آلیاژها

[mani24 29665]

چدن

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

چدن (cast iron) ، آلیاژی از آهن- کربن و سیلیسیم است که همواره محتوی عناصری در حد جزئی (کمتر از ۰.۱ درصد) و غالبا عناصر آلیاژی (بیشتر از ۰.۱ درصد) بوده و به حالت ریختگی یا پس از عملیات حرارتی به کار برده می‌شود. عناصر آلیاژی برای بهبود کیفیت چدن برای مصارف ویژه به آن افزوده می‌شود. آلیاژهای چدن در کارهای مهندسی که در آنها چدن معمولی ناپایدار است به کار می‌روند. اساسا خواص مکانیکی چدن به زمینه ساختاری آن بستگی دارد و مهمترین زمینه ساختار چدن‌ها عبارتند از: فریتی ، پرلیتی ، بینیتی و آستینتی. انتخاب نوع چدن و ترکیب آن براساس خواص و کاربردهای ویژه مربوطه تعیین می‌شود.

 

● طبفه‌بندی چدن‌ها

 

چدن ها به دو گروه اصلی طبقه‌بندی می‌شوند، آلیاژهایی برای مقاصد عمومی که موارد استعمال آنها در کاربردهای عمده مهندسی است و آلیاژهای با منظور و مقاصد ویژه از جمله چدنهای سفید و آلیاژی که برای مقاومت در برابر سایش ، خوردگی و مقاوم در برابر حرارت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

▪ چدن های معمولی :

 

این چدن ها چزو بزرگترین گروه آلیاژهای ریختگی بوده و براساس شکل گرافیت به انواع زیر تقسیم می‌شوند:

 

▪ چدن های خاکستری ورقه ای یا لایه ای:

 

چدن های خاکستری جزو مهمترین چدن های مهندسی هستند که کاربردی زیاد دارند نام این چدن ها از خصوصیات رنگ خاکستری سطح مقطع شکست آن و شکل گرافیت مشتق می‌شود.خواص چدن های خاکستری به اندازه ، مقدار و نحوه توزیع گرافیت‌ها و ساختار زمینه بستگی دارد. خود این‌ها نیز به کربن و سیلیسیم (C.E.V=%C+%⅓Si+%⅓P) و همچنین روی مقادیر جزئی عناصر ، افزودنی‌های آلیاژی ، متغیرهای فرایندی مانند، روش ذوب ، عمل جوانه زنی و سرعت خنک شدن بستگی پیدا می‌کنند. اما به طور کلی این چدن ها ضریب هدایت گرمایی بالایی داشته، مدول الاستیستیه و قابلیت تحمل شوکهای حرارتی کمی دارند و قطعات تولیدی از این چدن ها به سهولت ماشینکاری و سطح تمام شده ماشینکاری آنها نیز مقاوم در برابر سایش از نوع لغزشی است. این خواص آنها را برای ریختگی هایی که در معرض تنش‌های حرارتی محلی با تکرار تنشها هستند، مناسب می‌سازد. افزایش میزان فریت در ساختار باعث استحکام مکانیکی خواهد شد. این نوع حساس بودن به مقاطع نازک و کلفت در قطعات چدنی بدنه موتورها مشاهده می شود دیواره نازک و لاغر سیلندر دارای زمینه‌ای فریتی و قسمت ضخیم نشیمنگاه یا تاقان‌ها زمینه‌ای با پرلیت زیاد را پیدا می‌کند. همچنین در ساخت ماشین آلات عمومی ، کمپرسورهای سبک و سنگین ، قالب‌ها ، میل لنگ‌ها ، شیر فلکه‌هاو اتصالات لوله‌ها و غیره از چدنهای خاکستری استفاده می‌شود.

 

چدن های مالیبل یا چکش خوار:

چدن های چکش خوار با دیگر چدن ها به واسطه ریخته گری آنها نخست به صورت چدن سفید فرق می‌کنند. ساختار آنها مرکب از کاربیدهای شبه پایدار در یک زمینه‌ای پرلیتی است بازپخت در دمای بالا که توسط عملیات حرارتی مناسب دنبال می‌شود باعث تولید ساختاری نهایی از توده متراکم خوشه‌های گرافیت در زمینه فریتی یا پرلیتی بسته به ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی می‌شود. ترکیب به کار برده شده براساس نیازهای اقتصادی ، نحوه باز پخت خوب و امکان جذب و امکان تولید ریخته‌گری انتخاب می‌شود. مثلا بالا رفتن Si بازپخت را جلو انداخته و موجب عملیات حرارتی خوب و سریعی با سیلکی کوتاه می‌شود و در ضمن مقاومت مکانیکی را نیز اصلاح می‌نماید. تاثیر عناصر به مقدار بسیار کم در این چدن ها دست آورد دیگری در این زمینه هستند. Te و Bi تشکیل چدن سفید در حالت انجماد را ترقی داده، B و Al موجب اصلاح قابلیت بازپخت و توام با افزایش تعداد خوشه‌های گرافیت می‌شود میزان Mn موجود و نسبت Mn/S برای آسان کردن عمل بازپخت می‌بایستی کنترل گردد. عناصری از جمله Cu و Ni و Mo را ممکن است برای بدست آوردن مقاومت بالاتر یا افزایش مقاومت به سایش و خوردگی به چدن افزود. دلیل اساسی برای انتخاب چدن های چکش خوار قیمت تمام شده پایین و ماشینکاری راحت و ساده آنهاست. کاربردهای آنها در قطعات اتومبیل قطعات کشاورزی ، اتصالات لوله ها ، اتصالات الکتریکی و قطعات مورد استفاده در صنایع معدنی است.

▪ چدن های گرافیت کروی یا نشکن:

این چدن در سال ۱۹۴۸ در فیلادلفیای آمریکا در کنگره جامعه ریخته گران معرفی شد. توسعه سریع آن در طی دهه ۱۹۵۰ آغاز و مصرف آن در طی سال های ۱۹۶۰ روبه افزایش نهاده و تولید آن با وجود افت در تولید چدن ها پایین نیامده است. شاخصی از ترکیب شیمیایی این چدن به صورت کربن ۳.۷% ، سیلیسیم ۲.۵% ، منگنز۰.۳% ، گوگرد ۰.۰۱% ، فسفر ۰.۰۱% و منیزیم ۰.۰۴% است. وجود منیزیم این چدن را از چدن خاکستری متمایز می‌سازد. برای تولید چدن گرافیت کروی از منیزیم و سریم استفاده می‌شود که از نظر اقتصادی منیزیم مناسب و قابل قبول است. جهت اصلاح و بازیابی بهتر منیزیم برخی از اضافه شونده‌هایی از عناصر دیگر با آن آلیاژ می‌شوند و این باعث کاهش مصرف منیزیم و تعدیل کننده آن است. منیزیم ، اکسیژن و گوگرد زدا است. نتیجتا منیزیم وقتی خواهد توانست شکل گرافیتها را به سمت کروی شدن هدایت کند که میزان اکسیژن و گوگرد کم باشند. اکسیژن‌زداهایی مثل کربن و سیلیسیم موجود در چدن مایع این اطمینان را می‌دهند که باعث کاهش اکسیژن شوند ولی فرآیند گوگردزدایی اغلب برای پایین آوردن مقدار گوگرد لازم است. از کاربردهای این چدن ها در خودروسازی و صنایع وابسته به آن مثلا در تولید مفصل‌های فرمان و دیسک ترمزها ، در قطعات تحت فشار در درجه حرارت های بالا مثل شیر فلکه‌ها و اتصالات برای طرحهای بخار و شیمیایی غلتکهای خشک‌کن نورد کاغذ ، در تجهیزات الکتریکی کشتی‌ها ، بدنه موتور ، پمپ‌ها و غیره است.

 

▪ چدن های گرافیت فشرده یا کرمی شکل:

این چدن شبیه خاکستری است با این تفاوت که

شکل گرافیت‌ها به صورت کروی کاذب ، گرافیت تکه‌ای با درجه بالا و از نظر جنس در ردیف نیمه نشکن قرار دارد. می‌توان گفت یک نوع چدنی با گرافیت کروی است که کره‌های گرافیت کامل نشده‌اند یا یک نوع چدن گرافیت لایه‌ای است که نوک گرافیت گرد شده و به صورت کرمی شکل درآمده‌اند. ایت چدن ها اخیرا از نظر تجارتی جای خود را در محدوده خواص مکانیکی بین چدن های نشکن و خاکستری باز کرده است.

ترکیب آلیاژ موجود تجارتی که برای تولید چدن گرافیت فشرده استفاده می‌شود عبارت است از: Mg%۴-۵ ،Ti%۸.۵-۱۰.۵ ، Ca% ۴-۵.۵ ، Al%۱-۱.۵ ، Ce %۰.۲-۰.۵ ،Si%۴۸-۵۲ و بقیه Fe. چدن گرافیت فشرده در مقایسه با چدن خاکستری از مقاومت به کشش ، صلبیت و انعطاف‌پذیری ، عمر خستگی ، مقاومت به ضربه و خواص مقاومت در دمای بالا و برتری بازمینه‌ای یکسان برخوردار است و از نظر قابلیت ماشینکاری ، هدایت حرارتی نسبت به چدن های کروی بهتر هستند. از نظر مقاومت به شکاف و ترک خوردگی برتر از سایر چدن ها است. در هر حال ترکیبی از خواص مکانیکی و فیزیکی مناسب ، این چدن ها را به عنوان انتخاب ایده آلی جهت موارد استعمال گوناگون مطرح می‌سازد. مقاومت بالا در مقابل ترک‌خوردگی آنها را برای قالبهای شمش‌ریزی مناسب می‌سازد. نشان دادن خصوصیاتی مطلوب در دماهای بالا در این چدن ها باعث کاربرد آنها برای قطعاتی از جمله سر سیلندرها ، منیفلدهای دود ، دیسکهای ترمز ، دیسکها و رینگهای پیستون شده است.

 

▪ چدن های سفید و آلیاژی مخصوص

 

کربن چدن سفید به صورت بلور سمانتیت (کربید آهن ، Fe۳C) می‌باشد که از سرد کردن سریع مذاب حاصل می‌شود و این چدن ها به آلیاژهای عاری از گرافیت و گرافیت‌دار تقسیم می‌شوند و به صورتهای مقاوم به خوردگی ، دمای بالا، سایش و فرسایش می‌باشند.

▪ * چدن های بدون گرافیت:

شامل سه نوع زیر می باشد:

ـ چدن سفید پرلیتی: ساختار این چدنها از کاربیدهای یکنواخت برجسته و توپر M۳C در یک زمینه پرلیتی تشکیل شده است. این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند و هنوز هم کاربرد داشته ولی بی‌نهایت شکننده هستند لذا توسط آلیاژهای پرطاقت دیگری از چدن های سفید آلیاژی جایگزین گشته‌اند.

 

ـ چدن سفید مارتنزیتی (نیکل- سخت):

نخستین چدن های آلیاژی که توسعه یافتند آلیاژهای نیکل- سخت بودند. این آلیاژها به طور نسبی قیمت تمام شده کمتری داشته و ذوب آنها در کوره کوپل تهیه شده و چدن های سفید مارتنزیتی دارای نیکل هستند. Ni به عنوان افزایش قابلیت سختی پذیری برای اطمینان از استحاله آستنیتی به مارتنزیتی در طی مرحله عملیات حرارتی به آن افزوده می‌شود. این جدن ها حاوی Cr نیز به دلیل افزایش سختی کاربید یوتکتیک هستند. این چدنها دارای یک ساختار یوتکتیکی تقریبا نیمه منظمی با کاربیدهای یکنواخت برجسته و یکپاره M۳C هستند که بیشترین فاز را در یوتکتیک دارند و این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند.

ـ چدن سفید پرکرم:

چدن های سفید با Cr زیاد ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر خوردگی ، حرارت و سایش را دارا هستند این چدنها مقاومت عالی به رشد و اکسیداسیون در دمای بالا داشته و از نظر قیمت نیز از فولادهای ضد زنگ ارزان تر بوده و درجاهایی که در معرض ضربه و یا بازهای اعمالی زیادی نیستند به کار برده می‌شوند این چدنها در سه طبقه زیر قرار می‌گیرند:

 

۱) چدنهای مارتنزیتی با Cr %۱۲-۲۸

۲) چدنهای فریتی با ۳۴-۳۰% Cr

۳) چدنهای آستنیتی با ۳۰-۱۵%Cr و ۱۵-۱۰% Niبرای پایداری زمینه آستنیتی در دمای پایین.

طبقه بندی این چدنها براساس دمای کار ، عمر کارکرد در تنش های اعمالی و عوامل اقتصادی است. کاربرد این چدنها در لوله‌های رکوپراتو ، میله ، سینی ، جعبه در کوره‌های زینتر و قطعات مختلف کوره‌ها، قالب‌های ساخت بطری شیشه و کاسه نمدهای فلکه‌ها است.

 

*چدن های گرافیت دار:

ـ چدن های آستنیتی: شامل دو نوع (نیکل- مقاوم) و نیکروسیلال Ni-Si ، که هر دو نوع ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر حرارت و خوردگی را دارا هستند. اگرچه چدن های غیر آلیاژی به طور کلی مقاوم به خوردگی بویژه در محیط های قلیایی هستند، این چدنها به صورت برجسته‌ای مقاوم به خوردگی در محیط هایی مناسب و مختص خودشان هستند. چدن های نیکل مقاوم آستنیتی با گرافیت لایه‌ای که اخیرا عرضه شده‌اند از خواص مکانیکی برتری برخوردار بوده ولی خیلی گران هستند. غلظت نیکل و کرم در آنها بسته به طبیعت محیط خورنده شان تغییر می‌کند. مهمترین کاربردها شامل پمپهای دنده‌ای حمل اسید سولفوریک، پمپ خلا و شیرهایی که در آب دریا مصرف می‌شوند، قطعات مورد استفاده در سیستم‌های بخار و جابه‌جایی محلول‌های آمونیاکی، سود و نیز برای پمپاژ و جابجایی نفت خام اسیدی در صنایع نفت هستند.

 

ـ چدن های فریتی:

شامل دو نوع زیر می‌باشد: چدن سفید ۵% سیلیسیم در سیلال که مقاوم در برابر حرارت می‌باشد و نوع دیگر چدن پرسیلیسیم (۱۵%) که از مقاومتی عالی به خوردگی در محیطهای اسیدی مثل اسید نیتریک و سولفوریک در تمام دماها و همه غلظتها برخوردارند. اما برخلاف چدن های نیکل- مقاوم ، عیب آن ، ترد بودن است که تنها با سنگ‌زنی می‌توان ماشینکاری نمود. مقاومت به خوردگی آنها در برابر اسیدهای هیدروکلریک و هیدروفلوریک ضعیف است. جهت مقاوم سازی به خوردگی در اسید هیدروکلریک می‌توان با افزودن Si تا ۱۸-۱۶% ، افزودن Cr%۵-۳ یا Mo %۴-۳ به آلیاژ پایه ، اقدام نمود.

 

ـ چدن های سوزنی:

در این چدنها Al به طور متناسبی جانشین Si در غلظت های کم می‌گردد. چدن های آلیاژهای Alدار تجارتی در دو طبقه بندی یکی آلیاژهای تا Al %۶ و دیگری Al%۱۸-۲۵ قرار می‌گیرند. Al پتانسیل گرافیته‌شدگی را در هر دوی محدوده‌های ترکیبی ذکر شده حفظ کرده و لذا پس از انجماد چدن خاکستری بدست می‌آید. این آلیاژ به صورت چدنهای گرافیت لایه‌ای ، فشرده و کروی تولید می‌شوند. مزایای ملاحظه شده شامل استحکام به کشش بالا ، شوک حرارتی و تمایل به گرافیته شدن و سفیدی کم می‌باشند که قادر می‌سازند قطعات ریختگی با مقاطع نازک‌تر را تولید کرد. چدن های با Al کم مقاومت خوبی به پوسته پوسته شدن نشان داده و قابلیت ماشینکاری مناسبی را نیز دارا هستند. محل های پیشنهادی جهت کاربرد آنها منیفلدهای دود ، بدنه توربوشارژرها ، روتورهای دیسک ترمز، کاسه ترمزها ، برش سیلندرها، میل بادامکها و رینگهای پیستون هستند. وجود Al در کنار Si در این نوع چدنها باعث ارائه خواص مکانیکی خوب توام با مقاومت به پوسته‌شدگی در دماهای بالا می‌شود. این آلیاژها مستعد به تخلخل‌های گازی هستند. آلومینیوم حل شده در مذاب می توان با رطوبت یا هیدروکربنهای موجود در قالب ترکیب شده و هیدروژن آزاد تولید کند. این هیدروژن آزاد قابل حل در فلز مذاب بوده و باعث به وجود آوردن مک‌های سوزنی شکل در انجماد می‌شود.

 

 

[mani24 29665]

[h=2]فولاد[/h]

اصطلاح فولاد یا پولاد برای آلیاژهای آهن که بین 025/0تا حدود 2 درصد کربن دارند بکار می رود.فولادهای آلیاژی غالبا با فلزات دیگری نیز همراهند.

 

خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن ،عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزات آلیاژ دهنده موجود در آن بستگی دارد.

 

کاربرد انواع مختلف فولاد

 

از فولادی که تا0.2 درصد کربن دارد، برای ساختن سیم، لوله و ورق فولاد استفاده می‌شود. فولاد متوسط 0.2 تا 0.6 درصد کربن دارد و آن را برای ساختن ریل، دیگ بخار و قطعات ساختمانی بکار می‌برند. فولادی که 0.6 تا 1.5درصد کربن دارد، سخت است و از آن برای ساختن ابزارآلات، فنر و کارد و چنگال استفاده می‌شود. فولاد، انواع فراوانی دارد. که همه آن موراد در جدول کلید فولاد قایل دسترس می باشد.

ناخالصی‌های آهن و تولید فولاد

 

آهنی که از کوره بلند خارج می‌شود، چدن نامیده می‌شود که دارای مقادیری کربن، گوگرد، فسفر، سیلیسیم، منگنز و ناخالصی‌های دیگر است. در تولید فولاد دو هدف دنبال می‌شود:

 

 

• سوزاندن ناخالصی‌های چدن
  
  
• افزودن مقادیر معین از مواد آلیاژ دهنده به آهن
  
  

 

منگنز، فسفر و سیلیسیم در چدن مذاب توسط هوا یا اکسیژن به اکسید تبدیل می‌شوند و با کمک ذوب مناسبی ترکیب شده، به صورت سرباره خارج می‌شوند. گوگرد به صورت سولفید وارد سرباره می‌شود و کربن هم می‌سوزد و مونوکسید کربن (CO) یا دی‌اکسید کربن (CO

₂

) در می‌آید. چنانچه ناخالصی اصلی

 

منگنز باشد، یک کمک ذوب اسیدی که معمولاً

 

دی‌اکسیدسیلسیم (SiO

₂

) است، بکار می‌برند:

MnO + SiO

₂

-------> MnSiO

₃

و چنانچه ناخالصی اصلی سیلسیم یا فسفر باشد (و معمولاً چنین است)، یک کمک ذوب بازی که معمولاً اکسید منیزیم (MgO) یا اکسید کلسیم (CaO) است، اضافه می‌کنند

MgO + SiO

₂

-------> MgSiO

₂

6MgO + P

₄

O

₁₀

-------> 2Mg

₃

(PO

₄

)

₂

کوره تولید فولاد و جدا کردن ناخالصی‌ها

 

معمولاً جداره داخلی کوره‌ای را که برای تولید فولاد بکار می‌رود، توسط آجرهایی که از ماده کمک ذوب ساخته شده‌اند، می‌پوشانند. این پوششی مقداری از اکسیدهایی را که باید خارج شوند، به خود جذب می‌کند. برای جدا کردن ناخالصی‌ها، معمولاً از روش کوره باز استفاده می‌کنند. این کوره یک ظرف بشقاب مانند دارد که در آن 100 تا 200 تن آهن مذاب جای می‌گیرد.بالای این ظرف، یک سقف مقعر قرار دارد که گرما را روی سطح فلز مذاب منعکس می‌کند. جریان شدیدی از اکسیژن را از روی فلز مذاب عبور می‌دهند تا ناخالصی‌های موجود در آن بسوزند. در این روش ناخالصیها در اثر انتقال گرما در مایع و عمل پخش به سطح مایع می‌آیند و عمل تصفیه چند ساعت طول می‌کشد، البته مقداری از آهن، اکسید می‌شود که آن را جمع‌آوری کرده، به کوره بلند باز می‌گردانند.

روش دیگر جدا کردن ناخالصی‌ها از آهن

 

در روش دیگری که از همین اصول شیمیایی برای جدا کردن ناخالصی‌ها از آهن استفاده می‌شود، آهن مذاب را همراه آهن قراضه و کمک ذوب در کوره‌ای بشکه مانند که گنجایش 300 تن بار را دارد، می‌ریزند. جریان شدیدی از اکسیژن خالص را با سرعت مافوق صوت بر سطح فلز مذاب هدایت می‌کنند و با کج کردن و چرخاندن بشکه، همواره سطح تازه‌ای از فلز مذاب را در معرض اکسیژن قرار می‌دهند.اکسایش ناخالصی‌ها بسیار سریع صورت می‌گیرد و وقتی محصولات گازی مانند CO

₂

رها می‌شوند، توده مذاب را به هم می‌زنند، بطوری که آهن ته ظرف، رو می‌آید. دمای توده مذاب، بی آنکه از گرمای خارجی استفاده شود، تقریباً به دمای جوش آهن می‌رسد و در چنین دمایی، واکنشها فوق‌العاده سریع بوده، تمامی این فرایند، در مدت یک ساعت یا کمتر کامل می‌شود و معمولاً محصولی یکنواخت و دارای کیفیت خوب بدست می‌آید.

تبدیل آهن به فولاد آلیاژی

 

آهن مذاب تصفیه شده را با افزودن مقدار معین کربن و فلزهای آلیاژ دهنده مثل وانادیم، کروم، تیتانیم، منگنز و نیکل به فولاد تبدیل می‌کنند. فولادهای ویژه ممکن است مولیبدن، تنگستن یا فلزهای دیگر داشته باشند. این نوع فولادها برای مصارف خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در دمای زیاد، آهن و کربن با یکدیگر متحد شده، کاربید آهن (Fe

₃

C) به نام «'سمنتیت» تشکیل می‌دهند. این واکنش، برگشت‌پذیر و گرماگیر است:

 

 

• Fe
  ₃
  C

 

هرگاه فولادی که دارای سمنتیت است، به کندی سرد شود، تعادل فوق به سمت تشکیل آهن و کربن، جابجا شده، کربن به صورت پولکهای گرافیت جدا می‌شود. این مکانیزم در چدن‌ها که درصد کربن در آنها بیشتر است، اهمیت بیشتری دارد. برعکس، اگر فولاد به سرعت سرد شود، کربن عمدتاً به شکل سمنتیت باقی می‌ماند. تجزیه سمنتیت در دمای معمولی به اندازه‌ای کند است که عملاً انجام نمی‌گیرد. وباسرد کردن سمنتیت فولاد را به وجود می آورند

فولاد آلیاژی

 

آلیاژ فولاد (Alloy steel) فولادی است که با عنصرهای گوناگون به صورت آلیاژ درآمده، برای بهبود ویژگی‌های مکانیکی فولاد می‌توان از0.1 تا50%از وزن آن را آلیاژ کرد. آلیاژهای فولاد دو دسته‌اند: فولاد کم‌آلیاژ و فولاد پُرآلیاژ. تفاوت میان این دو، می‌توان گفت، قراردادی است: اسمیت و هاشمی تفاوت این دو را در4.0% دانسته‌اند در حالی که گروه دگرمو آن را در 8.0% می‌دانند. در حالت کلی وقتی صحبت از «آلیاژ فولاد» می‌شود منظور فولاد کم‌آلیاژ است.خود فولاد در واقع نوعی آلیاژ است. اما تمام گونه‌های فولاد را آلیاژ نمی‌خوانند. ساده ترین نوع فولاد که تقریبا می‌توان گفت آهن است (نزدیک به ۹۹٪) خود با عنصر کربن آلیاژ شده‌است (بسته به نوع فولاد از 0.1%تا 1%). بنابراین منظور از آلیاژ فولاد، ترکیبی از فولاد،

کربن

و

دیگر عنصرها

است. عنصرهایی که بیشتر برای این هدف کاربرد دارند، عبارتند از: منگنز (پرکاربردترین)، نیکل، کروم، مولیبدن، وانادیم، سیلیسیم و بور. و عنصرهای کم کاربردتر عبارتند از: آلومینیم، کبالت، مس، سریم، نیوبیم، تیتانیم، تنگستن، قلع، روی، سرب و زیرکونیم.از ترکیب عنصرهای بالا با فولاد و آلیاژسازی، برخی ویژگی‌های فولاد کربن مانند مقاومت، سختی، چقرمگی، سایش، سخت شدگی و سختی در دمای بالا به گونهٔ درخور توجهی بهبود می‌یابد. برای دستیابی به بعضی از این ویژگی‌ها باید

عملیات حرارتی روی فلز انجام شود.

ویژگی های یاد شده در بالا در کاربرد های ویژه ای چون پره های توربین ، موتور جت ، فضاپیما ها و رآکتورهای هسته ای بسیار مورد نیاز است.به دلیل ویژگی های فرو مغناطیس آهن ،بعضی آلیاژهای فولاد و پاسخی که این آلیاژها در محیط مغناطیسی می دهند، اهمیت ویژه ای پیدا میکند.در موتور های الکتریکی و ترانسفورماتورها نیز چنین است.

فولاد کم آلیاژ

 

از فولاد کم‌آلیاژ بیشتر برای دستیابی به توان سخت شدگی استفاده می‌شود. چون با رسیدن به این ویژگی دیگر ویژگی‌های مکانیکی هم بهبود می‌یابند. همچنین آن‌ها برای مقاومت در برابر خوردگی در شرایط خشن هم کاربرد دارند.اگر درجهٔ کربن فولاد کم‌آلیاژ متوسط یا بالا باشد، فرایند جوش در آن‌ها دشوار می‌شود. با کاهش کربن و قرار دادن آن در بازهٔ 0.10% تا 0.30% و همچنین کاهش دیگر عنصرهای آلیاژی توان جوش پذیری و شکل‌پذیری فولاد را افزایش می‌دهیم. چنین فولادی در ردهٔ فولاد کم‌آلیاژ پراستحکام قرار می‌گیرد.چند مورد از فولادهای کم‌آلیاژ عبارتند از:

• D6AC
  
  
• 300M
  
  
• 256A
  
  

 

1. فولادهای کم‌آلیاژ اصلی
   نام در SAE
   ترکیب
   ۱۳xx
   Mn ۱.۷۵٪
   ۴۰xx
   Mo ۰.۲۰٪یا ۰.۲۵٪ یا ۰.۲۵٪ Mo & ۰.۰۴۲٪ S
   ۴۱xx
   Cr ۰.۵۰٪یا ۰.۸۰٪ یا ۰.۹۵٪، Mo ۰.۱۲٪یا ۰.۲۰٪ یا ۰.۲۵٪ یا ۰.۳۰٪
   ۴۳xx
   Ni ۱.۸۲٪، Cr ۰.۵۰٪ to ۰.۸۰٪، Mo ۰.۲۵٪
   ۴۴xx
   Mo ۰.۴۰٪یا ۰.۵۲٪
   ۴۶xx
   Ni ۰.۸۵٪یا ۱.۸۲٪، Mo ۰.۲۰٪یا ۰.۲۵٪
   ۴۷xx
   Ni ۱.۰۵٪، Cr ۰.۴۵٪، Mo ۰.۲۰٪یا ۰.۳۵٪
   ۴۸xx
   Ni ۳.۵۰٪، Mo ۰.۲۵٪
   ۵۰xx
   Cr ۰.۲۷٪یا ۰.۴۰٪ یا ۰.۵۰٪ یا ۰.۶۵٪
   ۵۰xxx
   Cr ۰.۵۰٪، C ۱.۰۰٪ min
   ۵۰Bxx
   Cr ۰.۲۸٪یا ۰.۵۰٪
   ۵۱xx
   Cr ۰.۸۰٪یا ۰.۸۷٪ یا ۰.۹۲٪ یا ۱.۰۰٪ یا ۱.۰۵٪
   ۵۱xxx
   Cr ۱.۰۲٪، C ۱.۰۰٪ min
   ۵۱Bxx
   Cr ۰.۸۰٪
   ۵۲xxx
   Cr ۱.۴۵٪، C ۱.۰۰٪ min
   ۶۱xx
   Cr ۰.۶۰٪یا ۰.۸۰٪ یا ۰.۹۵٪، V ۰.۱۰٪یا ۰.۱۵٪ min
   ۸۶xx
   Ni ۰.۵۵٪، Cr ۰.۵۰٪، Mo ۰.۲۰٪
   ۸۷xx
   Ni ۰.۵۵٪، Cr ۰.۵۰٪، Mo ۰.۲۵٪
   ۸۸xx
   Ni ۰.۵۵٪، Cr ۰.۵۰٪، Mo ۰.۳۵٪
   ۹۲xx
   Si ۱.۴۰٪یا ۲.۰۰٪، Mn ۰.۶۵٪یا ۰.۸۲٪ یا ۰.۸۵٪، Cr ۰.۰۰٪یا ۰.۶۵٪
   ۹۴Bxx
   Ni ۰.۴۵٪، Cr ۰.۴۰٪، Mo ۰.۱۲٪
   ES-۱
   Ni ۵٪، Cr ۲٪، Si ۱.۲۵٪، W ۱٪، Mn ۰.۸۵٪، Mo ۰.۵۵٪، Cu ۰.۵٪، Cr ۰.۴۰٪، C ۰.۲٪، V ۰.۱٪
   
   

[mani24 29665]

نمودار فازی آهن-کربن

 

نمودار فازی آهن-کاربید کربن

نمودار تعادلی آهن-کربن (Fe-C) راهنمایی است که به کمک آن می‌توان روش‌های مختلف عملیات حرارتی، فرآیندهای انجماد، ساختار فولادها و چدن‌ها و... را بررسی کرد.

قسمتی از این نمودار که در متالورژی اهمیت بیشتری دارد، قسمت آهن-کاربیدآهن (سمنتیت) است.

چون کاربید آهن یک ترکیب شبه‌پایدار است، بنابراین دیاگرام آهن-کربن را سیستم شبه‌پایدار می‌نامند. حالت پایدار کربن در فشار اتمسفر، کربن آزاد (گرافیت) است.قسمت‌هایی که در نمودار با حروف یونانی مشخص شده‌اند، نشانگر محلول‌های جامد از نوع بین‌نشینی هستند.[TABLE=class: cms_table_MsoNormalTable]

[TR]

[TD=bgcolor: transparent][/TD]

[/TR]

[/TABLE]

 

 

تحولات هم‌دما (ایزوترم) در سیستم آهن-کربن شبه پایدار

 

خطوط افقی در نمودار، نشان دهندهٔ استحاله‌های هم‌دما هستند.

 

 

• استحالهٔ یوتکتیک : دما 1148°C، غلظت کربن 4.20درصد
  
• استحالهٔ یوتکتوئید : دما 728°C، غلظت کربن 0.80 درصد
  
• استحالهٔ پریتکتیک : دما 1495°C، غلظت کربن 0.18 درصد
  

 

البته باید توجه داشت که غلظت‌ها و دماهای ذکرشده برای آهن-کربن خالص بوده و با حضور عناصر آلیاژی دیگر، این ثابت‌ها تغییر می‌کنند.

[mani24 29665]

عملیات حرارتی فولادها

گرم کردن و سرد کردن زمانبندی شدهٔ فلزات، سرامیک‌ها و آلیاژها را به منظور بدست آوردن خواص مکانیکی و فیزیکی مطلوب، عملیات حرارتی می‌نامند. عملیات حرارتی برای تغییر خواص فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی و به ویژه متالورژیکی مواد استفاده میشود. عملیات حرارتی برای مواد غیرفلزی مانند شیشه‌ها و شیشه-سرامیک‌ها نیز بکار می‌رود.

فولاد از نظر خواص مناسبی که در عمل دارد، یکی از مهمترین مواد فلزی است. یکی از دلایل عمده‌ای که می‌توان فولادهایی با خواص مختلف بدست آورد همان تبدیل ساختمان کریستالی آهن از آلفا به گاما با تغییر درجه حرارت می‌باشد. این تبدیل مطابق با نمودار آهن-کربن می‌تواند در حد زیادی تحت تاثیر کربن قرار گیرد. برای مثال سختی و استحکام در فولادهای سریع سرد شده (آب داده شده) بستگی به میزان درصد کربن موجود در آنها دارد.

 

 

• کربن‌دهی سطحی
  
• بازپخت کامل (آنیلینگ)
  
• آنیلینگ جهت کروی کردن سمنتیت
  
• نرماله کردن (نرمالیزاسیون)
  
• کوئنچ‌کردن
  
• برگشت دادن (تمپر کردن)
  
• تنش زدایی
  

 

دلایل عملیات حرارتی

تنش‌زدایی، تنش‌های ناشی از عملیات و فرایندهای تولید

ریز کردن دانه‌بندی

افزایش مقاومت به سایش با ایجاد لایه سخت بر سطح و در عین حال افزایش مقاومت به ضربه با به‌وجود آوردن مرکز نرم‌تر در داخل قطعه

بهبود خواص فولاد به منظور اقتصادی کردن جایگزینی بعضی از انواع ارزان‌تر فولاد به جای انواع گران آن

افزایش جذب انرژی ضربه فولاد

بهبود خصوصیات برش در فولادهای ابزار

بهبود خواص الکتریکی

تغییر یا بهبود خواص مغناطیسی

تنش زدایی

اعمال نیرو و یا تغییرات دمایی میتوانند در قطعه تنشی ایجاد کنند که ممکن است بسیار زیانبار باشد. این تنش ها که «تنش های باقیمانده» نامیده میشوند، می توانند سبب تاب برداشتن، ترک برداشتن و یا شکست زودهنگام در حین تولید یا درحین کار شوند. از عوامل تشکیل چنین تنش¬هایی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

الف- وجود شیب حرارتی یا درواقع عدم سرد شدن یکنواخت قطعه.

ب- ماشینکاری و کارسرد

توجه کنید که هدف از عملیات تنش گیری آن نیست که تغییرات عمدهای در خواص مکانیکی قطعه اتفاق بیفتد. در این عملیات از سازوکار بازیابی استفاده می شود و و در واقع تبلور مجدد و تغییرات ریزساختاری در آن انجام نمیشود. به منظور تنش زدایی ، قطعات را طی زمان مشخصی زیر دمای 1a گرما می دهند. زمان

 

گرما دهی بستگی به دمای عملیات و ابعاد قطعه دارد. هر چقدر

 

که دمای تنش گیری بالاتر انتخاب شود نیاز به زمان کمتری برای

 

 

عملیات وجود دارد.

 

 

در این عملیات نرخ گرم شدن و سرد شدن قطعه باید آهسته

 

باشد تا تنشهای حرارتی جدیدی به قطعه اعمال نشود.

 

آستنیتی کردن فولاد

 

آستنیتی کردن فولاد اغلب اولین مرحله عملیات حرارتی است. که برای یکنواخت کردن غلظت کربن در کریستال‌های آستنیت ضروری می‌باشد. و به عنوان کلید کنترل سختی در سخت کردن ( یا آب دادن ) فولاد معروف است. عمل آستنیتی کردن تابع درجه حرارت و زمان می‌باشد. ( عامل درجه حرارت مهمتر از زمان است ) هنگامیکه فولاد به درجه حرارت لازم برای تبدیل شدن به آستنیت می‌رسد ، آستنیت در طی مراحل جوانه زنی و رشد تشکیل می‌گردد. به منظور تبدیل کامل در فولادهای هیپوای تکتوئیدی وای تکتوئیدی اغلب 30 تا 50 درجه سلسیوس بالای درجه حرارت خط a3 حرارت داده خواهد شد. درجه حرارت‌های دقیق را می‌توان از نمودار آهن-کربن انتخاب نمود. عموماً درجه حرارت نباید بسیار بالا انتخاب شود. چرا که آستنیت دانه درشت به وجود می‌آید. که ممکن است باعث شکستگی یا ایجاد ترک در فولاد شود. ( در هنگام سرد شدن سریع از این درجه حرارت )

اندازه دانه‌های آستنیت با بالا رفتن درجه حرارت ، افزایش می‌یابد. این رشد در نتیجه تمایل به کم شدن انرژی آزاد سیستم در اثر کاهش سطح دانه‌است. وقتیکه فولادهای هیپوای تکتوئیدی تا درجه حرارت‌هایی در حد نسبتاً زیاد بالای خط a3 حرارت داده می‌شود ، علاوه بر رشد دانه‌ای آستنیت کردن در سرد کردن بعدی ممکن است فریت اضافی هم رسوب کند. که بصورت صفحات یا میله‌های طولانی بوده و دانه‌های پرلیت را از این سو به آن سو قطع می‌کند. این نوع ساختار دانه‌ای را ساختار ویدمن اشتاتن می‌نامند. از طرفی اگر درجه حرارت بسیار پایین باشد، بعد از عمل سرد کردن سریع سختی کامل مورد نظر بدست نمی‌آید. تبدیل پرلیت به آستنیت از نوع نفوذ است.

[mani24 29665]

آلياژهاي پليمري

به زبان ساده اگر توضیح دهیم در بعضی کاربردها استفاده از یک پلیمر مرغوب شاید به تنهایی نتواند خواص مورد نظر

 

ما را برآورده سازد. در اینصورت یک راه خوب ترکیب (با روشهای پیچیده) دو یا چند پلیمر میباشد که به آن آلیاژ پلیمری

 

می گویند.

 

مثلاً پلیمر، مقاومت حرارتی خوبی در دمای بالا دارد و پلیمر دیگر در برابر ضربه مقاوم است، که آلیاژ آن دو هر دو خواص

 

را می دهد.

 

یکی از نمونه های پر کاربرد و موفق آلیاژهای پلیمری که هم سخت و مقاوم در برابر ضربه و حرارت است، abs (اکریلو

 

نیتریل-بوتادین-استایرن) است که در بسیاری از موارد این آلیاژ خود با پلیمرهای دیگر دوباره آلیاژ میشود و خواص خوبی

 

را ارائه می دهد. مانند pc/abs (پلی کربنات).

 

در اکثر قاب های تلفن همراه از این آلیاژ استفاده می شود.

 

اگر به پشت قاب موبایل خود توجه کنید، همین آرم را می بینید!

 

چند نمونه از آلیاژهای پلیمری:

 

1. اکریلیک/pvc: مقاومت خوب در برابر مواد شیمیایی و شعله، چغرمه

 

2.abs/pvc : شکل دهی و فراورش راحت، مقاومت در برابر ضربه و شعله

 

3. پلی کربنات/abs: سخت با دمای تغییر شکل بالا و مقاومت ضربه خوری خوب

 

4. الاستومر/نایلون: مقاومت بالا در برابر ضربه و شکاف

[mani24 29665]

سوپر آلیاژها

 

سوپرآلياژها در واقع آلياژهايي مقاوم در برابر حرارت، خوردگي و اکسيداسيون ميباشند که به لحاظ ترکيب شيميايي شامل سه

 

گروه پايه نيکل، نيکل-آهن و پايه کبالت ميباشند. اولين استفاده از سوپرآلياژها در ساخت توربينهاي گازي، طرحهاي تبديل ذغال‌

 

سنگ، صنايع شيميايي و صنايعي که نياز به مقاومت حرارتي و خوردگي داشتهاند بوده است.

 

امروزه تناژ وسيعي از قطعات مصرفي در توربينهاي گازي از جنس سوپرآلياژها ميباشند.

 

در ذيل به بعضي از مصارف اين قطعات اشاره شده است:

 

- توربينهاي گازي هواپيما

 

- توربينهاي بخار نيروگاه‌هاي توليد برق

 

- ساخت قالب‌هاي ريختهگري و ابزارهاي گرمکار

 

- مصارف پزشکي و دندانپزشکي

 

- فضاپيماها

 

- تجهيزات عمليات حرارتي

 

- سيستمهاي نوتروني و هستهاي

 

- سيستمهاي شيميايي و پتروشيمي

 

- تجهيزات کنترل آلودگي

 

- تجهيزات و کورههاي نورد فلزات

 

- مبدلهاي حرارتي تبديل ذغال سنگ

 

به منظور انتخاب سوپرآلياژها جهت مصرف در کاربردهاي فوق لازم است خواص فني نظير شکلپذيري، استحکام، مقاومت خزشي،

 

استحکام خستگي و پايداري سطحي در نظر گرفته شوند.

تقسیم بندی سوپرآلیاژها

با توجه به نحوة توليد

با توجه به نحوة توليد ميتوان سوپرآلياژها را به چهار گروه كلي تقسيم‌بندي نمود که عبارتنداز:

 

1) سوپرآلياژهاي کارپذير

 

سوپرآلياژهاي کارپذير در حقيقت گروهي از سوپر آلياژها هستند که قابليت کار مکانيکي دارند و از روشهاي مکانيکي ميتوان به آنها

 

شک لداد. به منظور توليد مقاطع معيني از سوپرآلياژهاي کارپذير، اولين گام آن است که شمشهاي سوپرآلياژها بدليل حضور عناصر

 

فعال(عناصري که سريع در مجاورت هوا اکسيد ميشوند) در شرايط خاصي تهيه شوند.

 

فرايندهاي ذوب در خلاء در مورد تهيه سوپرآلياژهاي پايه نيکل و پايه آهن جزء ضروريات ميباشد. اما در مورد سوپرآلياژهاي پايه کبالت

 

امکان ذوب در هوا وجود دارد. اين فرايند بطور خلاصه شامل ذوب القائي تحت خلاء (VIM)، ذوب مجدد قوس الکتريکي در خلاء (VAR)

 

و ذوب مجدد با سرباره (ESR)، فرايندهاي ترمومکانيکي و متالورژي پودر ميباشند.

 

پس از تهيه شمش آلياژهاي کارپذير به يکي از روشهاي فوق عمليات شکلدهي صورت ميگيرد. عمليات شکلدهي سوپرآلياژها نيز

 

ميتواند توسط عمليات متداول کليه آلياژهاي فلزي انجام پذيرد.

 

سوپرآلياژهاي پايه آهن، کبالت و نيکل را ميتوان به صورت مفتول، صفحه، ورق، نوار، سيم و اشکال ديگر توسط فرايندهاي نورد،

 

اکستروژن و آهنگري توليد نمود. معمولاً عمليات شکلدهي در دماي بالا صورت ميگيرد و تعداد کمي از سوپرآلياژها را ميتوان بصورت

 

سرد شکل‌دهي نمود.

 

ساختارهاي يکنواخت و ريزدانهاي که از شکل‌دهي سرد حاصل ميشود نسبت به ساختارهاي شکلدادن گرم ارجحيت دارند.

 

عمليات ترموديناميکي بر روي سوپرآلياژها معمولاً در حدود 1000-950 درجه سانتيگراد انجام ميشود که به اين ترتيب در حين شکل

 

دادن عمليات حرارتي نيز صورت ميگيرد.

2) سوپرآلياژهاي متالورژي پودر

 

بسياري از انواع آلياژهاي کارپذير از طريق فرايندهاي متالورژي پودر توليد ميگردند. امروزه قطعات متالورژي پودر از جنس سوپرآلياژ با

 

دانسيته کامل از طريق روش‌هاي اکستروژن يا پرسکاري ايزواستاتيک گرم (HIP) توليد ميگردند.

 

مهمترين اين قطعات قيچيها و سوزنهاي جراحي ميباشند.

 

فرايندهاي متالورژي پودر به‌دليل داشتن مزاياي زير بر فرايندهاي ريختهگري ترجيح داده ميشوند هر چند که معايبي را نيز به همراه

 

خواهند داشت:

 

- يكنواختي در ترکيب شيميايي و ساختار كريستالي

 

- ريز بودن اندازه دانههاي كريستالي

 

- کاهش جدايشها

 

- راندمان بالاتر از نظر مصرف مواد

 

اما مشکلاتي نظير حضور گاز باقيمانده، آلودگي کربني و آخال‌هاي سراميکي باعث ميگردد که در برخي موارد نيز فرايندهاي شمش‌-

 

ريزي و ترمومکانيکي متداول صورت پذيرند.

 

 

3) سوپرآلياژهاي پلي‌کريستال ريختگي

 

وجود محدوديت‌هاي تکنولوژيکي سبب محدود شدن رشد صنعت سوپرآلياژ مي‌گردد و بنابراين با پيدايش فرايندهاي جديد توليد، اين

 

صنعت نيز روز به روز توسعه مييابد.

 

تعداد زيادي از فرايندها را ميتوان در توليد قطعات سوپرآلياژ با اندازه نزديک به قطعة نهايي مورد استفاده قرار داد اما اساساً اين قطعات

 

توسط فرايند ريختهگري دقيق توليد ميگردند.

 

محدوده ترکيب شيميايي سوپرآلياژهاي ريختگي بسيار گستردهتر از سوپرآلياژهاي کارپذير بوده و بنابراين خواص متنوعتري نيز از اين

 

طريق قابل حصول خواهند بود هر چند که انعطاف‌پذيري و مقاومت به خستگي در فرآيندهاي کار مکانيکي بهتر از ريخته ­گري خواهد

بود، اما امروزه با توسعه فرآيندهاي جديد ريختهگري و انجام عمليات حرارتي متعاقب، خواص سوپرآلياژهاي ريختگي نيز افزايش يافته

 

است.

 

 

4) سوپرآلياژهاي تککريستالي انجماد جهتدار

 

به‌منظور توسعه توربينهاي گازي مصرفي در هواپيماها و افزايش دماهاي کاري و کارآيي موتورها، به‌طور مداوم روشهاي توليد سوپر

 

آلياژها در حال بهبود است.

 

قسمت‌هاي بحراني توربينها معمولاً شامل پرههاي تحت فشار بالا، هواکشها و ديسکها ميباشند. در طول 15 سال گذشته تحقيقات

 

بسياري در زمينه افزايش راندمان توربينها صورت گرفته است و عمده اين تحقيقات بر امکان افزايش دماي ورودي، فشارکاري و کاهش

 

هزينههاي توليد استوار بوده است. توسعه فرايند انجماد جهتدار به‌منظور توليد تک‌کريستالي‌هاي ريختگي سبب شده تا بتوان از اين

 

طريق پرههاي توربين را با دانههاي جهتدار در راستاي اعمال تنش توليد نمود و به اين ترتيب علاوه بر خواص پايدار حرارتي، استحکام

 

خستگي، استحكام خزشي و انعطاف‌پذيري نيز افزايش يابند.

 

با توسعه اين تکنولوژي، امروزه در توربينهاي مصرفي در نيروگاه‌هاي برق نيز از قطعات تک‌کريستال از جنس سوپرآلياژها استفاده بعمل

 

ميآيد.

 

در سالهاي اخير شركت هواپيمايي PWA يكي از پيشگامان توليد سوپرآلياژها ميباشد و توليد آلياژهاي PWA 1480 بصورت تك‌كريستال

 

توسط اين شركت، سبب افزايش عمركاري هواپيماي جنگي F-100 گرديده است.

 

 

تقسيم‌بندي سوپرآلياژها برحسب ترکيب شيميايي

 

بطور کلي اين آلياژها شامل سه گروه پايه نيكل، پايه آهن و پايه کبالت ميباشند که بسته به درجه حرارت کاربردي مورد استفاده قرار

 

ميگيرند:

 

1) سوپرآلياژهاي پايه نيكل

 

امروزه آلياژهاي نيکل در حالتهاي "تک‌فازي"، "رسوب سختي شده" و "مستحکم‌شده توسط رسوبات اسيدي و کامپوزيتها" در مصارف

صنعتي مختلف مورد استفاده قرار ميگيرند.

 

سوپرآلياژهاي پايه نيکل پيچيدهترين ترکيباتي ميباشند که در قطعات دماي بالا به کار ميروند.

 

در حال حاضر 50% وزن موتورهاي هواپيماهاي پيشرفته از جنس اين آلياژها ميباشد.خصوصيات اصلي آلياژهاي نيکل، پايداري حرارتي

 

و قابليت مستحکم شدن مي­باشد.

 

بسياري از اين آلياژها حاوي 10 الي 20 درصد کرم، حداکثر 8 درصد آلومينيوم و تيتانيم، 5 تا 15 درصد کبالت و مقادير کمي موليبدن،

 

نيوبيم و تنگستن ميباشند.

 

دو گروه اصلي از آلياژهاي آهن- نيکل که ميزان نيکل آنها بيشتر از مقدار آهن است عبارت از گروهIncoloy 706 و Inconel 718 ميباشند.

 

اين آلياژها معمولاً حاوي 3 تا 5 درصد نيوبيم ميباشند و در رديف آلياژهاي پايه نيکل قرار ميگيرند. آلياژهاي پايه نيکل معمولاً تا دماي 650

 

درجه سانتيگراد استحکام خود را حفظ ميکنند. اما در دماهاي بالاتر به سرعت استحکام خود را از دست مي­دهند.

 

 

2) سوپرآلياژهاي پايه آهن

 

سوپرآلياژهاي پايه آهن نشات گرفته از فولادهاي زنگ نزن آستينتي ميباشند که داراي زمينهاي از محلول جامد آهن و نيکل بوده و براي

 

پايداري زمينه نياز به حداقل 25 درصد نيکل است.

 

- گروههاي متعددي از اين آلياژها تاکنون مشخص گرديدهاند که هر يک با مکانيزمهاي خاصي مستحکم ميشوند.برخي از اين آلياژها نظير

 

57-V و 286-A حاوي 25 تا 35 درصد وزني نيکل ميباشند و استحکامشان به دليل حضور آلومينيوم و تيتانيم مي‌باشد.

 

- گروه دوم آلياژهاي پايه آهن که آلياژهاي X750 و Incoloy901 نمونه هاي آن ميباشند، حداقل 40 % وزني نيکل داشته و همانند گروه

 

هاي با نيکل بالاتر استحکام بخشي توسط سختي رسوبي صورت ميگيرد.

 

- گروه ديگر اين آلياژها بر پايه آهن- نيکل- کبالت ميباشند و استحکام اين گروه در محدوده 650 درجه سانتيگراد مناسب بوده و ضريب

 

انبساط حرارتي آنها پايين ميباشد. اين آلياژها شامل Incoloy با شمارههاي 903، 907، 909، 1-1- PyrometCTX و 3-PyrometCTX و

 

غيره ميباشند.

 

 

3) سوپرآلياژهاي پايه كبالت

سوپرآلياژهاي کارپذير پايه کبالت برخلاف ساير سوپرآلياژها مکانيزم استحکام بخشي متقاوتي دارند و خواص حرارتي خوبي در دماي

 

حدود 1000 درجه سانتيگراد خواهند داشت.

 

سوپرآلياژهاي پايه کبالت حاوي کرم، مقاومت به خوردگي و اکسيداسيون خوبي داشته و هم چنين قابليت جوشکاري و مقاومت به

 

خستگي حرارتي آنها نسبت به آلياژهاي پايه نيکل بالاتر ميباشد.

 

از طرف ديگر امکان ذوب و ريختهگري اين آلياژ، در هوا با اتمسفر آرگون مزيت ديگري نسبت به ساير سوپرآلياژها که نياز به خلاء دارند

 

ميباشد.

 

سه گروه اصلي آلياژهاي پايه کبالت را ميتوان به صورت ذيل در نظر گرفت:

 

- آلياژهايي که در دماهاي بالا در محدودة 650 تا 1150 درجه سانتيگراد مورد استفاده قرار ميگيرند که شامل آلياژهاي

 

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

 

- آلياژهايي که تا حدود 650 درجه سانتيگراد به کار ميروند نظيرTN3MP، 159 MP

 

- آلياژ مقاوم به سايش B 6 Stellite

 

آلياژ 2525HAYNES بيشترين کاربرد را در ميان آلياژهاي کارپذير پايه کبالت داشته اشت و در ساخت قطعات گرمکار نظير توربينهاي

 

گازي، اجزاء راکتورهاي هستهاي، ايمپلنت‌هاي جراحي و غيره مورد استفاده قرار گرفته اند. آلياژهاي گروه پايه کبالت که شامل

 

کرم- تنگستن- کربن ميباشند معروف به آلياژهاي Satellite بوده که به شدت مقاوم به سايش ميباشند.

 

اين گروه معمولاً در مواردي که مقاومت سايشي در درجه حرارت‌هاي بالا مورد نياز باشد به کار ميروند. در واقع سختي اين مواد در

 

دماي بالا حفظ شده و در مواقعي که نميتوان در حين کار روغنکاري انجام داد به خوبي مورد استفاده قرار ميگيرند.

 

 

بازار سوپرآلياژها

 

شايد بتوان گسترش بازار سوپرآلياژها را در دنيا مربوط به صنايع هوا _ فضا در نظر گرفت که با توجه به رشد روزافزون اين صنعت و

 

قطعات يدکي آن در سطح جهان پيش بيني ميگردد که تنها بازار قطعات يدکي هواپيماها بالغ بر 4،5 ميليارد دلار باشد، بررسيها حاکي

 

از آنست که تا سال 2015 تعداد 16000 فروند هواپيماي جديد با موتورهاي توربين گازي وارد بازار ميشوند که نيمي از وزن اين موتورها

 

از جنس سوپر آلياژ خواهد بود.

بر اساس آمارهاي تخميني موجود در ايران،سوپرآلياژها سالانه به ميزان 80 ميليون دلار در سه وزارتخانة نفت،نيرو و دفاع مورداستفاده

 

قرار ميگيرند.