جستجو در تالارهای گفتگو

چکيده فولادهای زنگ نزن به عنوان گروه مهمی از فولادها،به دلیل کمک به افزایش عمر کاری قطعات، کاهش مصرف مواد اولیه و نیز مصرف انرژی امروزه نقش مهمی را در صنایع مختلف ایفا می کنند. فولاد زنگ نزن 17-4PH به عنوان یک فولاد زنگ نزن رسوب سخت شونده با داشتن خواص منحصر بفردی در زمینه سختی و مقاومت به خوردگی به صورت توانمند کاربردهای وسیعی در صنایع شیمیایی، نفت و گاز، هوافضا و غیره یافته است. در تحقیق حاضر تاثیر افزایش دماي فوق ذوب و تغیر دمای پیش گرم قالب روی سیالیت به روش ریخته گری دقیق مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بررسی های سیالیت و سختی و متالوگرافی حاکی از تاثیر بسیار مهم دماي فوق ذوب بر خواص این فولاد می باشد. اهمیت دامي فوق ذوب به تاثیر آن بر روی اندازه دانه ها و شکل گیری زمینه متالوگرافی بر می گردد. با توجه به اهمیت صنایع شیمیایی، نفت و گاز، هوافضا، غذایی و خودرو در کشورمان، مطالعه در مورد متالورژی این فولاد به عنوان یک آلیاژ استراتژیک حائز اهمیت خواهد بود. این آلیاژ از نوع فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی رسوب سخت شونده با نیوبیم و مس می باشد،که این فولاد نسبت به این دسته بیشترین سختی به همراه مقاومت به خوردگی را از خود نشان می دهد. خصوصیات مکانیکی آن با عملیات حرارتی بهینه می شود که می تواند آستحکام تسلیم بسیار بالایی در محدوده MPa 1300-1100 را تامین کند .این فولاد نباید در درجه حرارتهای بالای oC 300 یا زیر صفر به کار برده شود همچنین می تواند مقاومت به خوردگی خوبی در برابر محیطهای اتمسفری ، اسیدهای آلی و نمکها که قابل مقایسه با استانداردهای 304 و 430 می باشد را از خود نشان دهد. نشانه های این فولاد بر حسب استانداردهای مختلف به شرح ذیل می باشد: AMS : 5342 ASTM : A693 grade 630 UNS S17400 EURONORM : 1.4542X5CrNiCuNb16-4 AFNOR : Z5CNU 17-4PH DIN : 1.4542 این فولاد در کتاب Metals Handbook بر مبنای ریخته گری با نشانه CB-7Cu-1 شناخته می شود. تقسیم بندی این فولاد بر حسب شرایط تولید طبق استاندارد AMS: 1-4-بررسي تركيب شيميايي،خواص فيزيكي و مكانيكي آلياژ17-4PH: تركيب شيميايي ، خواص فيزيكي و مكانيكي اين آلياژ را در قالب جداول و در مقايسه با آلياژهاي ديگر فولادهاي زنگ نزن را در زير مشاهده مي كنيد. جدول 1-4: تركيب شيميايي این فولاد در شرایط ریخته گری در مقايسه با چند فولاد ديگر به شرح ذيل مي باشد. جدول2-4 : خواص فيزيكي اين آلياژ به همراه فولادهاي هم خانواده خود در جدول ذيل آمده است. جدول3-4 : مقاومت به خوردگي اين فولاد در محيطهاي مختلف به شرح ذيل است. جدول 4-4 : خواص مكانيكي اين فولاد در شرايط ريخته گري به شرح ذيل مي باشد. در ضمن اين فولاد قابل جوشكاري با الكترود 308 و يا الكترودهاي مشابه مي باشد و نيازي به پيش گرم كردن ندارد . .

1) تعریف خوردگی خوردگی را تخریب یا فاسد شدن یک ماده در اثر واکنش با محیطی که در آن قرار دارد تعریف می کنند. این فرایند می تواند سریع یا کند صورت گیرد. خوردگی یکی از مشکلات عمده در صنایع نفت و گاز به شمار می آید که سالانه مبالغ هنگفتی، به خود اختصاص می دهد. وقفه در تولید، زیان هنگفتی چه از نظر تولید هیدروکربن و چه از نظر هزینه تعمیرات در پی خواهد داشت. بنابراین سلامت تجهیزات در طول عمر مفید آن ها یک مسأله اساسی به نظر می رسد. کاربرد مواد مقاوم در برابر خوردگی باعث صرفه جويی های عمده ای در بعضی کار خانه جات و تأسیسات می شود. نظارت دائمی بر فرایند خوردگی و محیط های خورنده، قبل از ساخت تأسیسات، باعث حذف یا کاهش عمده ی مخارج تعمیرات و نگهداری می شود و در جلو گیری از انهدام های غیر منتظره و خواباندن تأسیات نقش به سزايی دارد. 2) محیط های خورنده و عوامل مؤثر بر خورندگی عملاً کلیه ی محیط هاخورنده هستند، لکن قدرت خورندگی آنها متفاوت است. به طور مثال خوردگی در صنایع نفت بیشتر در اثر کلر و سدیم ،گوگرد ،اسید سولفوریک، کلریدیک و آب است تا به دليل روغن، نفت و بنزین. درجه حرارت ها و فشارهای بالاتر معمولاً باعث ایجاد شرایط خوردگی شدید تری می گردند. گاهی اوقات تغییرات جزيی در پروسه یا افزودن یک ماده ی جدید می تواند مسئله ی خوردگی را کاملاً دگرگون سازد. غالباً در صنایع فرایندی، مواقعی پیش می آید که لازم است بعضی متغیر ها و فاکتورهای سیستم را تغییر داد؛ بنابراین، در اینجا علم بر عوامل موثر بر خوردگی ضروری می نماید. 2-1) اثر اکسیژن و اکسید کننده ها درک اثر اکسیژن و اکسید کننده ها نیازمند آشنایی با پدیده ی "غیر فعال شدن" میباشد که در ذیل شرح داده می شود. می توان گفت غیر فعال شدن، از بین رفتن میل ترکیب شیمیائی است که در مورد بعضی فلزات و آلیاژ ها تحت شرایط معینی به وجود می آید. بدین معنی که بعضی فلزات و آلیاژها تقریبا˝ نجیب و خنثی شده و طوری رفتار می کنند که گویی فلزات نجیبی مثل پلاتین و طلا هستند. خوشبختانه مستعد ترین فلزات از این نظر فلزات معمولی ساختمانی معمولی و مهندسی، مثل آهن، نیکل، سیلیسیم، کرم، و تیتانیم و آلیاژ های شامل این فلزات می باشد. در این فلزات ابتدا، با افزایش قدرت اکسید کننده گی محلول، صورت مداوم افزایش یافته تا اینکه با رسیدن به ناحیه ی غیر فعال فلز، سرعت خوردگی به صورت ناگهانی کم می شود. افزایش بیشتر عامل اکسید کننده (در صورتی که اثر داشته باشد) تأثیر بسیار کمی بر سرعت خوردگی فلز مورد نظر خواهد داشت. بالأ خره در غلظت های خیلی بالا ماده ی اکسید کننده یا در حضور اکسید کننده های خیلی قوی، سرعت خوردگی دوباره افزایش یافته و این ناحیه را ناحیه ی ترانس پسیو می نامند.معمولا˝ سرعت خوردگی در انتقال از حالت فعال به حالت غیر فعال ،103 تا 108 برابر کم می شود.شایان ذکر است که علت دقیق این پدیده کاملا˝ مشخص نیست. 2-2) اثرات سرعت حرکت اثرات سرعت حرکت بر خوردگی، مانند افزایش قدرت اکسید کنندگی، پیجیده است و به خصوصیات فلز و محیط آن بستگی دارد. در واکنش های خوردگی که به وسیله ی پولاریزاسیون اکتیواسیون کنترل می شوند، سرعت یا تلاطم بر سرعت خوردگی بی اثر است و اگر فرایند خوردگی تحت پولاریزاسیون غلظتی کاتدی قرار داشته باشد، در اینصورت بهم خوردن یا تلاطم محلول سرعت خوردگی را افزایش می دهد.این اثر معمولا هنگامی روی میدهد که یک عامل اکسید کننده در مقادیر خیلی کم وجود دارد. آلیاژها یا فلزاتی که به سهولت غیر فعال می شوند مثل فولاد زنگ نزن(Stainless Steel)و تیتانیم، در مواقعی که سرعت محیط خورنده بالاست مقاومت بیشتری در مقابل خورده شدن دارند. بعضی فلزات مقاومت در مقابل خوردگی در بعضی محیط ها را مدیون پوسته های محافظ و ضخیمی هستند که روی سطح آنها تشکیل می شود.این پوسته ها از لایه های نازک غیر فعال کننده متمایز هستند زیرا به سهولت قابل رویت بوده و دارای چسبندگی کمتری به سطح فلز نسبت به پوسته های غیر فعالمی باشند. عقیده بر آن است که سرب و فولاد بوسیله ی پوسته های نامحول سولفات از خورندگی اسید سولفوریک در امان می مانند.اینگونه فلزات چنانچه در معرض محیط خورنده با سرعت حرکت بسیار بالاتر قرار بگیرند، خسارات مکانیک یا کنده شدن این پوسته ها می تواند اتفاق بیافتد و منجر به خوردگی سریع و ناگهانی بشود.این نوع خوردگی را خوردگی را خوردگی سایشی می نامند که در بخش ها ی بعد در باره ی آن بحث خواهد شد. 2-3) اثر درجه ی حرارت درجه ی حرارت باعث افزایش سرعت اکثر واکنشها ی شیمیائی می شود.یعنی با بالا رفتن درجه حرارت سرعت خوردگی خیلی سریع و یا نمایی افزایش می یابد. رفتار دیگری نیز متداول است به این صورت که افزایش درجه حرارت ابتدا اثر بسیار کمی بر سرعت خوردگی داشته و در درجه حرارت های بالاتر به طور ناگهانی افزایش می یابد. منبع

بیومواد یا ماده زیستی به ماده‌ای با منشا مصنوعی یا طبیعی گفته می‌شود، که به منظور بهبود، درمان، التیام و یا جایگزینی بافت موجودات زنده به کار می‌رود و در طراحی های کاشتنی های پزشکی ، طراحی های ابزارات پزشکی وتشخیص درمان در دارو سازی ،جراحی ، دندانپزشکی و پزشکی هسته ای و علوم پایه پزشکی کاربرد دارند. ویژگی منحصر بودن بیومواد نسبت به مواد دیگر زیست سازگاری آنها می باشد، استفاده از بیومواد تا هنگام ظهور تکنیک جراحی تمیز و ضد عفونی کننده که لیستر آن را در دهه 1860 میلادی توسعه داد عملی نشد . اولین کشتهای موفق همانند بسیاری از انواع جدید موجود در چارچوب اسکلت بدن بکار رفت . پلاک یا صفحه های شکسته بندی استخوان در اوایل دهه 1900 میلادی به منظور تثبیت و بستن شکستگیها معرفی شد . در ادامه کار انتخاب و تامین مواد و طراحیهای بهتر پیگیری شد تا آنکه منجر به معرفی فولادهای زنگ نزن و آلیاژهای کروم – کبالت در 1930 شد به این ترتیب موفقیت بیشتری در اجزای تثبیت شکستگی حاصل شد و اولین جراحی تعویض مفصل به انجام رسید . آلیاژهای مصرفی بیومواد در پزشکی 1. فولاد های زنگ نزن (فریتی،مارتنزیتی،آستنیتی) 2. آلیاژهای پایه کبالت (کبالت -کرم-مولیبدن ) 3. آلیاژهای تیتانیم ( تیتانیم- 6%آلومینیم- 4%وانادیم ) فولاد زنگ نزن کرم عنصری است که مقاومت به خوردگی را بهمراه دارد که لایه ای محافظ و چسبنده ای بر روی آلیاژ تشکیل می دهد. کرم (αژن ) است و عناصری مثل مولیبدن و سیلیسیم که معمولا" وجود دارند نیز (αژن ) هستند . اما ساختار فریتی فازی ضعیف تر از آستنیت است. از طرفی نیکل اضافه می شود زیرا پایدار کننده آستنیت است(γژن ). اگر مقدار کربن بیش از 0.03% وزنی باشد خطر تشکیل کار بیدکرم (cr23c6 ) وجود دارد که این کار بید در مرز دانه های آستنیت رشد می کند و رسوب این کار بید سبب کاهش مقدار کرم میگردد که در نهایت باعث کاهش تشکیل لایه محافظ اکسیدی کرم می گردد. فولاد زنگ نزن فریتی این گروه قابلیت سخت گردانی با عملیات حرارتی را ندارد. این گروه قابلیت کشش عمیق و مقاومت خوردگی خوبی دارند و کاربرد قابل توجهی در پزشکی ندارند و کاربرد این گروه در ساخت ظروف و نگهدارنده های غذایی و شیمیایی است. تولید فولاد زنگ نزن فریتی در آلیاژهای فولاد با کربن پایین هنگامی است که مقدار کرم بیش از 13 درصد باشد که ساختار فولاد زنگ نزن مستقل از دما به صورت فریتی باقی می ماند . فولاد زنگ نزن مارتنزیتی این فولاد زنگ نزن دارای 11تا18 درصد کرم است که از ناحیه آستنیتی با سرعت سرد می شود که در نهایت مارتنزیتی و مغناطیسی است. مقدار کرم معمولا" کمتر از17 درصد انتخاب می شود زیرا ناحیه آستنیتی در غیر اینصورت بسیار کوچک می شود و کنترل بیشتری برای درجه حرارت و مقدار کربن ضروری و دشوار است. این فولاد زنگ نزن قابیلت عملیات سخت گردانی دارد و برای تهیه ابزار جراحی و برش استفاده می شود. فولاد زنگ نزن آستنیتی افزودن نیکل باعث جلوگیری از دگرگونی فاز آستنیت به مارتنزیت طی سریع سرمایش آلیاژ می گردد. به طوری که تا دمای اتاق آستنیت باقی می ماند. اگر مقدار کربن کمتر از 0.03% باشد کار بید تشکیل نمی شود و ساختار فولاد زنگ نزن در دمای اتاق کاملا آستنیتی است. این فولاد های زنگ نزن مقاومترین فولادها در برابر خوردگی است. فولاد زنگ نزن نوع 302و304 که دارای 18%کرم و 8% نیکل است و دارای 0.15% و0.08% کربن بوده و برای سیمهای ارتودونسی کاربرد فراوان دارند. نوع فولاد زنگ نزن 316 ال با حداکثر 0.03%کربن برای کاشتنی های بدن استفاده می شود. این فولادها توسط کار سرد سخت می شوند.

سوال : چرا فولاد زنگ نزن نوع 316 زنگ می زند؟ پاسخ : فولادهای زنگ نزن (S.S) طبق دسته بندی موسسه آهن و فولاد امریکا (AISI) به دو گروه سری 300-200 و سری 400 طبقه بندی می شوند که هر سری شامل چندین فولاد با رفتارهای مختلف می باشد. فولادهای زنگ نزن سری 300-200 آستنیتی (Austenitic) می باشند که بسیار چقرمه (tough) و نرم (ductile) بوده و نیازی به عملیات حرارتی ندارند در نتیجه این فولادها برای جوشکاری مناسب اند و تحت شرایط عادی اتمسفری نیازی به آنیله شدن ندارند. این فولادها در برابر خوردگی مقاومند و معمولا غیر مغناطیسی هستند و فقط از طریق کار سرد (cold work) سخت می شوند. محدوده کربن در این فولادها 0.08 تا 0.25 درصد، میزان کروم 16 تا 26 درصد و میزان نیکل 6 تا 22 درصد است. آنچه که در نوع 316 باعث تمایز آن نسبت به انواع دیگر فولاد S.S همچون 304 شده وجود میزان حداکثر 3 درصد مولیبدنیوم در آن می باشد.مولیبدنیوم مقاومت خوردگی این آلیاژ کروم-نیکل را در برابر تخریب اکثر مواد و حلالهای شیمیایی صنعتی بالا برده و همچنین در برابر خوردگی حفره ای (pitting) حاصل از کلرایدها مقاومت میکند.به همین خاطر نوع 316 مهمترین فولادی است که در محیطهای دریایی استفاده می گردد. Type Analysis of Stainless Type 316 دو عامل مهم در خوردگی این نوع فولادها یکی حساس شدن (sensitization) و عامل دیگر که باعث زنگ زدن جوشهای آن می شود اکسید زدایی نکردن آن می باشد.حال هر کدام بطور مختصر توضیح داده می شود. حساس سازی یا حساس شدن (sensitization): رسوب (ته نشین شدن) کرباید در مرز دانه ها ،هنگامی که فولادهای زنگ نزن آستنیتی در یک بازه زمانی در محدوده دمای بین 425 تا 870 درجه سانتیگراد(800 تا 1600 درجه فارنهایت) حرارت داده می شوند (بخصوص در جوشکاری) را حساس شدن می گویند. مدت زمانی که فولاد در این دما قرار میگیرد مقدار کرباید رسوب شده را تعیین میکند.وقتی کرومیوم کرباید در مرز دانه ای رسوب میکند نواحی کناری فورا از کروم تهی میشود.در صورتیکه این ته نشینی و تهی سازی نسبتا پیوسته باشد ،فولاد را نسبت به خوردگی بین دانه ای (intergranular corrosion) مستعد می سازد.همچنین حساس شدن مقاومت فولاد را در برابر انواع دیگر خوردگی همچون خوردگی حفره ای (pitting) ،خوردگی شکافی (crevice corrosion) و ترک خوردگی تنشی(SCC) کاهش می دهد. روش جلوگیری از sensitization با استفاده از منحنی های حساس سازی دما-زمان میتوان از حساس شدن جلوگیری نمود و تاثیر میزان کربن را روی این پدیده مشاهده نمود.در شکل پايين نمونه ای از اين منحنی ها را برای فولاد ۳۰۴ را مشاهده می تماييد. روش دیگر جلوگیری از حساس شدن استفاده از فولادهای پایدار( stabilized steels) همچون 321 و 347 میباشد.اینگونه فولادهای زنگ نزن محتوی تیتانیوم (titanium) و یا نیوبیوم(niobium) بوده که میل به ترکیب با کربن دارند و به آسانی کرباید تشکیل میدهند،این موضوع باعث میشود حتی وقتی در طولانی مدت در معرض دمای sensitization قرار بگیرد کروم در حلال باقی بماند . تنها راه حل اصلاح فولادهای زنگ نزن حساس شده، آنیله کردن آن می باشد. منبع

اثر ضریب انبساط حرارتی در ترک خستگی در مخازن فولاد زنگ نزن Effect of CTE on Fatigue Cracking of Stainless Steel Vessels پسورد تمامی فایل ها ([Hidden Content]) است.