اين شبكه كه به عنوان لايه نهايي روي فلزات مورد نظر قرار ميگيرد، داراي دو يا سه لايه است. اولين لايه شبكهاي از اتمهاي كربن بوده كه ساختار الماس مانند داشته و با هيدروژن پايدار ميشوند. لايه دوم شبكهاي از جنس سيليكون بوده و با هيدروژن پايدار ميگردد و لايه سوم، كه استفاده از آن انتخابي است يعني ميتوان از آن صرفهنظر كرد، شبكهاي از عناصر تقويت كننده است كه اين عناصر متعلق به گروههاي 1-7B و 8 جدول تناوبي ميباشد. درصد وزني كربن در اين لايهها از 40 تا 98 درصد متغير است و نسبت وزني كربن به سيليكون نيز از 1:2 تا 1:8 متغيير است. در مورد نسبت وزني سيليكون به اكسيژن مقدار1: 0.5 تا 1:3 گزارش شده است.
كاربرد:
1- صنعت خودروسازي
2- ماشينآلات صنعتي
مزايا:
پوششهاي مبتني بر سيليكات، مقاومت به خوردگي دربرابر هوا، قليا و گازها را افزايش ميدهند اين امر در دماهاي بالا با شدت بيشتر اتفاق ميافتد. با توجه به ضعف پوششهاي رايج (پوششهاي سراميكي در مقابل شكنندگي، پوششهاي پليمري؛ آسيبپذيري در برابر اشعه UV و دما و پوششهاي آلي؛ آسيبپذيري در برابر سايش و دما) اين پوشش در برابر بسياري از عوامل خارجي مقاوم است.
در سالهای اخیر روشهای متعدد ریزکردن دانه ها در آلیاژهای ریختگی، آلومینیم- سیلیسیوم ارائه گردیده که براساس کاربرد آلیاژسازهایی با نسبت استوکیومتری تیتانیوم- بر یا تیتانیوم- کربن بوده است این مقاله ساختار و عملکرد این جوانه زاهای جدید و سایر جوانه زاهای متداول را در آلیاژ معروف LM25 با هم مقایسه کرده است. این تحقیقات نشان می دهد که در انوع آلیاژهای با نسبت Ti/B , 5/1، اختلاف اندازه دانه های قطعه ریختگی ناچیز بوده که این اختلاف ناچیز میتواند به روش تولید آلیاژسازها ارتباط داده شود. روش تولید این آلیاژسازها بنحوی است که اختلاف بین اندازه ذرات آلومینا و توزیع را به حداقل میرساند. آلیاژسازهای با نسبت مساوی بر- تیتانیوم Ti/B , 1/1 در ریزکردن دانه ها، نتایج یکسانی بدست نداده و زمان میراثی آنها پایین است. ریزشدن زیاد دانه های ناشی از مقدار زیاد بر است که با تیتانیوم واکنش داده و نقش جوانه زائی خود را دست میدهند. در این تحقیقات مشخص شد که آلیاژساز تیتانیوم – کربن تاثیری در ریزکردن دانه ها در آلیاژ LM25 ندارد.
ماسه داغ یکی از مشکلات اساسی در سیستمهای ماسه تر بوده و از علل عمده ایجاد ضایعات است. هر ماسه ای با درجه حرارت بالا که باعث بروز مشکلاتی در فرایند آماده سازی، قالبگیری، بارریزی و ... بشود، ماسه داغ نامیده میشود. مشکلات عمده ناشی از ماسه داغ عبارتند از:
• نیاز به رطوبت و چسب بیشتر در ماسه
• عدم یکنواختی در خواص فیزیکی مخلوط ماسه
• سست شدن ماهیچه و یا مجاری گاز در حین عملیات بارریزی به علت میعان رطوبت برروی ماهیچه سرد جاسازی شده در قالبهائی با ماسه داغ
• عیوب سطحی ناشی از فرسایش ماسه
• کاهش استحکام فشاری تر به میزان 5 الی 15 درصد و کاهش استحکام فشاری خشک به میزان 20 الی 45 درصد و بروز عیوبی از قبیل طبله، رگه، کیس و .....
• افزایش فشردگی ماسه نسبت به مقدار معمول به علت ناپایداری ماسه و خواص فیزیکی متغیر آن
• میعان رطوبت بر روی دیواره سیلوها و چسبیدن ماسه به آنها که علاوه بر کاهش حجم باعث گردش سریعتر ماسه داغ میگردد.
با توجه به موارد بالا، اهمیت دمای ماسه مصرفی، مشخص میگردد. مقدار گرمای باقی مانده در هر سیکل، به مقدار ماسه بازگشتی به خط فالبگیری، نسبت وزن ماسه به مذاب، دمای بارریزی مذاب، زمان نگهداری ماسه در قالب قبل از خروج قطعه و روش حمل و نقل و انبار کردن ماسه بستگی دارد. اگر زمان نگهداری ماسه در قالب قبل از خروج قطعه، کم باشد و ماسه سریعا به خط آماده سازی ماسه بازگشت داده شود، نیاز به تجهیزات خنک کننده، بیشتر میشود. سیکلهای متداول مخلوط آسیاب کردن نمی تواند زمان لازم برای خنک شدن ماسه را فراهم کند. تجهیزات مکملی برای مخلوط کن ها و آسیابها، برای سرد کردن ماسه تعبیه شده است اما اثر بخشی آنها محدود به زمان مخلوط آسیاب شدن است. استفاده از ماسه سرد یا سرد شده مزایای فراوانی دارد. به آب و چسب کمتری برای رسیدن به خواص مورد نظر نیاز داشته و ماسه یکنواخت تری بدست میآید.
• نیاز به رطوبت و چسب بیشتر در ماسه
• عدم یکنواختی در خواص فیزیکی مخلوط ماسه
• سست شدن ماهیچه و یا مجاری گاز در حین عملیات بارریزی به علت میعان رطوبت برروی ماهیچه سرد جاسازی شده در قالبهائی با ماسه داغ
• عیوب سطحی ناشی از فرسایش ماسه
• کاهش استحکام فشاری تر به میزان 5 الی 15 درصد و کاهش استحکام فشاری خشک به میزان 20 الی 45 درصد و بروز عیوبی از قبیل طبله، رگه، کیس و .....
• افزایش فشردگی ماسه نسبت به مقدار معمول به علت ناپایداری ماسه و خواص فیزیکی متغیر آن
• میعان رطوبت بر روی دیواره سیلوها و چسبیدن ماسه به آنها که علاوه بر کاهش حجم باعث گردش سریعتر ماسه داغ میگردد.
با توجه به موارد بالا، اهمیت دمای ماسه مصرفی، مشخص میگردد. مقدار گرمای باقی مانده در هر سیکل، به مقدار ماسه بازگشتی به خط فالبگیری، نسبت وزن ماسه به مذاب، دمای بارریزی مذاب، زمان نگهداری ماسه در قالب قبل از خروج قطعه و روش حمل و نقل و انبار کردن ماسه بستگی دارد. اگر زمان نگهداری ماسه در قالب قبل از خروج قطعه، کم باشد و ماسه سریعا به خط آماده سازی ماسه بازگشت داده شود، نیاز به تجهیزات خنک کننده، بیشتر میشود. سیکلهای متداول مخلوط آسیاب کردن نمی تواند زمان لازم برای خنک شدن ماسه را فراهم کند. تجهیزات مکملی برای مخلوط کن ها و آسیابها، برای سرد کردن ماسه تعبیه شده است اما اثر بخشی آنها محدود به زمان مخلوط آسیاب شدن است. استفاده از ماسه سرد یا سرد شده مزایای فراوانی دارد. به آب و چسب کمتری برای رسیدن به خواص مورد نظر نیاز داشته و ماسه یکنواخت تری بدست میآید.
اثر سیلیسیم در چدن:
سیلیسیم بین عناصر آلیاژی ، قویترین عامل گرافیت زا بشمار می رود که با نقطه ذوب c1410 است که با ترکیب فروسیلیسیم به چدن اضافه می گردد. حضور سیلیسیم باعث سهولت تجزیه سمنتیت شده و به گرافیت زایی در جریان عملیات حرارتی در چدن مالیبل کمک می کند با افزایش مقدار سیلیسیم در چدن طول مرحله آنیلینگ کوتاه می گردد و افزایش مقدار سیلیسیم باعث جلوگیری از سفید شدن چدن شده و بجای چدن سفید چدن خالدار و چدن خاکستری تولید میگردد بنابراین باید حد معینی از سیلیسیم استفاده کنیم محدودیت دیگر استفاده از سیلیسیم زیاد باعث فریتی کردن زمینه و در نتیجه کاهش استحکام خواهد شد . لازم به تذکر است که سیلیسیم مازاد بر مقدار فوق در فریت حل شده و استحکام و سختی را مجدداً افزایش می دهد میزان افزایش بستگی به درصد سیلیسیم حل شده در فریت دارد و می تواند با سختی 100 الی 140 برینل باشد. در عمل برای اجتناب از تشکیل کاربید در چدنهای خاکستری با استحکام بالا به جای استفاده از سیلیسیم به عنوان عنصر آلیاژی از مواد جوانه زا حاوی سیلیسیم استفاده می شود مواد فوق درست قبل از ریخته گری به مذاب اضافه میگردد و چدنهای باسیلیسیم بالا که مقاوم در برابر خوردگی می باشد حدود 14 تا 17 درصد سیلیسیم دارند. و در مقابل اسید سولفوریک،اسید نیتریک مقاوم هست.
تاثیر سیلیسیم در فولاد :
این عنصر غیر فلزی به شکل فروسیلیسیم توسط فولاد سازان و به عنوان عنصر اکسیژن زدا و سخت کننده فولادهای کربن دار آلیاژی مصرف می شود.در صورتیکه حداکثر درصد سیلیسیم مصرفی فولادی بین 6% تا 2/2 درصد باشد،آنرا فولاد آلیاژی سیلیسیمی گویند.تمام فولادهای استاندارد دیگر،مقدار سیلیسمی بین2% تا35% درصد دارند.
چند اثر مختلف سیلیسیم عبارتند از :
1-سیلیسیم به همراه عناصر آلیاژهای دیگر نظیر کرم،نیکل،تنگستن،سبب افزایش مقاومت فولاد در برابر اکسیداسیون در دمای بالا می شود.
2-در اثر افزودن سیلیسیم به فولاد قابلیت کربن زدایی و گرافیتی شدن افزایش می یابد.
3-وجود سیلیسیم در فولاد،درجه حرارت بحرانی را در عملیات حرارتی افزایش می دهد.
مقدمه:
فولادهای ماریجنینگ فولادهای پر آلیاژ-کم کربن-آهن ونیکل باساختار مارتنزیتی هستند که دارای ترکیبی عالی از استحکام وتافنسی به مراتب بالاتر از فولادهای پر کربن کوینچ شده می باشند.
این فولادها دو کاربرد بحرانی ومتمایز فولادهای کربن آبداده که استحکام بالا وتافنس وانعطاف پذیری خوب مورد نیاز است را دارا میباشد . فولادهای کربنی آبداده استحکامشان را از مکانیسمهای تغییر فاز وسخت گردانی بدست میآورند. ( مثل شکل گیری مارتنزیت و بینیت ) واین استحکام پس از رسوب گیری کاربیدها در طول مدت تمپر کردن بدست می آید. درمقایسه فولادهای ماریجینگ استحکامشان را از شکل گیری یک فولاد مارتنزیتی کم کربن انعطاف پذیرو سخت آهن ونیکل بدست می آورند که می توانند بوسیله رسوب گیری ترکیبات بین فلزی در طول مدت پیرسختی استحکام بیشتری داشته باشند. دوره ماریجینگ بر اساس پیرسختی ساختار مارتنزیتی وضع شده است.
متالورژی فیزیکی:
قبلا اشاره شد که استحکام وتافنس خوب فولادهای ماریجینگ بوسیله پیر سختی یک ساختار مارتنزیتی کم کربن بسیار انعطاف پذیربا استحکام نسبتا خوب بدست میآید.در حین پیرسازی ساختار مارتنزیتی هدف اصل روش توزیع یکنواخت رسوبات بین فلزی خوب است که صرف تقویت کردن بافت مارتنزیتی می شود. یکی دیگر از هدفهای اصلی در مدت پیر سازی فولادهای ماریجینگ کم کردن یا حذف کردن برگشت فاز نیمه پایدارمارتنزیت به آستنیت و فریت می باشد .
شکل گیری مارتنزیت :
مارتنزیت فولادهای ماریجینگ معمولا مکعب مرکز دار (bcc ) کم کربن است که این مارتنزیت شامل چگالی بالای نابجایی می باشد اما نه به صورت دوقلویی. در حین سرد شدن بعد از تابکاری انحلالی آستنینت fcc بوسیله بازگشت برشی کم نفوذ تجزیه به ساختارهای متعادل به ساختار bcc تبدیل میشود.این تبدیل آستنیت به مارتنزیت ناپایدار اتفاق نمی افتد تا دمای شروع مارتنزیت (Ms) بدست آید ودمای شروع مارتنزیت باید به اندازه کافی بالا باشد بنابراین یک تبدیل کامل به مارتنزیت قبل از خنک شدن فولاد تا دمای اتاق اتفاق می افتد.
بیشتر انواع فولادهای ماریجینگ دمای شروع مارتنزیت حدود 200 تا300 درجه سانتیگراد را دارند ودر دمای اتاق به طور کامل مارتنزیت هستند . نتیجه ساختار مارتنزیت یک فولاد نسبتا قوی و فوق العاده انعطاف پذیر میباشد .
عناصر آلیاژی دمای شروع مارتنزیت را بطور قابل ملاحظه ای تغییر می دهد اما تغییر مشخصه این استحاله به مقدار زیادی بستگی به سرعت سرد شدن دارد.
اغلب عناصرآلیاژی اضافه شده در فولادهای ماریجینگ (به استثناء کبالت ) درجه حرارت شروع مارتنزیت را کاهش می دهند.
یکی از دونوع ممکن مارتنزیت که در سیستم آلیاژی آهن- نیکل ممکن است شکل بگیرد بستگی به مقدار نیکل در ماده مورد سوال میباشد.در سرعتهای سرد کردن بالا در فولادهای شامل 5 تا 10 درصد نیکل ،و بیش از 10 درصد پایین آوردن سرعت سرد کردن، لازمه شکل گیری مارتنزیت در فولادها می انجامد وشکل گیری کامل ساختار مارتنزیتی را تعیین می کند.در فولادهای شامل 25 درصد نیکل ، مارتنزیت لایه ای وبالای 25 درصد مارتنزیت دو قلویی داریم .مطالعه برروی آلیاژهای مارجنیگ آهن – 7 درصد کبالت 5 درصد مولیبدن و4/. درصد تیتانیم در ( ماریجینگ 18 درصد نیکل 250 ) شامل مقادیر متفاوت نیکل نشان می دهد که یک ساختار مارتنزیتی لایه ای با مقادیر نیکل بیش از 23 درصد بدست می آید .
اگر چه مقادیر نیکل بیش از 23 درصد شکل گیری مارتنزیت دو قلویی را نتیجه داده است . معمولا یک ساختار مارتنزیتی لایه ای در فولادهای ماریجینگ ترجیح داده می شود زیرا در مدت پیر سازی این ساختار سخت تر از یک ساختار مارتنزیتی دو قلویی میباشد.
عملیات حرارتی فولادهای ماریجینگ:
تابکاری انحلالی : تابکاری انحلالی مستلزم حرارت دادن آلیاژی به اندازه کافی،بالای درجه حرارت پایان آستنیت و نگهداری در زمان کافی تا جا گیری عناصر در محلول جامد و سرد کردن آن تا دمای اتاق .متداول ترین سیکل عملیات حرارتی برای فولادهای ماریجینگ 18 درصد نیکل 200 ،250 300 درگیر کردن آلیاژهای در دمای 815 درجه سانتیگراد به مدت یک ساعت و سپس سرد کردن آن بوسیله هوا.تولید برای کاربردهای فورجینگ معمولا در حالت آنیل نشده خریداری می شود زیرا حرارت دادن سیکل تابکاری حرارتی قبلی را خنثی میکند .استفاده از خلا ، کنترل گردش هوای اتمسفر ، تمام نمک خنثی یا کوره های سیال تخت برای حداقل کردن صدمات سطحی ممکن است مورد نیاز باشد .
اثرزمان و درجه حرارت تابکاری بر خواص پیرسازی: اطلاعات نشان میدهد که بیشترین استحکام در دمای تابکاری انحلالی 800 تا815 درجه بوجود می آید. استحکام وانعطاف پذیری پایین تر با درجه حرارت تابکاری از 760 تا 800 درجه ناشی از انحلال ناقل عناصر سخت کننده میباشد و کاهش استحکام مربوط به درجه حرارت تابکاری انحلالی بالای 815 درجه ناشی از درشتی ساختار دانه ها میباشد. سرعت سرد شدن بعد از تابکاری انحلالی از اهمیت کمتری برخورداراست چون اثر کمتری بر خواص زیر ساختاری ومکانیکی دارد.
اصلاح دانه ها بوسیله سیکل حرارتی : سیکل حرارتی فولادهای ماریجینگ بین درجه حرارت پایان مارتنزیت و دمای بسیار بالاتر از دمای تابکاری انحلال می تواند برای اصلاح ساختار دانه هایی که درشت هستند استفاده شود.این عمل استحاله برشی کم نفوذ ، مارتنزیت به آستنیت واز آستنیت به مارتنزیت نیروی محرکه برای تبلور مجدد در حین سیکلهای حرارتی تامین میکند.
پیر سختی:
نوعی پیر سختی بعد از تابکاری انحلالی معمولا شامل حرارت دادن آلیاژ تا رنج دمایی 455 تا 510 درجه سانتیگراد و نگاه داشتن در این دما به مدت 3 الی 12 ساعت وخنک کردن آن در معرض هوا تا دمای اتاق می باشد. استفاده از فولادهای ماریجینگ در کاربردهای مانند ابزارآلات دایکست لازم است استفاده از یک حرارت پیر سازی تقریبا 530 درجه سانتیگراد که ساختار متعادلی را فراهم می کند و از نظر حرارتی تثبیت شده است. هنگامی که زمان پیر سازی افزایش پیدا میکند تا جائیکه به نقطه ای می رسیم که سختی واستحکام شروع به کاهش میکند به علت شکل گیری بازگشت آستنیت که معمولا از ذرات ریز باندهای آستنیت دور دانه ای قبلی شروع میشود.
کار سرد وپیر سازی :
استحکام تسلیم واستحکام نهایی کششی فولادهای ماریجینگ می توانند بوسیله کار سرد قبل از پیر سازی تا 15 درصد افزایش پیدا کنند . بوسیله کار سرد قبل از تابکاری انحلالی ماده بالای 50 درصد کاهش قبل از پیر سازی ،نتیجه رسیده است .این سازگاری کمی با انعطاف پذیری وچغرمگی است .از کاهش سرما بیش از 50 درصد باید خوداری شود زیرا ممکن است که پوسته پوسته شدن تولیدات بوجود آید.
نیتریده کردن :
سختی سطح را می تواند بوسیله نیتریده کردن فولادهای ماریجینگ در آمونیاک بدست آید . سطح سختی معادل 65 تا70 راکول سی به عمق 15/0 میلیمتر بعد از نیتریده کردن به مدت 24 الی 48 ساعت در دمای 455 درجه سانتیگراد میتواند بدست آید. نیترده کردن در این دما می تواند همزمان با پیرسختی اتفاق بیافتد . حمام نمک نیتریده کردن برای 90 دقیقه در دمای 540 درجه سانتیگراد بخوبی می تواند این عمل را شکل بدهد اگر چه برای پرهیز از فوق پیر سازی شدن بیش از حد این عمل باید بخوبی کنترل شود. استحکام خستگی ومقاومت به سایش فولادهای ماریجینگ بوسیله نیتریده کردن بهبود پیدا می کنند.
پخت :
عملیاتی است برای حذف هیدروژن که در دمای پایین بین150 تا 200 درجه سانتیگراد قرارمیگیرد. تردی هیدروژن ممکن است در فولادهای ماریجینگ اتفاق بیافتد وقتی که در معرض کارهای الکترومکانیکی مثل آبکاری قرار میگیرد. حذف هیدروژن کار مشکلی است باید در یک سیکل عملیات حرارتی (پخت) بین 3تا 10 ساعت قرار بگیرد.
سند بلاست موثرترین روش برای حذف اکسید ناشی عملیات حرارتی است . فولادهای ماریجینگ را میتوان بوسیله مواد شیمیائی تمیز کننده مثل اسید شوئی در محلول اسید سولفوریک یا محلول اسید كلريدريك و اسيدنيتريك واسید هیدروفلوریک . اگر چه باید مراقب بود که بیش از حد اسید شوئی نشود.
فولادهای ماریجنینگ فولادهای پر آلیاژ-کم کربن-آهن ونیکل باساختار مارتنزیتی هستند که دارای ترکیبی عالی از استحکام وتافنسی به مراتب بالاتر از فولادهای پر کربن کوینچ شده می باشند.
این فولادها دو کاربرد بحرانی ومتمایز فولادهای کربن آبداده که استحکام بالا وتافنس وانعطاف پذیری خوب مورد نیاز است را دارا میباشد . فولادهای کربنی آبداده استحکامشان را از مکانیسمهای تغییر فاز وسخت گردانی بدست میآورند. ( مثل شکل گیری مارتنزیت و بینیت ) واین استحکام پس از رسوب گیری کاربیدها در طول مدت تمپر کردن بدست می آید. درمقایسه فولادهای ماریجینگ استحکامشان را از شکل گیری یک فولاد مارتنزیتی کم کربن انعطاف پذیرو سخت آهن ونیکل بدست می آورند که می توانند بوسیله رسوب گیری ترکیبات بین فلزی در طول مدت پیرسختی استحکام بیشتری داشته باشند. دوره ماریجینگ بر اساس پیرسختی ساختار مارتنزیتی وضع شده است.
متالورژی فیزیکی:
قبلا اشاره شد که استحکام وتافنس خوب فولادهای ماریجینگ بوسیله پیر سختی یک ساختار مارتنزیتی کم کربن بسیار انعطاف پذیربا استحکام نسبتا خوب بدست میآید.در حین پیرسازی ساختار مارتنزیتی هدف اصل روش توزیع یکنواخت رسوبات بین فلزی خوب است که صرف تقویت کردن بافت مارتنزیتی می شود. یکی دیگر از هدفهای اصلی در مدت پیر سازی فولادهای ماریجینگ کم کردن یا حذف کردن برگشت فاز نیمه پایدارمارتنزیت به آستنیت و فریت می باشد .
شکل گیری مارتنزیت :
مارتنزیت فولادهای ماریجینگ معمولا مکعب مرکز دار (bcc ) کم کربن است که این مارتنزیت شامل چگالی بالای نابجایی می باشد اما نه به صورت دوقلویی. در حین سرد شدن بعد از تابکاری انحلالی آستنینت fcc بوسیله بازگشت برشی کم نفوذ تجزیه به ساختارهای متعادل به ساختار bcc تبدیل میشود.این تبدیل آستنیت به مارتنزیت ناپایدار اتفاق نمی افتد تا دمای شروع مارتنزیت (Ms) بدست آید ودمای شروع مارتنزیت باید به اندازه کافی بالا باشد بنابراین یک تبدیل کامل به مارتنزیت قبل از خنک شدن فولاد تا دمای اتاق اتفاق می افتد.
بیشتر انواع فولادهای ماریجینگ دمای شروع مارتنزیت حدود 200 تا300 درجه سانتیگراد را دارند ودر دمای اتاق به طور کامل مارتنزیت هستند . نتیجه ساختار مارتنزیت یک فولاد نسبتا قوی و فوق العاده انعطاف پذیر میباشد .
عناصر آلیاژی دمای شروع مارتنزیت را بطور قابل ملاحظه ای تغییر می دهد اما تغییر مشخصه این استحاله به مقدار زیادی بستگی به سرعت سرد شدن دارد.
اغلب عناصرآلیاژی اضافه شده در فولادهای ماریجینگ (به استثناء کبالت ) درجه حرارت شروع مارتنزیت را کاهش می دهند.
یکی از دونوع ممکن مارتنزیت که در سیستم آلیاژی آهن- نیکل ممکن است شکل بگیرد بستگی به مقدار نیکل در ماده مورد سوال میباشد.در سرعتهای سرد کردن بالا در فولادهای شامل 5 تا 10 درصد نیکل ،و بیش از 10 درصد پایین آوردن سرعت سرد کردن، لازمه شکل گیری مارتنزیت در فولادها می انجامد وشکل گیری کامل ساختار مارتنزیتی را تعیین می کند.در فولادهای شامل 25 درصد نیکل ، مارتنزیت لایه ای وبالای 25 درصد مارتنزیت دو قلویی داریم .مطالعه برروی آلیاژهای مارجنیگ آهن – 7 درصد کبالت 5 درصد مولیبدن و4/. درصد تیتانیم در ( ماریجینگ 18 درصد نیکل 250 ) شامل مقادیر متفاوت نیکل نشان می دهد که یک ساختار مارتنزیتی لایه ای با مقادیر نیکل بیش از 23 درصد بدست می آید .
اگر چه مقادیر نیکل بیش از 23 درصد شکل گیری مارتنزیت دو قلویی را نتیجه داده است . معمولا یک ساختار مارتنزیتی لایه ای در فولادهای ماریجینگ ترجیح داده می شود زیرا در مدت پیر سازی این ساختار سخت تر از یک ساختار مارتنزیتی دو قلویی میباشد.
عملیات حرارتی فولادهای ماریجینگ:
تابکاری انحلالی : تابکاری انحلالی مستلزم حرارت دادن آلیاژی به اندازه کافی،بالای درجه حرارت پایان آستنیت و نگهداری در زمان کافی تا جا گیری عناصر در محلول جامد و سرد کردن آن تا دمای اتاق .متداول ترین سیکل عملیات حرارتی برای فولادهای ماریجینگ 18 درصد نیکل 200 ،250 300 درگیر کردن آلیاژهای در دمای 815 درجه سانتیگراد به مدت یک ساعت و سپس سرد کردن آن بوسیله هوا.تولید برای کاربردهای فورجینگ معمولا در حالت آنیل نشده خریداری می شود زیرا حرارت دادن سیکل تابکاری حرارتی قبلی را خنثی میکند .استفاده از خلا ، کنترل گردش هوای اتمسفر ، تمام نمک خنثی یا کوره های سیال تخت برای حداقل کردن صدمات سطحی ممکن است مورد نیاز باشد .
اثرزمان و درجه حرارت تابکاری بر خواص پیرسازی: اطلاعات نشان میدهد که بیشترین استحکام در دمای تابکاری انحلالی 800 تا815 درجه بوجود می آید. استحکام وانعطاف پذیری پایین تر با درجه حرارت تابکاری از 760 تا 800 درجه ناشی از انحلال ناقل عناصر سخت کننده میباشد و کاهش استحکام مربوط به درجه حرارت تابکاری انحلالی بالای 815 درجه ناشی از درشتی ساختار دانه ها میباشد. سرعت سرد شدن بعد از تابکاری انحلالی از اهمیت کمتری برخورداراست چون اثر کمتری بر خواص زیر ساختاری ومکانیکی دارد.
اصلاح دانه ها بوسیله سیکل حرارتی : سیکل حرارتی فولادهای ماریجینگ بین درجه حرارت پایان مارتنزیت و دمای بسیار بالاتر از دمای تابکاری انحلال می تواند برای اصلاح ساختار دانه هایی که درشت هستند استفاده شود.این عمل استحاله برشی کم نفوذ ، مارتنزیت به آستنیت واز آستنیت به مارتنزیت نیروی محرکه برای تبلور مجدد در حین سیکلهای حرارتی تامین میکند.
پیر سختی:
نوعی پیر سختی بعد از تابکاری انحلالی معمولا شامل حرارت دادن آلیاژ تا رنج دمایی 455 تا 510 درجه سانتیگراد و نگاه داشتن در این دما به مدت 3 الی 12 ساعت وخنک کردن آن در معرض هوا تا دمای اتاق می باشد. استفاده از فولادهای ماریجینگ در کاربردهای مانند ابزارآلات دایکست لازم است استفاده از یک حرارت پیر سازی تقریبا 530 درجه سانتیگراد که ساختار متعادلی را فراهم می کند و از نظر حرارتی تثبیت شده است. هنگامی که زمان پیر سازی افزایش پیدا میکند تا جائیکه به نقطه ای می رسیم که سختی واستحکام شروع به کاهش میکند به علت شکل گیری بازگشت آستنیت که معمولا از ذرات ریز باندهای آستنیت دور دانه ای قبلی شروع میشود.
کار سرد وپیر سازی :
استحکام تسلیم واستحکام نهایی کششی فولادهای ماریجینگ می توانند بوسیله کار سرد قبل از پیر سازی تا 15 درصد افزایش پیدا کنند . بوسیله کار سرد قبل از تابکاری انحلالی ماده بالای 50 درصد کاهش قبل از پیر سازی ،نتیجه رسیده است .این سازگاری کمی با انعطاف پذیری وچغرمگی است .از کاهش سرما بیش از 50 درصد باید خوداری شود زیرا ممکن است که پوسته پوسته شدن تولیدات بوجود آید.
نیتریده کردن :
سختی سطح را می تواند بوسیله نیتریده کردن فولادهای ماریجینگ در آمونیاک بدست آید . سطح سختی معادل 65 تا70 راکول سی به عمق 15/0 میلیمتر بعد از نیتریده کردن به مدت 24 الی 48 ساعت در دمای 455 درجه سانتیگراد میتواند بدست آید. نیترده کردن در این دما می تواند همزمان با پیرسختی اتفاق بیافتد . حمام نمک نیتریده کردن برای 90 دقیقه در دمای 540 درجه سانتیگراد بخوبی می تواند این عمل را شکل بدهد اگر چه برای پرهیز از فوق پیر سازی شدن بیش از حد این عمل باید بخوبی کنترل شود. استحکام خستگی ومقاومت به سایش فولادهای ماریجینگ بوسیله نیتریده کردن بهبود پیدا می کنند.
پخت :
عملیاتی است برای حذف هیدروژن که در دمای پایین بین150 تا 200 درجه سانتیگراد قرارمیگیرد. تردی هیدروژن ممکن است در فولادهای ماریجینگ اتفاق بیافتد وقتی که در معرض کارهای الکترومکانیکی مثل آبکاری قرار میگیرد. حذف هیدروژن کار مشکلی است باید در یک سیکل عملیات حرارتی (پخت) بین 3تا 10 ساعت قرار بگیرد.
سند بلاست موثرترین روش برای حذف اکسید ناشی عملیات حرارتی است . فولادهای ماریجینگ را میتوان بوسیله مواد شیمیائی تمیز کننده مثل اسید شوئی در محلول اسید سولفوریک یا محلول اسید كلريدريك و اسيدنيتريك واسید هیدروفلوریک . اگر چه باید مراقب بود که بیش از حد اسید شوئی نشود.
متالورژی پودر روشی برای ساخت و تولید قطعات فلزی و سرامیک است که اساس آن بر فشردن پودر مواد به شکل مورد نظر و تفجوشی آن است. تف جوشی در درجه حرارتی زیر نقطه ذوب صورت میپذیرد.
متالورژی پودر بخشی کوچک ولی بسیار مهم از صنایع متالورژی میباشد. اولین کاربرد متالورژی پودر برای تولید پلاتین با دانسیته کامل بود که در قرن ۱۹ میلادی صورت گرفت چون در آن زمان امکان ذوب پلاتین به دلیل نقطه ذوب بالا وجود نداشت. در اوایل قرن بیستم فلزهای دیر گدازی مانند تنگستن، مولیبدن توسط روش متالورژی پودر شکل داده شدند. کاربیدهای سمانیت و یاتاقانهای برنزی متخلخل نسل بعدی قطعات متالورژی پودر بودند. به این صورت قطعات متالورژی پودر در انواع صنایع مانند لوازم خانگی، اسباب بازی سازی و الکترونیک کاربرد پیدا نمود. آخرین کاربردهای قطعات متالورژی پودر در صنایع خودرو سازی میبود که موازی با رشد صنایع اتومبیل سازی رشد نمود به صورتی که امروزه بقای صنعت متالورژی پودر در کشورهای صنعتی بسیار وابسته به صنعت خودرو سازی میباشد.
در سالهای ۱۹۵۰-۱۹۶۰ روشهای نوین مانند فُرج پودر و ایزو استالیک گرم در صنعت متالورژی پودر بکار گرفته شد. این روشها با تولید قطعات با دانسیته بالا توان رقابی قطعات متالورژی پودر را افزایش دادند.
گرچه روش متالورژی پودر امکانات ویژهای را جهت تولید بعضی قطعات خاص فراهم ساخته است، که تولید آنها از طریق روشهای دیگر غیر ممکن یا بسیار مشکل میباشد ولی زمینههای که باعث فراگیر شدن استفاده از این روش گردیده است، عبارتند از :
زمینههای اقتصادی
بهرهوری انرژی
انطباق زیست محیطی
ضایعات بسیار پائین
متالورژی پودر تکنولوژیی است، پویا. در طول سالها عوامل موثر بر این فن آوری بهبود داده شدهاند به علاوه، تولید آلیاژهایی جدید و مستحکمتر و فرآیندهای تولید قطعات با دانسیته بالا مانند (Warm compaction، ایزو استالیک گرم، فرج پودر، extrusion، Powders rolling، Incretion mounding Powders ) همراه با کنترل عالی بر زیر ساختار هم چنین خصوصیت ذاتی فن آوری متالورژی پودر در تولید مواد مرکب، امکان ساخت محصولاتی از مواد ویژه و سنتی را در طیف وسیع از خواص با بالاترین کیفیت فراهم ساخته است.
با وجود تمامی مزیتهای متالورژی پودر، محدودیت این روش در اندازه و شکل قطعات تولیدی و هم چنین گران بودن ابزار و تجهیزات تولید که ظرفیتهای تولید کم را غیر اقتصادی مینماید، از نقاط ضعف این فن آوری در رقابت با دیگر فرآیندهای تولید است. توجیه استفاده از روش متالورژی پودر بر اساس تیراژ تولید میباشد. این امر در استفاده از متالورژی پودر در صنایع اتومبیل سازی از اهمیت ویژهای برخوردار است.
با وجود اینکه از نظر تاریخی متالوژی پودر از قدیمیترین روشهای شکل دادن فلزات است، اما تولید در مقیاس تجارتی با این روش، از جدیدترین راههای تولید قطعات فلزی است. در دوران باستان از روشهای متالوژی پودر برای شکل دادن فلزاتی با نقطه ذوب بالاتر از آنچه در آن زمان داشتند، استفاده میشد. اولین بار در اوایل قرن نوزدهم بود که پودر فلزات با روشی مشابه آنچه امروزه بکار میرود، با متراکم نمودن به صورت یکپارچه در آورده شد.
متالوژی پودر فرایند قالب گیری قطعات فلزی از پودر فلز توسط اعمال فشارهای بالا میباشد. پس از عمل فشردن و تراکم پودرهای فلزی، عمل تف جوشی در دمای بالا در یک اتمسفر کنترل شده، انجام پذیرفته که در آن فلز متراکم، جوش خورده و به صورت ساختمان همگن محکمی پیوند میخورد.
متالورژی پودر بخشی کوچک ولی بسیار مهم از صنایع متالورژی میباشد. اولین کاربرد متالورژی پودر برای تولید پلاتین با دانسیته کامل بود که در قرن ۱۹ میلادی صورت گرفت چون در آن زمان امکان ذوب پلاتین به دلیل نقطه ذوب بالا وجود نداشت. در اوایل قرن بیستم فلزهای دیر گدازی مانند تنگستن، مولیبدن توسط روش متالورژی پودر شکل داده شدند. کاربیدهای سمانیت و یاتاقانهای برنزی متخلخل نسل بعدی قطعات متالورژی پودر بودند. به این صورت قطعات متالورژی پودر در انواع صنایع مانند لوازم خانگی، اسباب بازی سازی و الکترونیک کاربرد پیدا نمود. آخرین کاربردهای قطعات متالورژی پودر در صنایع خودرو سازی میبود که موازی با رشد صنایع اتومبیل سازی رشد نمود به صورتی که امروزه بقای صنعت متالورژی پودر در کشورهای صنعتی بسیار وابسته به صنعت خودرو سازی میباشد.
در سالهای ۱۹۵۰-۱۹۶۰ روشهای نوین مانند فُرج پودر و ایزو استالیک گرم در صنعت متالورژی پودر بکار گرفته شد. این روشها با تولید قطعات با دانسیته بالا توان رقابی قطعات متالورژی پودر را افزایش دادند.
گرچه روش متالورژی پودر امکانات ویژهای را جهت تولید بعضی قطعات خاص فراهم ساخته است، که تولید آنها از طریق روشهای دیگر غیر ممکن یا بسیار مشکل میباشد ولی زمینههای که باعث فراگیر شدن استفاده از این روش گردیده است، عبارتند از :
زمینههای اقتصادی
بهرهوری انرژی
انطباق زیست محیطی
ضایعات بسیار پائین
متالورژی پودر تکنولوژیی است، پویا. در طول سالها عوامل موثر بر این فن آوری بهبود داده شدهاند به علاوه، تولید آلیاژهایی جدید و مستحکمتر و فرآیندهای تولید قطعات با دانسیته بالا مانند (Warm compaction، ایزو استالیک گرم، فرج پودر، extrusion، Powders rolling، Incretion mounding Powders ) همراه با کنترل عالی بر زیر ساختار هم چنین خصوصیت ذاتی فن آوری متالورژی پودر در تولید مواد مرکب، امکان ساخت محصولاتی از مواد ویژه و سنتی را در طیف وسیع از خواص با بالاترین کیفیت فراهم ساخته است.
با وجود تمامی مزیتهای متالورژی پودر، محدودیت این روش در اندازه و شکل قطعات تولیدی و هم چنین گران بودن ابزار و تجهیزات تولید که ظرفیتهای تولید کم را غیر اقتصادی مینماید، از نقاط ضعف این فن آوری در رقابت با دیگر فرآیندهای تولید است. توجیه استفاده از روش متالورژی پودر بر اساس تیراژ تولید میباشد. این امر در استفاده از متالورژی پودر در صنایع اتومبیل سازی از اهمیت ویژهای برخوردار است.
با وجود اینکه از نظر تاریخی متالوژی پودر از قدیمیترین روشهای شکل دادن فلزات است، اما تولید در مقیاس تجارتی با این روش، از جدیدترین راههای تولید قطعات فلزی است. در دوران باستان از روشهای متالوژی پودر برای شکل دادن فلزاتی با نقطه ذوب بالاتر از آنچه در آن زمان داشتند، استفاده میشد. اولین بار در اوایل قرن نوزدهم بود که پودر فلزات با روشی مشابه آنچه امروزه بکار میرود، با متراکم نمودن به صورت یکپارچه در آورده شد.
متالوژی پودر فرایند قالب گیری قطعات فلزی از پودر فلز توسط اعمال فشارهای بالا میباشد. پس از عمل فشردن و تراکم پودرهای فلزی، عمل تف جوشی در دمای بالا در یک اتمسفر کنترل شده، انجام پذیرفته که در آن فلز متراکم، جوش خورده و به صورت ساختمان همگن محکمی پیوند میخورد.
وزن مخصوص كم:
یك متر مكعب آلومینیوم خالص 8/2827 كیلوگرم وزن دارد و یك متر مكعب از سنگینترین آلیاژهای آلومینیوم (یعنی آلیاژهای حاوی مس و روی) دارای وزنی در حدود 2953 كیلوگرم است. حتی این سنگینترین آلیاژهای آلومینیوم نیز حداقل 1978 كیلوگرم در هر متر كعب سبكتر از وزن هم حجم سایر فلزات ساختمانی (بجز منیزیم) است (جدول 1-1). مزیت این كم بودن وزن چیست؟ میتوان این مزیت را بصورت زیر خلاصه نمود:
مزایای وزن مخصوص عبارتند از:
1- حمل و نقل ارزانتر: چه در مورد حمل و نقل كالاهای آلومینیومی و چه در مورد وسیله نقلیه ساخته شده از آلومینیوم.
2- ظرفیت بیشتر: امكان صرفهجویی در وزن ساختمانهای آلومینیومی بخوبی در پایهها و تاسیسات حفاری چاههای نفت دیده میشود. لولههای حفاری كه شافت مته حفاری نیز محسوب میگردد امروزه از آلومینیوم ساخته میشود. وزن كم این لوله خود میتواند ظرفیت دكل حفاری كه باید تمام وزن سیم مته را تحمل نماید دو برابر كند.
3- صرفهجویی در كار: بعلت سبكی كه به معنی نصب سریعتر و اقتصادیتر ساختمانها، تعداد كمتر كارگر مورد نیاز و خستگی كمتر استفاده از وسایل آلومینیومی خانگی است.
4- ممان اینرسی كمتر: در نتیجه دانسیته آلومینیوم ممان اینرسی قطعات آلومینیومی كمتر میگردد. این كلمه نام علمی برای تمایل یك قطعه برای متوقف و یا در حالت یكنواخت ماندن مگر اینكه یك نیروی خارجی اعمال گردد میباشد. هر چه قطعه سنگینتر باشد ممان اینرسی آن بیشتر و كار بیشتری برای حركت دادن و یا متوقف كردن آن مورد نیاز است. ماشینكاریهای سریع مدرن امروزی نیاز به موادی با ممان اینرسی كم دارد طوریكه كه بتوان بسرعت و با بازدهی خوب دستگاه را بكار انداخت و یا از كار باز داشت، این مطلب خصوصاً برای دستگاههای بستهبندی و ماشینهای چاپ با قطعات دارای حركت متناوب صادق است.
5- تعداد قطعات بیشتر به ازای هر كیلو وزن: وزن كمتر بمعنی تعداد قطعات بیشتر به ازای هر كیلو وزن است. میخ، پیچ، مهره و واشر آلومینیومی را میتوان به ازای واحد وزن تا سه برابر تعداد قطعات مشابه فولادی ساخت.
مقاومت زیاد در مقابل خوردگی:
یكی دیگر از خواص مشخصه آلیاژهای آلومینیوم مقاومت در مقابل خوردگی است. آلومینیوم خالص وقتی كه در هوا قرار گیرد بلافاصله با یك لایه چسبنده اكسید آلومینیومی پوشیده میشود، این لایه پوششی، مانع خوردگی میگردد. اگر در اثر سائیدگی این لایه كنده شود بلافاصله دوباره تشكیل میگردد. ضخامت این لایه نازك طبیعی در حدود 025/0 میكرون (یك میكرون = یكهزارم میلیمتر) است، با این وجود بقدری محكم است كه مانع موثری در مقابل اغلب مواد خورنده محسوب میگردد.
البته برخی از آلیاژهای خاص آلومینیوم نسبت به دیگران مقاومتر است. برای مثال گروه آلیاژهای Al-mg مخصوصاً در مقابل هوا و آب دریا مقاوم است. از طرف دیگر آلیاژهای آلومینیوم حاوی مس یا روی از نظر مقاومت خوردگی ضعیفتر و از نظر استحكام مكانیكی قویتر میباشد.
اگر مقاومت طبیعی آلومینیوم برای بعضی از محیطها كافی نباشد در آن صورت روشهایی وجود دارد كه بتوان مقاومت آن را افزایش داد. برخی از این روشها عبارتند از: «پوشش دادن با آلومینیوم Alcladding»، «آندایزه كردن (آبكاری) Anodizing»، «پوشش سخت دادن Hard Coating» و «محافظت كاتدی Cathodic Protection».
در زیر، هر یك از این روشها به طور مختصر شرح داده میشود كه در یكی از فصول بعدی نیز به تفضیل مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
یك متر مكعب آلومینیوم خالص 8/2827 كیلوگرم وزن دارد و یك متر مكعب از سنگینترین آلیاژهای آلومینیوم (یعنی آلیاژهای حاوی مس و روی) دارای وزنی در حدود 2953 كیلوگرم است. حتی این سنگینترین آلیاژهای آلومینیوم نیز حداقل 1978 كیلوگرم در هر متر كعب سبكتر از وزن هم حجم سایر فلزات ساختمانی (بجز منیزیم) است (جدول 1-1). مزیت این كم بودن وزن چیست؟ میتوان این مزیت را بصورت زیر خلاصه نمود:
مزایای وزن مخصوص عبارتند از:
1- حمل و نقل ارزانتر: چه در مورد حمل و نقل كالاهای آلومینیومی و چه در مورد وسیله نقلیه ساخته شده از آلومینیوم.
2- ظرفیت بیشتر: امكان صرفهجویی در وزن ساختمانهای آلومینیومی بخوبی در پایهها و تاسیسات حفاری چاههای نفت دیده میشود. لولههای حفاری كه شافت مته حفاری نیز محسوب میگردد امروزه از آلومینیوم ساخته میشود. وزن كم این لوله خود میتواند ظرفیت دكل حفاری كه باید تمام وزن سیم مته را تحمل نماید دو برابر كند.
3- صرفهجویی در كار: بعلت سبكی كه به معنی نصب سریعتر و اقتصادیتر ساختمانها، تعداد كمتر كارگر مورد نیاز و خستگی كمتر استفاده از وسایل آلومینیومی خانگی است.
4- ممان اینرسی كمتر: در نتیجه دانسیته آلومینیوم ممان اینرسی قطعات آلومینیومی كمتر میگردد. این كلمه نام علمی برای تمایل یك قطعه برای متوقف و یا در حالت یكنواخت ماندن مگر اینكه یك نیروی خارجی اعمال گردد میباشد. هر چه قطعه سنگینتر باشد ممان اینرسی آن بیشتر و كار بیشتری برای حركت دادن و یا متوقف كردن آن مورد نیاز است. ماشینكاریهای سریع مدرن امروزی نیاز به موادی با ممان اینرسی كم دارد طوریكه كه بتوان بسرعت و با بازدهی خوب دستگاه را بكار انداخت و یا از كار باز داشت، این مطلب خصوصاً برای دستگاههای بستهبندی و ماشینهای چاپ با قطعات دارای حركت متناوب صادق است.
5- تعداد قطعات بیشتر به ازای هر كیلو وزن: وزن كمتر بمعنی تعداد قطعات بیشتر به ازای هر كیلو وزن است. میخ، پیچ، مهره و واشر آلومینیومی را میتوان به ازای واحد وزن تا سه برابر تعداد قطعات مشابه فولادی ساخت.
مقاومت زیاد در مقابل خوردگی:
یكی دیگر از خواص مشخصه آلیاژهای آلومینیوم مقاومت در مقابل خوردگی است. آلومینیوم خالص وقتی كه در هوا قرار گیرد بلافاصله با یك لایه چسبنده اكسید آلومینیومی پوشیده میشود، این لایه پوششی، مانع خوردگی میگردد. اگر در اثر سائیدگی این لایه كنده شود بلافاصله دوباره تشكیل میگردد. ضخامت این لایه نازك طبیعی در حدود 025/0 میكرون (یك میكرون = یكهزارم میلیمتر) است، با این وجود بقدری محكم است كه مانع موثری در مقابل اغلب مواد خورنده محسوب میگردد.
البته برخی از آلیاژهای خاص آلومینیوم نسبت به دیگران مقاومتر است. برای مثال گروه آلیاژهای Al-mg مخصوصاً در مقابل هوا و آب دریا مقاوم است. از طرف دیگر آلیاژهای آلومینیوم حاوی مس یا روی از نظر مقاومت خوردگی ضعیفتر و از نظر استحكام مكانیكی قویتر میباشد.
اگر مقاومت طبیعی آلومینیوم برای بعضی از محیطها كافی نباشد در آن صورت روشهایی وجود دارد كه بتوان مقاومت آن را افزایش داد. برخی از این روشها عبارتند از: «پوشش دادن با آلومینیوم Alcladding»، «آندایزه كردن (آبكاری) Anodizing»، «پوشش سخت دادن Hard Coating» و «محافظت كاتدی Cathodic Protection».
در زیر، هر یك از این روشها به طور مختصر شرح داده میشود كه در یكی از فصول بعدی نیز به تفضیل مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
+ نوشته شده در پنجشنبه چهاردهم شهریور 1387ساعت 0:55 توسط مهدی علیمرادی
|
