ابر آلياژها (سوپر آلیاژها)

در اين بخش مي‌توانيد در مورد متالورژي به بحث بپردازيد

مدیران انجمن: oweiys, شوراي نظارت

ارسال پست
Captain
Captain
نمایه کاربر
پست: 1106
تاریخ عضویت: چهار شنبه 29 شهریور 1385, 11:12 am
سپاس‌های ارسالی: 176 بار
سپاس‌های دریافتی: 468 بار
تماس:

ابر آلياژها (سوپر آلیاژها)

پست توسط Mehdi2224 » چهار شنبه 25 بهمن 1385, 5:41 am

سوپر آلیاژها

معرفي وکاربردها

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 ذغال‌سنگ، 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.

تقسيم‌بندي سوپرآلياژها برحسب روش 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 شکلداد. به منظور توليد مقاطع معيني از سوپرآلياژهاي کارپذير، اولين گام آن است که شمشهاي سوپرآلياژها به دليل 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 به طور 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 شمشآلياژهاي 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 به صورت 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 شمش‌ريزي 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 ريخته­گري 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 سوپرآلياژها 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 به‌عمل ميآيد.

در سالهاي اخير شركت هواپيمايي PWA يكي از پيشگامان توليد سوپرآلياژها مي‌باشد و توليد آلياژهاي PWA 1480 به صورت تك‌كريستال توسط اين شركت، سبب افزايش عمركاري هواپيماي جنگي F-100 گرديده است.

تقسيم‌بندي سوپرآلياژها برحسب ترکيب شيميايي

به طور 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 درصد 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 آلياژهايX750 و Incoloy901 نمونههاي آن ميباشند، حداقل 40 درصد وزني نيکل داشته و همانند گروههاي 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 آلياژهايS-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 گرفتهاند. 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 مورد استفاده قرار ميگيرند.

منبع
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
به قلم حسين صالحي وزيري

Captain
Captain
نمایه کاربر
پست: 1106
تاریخ عضویت: چهار شنبه 29 شهریور 1385, 11:12 am
سپاس‌های ارسالی: 176 بار
سپاس‌های دریافتی: 468 بار
تماس:

پست توسط Mehdi2224 » چهار شنبه 25 بهمن 1385, 6:01 am

توليد شمش سوپر آلياژ را بايد از بازيافت ضايعات ريخته گري آغاز کرد

مهندس اسلامي، مدير بخش ريختهگري دقيق صنايع مكانيك، عقيده دارد كه استفاده از ضايعات ريخته­گري (تغذيهها، راهگاهها و قطعات برگشتي) براي توليد شمشهاي سوپرآلياژ ميتواند نقطة شروع مناسبي براي انتقال تكنولوژي ساخت شمشهاي سوپرآلياژ به كشور باشد. مطلب زير حاصل گفتگوي شبكة تحليلگران تكنولوژي ايران (ايتان) با ايشان در زمينة توليد شمشهاي سوپرآلياژ با استفاده از ضايعات ريختهگري است:

توليد شمش سوپرآلياژ فعلاً در كشور بهصرفه نيست

كشورهاي توليد كنندة ‌شمش سوپرآلياژ در دنيا انگشتشمار هستند و توليداتشان نيز بر اساس استانداردهايي است كه قابل قبول مصرفكنندهها ميباشد، بنابراين توليد شمش سوپرآلياژ براي آنها بهصرفه است. ولي براي كشور ما در حال حاضر واردكردن شمش از خارج به صرفهتر است.

در زمينه خريد شمش فعلاً مشكلي وجود ندارد ولي با تغيير اوضاع سياسي منطقه و جهان حتماً با مشكل مواجه خواهيم شد. بنابراين توليد شمش در كشور ممكن است به يك مسئلة استراتژيك تبديل شود. ضمن اينكه فعلاً در بعضي از انواع شمشها كه مصارف نظامي دارند، در تحريم قرار داريم.

پرة توربين مهمترين مصرفكنندة ‌شمشهاي سوپرآلياژ ميباشد. بسته به نوع پرة توليد شده، 30 تا 35 درصد هزينة‌ توليد پره مربوط به شمش مصرفي ميباشد. ولي در حال حاضر توليد پره در داخل در حدي نيست كه نياز به توليد شمش در داخل كشور باشد اما با توجه به نيازي كه در آينده ايجاد ميشود، توليد اين شمشها در آينده نزديك اقتصادي خواهد بود.

معضل ديگري كه با آن مواجه هستيم اين است كه مصرف كنندهها يا خريداران كشور، در آن حد و جايگاهي نيستند كه تصميم بگيرند يك شمش از لحاظ كيفي رد است يا مناسب ميباشد. اين بدترين شرايط توليد و فروش را ايجاد ميكند، چون ما قطعهاي كه توليد ميكنيم واقعاً نميدانيم از شمش مناسبي استفاده كردهايم يا خير و اين علاوه بر تأثيرگذاري بر كيفيت قطعه، فروش آن را نيز با مخاطره مواجه ميكند. اين مشكل با توليد اين شمشها در داخل كشور و آشنايي متخصصين با اين تكنولوژي مرتفع خواهد شد.

در مورد تكنولوژي توليد اين شمشها در كشور نيز مشكلاتي وجود دارد و انتقال تكنولوژي كار آساني نيست. بايد با چشم باز وارد توليد اين شمشها شويم. ضمن اينكه الان در كشور افرادي وجود دارند كه 20 تا 25 سال روي توليد اين قطعات كار كردهاند و آشنايي خوبي با شمشها و استانداردهاي آنها دارند كه بايد در زمينه انتقال تكنولوژي از اين توان تخصصي استفاده شود تا بتوانيم به نحو خوبي انتقال تكنولوژي كنيم.

توليد شمش از ضايعات ريختهگري

بحث ديگري كه در اين زمينه بايد مورد توجه قرار گيرد نحوة رويكرد ما به توليد اين شمشها در كشور ميباشد. توليد قطعات سوپرآلياژ و خصوصاً پرة توربين، به علت حساسيتي كه اين قطعات دارند، از راندمان ريختهگري پايينتري نسبت به ساير قطعات برخوردار ميباشند. علاوه بر قطعات زايدي چون راهگاهها و تغذيهها، قطعات معيوب نيز كه برگشتي تلقي ميشوند، زياد بوده و بنابراين ما در كل كشور تناژ خوبي از قطعات برگشتي سوپرآلياژ داريم. اين قطعات را نميتوان براي توليد استفاده كرد و به عنوان مواد اوليه دوباره ذوب نمود چون استاندارد اجازة‌ اين كار را به ما نميدهد. در حال حاضر اين قطعات به خارج از كشور صادر ميشود و در آنجا ذوب شده و كنترل كيفيت و آناليز ميشود و به عنوان شمش به كشور برميگردد.

ما بايد بتوانيم اين قطعات برگشتي را جمع كنيم و دوباره ذوب نماييم و براساس استانداردهايي نظير استاندارد AMS2280 كنترلهاي كيفي لازم را روي آنها انجام دهيم. اين كنترلها در زمينة درصد عناصر، عناصر خالص، ناخالصيها و عناصر غيرفلزي نظير اكسيژن و نيتروژن انجام ميشود و از لحاظ ساير خواص مكانيكي و فيزيكي نيز تستهايي مطابق اين استاندارد انجام ميگيرد. با شمشهايي كه از اين روش به دست ميآيند، ميتوان در صنايع مرتبط قطعاتي را ريختهگري كرد. البته از لحاظ عملي، قطعات توليدي از تكنولوژي صحيح كمك خواهد كرد.

منبع
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
به قلم حسین صالح وزیری

Captain
Captain
نمایه کاربر
پست: 1106
تاریخ عضویت: چهار شنبه 29 شهریور 1385, 11:12 am
سپاس‌های ارسالی: 176 بار
سپاس‌های دریافتی: 468 بار
تماس:

پست توسط Mehdi2224 » چهار شنبه 25 بهمن 1385, 6:21 am

افزايش دماي عملكرد سوپرآلياژها در موتور هاي هواپيما

دو بزرگترين سازندة موتور هواپيما در آمريكا يعني كمپاني Whitney & pratt و كمپاني توليد موتور هواپيماي GE، يك تلاش تحقيقاتي وسيع پنجساله را پشتيباني ميكنند. اين پروژه به صورت فايناس جزئي توسط دولت، جهت بهبود قابليت دمايي سوپرآلياژهاي پايه نيكل طراحي شده است.

يك سوپرآلياژ بسيار پرمصرف در صنعت هوافضا، آلياژ N07718 (آلياژ 718) است كه شامل 52 درصد نيكل است. در موتور هواپيماهاي كمپاني GE اين سوپرآلياژ در قسمتهاي گردشي حساس، ايرفويلها، سازههاي نگهدارنده و وسايل تحت فشار استفاده ميشود.

براي مثال سوپرآلياژ 718، 34 درصد از وزن كل موتور CF6 را در برميگيرد. همچنين اين سوپرآلياژ در 56 درصد از قطعات گردشي و سازههاي فورجشده اين كمپاني در سال 2000 استفاده شده است.

سوپرآلياژ 718 از زمان پيدايش آن در سال 1963 به عنوان يك آلياژ مطلوب براي صنعت هوافضا درآمده است. مزاياي كليدي اين سوپرآلياژ عبارتند از: سينتيك رسوب مطلوب، قابليت ريختهگري و جوشكاري بهبوديافته، قيمت كم و توليد آسان است.

دانيلپائولونيز از كمپاني Pratt & Whitney در پانزدهمين سمپوزيوم بينالمللي سوپرآلياژهاي 718، 615 و 706 كه در ژوئن 2001 در پيتسبورگ برگزار شد، گفت: "سوپرآلياژ 718، 57 درصد (يا 760 كيلوگرم) از وزن موتور PW 4000 اين كمپاني را شامل مي­شود.'

با اين وجود طراحان قصد دارند كارايي كمپرسور و توربين را با افزايش دماي عملكرد آنها بالا ببرند. بنابراين براي حفظ موقعيت بازار آلياژهاي پايه نيكل لازم است، قابليت دمايي و رفتار شكست وابسته به زمان (خزش) اين آلياژها بهبود پيدا كند. تلاشهاي زيادي در اين رابطه با افزودن كبالت و تانتاليم صورت گرفته كه چندان موفقيتآميز نبوده است.

آقاي اسكفريك ميگويد: "تلاش براي يافتن يك جايگزين مناسب براي سوپرآلياژ 718 با عملكرد دمايي بالا ثابت كرده است كه نميتواند چندان اميدوار كننده باشد.'

اسكفريك و پائولونيز هر دو عقيده دارند كه به منظور تهيه يك سوپرآلياژ دمابالاي مطلوبتر، شرايط مختلفي بايد مورد توجه قرار گيرد. كه شامل استفاده موثر از مواد پيشرفته روزافزون، ابزارهاي مدلسازي فرآيند، مدلهاي فيزيكي مناسب و كنترل رشد ترك وابسته به زمان از جمله آنهاست.

تحليل:

سوپرآلياژها، علاوه بر كاربرد هوافضايي كه در بالا اشاره شد، در توربينهاي گازي در صنعت برق و صنعت نفتوگاز استفاده گسترده­اي دارند. مهمترين ويژگي در مورد اين سوپرآلياژها دماي كاركرد و طول عمر آنهاست. در كشورهاي غربي روي افزايش دماي كاركرد سوپرآلياژهاي مذكور تلاشهاي زيادي صورت ميگيرد و حتي مراكز تحقيقاتي خاص اين موضوع در دانشگاههاي مختلف وجود دارد. هر شركتي كه بتواند به طور مثال دماي كاركرد سوپرآلياژي را 50 درجه بالاتر ببرد، بازار آن دسته از سوپرآلياژها را قبضه خواهد كرد.

اگرچه در كشور ما شايد توجيه اقتصادي زيادي در اين زمينه وجود نداشته باشد، ولي بهدليل استرتژيك بودن زمينههاي كاربرد اين سوپرآلياژها و مشكلاتي كه در انتقال دانش فني آنها وجود دارد لازم است مراكزي به صورت هدفمند جهت تحقيق در زمينههاي مورد نياز كشور و پرورش نيروي انساني ماهر بهوجود آيد. حداقل دستاورد اين مراكز ميتواند اين باشد كه ما در خريد محصول يا تكنولوژي از خارج ميتوانيم با اشراف به آن تكنولوژي قدرت چانهزني بيشتري داشته باشيم و با شناخت از بازار و توليدكنندگان در اين زمينه بهترين گزينه را با كمترين هزينة ممكن بدست آوريم.

منبع
[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
به قلم عبد الرضا اسدی فرد

Moderator
Moderator
نمایه کاربر
پست: 1639
تاریخ عضویت: چهار شنبه 8 مهر 1388, 11:15 pm
سپاس‌های ارسالی: 14709 بار
سپاس‌های دریافتی: 14970 بار

Re:

پست توسط oweiys » یک شنبه 20 اسفند 1391, 11:29 pm

۱) ادامه ابرآلياژهاي پايه نيكل (سوپرآلیاژهای پایه نیکل)


امروزه آلیاژهای نیکل در حالت‌های “تک‌فازی”، “رسوب سختی شده” و “مستحکم‌شده توسط رسوبات اسیدی و کامپوزیت­ها” در مصارف صنعتی مختلف مورد استفاده قرار می­گیرند.

سوپرآلیاژهای پایه نیکل پیچیده­ترین ترکیباتی می­باشند که در قطعات دمای بالا به کار میروند. در حال حاضر ۵۰ درصد وزن موتورهای هواپیماهای پیشرفته از جنس این آلیاژها می باشد. خصوصیات اصلی آلیاژهای نیکل، پایداری حرارتی و قابلیت مستحکم شدن می باشد.
بسیاری از این آلیاژها حاوی ۱۰ الی ۲۰ درصد کرم، حداکثر ۸ درصد آلومینیوم و تیتانیم، ۵ تا ۱۵ درصد کبالت و مقادیر کمی مولیبدن، نیوبیم و تنگستن می باشند.
دو گروه اصلی از آلیاژهای آهن- نیکل که میزان نیکل آنها بیشتر از مقدار آهن است عبارت از گروهIncoloy 706 و Inconel 718 می باشند.
این آلیاژها معمولاً حاوی ۳ تا ۵ درصد نیوبیم می باشند و در ردیف آلیاژهای پایه نیکل قرار می گیرند. آلیاژهای پایه نیکل معمولاً تا دمای ۶۵۰ درجه سانتی­گراد استحکام خود را حفظ می کنند. اما در دماهای بالاتر به سرعت استحکام خود را از دست می دهند.

در ساختار میکروسکوپی سوپر آلیاژهای پایه نیکل چند نوع فاز دیده می شود که مهمترین آنها عبارتند از فازУ و ỳو کاربیدها، بعلاوه ممکن است فازهایی مانند ỳمرز دانه ای و بوریدها نیز تشکیل گردد. همانطور که میدانید عوامل موثر بر حلالیت 1- تشابه ساختار کریستالی 2- تشابه ظرفیت اتمی 3- پائین بودن اختلاف اندازه اتمی میباشد که اختلاف اندازه اتمی عنصر حل شونده با عنصر زمینه نباید از 15% بيشتر باشد.

عناصری که در فاز Уحل می شوند معمولا این اختلاف زیر 15% است .هر چه اندازه اختلاف بیشتر باشد استحکام ناشی از حل شدن در محلول جامد بیشتر می گردد در نتیجه عناصری که اختلاف اندازه اتمی بیشتری با Ni دارند حلالیت کمتری داشته اما استحکام محلول جامد را بیشتر افزایش می دهند مثلا:کربن یک عنصر حل شونده در فاز Уاست که 27% اختلاف اندازه اتمی با نیکل داردپس به مقدار کمی در نیکل حل شده اما استحکام آن را به مقدار زیادی افزایش می دهد. ( Ni,Co,Fe,Re,W,V,Cr,Hf )


- عناصری که در رسوب Уقرار می گیرند و معمولا دارای فرمول Ni3X می باشند. (Ta,Ti,Al,Nb)

- عناصری که تمایل به جدایش در مرز دانه ها دارند(Zr,Cr,B)

- عناصر کاربید زا و عناصری که پوسته اکسیدی تشکیل می دهند (عناصرMo,Cr,Ta موجب تشکیل کاربید میگردند و عناصر Al,Cr باعث ایجاد پوسته اکسیدی می گردند.)

- Hf می تواند در فازهای مختلف Уو ỳ قرار گیرد.

فاز : y
این فاز محلول جامدی از Уبا شبکهfcc است که عناصری مانند : Cr,Co,Fe,Mo,W,V و… با حل شدن در آن باعث افزایش استحکام می گردند . عناصری مانند Mo,W بعلت دارا بودن ضریب نفوذ پائین باعث کاهش خزش می گردند. و Co نیز با کاهش انرژی نقص در چیده شدن بین نا بجایی ها، پدیده لغزش را مشکل ساخته و لذا باعث افزایش مقاومت خزشی این آلیاژها می گردد.

فازỳ:
این فاز که در حین عملیات رسوب سختی سوپر آلیاژها بصورت ذرات ریز و پراکنده در زمینه y را سب گردیده اند و دارای ساختار کریستالی fcc و ترکیبNi3X بوده وعامل سخت کنندگی رسوبی در سوپر آلیاژهای پایه نیکل است.
X می تواند عناصر الکتروپوزیتیو مثل (Al, Ti,Cb) باشد و عناصر الکترونگاتیو مانند (Fe,Co) می توانند جانشین نیکل شوند. مهمترین ترکیب این فازها Ni3Al ویا Ni3(Al,Ti) می باشد.


فاز ỳ:
مورفولوژی(ریخت شناسی) ذرات ỳ بستگی به عدم انطباق پارامتر شبکه دارد . معمولا عدم انطباق پارامترشبکه یک درصد می باشد.این عدم انطباق باعث ایجاد کرنش های الاستیک گردیده که بعنوان موانعی در برابر حرکت نابجایی ها عمل می کنند وافزایش درصد حجمی ỳموجب افزایش استحکام در دمای بالا می گردد.


فازهای کاربیدی:
میزان انحلال کربن در زمینه کم میباشد لذا مقدار اضافی بصورت ترکیبات کاربیدی راسبب می گردند. مقدار کربن در آلیاژهای کارپذیر بین 2/0-02/0 درصد و در آلیاژهای ریختگی حدود 6/0 در صد می باشد.
اگر ترکیب کربن با عناصر دیگر بصورت کاربیدهای پیوسته در مرز دانه ها راسب گردنداستحکام و داکتیلیته را بشدت کاهش میدهنداما اگر بصورت غیر پیوسته در مرزها رسوب کنند باعث کاهش لغزش مرز دانه ای میگردند.
کاربیدهای موجود عبارتند از : MC,M6C,M23C6, گاهیM7C3

کاربیدMC:
در حین انجماد سوپر آلیاژها تشکیل شده و معمولا بصورت ذرات جدا از هم و بطور پراکنده در زمینه توزیع می شوند.
دارای ساختار fcc بوده و بسیار متراکم اندعنصرM معمولا از عناصر فعال یا دیرگداز بوده است.کمبود کرم و بالا بودن Nb,Ta,Fe موجب پایداری این کاربید میگردد.ممکن است درداخل دانه ها یا مرز دانه ها راسب گردند،در واقع این کاربیدها عامل اصلی تشکیل سایر کاربید هستند.

کاربیدهای نوع M23C6 :
در حین عملیات حرارتی یا سرویس دهی سوپر آلیاژها در محدوده دمایی (980-760)کاربیدهای MC تجزیه شده و باعث ایجاد کربن میگردد که این کربن می تواند باعث ایجاد این نوع کاربید گردد و بعلاوه باعث تشکیل فازy’ که فاز سخت کننده رسوبی است شود.واکنش بصورت زیر می باشد:

MC+У=M23C6+ỳ

معمولا با مقادیر زیاد کروم تشکیل شده و عنصر M معمولا کروم می باشد.می توانند بشکل بلوکی یا سلولی شکل باشندکه معمولا تمایل به تشکیل در مرز دانه ها دارند.نوع بلوکی آن در مرز دانه ها از لغزش مرز دانه ای جلوگیری میکند ولی نوع سلولی باعث کاهش زیاد چقرمگی می شود.


کاربید هایM6C:

Ú معمولا در محدوده دمایی 815 تا 950 تشکیل میشوند.
Ú MC+У=M6C+ỳ واکنش تشکیل آن میباشد.
گاهی اوقات در برخی از سوپر آلیاژها که دارای Al,Cr,Ti می باشندونوع خاصی از کاربیدها با ترکیب M7C3تشکیل می شود که Mمعمولا کرم می باشد با افزودنMo,Nb,W,Co به آلیاژ می توان این کاربید را خنثی کرد.

بوریدها:
عنصر B در مقادیر خیلی کم (حدود 01/0%)جهت اصلاح خواص مکانیکی اضافه میگردد.
اگر مقدار بور اضافه شده از این مقدار بیشتر گزدد باعث ایجاد فاز جدیدی با ترکیب M3B2 میگرددکه این فاز تمایل به رسوب در مرز دانه ها دارد. M مهمولا عنصر مولیبدن است اما می تواند عناصری مانند Ti,Ni,Cr نیز باشد.
دارای شبکه کریستالی تتراگونال می باشند.ذراتی بسیار سخت بوده و دارای مورفولوژی بلوکی شکل هستند.

[لینک خارجی برای کاربران مهمان مخفی است، لطفا برای مشاهده لینک ثبت نام نموده و یا وارد سایت شوید]
__________________________________

السلام عليك يا علي ابن موسي الرضا المرتضي (ع)

ارسال پست

بازگشت به “متالورژي”