد. جدول 4-2 تعدادی از کاربردهای آلیاژ HA-188 را در موتور F-100 آورده است.
4-9-7- دسترسی به محصولات نورد
محصولات نورد بنا به ترکیب شیمیایی آلیاژ برای طیف گستردهای از آلیاژها و اندازههای مفتول، میله، صفحه، ورق و لولههای بیدرز در دسترس هستند. ورقهایی به پهنای حداکثر 45/2 متر تولید شدهاند. نوار بعضی از آلیاژها به شکل کلاف تا وزن kg3636 وجود دارند. همه سوپرآلیاژهای کار شده قابل دستیابی نیستند یا اینکه به تولید آنها در شکل محصولات نورد نیاز نمیباشد. آلیاژهای حال حاضر که به صورت محصولات نورد تولید شدهاند عبارتند از:
- سوپرآلیاژهای کبالت مانند: HA-31, (L-605)HA-25 و HA-188
- سوپرآلیاژهای پایه نیکل مانند: HA-214, IN-X750,C-263, IN-617, HastelloyX، Waspalloy, IN-718, rENE-41 و U-720
- سوپرآلیاژهای پایه آهن- نیکل مانند: A-286
اگرچه تبدیل شکل شمش به تغییر شکل گرم نیاز دارد ولی بعضی از محصولات نورد را میتوان با کار سرد بدست آورد. عموماً ساختار کار سرد شده برای کار در دماهای بالا مناسب نیست. ولی در مواردی که سوپرآلیاژ در دماهای پایینتر استفاده میشود، ساختار کارسرد شده خواص استحکام کوتاه مدت را افزایش داده و انعطافپذیری و چقرمگی را کاهش میدهد.
بخشی از فهرست مطالب مقاله خواص سوپرآلیاژها و مقاومت آن ها در برابر خوردگی
- معرفی و به کار گیری سوپر آلیاژها
1-2- مروری کوتاه بر فلزات با استحکام در دمای بالا
1-3- اصول متالورژی سوپر آلیاژها
1-4- بعضی از ویژگیها و خواص سوپر آلیاژها
1-5- کاربردها
2-2- شکل سوپر آلیاژها
2-3- دمای کاری سوپرآلیاژها
2-4- مقایسه سوپر آلیاژهای ریخته و کار شده
2-4-1- سوپر آلیاژهای کار شده
2-4-2- سوپر آلیاژهای ریخته
2-5- خواص سوپرآلیاژها
2-5-1- کلیات
2-5-2- سوپر آلیاژهای پیشرفته
2-5-3- خواص مکانیکی و کاربرد سوپرآلیاژها
2-6- انتخاب سوپرآلیاژها
2-6-1- کاربردهای آلیاژهای کار شده در دمای متوسط
2-6-2- کاربردهای آلیاژهای ریخته در دمای بالا
3-1-1- گروههای سوپرآلیاژها
3-1-2- ساختار بلوری
3-1-3- فاز در سوپرآلیاژها
3-2- مقدمهای بر گروههای آلیاژی
3-2-1- سوپر آلیاژهای پایه آهن- نیکل
3-2-2- سوپرآلیاژهای پایه نیکل
3-2-3- سوپرآلیاژهای پایه کبالت
3-3- عناصر آلیاژی و اثرات آنها بر ریزساختار سوپرآلیاژها
3-3-2- عناصر اصلی در سوپرآلیاژها
3-3-3- عناصر جزئی مفید در سوپرآلیاژها
3-3-4- عناصر تشکیل دهنده فازهای ترد
3-3-5- عناصر ناخواسته و مضر در سوپرآلیاژها
3-3-6- عناصر ایجاد کننده مقاومت خوردگی و اکسیداسیون
3-4- استحکام دهی سوپرآلیاژها
3-4-1- رسوبها و استحکام
3-4-4- کاربیدها
3-4-6- بوریدها و عناصر جزئی مفید دیگر (به جز کربن)
3-5- تاثیر فرآیند بر بهبود ریز ساختار
4-1-1- تشریح فرآیند EAF/AOD
4-2- عملیات کوره قوس الکتریکی/ کربن زدایی با اکسیژن و آرگن (EAF/AOD)
4-2-1- ترکیب شیمیایی آلیاژ و آماده کردن شارژ
4-2-2- بارگذاری EAF
4-2-3- کوره قوس الکتریک
4-2-4- تانک AOD
4-2-5- پاتیل ریختهگری
4-3-2- تشریح فرآیند VIM
4-4- عملیات ذوب القایی در خلاء
4-4-1- عملیات ذوب القایی در خلاء
4-4-2- کوره القائی تحت خلاء
4-4-3- سیستمهای ریختهگری
4-4-4- عملیات ذوب القایی در خلاء
4-5- مروری بر ذوب مجدد
4-5-2- تشریح فرآیند ذوب مجدد در خلاؤء با قوس الکتریکی (VAR)
4-5-3- تشریح فرآیند مجدد با سرباره الکتریکی (ESR)
4-6- عملیات ذوب مجدد در خلاء با قوس الکتریکی
4-6-1- کوره VAR
4-6-2- عملیات ذوب مجدد در خلاء با قوس الکتریکی
4-6-3- کنترل ذوب مجدد در خلاء با قوس الکتریکی
4-7- عملیات ذوب مجدد با سربار الکتریکی (ESR)
4-7-1- کوره ESR
4-7-2- عملیات کوره ذوب مجدد با سرباره الکتریکی
4-7-3- کنترل ذوب مجدد با سرباره الکتریکی
4-8- محصولات ذوب سه مرحلهای
4-8-2- فرآیند ذوب سه مرحلهای شمش
4-9- تبدیل شمش و محصولات نورد
4-9-2- همگنسازی توزیع عنصر محلول در شمشها
4-9-3- آهنگری محصول نیمه تمام
4-9-4- آهنگری محصول نیمه تمام آلیاژ IN-718
4-9-5- اکستروژن
4-9-6- نورد
4-9-7- دسترسی به محصولات نورد
دانلود با لینک مستقیم
دانلود مقاله خواص سوپرآلیاژها و مقاومت آن ها در برابر خوردگی 
