تحقيق سوپر آلياژها

سوپر آلياژها 

مقدمه

1-1- معرفي و به كار گيري سوپر آلياژها

1-2- مروري كوتاه بر فلزات با استحكام در دماي بالا

1-3- اصول متالورژي سوپر آلياژها

1-4- بعضي از ويژگيها و خواص سوپر آلياژها

1-5- كاربردها

فصل دوم

انتخاب سوپر آلياژها

2-1- كليات

2-2- شكل سوپر آلياژها

2-3- دماي كاري سوپرآلياژها

-4- مقايسه سوپر آلياژهاي ريخته و كار شده

2-4-1- سوپر آلياژهاي كار شده

2-6-2- كاربردهاي آلياژهاي ريخته در دماي بالا

فصل سوم

متالورژي سوپرآلياژها

-1- گروه‌ها، ساختارهاي بلوري و فازها

3-1-1- گروه‌هاي سوپرآلياژها

3-1-2- ساختار بلوري

3-1-3- فاز در سوپرآلياژها

-2- مقدمه‌اي بر گروه‌هاي آلياژي

3-2-1- سوپر آلياژهاي پايه آهن- نيكل

3-2-2- سوپرآلياژهاي پايه نيكل

3-2-3- سوپرآلياژهاي پايه كبالت

3-3- عناصر آلياژي و اثرات آنها بر ريزساختار سوپرآلياژها

3-3-2- عناصر اصلي در سوپرآلياژها

3-3-3- عناصر جزئي مفيد در سوپرآلياژها

3-3-4- عناصر تشكيل دهنده فازهاي ترد

3-3-5- عناصر ناخواسته و مضر در سوپرآلياژها

3-3-6- عناصر ايجاد كننده مقاومت خوردگي و اكسيداسيون

-4- استحكام دهي سوپرآلياژها

3-4-1- رسوب‌ها و استحكام

3-4-2- فاز

3-4-3- فاز

3-4-4- كاربيدها

3-4-5- كاربيدهاي M₇C₃

3-4-6- بوريدها و عناصر جزئي مفيد ديگر (به جز كربن)

3-5- تاثير فرآيند بر بهبود ريز ساختار

فصل چهارم

ذوب و تبديل

-1- فرآيند EAF/AOD 4-1-1- تشريح فرآيند EAF/AOD

-2- عمليات كوره قوس الكتريكي/ كربن زدايي با اكسيژن و آرگن (EAF/AOD)

4-2-1- تركيب شيميايي آلياژ و آماده كردن شارژ

4-2-2- بارگذاري EAF

4-2-3- كوره قوس الكتريك

4-2-4- تانك AOD

4-2-5- پاتيل ريخته‌گري

4-3- مروري بر ذوب القايي در خلاء (VIM)

4-3-2- تشريح فرآيند VIM

-4- عمليات ذوب القايي در خلاء

4-4-1- عمليات ذوب القايي در خلاء

4-4-2- كوره القائي تحت خلاء

4-4-3- سيستم‌هاي ريخته‌گري

4-4-4- عمليات ذوب القايي در خلاء

4-5- مروري بر ذوب مجدد

4-5-2- تشريح فرآيند ذوب مجدد در خلاؤء با قوس الكتريكي (VAR)

4-5-3- تشريح فرآيند مجدد با سرباره الكتريكي (ESR)

4-6- عمليات ذوب مجدد در خلاء با قوس الكتريكي

4-6-1- كوره VAR

4-6-2- عمليات ذوب مجدد در خلاء با قوس الكتريكي

4-6-3- كنترل ذوب مجدد در خلاء با قوس الكتريكي

-7- عمليات ذوب مجدد با سربار الكتريكي (ESR)

4-7-1- كوره ESR

4-7-2- عمليات كوره ذوب مجدد با سرباره الكتريكي

4-7-3- كنترل ذوب مجدد با سرباره الكتريكي

4- انتخاب سرباره

4-8- محصولات ذوب سه مرحله‌اي

4-8-2- ‏فرآيند ذوب سه مرحله‌اي شمش

-9- تبديل شمش و محصولات نورد

4-9-2- همگن‌سازي توزيع عنصر محلول در شمش‌ها

4-9-3- آهنگري محصول نيمه تمام

4-9-4- آهنگري محصول نيمه تمام آلياژ IN-718

4-9-5- اكستروژن

4-9-6- نورد

4-9-7- دسترسي به محصولات نورد

مقدمه

طراحان نياز فراواني به مواد مستحكم‌تر و مقاوم‌تر در برابر خوردگي دارند. فولادهاي زنگ نزن توسعه داده شده و به كار رفته در دهه‌هاي دوم و سوم قرن بيستم ميلادي، نقطه شروعي براي برآورده شدن خواسته‌هاي مهندسي در دماهاي بالا بودند. بعداً معلوم شد كه اين مواد تحت اين شرايط داراي استحكام محدودي هستند. جامعه متالوژي با توجه به نيازهاي روز افزون بوجود آمده، با ساخت جايگزين فولاد زنگ نزن كه سوپر آلياژ ناميده شد به اين تقاضا پاسخ داد. البته قبل از سوپر آلياژها مواد اصلاح شده پايه آهن به وجود آمدند، كه بعدها نام سوپر آلياژ به خود گرفتند.

با شروع و ادامه جنگ جهاني دوم توربين‌هاي گازي تبديل به يك محرك قوي براي اختراع و كاربرد آلياژها شدند. در سال 1920 افزودن آلومينيوم و تيتانيوم به آلياژهاي از نوع نيكروم به عنوان اختراع به ثبت رسيد، ولي صنعت سوپر آلياژها با پذيرش آلياژ كبالت (ويتاليوم) براي برآورده كردن نياز به استحكام در دماي بالا در موتورهاي هواپيما پديدار شدند. بعضي آلياژهاي نيكل- كروم (اينكونل و نيمونيك) مانند سيم نسوز كم و بيش وجود داشتند و كار دستيابي به فلز قوي‌تر در دماي بالاتر براي رفع عطش سيري ناپذير طراحان ادامه يافت و هنوز هم ادامه دارد.

1-1- معرفي و به كار گيري سوپر آلياژها

سوپر آلياژها؛ آلياژهاي پايه نيكل، پايه آهن- نيكل و پايه كبالت هستند كه عموماً در دماهاي بالاتر از ^oC540 استفاده مي‌شوند. سوپر آلياژهاي پايه آهن- نيكل مانند آلياژ IN-718 از فن‌آوري فولادهاي زنگ نزن توسعه يافته و معمولاً به صورت كار شده مي‌باشند. سوپر آلياژهاي پايه نيكل و پايه كبالت بسته به نوع كاربرد و تركيب شيميايي مي‌توانند به صورت ريخته يا كار شده باشند.

در شكل 1-1 رفتار تنش- گسيختگي سه گروه آلياژي با يكديگر مقايسه شده‌اند (سوپر آلياژهاي پايه آهن- نيكل، پايه نيكل و پايه كبالت). در جدولهاي 1-1 و 1-2 فهرستي از سوپر آلياژها و تركيب شيميايي آنها آورده شده است.

سوپر آلياژهاي داراي تركيب شيميايي مناسب را مي‌توان با آهنگري و نورد به اشكال گوناگون در آورد. تركيب‌هاي شيميايي پر آلياژتر معمولاً به صورت ريخته‌گري مي‌باشند. ساختارهاي سرهم بندي شده را مي‌توان با جوشكاري يا لحيم‌كاري بدست آورد، اما تركيب‌هاي شيميايي كه داراي مقادير زيادي از فازهاي سخت كننده هستند، به سختي جوشكاري مي‌شوند. خواص سوپر آلياژها را با تنظيم تركيب شيميايي و فرآيند (شامل عمليات حرارتي) مي‌توان كنترل كرد و استحكام مكانيكي بسيار عالي درمحصول تمام شده بدست آورد.

1-2- مروري كوتاه بر فلزات با استحكام در دماي بالا

استحكام اكثر فلزات در دماهاي معمولي به صورت خواص مكانيكي كوتاه مدت مانند استحكام تسليم يا نهايي اندازه‌گيري و گزارش مي‌شود. با افزايش دما به ويژه در دماهاي بالاتر از 50 درصد دماي نقطه ذوب (بر حسب دماي مطلق) استحكام بايد بر حسب زمان انجام اندازه‌گيري بيان شود. اگر در دماهاي بالا باري به فلز اعمال شود كه به طور قابل ملاحظه‌اي كمتر از بار منجر به تسليم در دماي اتاق باشد، ديده خواهد شد كه فلز به تدريج با گذشت زمان ازدياد طول پيدا مي‌كند. اين ازدياد طول وابسته به زمان خزش ناميده مي‌شود و اگر به اندازه كافي ادامه يابد به شكست (گسيختگي) قطعه منجر خواهد شد. استحكام خزش يا استحكام گسيختگي (در اصطلاح فني استحكام گسيختگي خزش يا استحكام گسيختگي تنشي ناميده مي‌شود) همانند استحكام‌هاي تسليم و نهايي در دماي اتاق يكي از مولفه‌هاي مورد نياز براي فهم رفتار مكانيكي ماده است. در دماهاي بالا استحكام خستگي فلز نيز كاهش پيدا مي‌كند. بنابراين براي ارزيابي توانايي فلز با در نظر گرفتن دماي كار و بار اعمال شده لازم است، استحكام‌هاي تسليم و نهايي، استحكام خزش، استحكام گسيختگي و استحكام خستگي معلوم باشند. ممكن است به خواص مكانيكي مرتبط ديگري مانند مدول ديناميكي، نرخ رشد ترك و چقرمگي شكست نيز نياز باشد. خواص فيزيكي ماده مانند ضريب انبساط حرارتي، جرم حجمي و غيره فهرست خواص را تكميل مي‌كنند.

1-3- اصول متالورژي سوپر آلياژها

سوپر آلياژهاي پايه آهن، نيكل و كبالت معمولاً داراي ساختار بلوري با شكل مكعبي با سطوح مركزدار (FCC) هستند. آهن و كبالت در دماي محيط داراي ساختار FCC نيستند. هر دو فلز در دماهاي بالا يا در حضور عناصر آلياژي ديگر دگرگوني يافته و شبكه واحد آنها به FCC تبديل مي‌شود. در مقابل، ساختمان بلوري نيكل در همه دماها به شكل FCC است. حد بالايي اين عناصر در سوپر آلياژها توسط دگرگوني فازها و پيدايش فازهاي آلوتروپيك تعيين نمي‌شود بلكه توسط دماي ذوب موضعي آلياژها و انحلال فازهاي استحكام يافته تعيين مي‌گردد. در ذوب موضعي بخشي از آلياژ كه پس از انجماد تركيب شيميايي تعادلي نداشته است در دمايي كمتر از مناطق مجاور خود ذوب مي‌شود. همه آلياژها داراي يك محدوده دمايي ذوب شدن هستند و عمل ذوب شدن در دماي ويژه‌اي صورت نمي‌گيرد، حتي اگر جدايش غير تعادلي عناصر آلياژي وجود نداشته باشد. استحكام سوپر آلياژها نه تنها بوسيله شبكه FCC و تركيب شيميايي آن، بلكه با حضور فازهاي استحكام دهنده ويژه‌اي مانند رسوب‌ها افزايش مي‌يابد. كار انجام شده بر روي سوپر آلياژ (مانند تغيير شكل سرد) نيز استحكام را افزايش مي‌دهد، اما اين استحكام به هنگام قرارگيري فلز در دماهاي بالا حذف مي‌شود.

تمايل به دگرگوني از فاز FCC به فاز پايدارتري در دماي پايين وجود دارد كه گاهي در سوپر آلياژهاي كبالت اتفاق مي‌افتد. شبكه FCC سوپر آلياژ قابليت انحلال وسيعي براي بعضي عناصر آلياژي دارد و رسوب فازهاي استحكام دهنده (در سوپر آلياژهاي پايه آهن- نيكل و پايه نيكل) انعطاف‌پذيري بسيار عالي آلياژ را به همراه دارد. چگالي آهن خالص gr/cm³ 87/7 و چگالي نيكل و كبالت تقريباً gr/cm³  9/8 مي‌باشد. چگالي سوپر آلياژهاي پايه آهن- نيكل تقريباً gr/cm³ 3/8-9/7 پايه كبالت gr/cm³ 4/9-3/8 و پايه نيكل gr/cm³ 9/8-8/7 است.

چگالي سوپر آلياژها به مقدار عناصر آلياژي افزوده شده بستگي دارد. عناصر آلياژي Cr, Ti و Al چگالي را كاهش و Re, W و Ta آنرا افزايش مي‌دهند. مقاومت به خوردگي سوپر آلياژها نيز به عناصر آلياژي افزوده شده به ويژه Cr, Al و محيط بستگي دارد.

دسته: مواد و متالوژي
فرمت فايل: doc
حجم فايل: 62 كيلوبايت
تعداد صفحات فايل: 81

سوپر آلياژها

برچسب ها : تحقيق سوپر آلياژها , سوپر آلياژها