را بنویسید.
عمليات حرارتي آلياژهاي آلومينيوم
عمليات حرارتي آلياژهاي آلومينيوم
|
در آلیاژهای Al-Cu ، رسوبات غیر تعادلی زیادی در دماهای کمتر از دمای جامد تشکیل می شود.در این آلیاژها، با سرد کردن محلول جامد فوق اشباع ،رسوبات تشکیل می شود. این رسوبات با افزایش درجه حرارت و یا افزایش زمان بین دمای اتاق و دمای جامد گسترس می یابد. توالی تشکیل رسوبات بصورت زیر است:
SSSS→GP zones→Ө״→Ө′→Ө (Al2Cu) دردماهای پیرسازی طبیعی (-20 .. 60 C) آرایش اتمهای مس از حالت تصادفی به حالت منظم دیسکی شکل تبدیل می شود.این صفحات در جهات کریستالوگرافیکی خاصی در زمینه تشکیل می شوند. که به مناطق GP مشهورند. این مناطق حوزه های کرنشی کوهئرنتی تشکیل می دهند که افزایش مقاومت در برابر تغییر شکل را باعث می شوند. در واقع عامل اصلی افزایش استحکام تشکیل مناطق GP می باشد.دردماهای بالا ، حالت گذرایی از Al2Cu تشکیل می شود که باز استحکام افزایش می یابد. در حالت بیشترین استحکام، هر دو فاز ״Ө و ′Ө می توانند همزمان وجود داشته باشند.هر چه دما یا زمان افزایش یابد، نسبت فاز Ө ذر ریزساختار افزایش می یابد. خواص مکانیکی کاهش می یافته و آلیاژ نرم می شود یا به عبارتی فراپیری Overage رخ می دهد. آندسته از آلیاژهای کارشده که عملیات حرارتی باعث افزایش استحکام آنها می شودعبارتند از 7xxx,6xxx,2xxx (به غیر از 7072) و نیز آلیاژهای ریختگی 2xx.x,3xx.x و 7xx.x .برخی از این آلیاژها، علاوه بر عناصر اصلی آلیاژی، افزودنی های دیگری از جمله مس ، منگنز،منیزیم و روی نیز دارند.مقادیر کمی از منیزیم افزوده شده باعث بهتر شدن خاصیت رسوب سختی می شود. در برخی از آلیاژها، دردمای اتاق و در مدت چند روز ، رسوبات کافی در ریزساختار تشکیل می شود تا محصولات پایدار و خواص معینی را سبب شود که برای کاربردهای مورد نظر مناسب باشد. این آلیاژهای را گاها رسوب سختی انجام می دهند تا استحکام و سختی آنها افزایش یابد.در کنار این آلیاژها ، آلیاژهایی وجود دارند که واکنش رسوب سازی آنها بسیار کند رخ میدهد فلذا بایستی قبل از استفاده رسوب سختی شوند. رسوبسختی از فرآیندهایی هست که در دماهای کم و زمانهای طولانی انجام می گیرد. معمولا این فرآیند در دماهای 115-190 C و بمدت 5- 48 ساعت می باشد.سیکلهای دما- زمان باید با دقت انتخاب شود.در دماهای بالا و زمانهای زیاد رسوبات درشت تشکیل می شود.که تعداد این ذرات کم ولی فاصله زیادی دارند.هدف، انتخاب سیکل مناسب برای دستیابی به اندازه و الگوی توزیع مناسب بهینه است.متاسفانه سیکلی که برای افزایش یکی از خواص مثل استحکام نهایی استفاده می شود با سیکلی که برای افزایش خواص دیگر مثل استحکام تسلیم و مقاومت خوردگی بکار می رود، متفاوت است.
عملیات حرارتی که برای افزایش استحکام بکار میرود(در آلیاژهای الومینیوم) از سه مرحله بنیادی زیر تشکیل می شود: · عملیات حرارتی انحلالی: انحلال فازهای قابل حل · کوئنچ: گسترش محلول فوق اشباع · پیرسازی: رسوب اتمهای حل شده در دمای اتاق(پیرسازی طبیعی)یا در دماهای بالا(پیرسازی مصنوعی یا همان رسوب سختی)
|
|||
|
|
|
|
||||
|
در آلیاژهای آلومینیوم ، عملیات حرارتی برای آلیاژهای معینی بکار می رود که که می توان با آن استحکام و سختی را افزایش داد.این آلیاژها را عملیات حرارتی پذیر Heattreatable می گویند.در برابر این آلیاژهایی وجود دارند مه که با سیکل های حرارتی و سرد کردن نمی توان استحکام آنها را افزایش داد.برای مشخص کردن و تمییز قایل شدن با آلیاژهای قبلی ، این آلیاژهای را عملیات حرارتی ناپذیر None-heattreatable می نامند.تنها روش استحکام این آلیاژها، انجام کار سرد است.حرارت دادن هر دو نوع آلیاژ تا دمای مشخص برای افزایش داکتیلیتی و کاهش استحکام (آنیل) متداول بوده و با توجه به درجه نرم شدن ، واکنش هاس متالورژیکی مختلفی در ریزساختار رخ می دهند خاصیت بسیار مهم در سیستم های آلیاژی رسوب سختی شونده ، وابستگی قابلیت انحلالی تعادلی به دما است که با افزایش درجه حرارت ، قابلیت انحلالی نیز افزایش می یابد.این رفتار در اکثر سیستم های دوتایی Al مشاهده می شود هرچند که در برخی از آلیاژهای آن رسوب سختی کمتری دیده می شوند که همان آلیاژهای عملیات حرارتی ناپذیر را تشکیل می دهند.به عنوان مثال، در آلیاژهای با سیستم دوتایی Al-Si,Al-Mn ، خواص مکانیکی بعد از عملیات حرارتی افزایش نمی یابد با این وجود رسوبات قابل توجهی تشکیل می شود رابطه دما – انحلال برای سیستمهای رسوب سختی Al-Cu توضیح داده میشود. قابلیت انحلال مس در آلومینیوم با افزایش دما افزایش می یابد.(0.25 % در دمای 250 C به حداکثر 5.65 % در 548 C دمای یوتکیتیک) در آلیاژهای Al-Cu که دارای 0.2-5.6 % مس هستند،دو حالت تعادلی مجزا وجود دارند.در دماهای بالای منحنی solvus مس کاملا حل می شودو اگر در این دما نگه داشته شود و با فرض کافی بودن زمان ، مس کاملا وارد محلول جامد می شود.و در دماهای کمتر از solvus حالت تعادلی از دو فاز تشکیل می شود.محلول جامد α و فاز ترکیب بین فلزی Ө(Al2Cu) . اگر چنین آلیاژی که در دمای بالای solvus کاملا بصورت محلول جامد است تا مای زیر این دما سرد شود محلول جامد فوق اشباعی تشکیل می شود که در این حالت آلیاژ شرایط تعادلی دو فازی را دنبال می کند و فاز دوم تمایل دارد که با رسوب در حالت جامد تشکیل شود.
|
|||||
|
|||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
فسفر عنصر ناخواسته اي است كه در تركيب هر عنصري وجود دارد.ساختمان مكعبي شكل و نقطه ذوب 45 C دارد. وزن اتمي آن 31 است. فسفر تمايل قوي به تركيب با اكسيژن داشته و بايد از رطوبت و اكسيژن محافظت شود. براي افزودن به مذاب آهن ،از فروفسفاتهاي با 20% فسفر استفاده مي شود. در حالت جامد ،آهن و فسفر تشكيل Fe3P مي دهند. فسفر در دماي اتاق در حدود 0.1% حل مي شود و فسفر اضافي در زمينه باقي مي ماند. در كل فسفر فريت زاي ضعيفي است . لذا با توجه به دصد كم فسفر در فولاد ،تاثير اين عنصر بسيار ناچيز است. در فولادسازي با روش شمش ريزي ، فسفر عنصر ناخواسته اي است.فسفر جدايش در ريزساختار را تشديد مي دهد. مناطق حاوي فسفر مناطقي هستند كه در آخرين مرحله انجماد ، منجمد مي شود و باعث مي شودكه كربن از اين مناطق پس زده شود.در نتيجه بعد از انجماد،اين مناطق سمنتيت كمتري داشته و در عوض فريت بيشتري خواهد داشت.به اين پديده Ghost bond اطلاق مي شود.هم چنين به خاطر ضريب ديفوزيون پايين اين عنصر،امكان يكنواخت كردن ريزساختار بسيار مشكل است. در عمليات حرارتي فولادها ،فسفر چقرمگي را مي كاهد.بهمين خاطر درصد فسفر بايد از 0.04% فراتر نرود.فسفر سختي پذيري را مي افزايد فلذا كاهش چقرمگي و افزايش تردي را در پي خواهد داشت.فسفر با تشكيل محلول جامد جانشيني، تمايل بالقوه اي در افزايش استحكام فريت دارد. اثر ترد كنندگي به ميزان كربن فولاد بستگي دارد. در گريدهاي پر كربن ،تاثير فسفر معكوس مي شود.در بسياري از فولادهاي كم كربن درصد فسفر مي تواند در محدوده 0.04-0.15 % باشد. در فولادهاي HSLA كه كربن كمتري دارند، جهت افزايش استحكام و مقاومت خوردگي از فسفربا درصد بالا استفاده مي كنند.فولادهاي بسمر به خاطر ماهيت توليد داراي فسفر زيادي هستند. تردي حاصل از فسفر با افزايش كربن ،دماي آبكاري ،اندازه دانه و كاهش درصد تغيير شكل در فورج افزايش مي يابد.اين تردي بصورت سردشكنندگي و حساس شدن در تنش هاي ضربه اي ظاهر مي شود. فسفر اندازه دانه های آهن را افزایش داده و لذا باعث تشکیل ترکیبات حجیم و نامطلوب می شود. افزودن فسفر به فولادهای کم کربن ،ازدیاد استحکام و مقاومت خوردگی را در پی دارد. هم چنین قابلیت ماشینکاری فولادهای خوش تراش را بهبود می بخشد.تا 0.07 % به فولادهای کم کربن خاص با 0.3 % مس افزوده شده تا مقاومت اتمسفری آنها بسیار خوب شود. در چدن ، نقطه انجماد اولیه چدن را کاهش داده فلذا سیالیت و قابلیت ریخته گری آن را می افزاید. |
|
|||||
|
بر عنصرغير فلزي است كه وزن اتمي آن 11 و نقطه ذوب 2030 C است.بر در فولاد ، در تركيب بين نشين آهن قرار مي گيرد. انحلال بر در آهن fcc يا bcc محدود است. قابليت انحلال آن در حالت جامد كمتر از 0.1 % استو مقادير بر اضافي در ريزساختار بصورت بريد آهن Fe2B در مي آيد. عناصرآلياژي ديگر مثل Alو Cr تاثيري در قابليت انحلال بر نداشته و فقط در ذرات بين فلزي بر وارد مي شوند.بر در مقادير بسيار كمي تا حد % 0.003 به فولادهاي آلياژي اضافه مي شود تا سختي پذيري را افزايش دهد.بر عنصر قدرتمندي در افزايش پیر سختی فولاد است ولي اين تاثير فقط در مقادير حدود % 0.010 بدست مي آيد بيشتر از اين مقدار تاثيري ندارد. بر در فولادهاي پرآلياژي به عنوان عنصر آلياژي بوده ولي در برخي از فولادها تا حدمعيني افزوده مي شوند تا خواص كار گرم را زياد كند. مقادير زياد بر در محدوده 2.0-0.5 درصد در فولادهاي زنگ نزن آستنيتي 8-18 يافت مي شود كه راكتورهاي هسته اي استفاده مي شود. در فولادهاي ساختماني ، اين عنصر باعث افزايش عمق سختي مي شود و در نتيجه باعث افزايش استحكام مغز فولاد هاي سخت شونده سطحي مي گردد و در فولادهاي بر دار قابليت جوشكاري پايين است. در محدوده کم بر در سیستم آلیاژی آهن – بر – کربن ، یک یا چند نوع کاربید بر تشکیل می شوند.کربن تاثیر کمی بر پایداری و نرخ دیفوزیون بر در آستنیت دارد. بر تمایل قوی به ترکیب با اکسیژن و نیتروژن دارد فلذا اگر بخواهیم که درصد مشخصی از بر فعال در ترکیب فولاد وجود داشته باشد، بایستی تمام اکسیژن و نیتروژن را با روشهای اکسیژن ردایی ونیتروژن زدایی حذف کنیم. بر نرخ استحاله آستنیت به فریت و پرلیت را کند ساخته ولی با افزایش درصد کربن ، این روند مختل شده و اثر کربن بر سختی پذیری کاسته می شود.از اینرو اثر سختی پذیری بر در فولادهای هیپویوتکتوئید بیشتر است. با وجود اینکه بر نرخ استحاله آستنیت را میکاهد ولی اثری بر نرخ رشد فریت و بینیت ندارد واثر سختی پذیری آن در فولادهای که بصورت سراسری سختی میشوند و معیار سختی پذیری در آنها درصد مارتنزیت تشکیل شده است، بیشتر خواهد شد. در فولادها تجارتی درصد بسیار کمی از بر در ترکیب فولاد وجود دارد که بر دمای استحاله تاثیر چندانی ندارد و می توان دماهای استحاله برای این فولادها را مشابه دمای استحاله فولادهای بدون بر در نظر گرفت. علیرغم اینکه بر دمای تشکیل مارتنزیت را تغییر نمیدهد ، ولی سختی پذیری را می افزاید و ترک برداری د رکوئنچ را ارتقا نمی دهد. برخلاف فولادهای آلیاژی ، اگر فولادهای حاوی بر را دردماهای بالاتر از دمای آستنیته کردن معمولی ،آستنیته کنیم، سختی پذیری آن کم می شود فلذا با افزایش درجه حرارت آستینته کردن سختی پذیری این فولادها کاسته می شود.اختلاف دیگری که فولادهای بر دار با فولادهای پرآلیاژی با سختی یکسان دارند ، اینست که فولادهای بر دار مقاومتی در برابر تمپر از خود نشان نمی دهند.حرارت دهی آرام در محدوده دمایی 400-600 C چقرمگی فولادهای بر را می کاهد. بر خواص مکانیکی فولادهای سخت شده یا فولادهای با سختی بالا را می افزاید ولی در فولادهای باسختی کم یا سخت نشده تاثیر کمی معکوسی دارد.استثناء در این مورد ، فولاد بسیار کم کربن با مولیبدن 0.5 % است.در شرایط نورد یا نرمال شده و با بر 0.0015-0.0035 % استحکام تسلیم دو برابر داشته و کم بودن درصد کربن ، داکتیلیتی و مقاومت ضربه مناسبی را برای این فولاد فراهم آورده است.چنین فولادی قابلیت جوشکاری خوبی داتشه و در ورقهای تا ضخامت حداکثر 2 اینچ در شرایط نورد ونرمال شده استفاده میشود.این فولاد را می توان بدون ترس از ترک برداری با سرعت بالا سردکرد . بنابراین در ساختار های جوشکاری شده تحت تنش کاربرد خوبی پیدا کرده اند. بر در قطعات کربوریزه شونده استفاده میشود و سختی پذیری سطحی را می افزاید. در طی فرآیند کربورایزینگ ، کربن سطح افزایش می یابد و متعاقب آن اثر سختی پذیری بر کاهش می یابد.برای بهبود اثر بر، مرسوم است که درصد کربن سطح تا 0.7 % محدود شود. بنابراین در بالاتر از 0.9 % C اثر بر قابل چشم پوشی است.از اینرو می توان این نوع فولادها را بجای فولادهای پرآلیاژی کربوریزه شونده استفاده کرد.اگر فولادهای بر تا دمای بالا حرارت داده شوند و یا دمای کربورایز بالا باشد، اثر بر کاهش خواهد یافت.بنابر این اگر قطعات کربورایز به آرامی سرد شوند و سپس دوباره تا دمای 840 C قبل از کوئنچ حرارت داده شوند، سختی پذیری و مقدار سختی اولیه مجددا بدست خواهد آمد.اغلب در قطعات کربورایز بر بجای نیکل می نشیند و زمان لازم برای ماشینکاری را می کاهد و درصد آستنیت باقیمانده را بعد از آبکاری خواهد کاست. در مقادیری که بر در فولادهای مهندسی بکار می رود ، خواص کار گرم و سرد فولاد را تحت تاثیر قرار نمی دهد. با این وجود ، سختی پذیری آنها را اصلاح می کند و در غیر اینصورت همانند فولادهای گربنی ساده عمل می کنند.اگر این فولادها بعد از آهنگری بطور صحیح عملیات حرارتی شوند، می توان با سرعت بالاتر از فولادهایی که درصد مشابهی از کربن را دارند، ماشینکاری شوند. علاوه بر آن، پوسته تشکیل شده چندان چسبنده و محکم نبوده و عمر قالبهای آهنگری بهتر می شود. ادعا بر اینست که افزودن بر به فولاد تند بر 18-4-1 سختی پذیری را می افزاید و در نتیجه میزان سختی و راندمان برش اصلاح خواهند یافت. آلیاژهای آهن –بر که نسبت بالایی از بر دارند، بی نهایت ترد بوده و در فولادهای مهندسی استفاده ای ندارند. فولاد با 4%B در تولید میله های کنترل پایلهای اتمی و تجهیزات محافظ نوترونی بکار می روند.شرط اصلی در اینگونه موارد اینست که ماده توانایی بالایی در جذب نوترون داشته باشد.بر مقدار سطح مقطع با جذب بالایی از نوترون دارد وارزان نیز است فلذا کاربرد خوبی پیدا کرده است.در حالیکه تحقیقات روی فولاد 4% B ادامه داشت، به این نکته پی بردند که فولاد 2% B در حضور مقداری آلومینوم قابل آهنگری است ولی اگر آلومینوم نباشد، فورج پذیر نخواهد بود. در بیشتر از 2 % B ، منطقه بحرانی برای آلومینوم در مقدار مشخصی از بر وجود دارد که می توان فولاد را فورج کرد. در بیشتر از 4.75 % B فولاد دیگر فورج نمی شود و با ریخته گری می توان فولاد تا 6 % B ریخته گری کرد. فولادهای بر دار دارای مقاومت خوردگی و اکسیداسیون کمتری بوده و لذا گام بعدی ، تولید فولادهای زنگ نزن با مقدار مشخصی از بر است.فولادهای فریتی و آستنیتی می توانند بدون اینکه خواص مکانیکی و فورج پذیری کاهش یابد، تا حدی بر داشته باشند.درصد بر بین 1.25 تا 1.5 درصد در فولادهای زنگ نزن 18/8 و 13 % Cr متغیر است.در این ممحدوده فولاد فورج پذیر بوده و در اینمقدار خواص مکانیکی ضعیف است.به عنوان مثال فولادی که 19 % Cr,14 % Ni,1.5 % Nb,1 % B دارد، استحکام کششی در حدود 43 ton/in2 و ازدیاد طول 25 % دارد. اگر بر این فولاد از نوع ایزوتوپ B10 باشد( که قابلیت جذب نوترون بالایی دارد) فورج پذیر بوده و نیز قابلیت جذب نوترون بالایی خواهد داشت. اگر بر به ترکیب فولاد زنگ نزن 8/18 اضافه شود و سپس از دمای 1200 C کوئنچ شود و بمدت طولانی در دمای 700 یا 800 C برگشت داده شود، رسوب سختی در آن اتفاق می افتد.در هنگام کوئنچ ، آستنیتی که از بر اشباع شده است، بدون استحاله باقی مانده و عملیات برگشت بعدی سبب رسوب ذرات ریز بر خواهد شد.ادعا شده است که چنین فولاد رسوب سختی شده ای دارای استحکام در دماهای بالای خوب و سختی بالا بوده ولی داکتیلیتی و مقاومت خوردگی پایینی دارند. برای بهبود کارپذیری فولادهای زنگ نزن فریتی و مقاومت حرارتی ،پیشنهاد شده است که تا 0.003% بر به ترکیب فولاد اضافه شود. درصد بر بندرت در آهن خام از 0.005 % فراتر می رود.در چدن ، بر از گرافیت زایی جلوگیری میکند و عمق چیل را می افزاید.اگر درصد بر از 0.01% فراتر رود، پایدار کننده بسیار قوی کاربید بوده و بهمین دلیل مقاومت سایشی جدنهای سفید سخت را می افزاید.چدنهای سفید حاوی نیکل و بر به عنوان آلیاژ با سطح سخت که در معرض سایش شدید می باشند، استفاده می شوند.چدنی که در غلطک ها استفاده می شوند، ممکن است از 0.02 تا 0.1 درصد بر داشته باشند که به خاطر کنترل عمق چیل و افزایش سختی سطح می باشد. در چدنهای مالیبل تا 0.001-0.005 % B جوانه زنی کره های گرافیت را می افزاید. بنابراین تعداد و توزیع آنها را یکنواخت تر می کند. این اثر آنیل پذیری چدن را می افزاید و مقادیر کم بر در چدن مالیبل اثر مضر کروم که به احتمال قوی در قراضه یافت می شود را از بین می برد
|
|||||||
|
|||||||
|
|
|
||||
|
اين عنصر ،اكسيژن زداي بسيار قوي در فولاد سازي بوده ، پايدار كننده نيتروژن و اصلاح كننده اندازه دانه است.براي اين منظور درصد آلومينيوم كمتري نياز است. آلومينيوم باعث پايداري فاز فريت در ريزساختار مي شود. در درصدهاي حدود 1 درصد فاز فريت بطور كامل پايدار مي شود. به دليل ماهيت فيزيكي و شيميايي اين عنصر در تركيب با اكسيژن ، فيلم سطحي بسيار محكم اكسيد آلومينيوم در سطح تشكيل مي دهد كه مقاومت خوردگي سطحي را افزايش مي دهد. اگر در نقطه اي اين فيلم آسيب بيند، دوباره آن سطح اكسيدشده و فيلم اكسيدي تازه برروي آن تشكيل مي شود.ضخامت اكسدي در حدود 10 nm و بالاتر استفاده مي شود. اين خاصيت را توانايي حفاظت از خود Self-protective capability مي گويند. البته براي بهبود مقاومت خوردگي بيشتر از كروم بميزان 10 % و بالاتر استفاده مي كنندولي اين عنصر گران است و مقرون به صرفه نيست.افزودن آلومينيوم به تركيب فولاد تاثيرات نامطلوب ناخواسته ديگري نيز در پي دارد.آنچه كه بايد در نظر گرفت اينست كه قبل از افزايش مقاومت خوردگي ،فريت زا است. قابليت انحلال آلومينيوم در فريت تقريبا 35 % است كه در درصدهاي بالا ، تمايل به تشكيل محلول جامد با درجه نظم بالا (Fe3Al) زياد مي شود.اگر استحاله برگشت پذير آلفا به گاما وجود نداشته باشد، مشكل بزرگ شدن دانه ها وجود خواهد داشت فلذا محدوديت هايي در چقرمگي و داكتيلي بوجود مي آيد. آلومينيوم تاثير عالي بر روي مقاومت در برابر پيركرنشي داشته و به علت تشكيل ذرات سخت نيتريد آلومينيوم ، بيشتر به عنوان عنصر آلياژي در فولادهاي نيتروره شونده بكار مي رود. در فولادهاي رسوب سختي شونده ،با تشکيل تركيبات بين فلزي ،استحكام در شرايط پير شده را افزايش مي دهد. قابلیت انحلال آلومینوم در گاما و آلفا به ترتیب 1.1 و 36 درصد است که با افزایش درصد کربن در فولاد ،درصد انحلال در گاما افزایش می یابد. آلومینوم با تشکیل محلول جامد ،استحکام فریت را زیاد کرده و اگر در گاما حل شود ، سختی پذیری را تا حد متوسطی افزایش می دهد. از طرفی تمایل چندانی به تشکیل کاربید ندارد ولی گرافیت زای عمل می کند. در بین عناصر آلیاژی کنترل کننده اندازه دانه آستنیتی، آلومینوم بیشترین تاثیر را دارد.آخرین تئوری که اینگونه عملکرد آلومینوم را توضیح می دهد اینست که آلومینوم با تشکیل نیترید آلومینوم مانعی در برابر حرکت مرزدانه های آستنیت تشکیل می دهد.فولادهای کربنی ساده حاوی آلومینوم مقاومت پیرکرنشی بالایی داشته و استحکام ضربه شان بهبود می یابد. از طرفی بدلیل یکنواختی ساختار شان، قابلیت ماشینکاری آنها اصلاح می شود. اکسیژن زدایی با آلومینوم تاثیر بسیار زیادی بر اندازه ، شکل و توزیع آخالهای سولفیدی دارد.در مطالعه تاثیرات آلومینوم ، این نکته حاصل شد که در صورت کافی نبودن درصد آلومینوم برای اکسیژن زدایی ، آخالهای سولفیدی بصورت اشکال کروی با اندازه های متفاوت و توزیع تصادفی در می آیند که تیپ یک را تشکیل می دهند.اگر فولادها بطور کامل با آلومینوم اکسیژن زدایی شده باشند ولی درصد اضافی از این عنصر در ترکیب فولاد موجود نباشد، در این حالت شکل آخالها کره های بسیار ریز با شکل یوتکتیکی بوده که در مرزدانه های اولیه قرار می گیرند.(تیپ دو) . تیپ سه در صورتی بدست می آید که اولا فولاد بطور کامل اکسیژن زدایی شده و از طرف دیگر درصدی از این عنصر در ترکیب وجود داشته باشد.در این حالت، شکل آخالها کروه درشت و حجیم با توزیع تصادفی خواهد بود. کمترین داکتیتلیتی در تیپ دو بدست می آید که بدترین حالت می باشد.در حالیکه بهترین حالت و بالاترین داکتیلیتی در تیپ یک بدست می آید.مقدار آلومینوم در تیپ یک در محدوده 0.015-0.025 % و درصد آن در تیپ سه برابر 0.010 درصد می باشد. در نیتریداسیون فولادهای غیرآلیاژی ،نیتریدهای آهن (Fe4N,Fe2N) تشکیل می شود که بسیار نرم هستند و سختی آنها کمتر از 200 HB خواهد بود.در فولادهای نیتروآلوی، نیتریدهای آلومینوم و کروم بسیار پایدار بوده و لایه سطحی سختی بالایی خواهند داشت ولی ضخامت این لایه چندان بالا نیست(0.004 in) در فولادهایی که دارای 1 % Al می باشند، نیتریدهای آهن بسیار ترد در سطح تشکیل می شوند . فلذا در این گونه موارد برای جلوگیری از پوسته شدن در حین کار، بهتر است سطح بمیزان 0.001 in سنگ زنی شود. آلیاژهای مغناطیس نیکل- آلومینوم دارای 6-13 % آلومینوم می باشند.این در حالی است که استحاله مارتنزیتی با ایجاد تنش های داخلی ، خواص مغناطیسی به فولادهای مغناطیس معمولی می دهد.در این آلیاژها سخت گردانی مغناطیسی با مکانیسم رسوب ایجاد می شود.آلیاژ مغناطیس دایم Alni دارای 3.5% Cu,24% Ni,13% Al است.آلیاژ با نرخ بحرانی از دمای انحلال سرد می شود و در طی سرد کردن در محدوده 1200-800 C غیرمغناطیس بوده و فازهای با توزیع ریز رسوب می کند.تنش های داخلی در طی سرد شدن اشاعه یافته و توزیع رسوب پراکنده شرایط خوبی را برای خواص مغناطیس دایمی فراهم می آورد. آلیاژهای مغناطیس دایم که دارای آلومینوم هستند،بیشترین HB در مقایسه با مغناطیس های حاوی کبالت و تنگستن معمولی دارند از جمله Alnico,Alomax,Ticonal,Hycomax. آلومینوم بهمراه تیتانیوم به ترکیب برخی از آلیاژهای پایه نیکلی که دردماهای بالا بکار می روند، اضافه می شود تا تشکیل رسوبات پراکنده در دماهای پایین را تسهیل دهد. این رسوبات ترکیبات نیکل- آلومینوم-تیتانیوم هستند.آلیاژ Nimonic با این مکانیسم سخت گردانی می شود و امکان دارد که در دمای 700 C رسوب سختی شود.در شرایط عملیات حرارتی شده ، این آلیاژ نسبت استحکام به وزن خوب، تنش شکست خوب در دماهای بالا و مقاومت خزشی قابل قبول داشته و در موتورهای هواپیماهای مدرن که در معرض دماهای بسیار بالا هستند ، کاربرد دارند. در آلیاژ Nitralloy N آلومینوم بدو منظور گسترش رسوب سختی و نیز تاثیر آن در نیتریداسیون وجود دارد.بعد از نیتریداسیون، یک سطح سخت معمولی تشکیل می شود ولی در همان زمان مرکز قطعه به اندازه 15-20 ton/in2 بدلیل فرآیند رسوب سختی استحکام گردانی می شود. آلومینوم می تواند در مواد 18/8 تاثیر بسزایی در رسوب سختی آنها داشته باشد.در چنین مواردی 1% Al اضافه می شود.با این درصد آلومینوم ، مقدار مشخصی از فریت دلتا در ریزساختار تشکیل می شود که کارپذیری گرم را تا حد زیادی کاهش میدهد. آلیاژهای از این نوع می توان به 17/7 PH و 15/5 PH اشاره کرد.مواد PH ( رسوب سختی شونده) این مزیت را در مقایسه با فولادهای سخت شونده عادی دارند که مکانیسم رسوب تحت تاثیر اثرات اندازه دانه نبوده و در کل مقطع میتوان به سخت گردانی یکنواختی دست یافت. مقاومت اکسیداسیون آلیاژهای کروم-آهن در دماهای بالا با افزودن آلومینوم بهتر می شود.آلیاژ Fe-20%Cr-5%Al مقاومت (Resistivity) در حدود یک پنجم برابر بیشتر از مواد کروم-نیکل معمولی دارد.اگر مقدار آلومینوم این آلیاژ تا 10 % بیشتر شود، مقاومت آن دو برابر مواد کروم – نیکل می شود. گروه دیگری از مقاومت ها که از لحاظ ترکیب و خواص مشابهند، ولی کبالت در ترکیبشان وجود دارد، سری های Kanthal بوده که حاوی 3 %Co,5% Al,25 % Cr هست. البته آلیاژ های با 37.5 % Cr,7.5% Al نیز تولید می شوند ولی فولادهای 13% Cr-5 % Al نیز در مقاومت های صنایع سنگین کاربرد دارند. چدنها با آلومینوم تا 2 درصد می توانند بصورت افزودنی جامد آلیاژی شوند. ولی اگر بخواهیم درصد آلومینوم بیشتر از این مقدار باشد باید دو ذوب با هم مخلوط شوند.فیلم اکسیدی محکمی بر روی ذوب تشکیل می شود که اگر در ریخته گری دقت لازم نشود، افت خواص مکانیکی و ریخته گری را در پی خواهد داشت. در چدنها ، آلومینوم تا 4 درصد گرافیت زایی را افزایش می دهد. از 4-10 %Al کاربید یوتکتیک پایدار می شود و بین 10-18 % Al کاربید ها دیگر غالب هستند.بین 18-24 % Al گرافیت زایی مجددا اتفاق افتاده و با افزایش درصد آن ، گرافیت زایی ارتقاء می یابد.و در 24 % Al کل کربن بصورت گرافیت در می آید.با ازدیاد درصد آلومینوم پایداری کاربید نیز بیشتر می شود و در 29 % Al هیچ گونه گرافیتی در ریزساختار دیده نمی شود. چدنهای با آلومینوم بالا ، مقاومت خوبی در برابر رشد دانه و پوسته برداری Scalling دارند. در درصدهای بالای 3 ، پوسته برداری یک دفعه کاهش می یابد.در زیر این مقدار تاثیر چندانی بر رشد ندارد ولی در درصدهای بالاتر از آن، با افزایش درصد آلومینوم مقدار آن شدیدا کاهش می یابد و در محدوده 8-20 % به یک مقدار مینیمم می رسد که در آن گرافیتی وجود ندارد و یا اگر وجود داشته باشد خیلی کم است.آلیاژی بنام Crafler بهترین مقاومت در برابر رشد و پوسته برداری دردماهای بالاتر از 1000 C را دارد و در ترکیب آن 7-7.5 % Al و 0.75 % Cr می توان یافت. آلومینوم در ترکیب فروسیلیس ها و یا سایر فروآلیاژهای حاوی سیلیس وجود دارد و اگر بخواهیم جوانه زنی بنحو احسن انجام شود ، بهتر است درصد آلومینوم در این آلیاژهای بیشتر از 1 درصد باشد. افزودن 0.02 %Al به ترکیب چدن مالیبل ، جوانه زنی کروی را بیشتر کرده و بدلیل احتمال ترکیب آن با نیتروژن، مالیبلیزاسیون را تسهیل می سازد.
|
|||||
|
|||||
|
|
|
|
|
در تركيب تمام فولادها مي توان يافت.علت اينست كه كانه هاي آهن حاوي درصدهايي از سيليس است و نيز در حين فولادسازي ،از جداره هاي نسوز كوره وارد ذوب آهن مي شود.سيليس اكسيژن زداي قوي است و آخالهاي اكسيدي را نيز حذف مي كند. وزن اتمي سيليس 28 و نقطه ذوبش 1427 C است.ساختار كريستالي آن مكعبي الماسي است. سيليس فلز نيست بلكه يك شبه فلز metalloid است . سيليس در آهن مذاب بهر نسبتي حل مي شود. ولي در آهن جامد حداكثر تا 15 % حل مي شود.سيليس دماي استحاله دلتا به آستنيت را كاسته و از طرفي دماي استحاله فريت به آستنيت را افزايش مي دهد و منطقه پايداري آستنيت را مي كاهد. در واقع فريت زاي قوي است. سيليس به عنوان عنصر آلياژي در مقادير بيش از 0.3 % اثرات مفيدي دارد. استحكام فريت را افزايش مي دهد و سختي پذيري را زياد مي كند. وجود سيليس در فولادهاي الكتريكي كه جهت گيري دانه ها مطرح است بسيار مهم است. هم چنين سياليت ذوب را نيزافزايش مي دهد. حضور سيليس ، راسب شدن گرافيت را تشويق ميكند و مقاومت سايشي را افزايش مي دهد. به علت افزايش استحكام تسليم ، عنصر اصلي در فولادهاي فنر است.به علت افزايش مقاومت در برابر اكسيداسيون و پوسته دار شدن در فولادهاي مقاوم در برابر حرارت استفاده مي شود.براي اينكه مقاومتشان در محيط هاي اسيدي نيز زياد شود، درصد سيليس تا 12% بايد باشد كه در اينصورت فقط باريخته گري قابل توليد بوده و براي رسيدن به ابعاد فقط سنگ زني قابل انجام است. در مقادیر بالای سیلیس ، سختی پذیری و استحکام فولاد افزایش می یابد ولی این افزایش همراه با کاهش داکتیلیتی و انرژی ضربه است.از اینرو درصد سیلیس در اکثر فولادها به 0.35 % محدود می شود.در فولادهای کربن متوسط و پرکربن ، باافزودن سیلیس سختی پذیری زیاد می شود. درصد کربنی که یوتکتیک در آن رخ می دهد کاسته می شود.و دمای آستنیته را می افزاید.افزودن سیلیس به فولادهای کوئنچ و تمپر با 0.5 % کربن ، سختی حاصل از سخت کاری و فریت حاوی کاربید را افزایش می دهد. در فولادهای فنر کربنی و سیلیس – منگنز دار ، میزان سیلیس بیش از حد طبیعی است و در محدوده1.5 -2 % می باشد و درصد منگنز بین 0.6-1.0 % است.با ازدیاد درصد سیلیس ، حساسیت به تردی تمپر افزایش می یابد. هرچند ، منگنز این حساسیت را بیشتر از سیلیس افزایش می دهد ولی در فولادهای سیلیس – منگنز دار حاوی 1% منگنز، اگر درصد سیلیس بین 1.5-2 درصد باشد ، تردی تمپر بسیار جدی خواهد بود.اگر فولاد تنها0.6 % منگنز داشته باشد سیلیس تا3 % می تواند در ترکیب فولاد حضور داشته باشد بدون اینکه بر افزایش تردی تمپر تاثیر جدی داشته باشد. سیلیس در فولادهای مقاوم به حرارت ، نیکل-کروم ، کروم دار و کروم-تنگستن برای افزایش مقامت به اکسیداسیون در دماهای بالا بکار می رود.فولادهای شیر کروم-سیلیس تا 3.75 % سیلیس و فولادهای پرنیکل –کروم-تنگستن در محدوده 1-2.5 % سیلیس دارند. این چنین فولادهایی در شیرهای اگزوز موتورهای درون سوز استفاده می شود. افزودن تقریبا 2 % سیلیس به فولادهای زنگ نزن 18/8 مقاومت به پوسته برداری در دمای 980 C را افزوده و فولادهای تجارتی از این نوع در حدود 2-3 % سیلیس دارند. سیلیس در فولاد با تشکیل محلول جامد جانشینی باعث می شود کربن بصورت گرافیت رسوب کند. فلذا چنین شکلی از کربن در حین نورد گرم بصورت لایه دکربوریزه شده حذف خواهد شد.بنابر این میزان کربن تا حد امکان کم نگهداشته می شود تا میزان اکسید و کربنی که خواص مغناطیسی فولاد را کاهش می دهد ، کمتر شود.از اینرو ورقهای فولاد سیلیس دار که 2.5-5 % سیلیس دارند، افت جریان ادی و هیسترزیس کمتری در مقایسه با آهن دارند. فلذا در میدان جریان مستقیم، قابلیت نفوذ مغناطیس در آنها برای اکثر کاربردها مفید ومناسب بوده که باعث شده در صنایع الکتریکی کاربرد زیادی پیدا کرده است. ورقهای الکتریکی از فولادهای سیلیس دار 4-4.75 % سیلیس ساخته می شوند. چون در درصدهای سیلیس بالای 2.5 % آستنیتی وجود ندارد فلذا می توان آنها را عملیات حرارتی کرد.این عملیات تنها برای بازیابی و آزادسازی کرنش های مکانیکی و نفوذ ناخالصی ها و آخالها و رشد کریستالهای بزرگ اکوکسی بزرگ و به دنبال آن بهبود خواص مغناطیسی بکار می رود.یک روش برای آنیل ، عملیات حرارتی فولاد در دمای 800-1000 C در شرایط احیایی و سپس آهسنه سرد کردن است.در روش دیگر که برای تولید ورقهای با جهت گیری دانه ای استفاده می شود، شامل پوشش دادن اولیه ورقهای نورد گرم شده و سپس نورد سرد با پودرهای دیرگداز و به دنبال آن آنیل در دمای 1200 C بمدت60 ساعت در اتمسفر هیدروژن دار می باشد. با این عملیات درصد زیادی از دانه ها در راستای ترجیحی جهت دار می شود. ورق با چنین شبکه فریت جهت دار و یکنواخت باعث افزایش راندمان ترانسفورماتور و کاهش افت وات می شود.در عوض مقدار گرمای تولید شده در طی کار ترانسفورماتور را کاسته و هزینه اولیه را کم کرده و سیستم خنک کن دستگاه را ساده تر کرده است. سیلیس در چدن ها همیشه وجود داشته و یک عنصر گرافیت زاست و پایداری کاربیدهای یوتکتیک و پرلیتی را کاهش می دهد.درصد سیلیس در چدنهای سفید بسیار کم بوده ولی در چدنهای خاکستری حداقل تا 1.5 درصد نیز وجود دارد. |
||
منبع : سايت علمی و پژوهشي آسمان--صفحه اینستاگرام ما را دنبال کنید
اين مطلب در تاريخ: یکشنبه 05 بهمن 1393 ساعت: 18:08 منتشر شده است
برچسب ها : عمليات حرارتي آلياژهاي آلومينيوم,اثر فسفر در فولادها و چدنها,تاثیر آلومینوم,
