جستجو در تالارهای گفتگو

می دانید که ........... فلزات هم پیر می شوند! انسانها با گذشت زمان آزموده تر، استوارتر، محکمتر و قویتر شده، بقولی در مقابل مشکلات آبدیده شده و کمتر در برابر آنها تسلیم می شوند. سختی و استحکام فلزات نیز در اثر فرایند پیری افزایش می یابد. بله فلزات هم مانند انسانها پیر می شوند. انسانها با گذشت زمان آزموده تر، استوارتر، محکمتر و قویتر شده، بقولی در مقابل مشکلات آبدیده شده و کمتر در برابر آنها تسلیم می شوند. سختی و استحکام فلزات نیز در اثر فرایند پیری افزایش می یابد. اما در مقابل، بر خلاف انسانها که شاید در اثر پیری از انعطاف پذیری و ملاطفت بیشتری برخوردار شده، در شرایط مختلف سازگاری بیشتری داشته و سعی می کنندخود را با شرایط تطبیق دهند و یا به عبارتی با جبر زمانه بسازند، فلزات پیر شده انعطاف پذیری کمتری دارند! ●منظور از پیری در فلزات چیست؟ دو نوع پیری وجود دارد: ۱) پیری در اثر سریع سرد کردن آلیاژ از درجه حرارتهای بالا (Quench aging)؛ ۲) پیری پس از تغییر شکل یا کار سرد (پیر کرنشی). هر دو نوع پیری سختی را افزایش داده و چقرمگی (toughness)، انعطاف‌پذیری و قابلیت تغییر شکل را کم می کنند. مثلاً ورقهای فولاد که چندین مرحله نورد می شوند، در اثر نگهداری در انبار در فاصله بین مراحل نورد دچار پیری کرنشی شده و شکل‌پذیری آنها به شدت کاهش می یابد. در پیری کرنشی، بعد از اعمال کار مکانیکی و گذشت زمان )چند روز در دمای اتاق یا چند ساعت در دمای پیری مثلاً ۲۰۰ درجه سانتیگراد) به علت نفوذ عناصری چون کربن و نیتروژن در فلز ، نابجاییها (Dislocations) قفل شده و در برابر تغییر شکل مقاومت می کنند و به این ترتیب سختی و استحکام را افزایش داده و از نرمی و چقرمگی کم می کنند، علاوه بر آن حساسیت به سرعت کرنش نیز بیشتر می شود. ● Quench aging نوعی "رسوب سختی" است می دانیم که در اثر افزودن درصد کمی از دیگر عناصر ترکیبی به فلز خالص، آلیاژ آن فلز ایجاد می شود. آلیاژ هر فلز دارای ساختاری است که به آن فاز می گویند. فاز قسمت قابل تشخیص و همگن در ریزساختار ماده است كه دارای یك تركیب شیمیایی و شبكه بلوری خاص و دمای پایداری مخصوص بخود ‌باشد. هر چه درصد عناصر آلیاژی بیشتر باشد، ساختار آلیاژ از ساختار فلز خالص دورتر می شود. در یک دما و فشار ثابت، عنصر آلیاژی تا حد معینی می تواند در آلیاژ حل شود. با حل شدن عنصر آلیاژی در یک حلال یا زمینه ، محلول جامد ایجاد می شود. با سریع سرد کردن محلول از دمای بالا تشکیل رسوبات تعادلی غیر ممکن شده و محلول جامد فوق اشباع ایجاد می شود. در آلیاژهای فلزات مختلف مثل آلیاژهای آهن-کربن، آلیاژهای آلومینیم و مس و ... ، در اثر تجزیه محلول جامد فوق اشباع این آلیاژها فازهایی رسوب می کنند: ابتدا اتمهای اضافی در مناطق معینی (مثل مرز دانه ها) از شبکه بلوری محلول جامد فوق اشباع جمع می شوند؛ سپس یک شبکه بلوری جدید به نام فاز رسوبی شکل می گیرد. با گذشت زمان یا افزایش دما، اتصال شبکه بلوری جدید از شبکه زمینه قطع شده و ذرات فاز جدید تشکیل می شوند. در علم مواد این فرایند "رسوب سختی" نام دارد. "رسوب سختی" یکی از روشهای افزایش سختی و استحکام آلیاژهای آهنی و غیر آهنی است. دقت شود که فرایند رسوب سختی برای فلزات خالص قابل انجام نیست و آلیاژهایی مستعد آن هستند که در حالت جامد حد حلالیت داشته باشند. برای ایجاد رسوب سختی باید فاز ثانویه در دمای بالا قابل حل بوده و با کاهش دما حلالیت آن کم شود. در این شرایط استحکام و سختی آلیاژ زیاد می شود. عامل افزایش سختی و استحکام، تشکیل رسوبات منظم (Coherent) ریز با توزیع یکنواخت و تراکم مناسب در زمینه محلول جامد است. رسوبات منظم با توزیع بسیار ریز و ظریف، حرکت نابجاییها در هنگام تغییر شکل را مشکل می کنند و در نتیجه سختی و استحکام را افزایش می دهند. اگر بعد از تشکیل محلول جامد فوق اشباع فلز حرارت داده نشود و فقط در اثر گذشت زمان طولانی پیر شود، فرایند پیری، پیر سختی طبیعی نام دارد؛ اما اگر بعد از تشکیل محلول جامد فوق اشباع فلز حرارت داده شده و فلز در زمان کمتری پیر شود، پیر سختی مصنوعی اتفاق افتاده است. گاهی بعد از سریع سرد کردن و قبل از حرارت دادن دوباره فلز، کار سرد روی فلز انجام می شود. نکته دیگر آنکه با به هم پیوستن ذرات کوچک فاز جدید و بزرگ شدن ذرات، و تبدیل شدن رسوبات منظم به نامنظم، خواص مکانیکی کاهش می یابد، به این پدیده Over Aging یا پیری اضافی گویند. شیوا اسلامی مجله گسترش صنعت

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.

آستمپرینگ از جمله روش های 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: 1- آستنیته کردن کردن فولاد 2- سریع سرد کردن در حمام نمک مذاب یا روغن داغ تا دمایی بلافاصله قبل ازشروع تشکیل مارتنزیت . 3- 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 . 4- سرد کردن در هوا تا دمای اتاق همانگونه که از شکل بالا 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: 1) افزایش استحکام ضربه ( چقرمگی ) و انعطاف پذیری برای یک سختی مشخص و ثابت . 2) 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 50 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 1095 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 5 میلیمتر ) را می 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 10 میلیمتر ضخامت و فولاد های کربنی ساده تا حداکثر 5 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.

آلیاژهای ریختگی مقاوم در برابر حرارت محتوی حداقل 12% ‏کروم بوده و می توانند به گونه ای رضایت بخش در دمای بالای ‏˚f‏1200 استفاده شوند. گروه آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت ‏دارای عناصر آلیاژی بیشتری نسبت به انواع مقاوم در برابر ‏خوردگی میباشند این آلیاژها ترکیباتی از نیکل، آهن و درصد ‏کمی از دیگر عناصر می باشند. نیکل و کروم عناصری هستند ‏که خاصیت مقاومت حرارتی را در قطعه به وجود میآورند. ‏قطعات ریختگی ساخته شده از این آلیاژها باید دارای دو ‏خاصیت اصلی زیر باشند:‏ ‏1-‏ پایداری لایه سطی (مقاوم در برابر اکسیداسیون و ‏خوردگی) در محیطهای مختلف و تحت دمای سرویس ‏به اندازه کافی باشد. ‏ ‏2-‏ از خواص مکانیکی و قابلیت انعطاف کافی برای استفاده ‏در دماهای بالا برخوردار باشند. آلیاژهای مقاوم متداول در برابر حرارت را ‏می توان توسط اسامی انستیتو ریخته گری الیاژها ‏‎(aci)‎‏ ‏که اینک شاخه ای از جامعه فولاد ریزان امریکا و ‏astm‏ میباشد شناسایی نمود.‏ در اسامی متعلق به موسسه ریخته گری آلیاژها از حرف ‏h‏ ‏برای آن دسته از مواد که در دماهای بالای ‏˚f‏1200 بکار ‏می روند استفاده میشود. حرف بعدی نشانگر مقدار اسمی نیکل ‏ترکیب میباشند که از ‏a‏ تا ‏x‏ تغییر میکند. ترکیب شیمیایی ‏آلیاژهای ریختگی مقاوم در برابر حرارات با آلیاژهای کار ‏پذیر آن متفاوت است. در شناسایی ‏قطعات ریخته گری همیشه باید از اسامی موسسه ریخته گری ‏آلیاژی و یا مشابه آن استفاده نمود. برای نامگذاری در سیستم ‏sae‏ به ابتدای عدد مربوط یه سیستم ‏aisi‏ عدد 70 برای ‏آلیاژهای ریختگی مقاوم در برابر حرارت اضافه میشود مثلا ‏‏70310 معادل ‏hk‏ میباشد.‏ اثر نیکل در آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت نیکل تا 7% می تواند وجود ‏داشته باشد. وظیفه اصلی آن ایجاد استحکام و چقرمگی در ‏زمینه میباشد. از نظر ریز ساختاری نیکل باعث افزایش تمایل ‏به تشکیل استنیت می گردد که در دماهای بالا محکمتر و ‏پایدارتر از فریت میباشد. نیکل همچنین باعث مقاومت در برابر ‏اکسیداسیون، کربوره شدن، نیترایدینگ و خستگی حرارتی ‏می گردد.‏ اثر کروم میزان کروم در آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت از 10% تا ‏‏30% تغییر میکند. کروم باعث مقاومت در برابر اکسیداسیون ‏در دماهای بالا و محیطهای دارای سولفور می گردد. همچنین ‏رسوب کاربید کروم در زمینه باعث مقاومت در برابر خزش و ‏پارگی در دماهای بالا می شود. در بعضی از آلیاژها کروم باعث ‏اقزایش مقاومت در برابر کربوره شدن می گردد. این عنصر ‏همچنین باعث بهبود مقاومت در برابر عوامل خورنده دیگر در ‏دماهای عادی و بالا می گردد. کروم تشکیل فریت در ریز ‏ساختار را تشویق می کند. مهندس بهنام بلداجی، مهندس امیررضا شاهان بهبهانی