جستجو در تالارهای گفتگو

تاثیر ناخالصی های گازی بر ساختار میکروسکوپی و سختی آلیاژ حافظه دار نایتینول

جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی برای اولین بار برای آلیاژهای AL ابداع گشت و یک روش جوش کاری حالت جامد است. چون روش های جوشکاری فعلی برای جوش دادن آلیاژهای آلومینیوم که در هوا فضا کاربرد دارند، کفایت نمی کند . آلومینیوم های سری 2xxx و 7xxx و 6xxx را به عنوان آلومینیوم های غیر قابل جوش می شناسند ، به خاطر ساختار میکروسکوپی ضعیف و خلل و فرج های که در منطقه FZ باقی می ماند و خواص منطقه جوش با فلز پایه قابل مقایسه نیست . بعضی آلومینیوم ها قابلیت جوشکاری دارند ولی در عوض با اکسیدهای سطحی مشکل بزرگی دارند که بر طرف کردن آن نیز گران می باشد . مجموع این عوامل دست به دست هم داد که در سال 1991 The welding institute (TWI) روش FSW را اختراع کرد. (Friction Stir Welding) ایده اصلی جوشکاری اصطکاکی بسیار ساده می باشد. یک وسیله دوّار مصرف نشدنی (یک پین ویژه همراه با دندانه) را در نظر بگیرید. دو فلزی را که می خواهند جوش بدهند در کنار هم محکم قرار می دهند و پین وارد خط اتصال این دو فلز می شود و همراه با چرخش ، طول خط اتصال را طی می کند. پین دو عمل اصلی را انجام می دهد: • گرم کردن قطعه توسط اصطکاک • حرکت دادن مواد به منظور اتصال منبع

چدن گرافیت کروی که به چدن نشکن و چدن داکتیل و نیز چدن چکشخوار ھم معروف است، برای اولین بار در سال ١٩۴٨ در فیلادلفیای آمریکا طی برگزاری کنگره جامعه ریخته گران معرفی شد؛ گرچه تولید و اختراع آن برای اولین بار به ٢٠٠٠ سال قبل در چین بازمی گردد. پس از پیدایش چدن نشکن تولید این آلیاژ روز به روز افزایش یافته است، بطوریکه امروزه حدود ۴٠ درصد از تولیدات آلیاژھای چدنی کشورھای پیشرفته جھان را در بر می گیرد. شاخصی از ترکیب شیمیایی این چدنھا بھ این صورت است که: 3.7 درصد کربن، 2.5 درصد سیلسیم، 0.3 درصد منگنز، 0.01 گوگرد، 0.01 درصد فسفر، 0.04 درصد منگنز دارند. مشاھده می شود که مقادیر گوگرد و منیزیم این آلیاژ در مقایسه با چدنھای گرافیت لایه ای به ترتیب بسیار کم و زیاد است. در رابطه با میزان بالای منیزیم باید گفت که این عنصر منجر به کروی شدن گرافیت ھا می شود (گرچه عناصر دیگری مانند سزیم نیز توانایی کروی سازی را دارند)، که این گرافیتھا در زمینه ای فلزی پخش ھستند). ادامه مقاله .... پسورد تمامی فایل ها ([Hidden Content]) است.

روش تهیه چدن مالیبل (چدن چکش خوار) چدنهای مالیبل چدنهایی هستند که دارای قابلیت چکش خواری ،خم شوندگی و استحکامی در حدود فولادهای ساده کربنی هستند،از طریق انجام عملیات حرارتی روی چدن سفید تهیه می شوند. به این صورت که چدن سفید تا درجه حرارت 900 درجه سانتیگراد حرارت داده می شود تا کاربید آهن به کربن و آهن تجزیه شده وذرات گرافیت بصورت شبه کروی بدور یکدیگر تجمع می کنند. تبدیل کاربید اهن به گرافیت شبه کروی دلیل اصلی تغییر چدن سفید به چدنی چکش خوار با خواص مکانیکی اصلاح شده است و در نهایت چدن سفید که سخت وشکننده است چدنی چکش خوار با سختی پایین تر وقابلیت ماشین کاری خوب بدست می آید. چدن مالیبل در ایران اولین بار در سال 1346 جهت ساخت اتصالات آب وگاز مورد استفاده قرار گرفت. شکل زیر ساختار میکروسکوپی چدن مالیبل با زمینه پرلیتی را نشان می دهد. کاربرد چدن مالیبل – چدن چکش خوار چقرمگی مناسب(داشتن استحکام به همراه قابلیت انعطاف بالا)در این نوع چدنها باعث موارد مصرف زیادی برای انها شده که از جمله ساخت قطعاتی نظیر اکسل ،قید ها،پوسته دیفرانسیل،زیر فنری کامیون ها،ابزار های دستی،اتصالات آب وگاز و... شده است. مزیت چدن مالیبل چدن مالیبل دارای استحکام و قابلیت انعطاف بیشتری از چدنهای خاکستری است. محدودیت چدن مالیبل یا چدن چکش خوار محدودیت عمده چدن مالیبل در مقایسه با چدن خاکستری و چدن گرافیت کروی طولانی بودن سیکل عملیات حرارتی ونیاز به تغذیه گذاری بیشتر نسبت به چدن سیفید است. ازآنجایی که برای تولید چدنهای مالیبل ابتدا باید چدن سفید تولید گردد و چدن سفید هنگامی بدست می آید که سرعت انجماد مذاب سریع باشد لذا قطعات تولیدی از نظر ضخامت با محدودیت روبروهستند.به بیان دیگر هر قدر ضخامت بیشتر شود سرعت سرد شدن مذاب کمتر بوده ولذا تولید چدن سفید با مشکل بیشتری روبرو است. ساختار چدن مالیبل-چدن چکش خوار در انواع چدنهای مالیبل ،قسمت اعظم کربن بصورت گرافیت های شبه کروی در زمینه فریتی، پرلیتی و یا مارتنزیتی توزیع شده اند.

مقدمه چدنهای آلیاژی به خانواده‌ای از چدنهای خاکستری، با گرافیت کروی و سفید گفته می‌شود که محتوی مقادیر بالائی از عناصر آلیاژی (3 تا 40%) هستند. اگر چه این خانواده از چدنها دارای خواص فیزیکی و مکانیکی بسیار مهمی هستند. معهذا ریخته‌گری آنها به همان سهولت چدنهای غیر آلیاژی انجام می‌گیرد. تولید این نوع چدن‌ها در صنایع چدن‌ریزی تخصص جداگانه‌ای را به خود اختصاص داده و اکثر واحدهای ریخته‌گری این نوع چدنها ، تنها فعالیت خود را محدود به چند نوع از انواع آنها محدود نموده اند. تقسیم‌بندی این نوع چدنها بر مبنای خواص آنها نظیر استحکام در درجات حرارتی بالا، مقاومت در مقابل اکسیداسیون (اکسایش)، مقاومت در مقابل سرما ، مقاومت در شرایط سایند شدید، انبساط حرارتی بسیار یا خاصیت غیر مغناطیسی بودن آنها قرار دارد. گسترش روزافزون صنایع شیمیایی – پتروشیمی ها و آزمایشگاه‌های مدرن شیمی و صنایع مربوطه که با محیط‌ها یا مواد خورنده سر و کار دارند، نیاز به این نوع چدنها، یعنی چدن‌های مقاوم به خوردگی در محیط‌های اسیدی، بازی و ... بیشتر احساس می‌شود که لازم است به آنها اهمیت و توجه بیشتری شود. به همین دلیل ابتدا ما در این قسمت قصد بر این داریم که خوردگی چدنهای غیر آلیاژی در محیط‌های مختلف و علت اینکه به چدنهای آلیاژی مقاوم به خوردگی احتیاج می‌شود را مورد بررسی قرار داده و سپس به انواع چدن‌های آلیاژی مقاوم به خوردگی اشاره مختصری کرده و بعداً در ادامه در مورد کلیات تولید آلیاژ مورد نظرمان در تحقیق و آزمایش (چدنهای پرسیلیسم)، مواد اولیه مورد نیاز برای تولید آن، تجهیزات ذوب و قالبگیری، نحوه آزمایش، مراحل عملیات و نتایج آن توضیحات مفصل‌تری داده خواهد شد. خوردگی چدنهای خاکستری غیر آلیاژی مقاومت خوردگی خاصیت ویژه‌ای برای یک ماده محسوب نمی‌شود. ارزیابی این مشخصه به وضعیت قرار گرفتن ماده در معرض خوردگی و به کیفیت لازم برای کاربرد بستگی دارد. مقاومت خوردگی چدنها اصولاً به ترکیب شیمیایی و نحوه پخش عناصر داخل ساختار میکروسکوپی آن بستگی دارد. طبق تعریف همه چدنها غیر متقارن بوده و بدین ترتیب لااقل دو مورد از اجزا مختلف در ساختارشان دارند. تیپ‌های مختلف چدنها به وسیله شکل و نحوه پخش گرافیک در ساختار و تیپ زمینه‌ میکروسکوپی از هم متمایز می‌شوند. چگونه چدنها خورده می‌شوند؟ خوردگی چدنها با خوردگی فولادها تفاوت دارد زیرا چدنها شامل مقادیر محسوس کربن و سیلیم می‌باشند. مقدار زیادی از کربن به صورت گرافیت درمی‌آید که به طور کلی نامحلول بوده و در بیشتر محیطهای خورنده خنثی است. گرافیت موجود در چدن، در برابر حمله خوردگی بیشتر محیطهای خورنده بی‌اثر است، حمله خوردگی به طور اصلی روی زمینه ساختار فلز می‌باشد. اگر گرافیت روی سطح در جای خود بماند باعث تشکیل پوسته محافظ به رنگ سیاه یا خاکستری به نظر می‌رسد. این پوسته محافظ گرافیتی می‌تواند عاملی برای سرعت دادن یا کاهش سرعت خوردگی در فلز باشد. در یک محیط خورند با ph کم، گرافیت در برابر آهن به شدت کاتدیک است و شاید به طور الکترولیتی موجب تسریع حمله خوردگی روی فلز شود. اما اگر محصولات خوردگی در روی فلز نگاه داشته شوند، می‌توانند مانند یک سد مکانیکی موجب افزایش مقاومت الکتریکی شده و حمله ثانوی خوردگی را جلوگیری کنند.

مقدمه فولادهای آستنیتی منگنز (حاوی حدود 1.2 درصد کربن و 12 درصد منگنز) در سال 1882 توسط رابرت هادفیلد (Robera Hadfoeld) ابداع و معرفی شدند. این خانواده از فولادها به افتخار ایشان به نام هادفیلد معروف شدند. فولادهای آستنیتی منگنزدار با داشتن ترکیب مناسب از چقرمگی، انعطاف پذیری، قابلیت کار سختی و مقاومت در مقابل سایش، در نوع خود منحصر به فرد هستند. و دارای کاربرد وسیع می‌باشند. این خانواده دارای کاربرد وسیع می‌باشند. این خانواده در کنار ویژگیهای عالی، محدودیت‌هایی نیز دارند که عمده‌ ترین آنها عبارتند از: - قابلیت ماشینکاری ضعیف - استحکام تسلیم پائین (در محدوده MPA 415-345) در نتیجه برای قطعاتی که لازم است دقت ابعادی بالایی داشته باشند، یا در تنش‌های بالا در مقابل تغییر شکل مقاوم باشد، مناسب نیستند. انجام عملیاتی نظیر چکش کاری، کوبش، پرس کاری، نورد سرد و شوک های انفجار بر روی سطح این فولادها باعث افزایش استحکام تسلیم و بالا رفتن سختی سطح آنها (ضمن حفظ انعطاف پذیری در مغز) می شود. خواص فیزیکی فولادهای آستنیتی منگنزی فولادهای آستنیتی منگنزی با هدایت حرارتی کم و ضریب انبساط حرارتی زیاد، از فولادهای ساده کربنی متمایز می شوند؛ این فولادها در درجه حرارت اتاق غیر مغناطیسی هستند. ترکیب شیمیایی فولادهای آستنیتی منگنزی و استانداردهای مرتبط از هنگام ابداع فولادهای هدفیلد، تغییرات گوناگون در هنگام ترکیب شیمیای آن صورت گرفته است. برخی از این ترکیب‌ها به عنوان ابداع مورد ثبت قرار نگرفته‌اند، تنها ترکیب‌های محدود مورد استقبال واقع شدند و تکامل یافتند. تغییرات عمده عموماً‌ در میزان کربن و منگنز به همراه افزودن عناصر آلیاژی نظیر نیکل، مولیبدن، وانادیم، تیتانیم و بیسموت، یا بدون افزودن عناصر آلیاژبوده است. معروف‌ترین و مهم‌ترین طبقه بندی شیمیایی فولادهای هادفیلد، به وسیله ‌ASTM صورت گرفته است. این طبقه بندی تحت استاندارد ASTM AL28 ارایه شده است. معیار استانداردهامعتبر عبارتند از: JIS G5131 کربن BS- 3100 BW 10 افزایش استحکام تسلیم UNI 3160-83-GX 120 MnCr 1202 تاثیر ترکیب شیمیایی و عناصر مختلف بر خواص فولاد هادفیلد عنصر کربن عنصر کربن بر همه ویژگیهای فولاد هادفیلد تاثیر معین و مشخص دارد. این تاثیرات عبارتند از: افزایش درجه حرات Acm با افزایش میزان کربن، افزایش استحکام تسلیم، افزایش استحکام کششی تا محدوده معین از کربن و سپس کاهش آن با افزایش کربن، کاهش ازدیاد طول نسبی. عنصر منگنز منگنز تاثیر اندکی بر استحکام تسلیم دارد. منگنز تا 14 درصد استحکام کششی و ازدیاد طول نسبی را افزایش و در بالاتر از آن کاهش می‌دهد. منگنز عامل پایدار کننده آستنیت است اما نمی‌تواند استحاله آستنیت را متوقف کند. عنصر سیلیسیم عنصر سیلیسیم به ندرت به عنوان عنصر آلیاژی به ترکیب فولادهای هادفیلد اضافه می شود، حضور آن عمدتاً به دلیل استفاده از این عنصر به عنوان اکسیژن زدا در فرایند تهیه ذوب است. عنصر سیلسیم تا حدود 2 درصد استحکام تسلیم فولاد هادفیلد را به مقدار کم افزایش می دهد. در بالاتر از 2.2 درصد کاهش سریع در استحکام و انعطاف پذیرحاصل میشود. فولادهای هادفیلد حاوی بیش از 2.3 درصد سیلیسیم قابلیت کار پذیر ندارند. عنصر فسفر میزان فسفر مجاز، مطابق استاندارد 0.07 Al 28، ASTM درصد است، ولی از سال 1960 که دستیابی به فرو منگنزهای حاوی مقادیر کم فسفر امکان پذیر شد، تولید کنندگان فولاد هادفیلد به کاهش فسفر و نگهدارآن در حد کمتر از 0.04 درصد اقدام کردند. اثرات فسفر عبارتند از: کاهش انعطاف پذیری به خصوص در پایین‌تر از درجه حرارت اتاق. در بالاتر از 0.06 درصد ضمن کاهش انعطاف پذیری، تمایل به پارگی گرم در درجه حرارت‌های بالا را افزایش می دهد. کاهش عنصر فسفر در حداقل ممکن، همواره و بخصوص در موارد که قطعات جوشکاری می‌شوند توصیه می‌گردد. میزان فسفر در الکترودهای جوشکای در فولادهای منگنزی، باید در پائین‌ترین حد باشد.

در میان آلیاژهای صنعتی، چدنها متنوعترین خواص مکانیکی را با ارزانترین قیمت دارا می باشند. استفاده کامل از دامنه وسیع خواص مزبور مستلزم بررسی دقیق اثرات و نتایج حاصل از اعمال روشهای مختلف عملیات حرارتی بر روی ساختمان و خواص چدنها می باشد. از جمله اهداف عملیات حرارتی چدنها عبارتند از: برطرف کردن تنشهای داخلی بهبود قابلیت ماشینکاری افزایش انعطاف پذیری و تافنس ضربه. افزایش استحکام و مقاومت به سایش. روشهای مختلف عملیات حرارتی چدنها و فولادها، همچنین واژه های استفاده شده در مورد آنها بسیار شبیه به یکدیگر می باشند، اما پنج اختلاف اساسی و مهم بین آنها وجود دارد که عبارتند از: 1- در فولادها، درصد کربن مهمترین پارامتر تعیین کننده درجه حرارت سخت کردن است، درحالی که در چدنها، سیلیسیم عنصر اصلی تعیین کننده محدوده حرارتی فوق می باشد. سیلیسیم محدوده حرارتی بحرانی چدنها را در مقایسه با فولادهای پرکربن افزایش می دهد. از اینرو، به منظور آستنیته شدن کامل درجه حرارت سخت کردن چدنها باید نسبتاً بالا و با توجه به درصد کربن زمینه و درصد سیلیسیم انتخاب شود. 2- چدنها اغلب حاوی مقدار قابل ملاحظه ای منگنز و عناصر آلیاژی دیگر می باشند. در نتیجه از سختی پذیری بالائی برخوردار بوده، بنحوی که اغلب به جای کوئنچ کردن در آب، آنها را در روغن و یا هوا سرد می کنند. 3- قطعات ریختگی اغلب دارای اشکال پیچیده ای بوده که می تواند موجب مشکلات در عملیات حرارتی آنها شود. بر خلاف مقاطع نازک و قسمتهای خارجی که سریع گرم می شوند، مقاطع ضخیم و قسمتهای داخلی براحتی گرم نمی شوند. از اینرو سرعت گرم کردن و زمان نگهداری در درجه حرارت سخت کردن باید بنحوی تنطیم شود که مناسب با شکل پیچیده قطعه باشد. 4- همچنین در ضمن سریع سرد کردن، شکل پیچیده قطعه می تواند منجر به خسارت دیدن آن شود، بدین صورت که تنشهای داخلی زیادی در قطعه به وجود آید و یا اینکه حتی قطعه بشکند. به منظور حذف تنشهای داخلی و احتمال ترک خوردن، بلافاصله پس از کوئنچ کردن باید عملیات حرارتی تمپر کردن بر روی قطعه انجام گیرد. 5- در موقع عملیات حرارتی در کوره های الکتریکی با اتمسفر خنثی نظیر نیتروژن، اکثر قطعات چدنی قادر هستند که اتمسفر محافظ مورد نیاز برای خود را تولید کنند. معهذا در کوره های شعله ای، قطعات چدنی براحتی اکسیده ویا دی کربوره می شوند. قطعات چدنی که شدیداً اکسیده شده باشند می توانند مسئله آفرین باشند، زیرا اکسید تشکیل شده بر روی چدن معمولاً بسیار چسبنده بوده و موجب سایش و خسارت دیدن ابزارهای برش خواهد شد. همانگونه که اشاره شد، سیلیسیم در چدنها، اثر قابل ملاحظه ای بر روی درجه حرارتهای بحراتی دارد، این مطلب برای حالت سرد شدن در شکل زیر نشان داده شده است. در حقیقت سیلیسیم باعث می شود که انجماد، ذوب و نحوه سرد و گرم شدن چدنها از سیستم سه تائی Fe-C-Si پیروی کند. از اینرو استحاله یوتکتوئیدی در چدنها به جای درجه حرارت ثابت، در یک محدوده حرارتی انجام می گیرد. وسعت محدوده حرارتی فوق بستگی به درصد سیلیسیم چدن دارد. در صورتی که منحنیهای شکل زیر به اندازه 33 درجه سانتیگراد (60 درجه فارنهایت) به بالا تغییر مکان داده شوند، منحنیهای مربوط به گرم کردن چدنها به دست می آید. اثر درصد سیلیسیم بر روی محدود حرارتی بحرانی برای چدنهای چکشخوار، خاکستری و نشکن در شرایطی که با سرعتی معادل 5 درجه سانتیگراد (9 درجه فارنهایت) بر ساعت سرد شوند. علاوه بر سیلیسیم عناصر آلیاژی دیگر نظیر منگنز، فسفر، نیکل، مس و... دماهای بحرانی را تغییر می دهند. فسفر و کرم همانند سیلیسیم عمل می کنند، در حالی که نیکل و منگنز باعث کاهش دماهای بحرانی خواهند شد. در این بخش ابتدا اصول کلی و کاربرد روشهای مختلف عملیات حرارتی چدنها مورد بررسی قرار گرفته و سپس عملیات حرارتی انواع چدنها، نظیر چدن خاکستری، چدن نشکن و... مطالعه خواهند شد.