یکی به دادم برسه...

[metallurg]

استحکام سوپر الیازها از طریق محلول جامد بیشتر افزایش میابد یا از طریق رسوب سختی؟

 

[fandak]

همین الان همکار مدیر متالورژی جناب متالیک می آن جوای می دن

 

[متالیک]

سلام دوست عزیز
جواب دادم یه بار به این سوال منتقل شده به تاپیک راهنمایی برای همه

 

[ali_arya]

سلام دوست عزیز
جواب دادم یه بار به این سوال منتقل شده به تاپیک راهنمایی برای همه

مقاله ی شماره ی 1: معرفي تكنولوژي سوپرآلياژ و ميزان كاربرد آن در جهان و ايران
________________________________________
معرفي تكنولوژي سوپرآلياژ و ميزان كاربرد آن در جهان و ايران

معرفي وكاربردها
سوپرآلياژها در واقع آلياژهايي مقاوم در برابر حرارت، خوردگي و اكسيداسيون مي¬باشند كه به لحاظ تركيب شيميايي شامل سه گروه پايه نيكل، نيكل-آهن و پايه كبالت مي¬باشند. اولين استفاده از سوپرآلياژها در ساخت توربين¬هاي گازي، طرح¬هاي تبديل ذغال‌سنگ، صنايع شيميايي و صنايعي كه نياز به مقاومت حرارتي و خوردگي داشته¬اند بوده است.
امروزه تناژ وسيعي از قطعات مصرفي در توربين¬هاي گازي از جنس سوپرآلياژها مي¬باشند. در ذيل به بعضي از مصارف اين قطعات اشاره شده است:
- توربين¬هاي گازي هواپيما
- توربين¬هاي بخار نيروگاه‌هاي توليد برق
- ساخت قالب‌هاي ريخته¬گري و ابزارهاي گرمكار
- مصارف پزشكي و دندانپزشكي
- فضاپيماها
- تجهيزات عمليات حرارتي
- سيستم¬هاي نوتروني و هسته¬اي
- سيستم¬هاي شيميايي و پتروشيمي
- تجهيزات كنترل آلودگي
- تجهيزات و كوره¬هاي نورد فلزات
- مبدل¬هاي حرارتي تبديل ذغال سنگ

به منظور انتخاب سوپرآلياژها جهت مصرف در كاربردهاي فوق لازم است خواص فني نظير شكل¬پذيري، استحكام، مقاومت خزشي، استحكام خستگي و پايداري سطحي در نظر گرفته شوند.
تقسيم‌بندي سوپرآلياژها برحسب روش توليد
با توجه به نحوة توليد مي¬توان سوپرآلياژها را به چهار گروه كلي تقسيم‌بندي نمود كه عبارتنداز:
1) سوپرآلياژهاي كارپذير
سوپرآلياژهاي كارپذير در حقيقت گروهي از سوپر آلياژها هستند كه قابليت كار مكانيكي دارند و از روش¬هاي مكانيكي مي¬توان به آنها شكل¬داد. به منظور توليد مقاطع معيني ازسوپرآلياژهاي كارپذير، اولين گام آن است كه شمش¬هاي سوپرآلياژها به دليل حضور عناصر فعال(عناصري كه سريع در مجاورت هوا اكسيد مي¬شوند) در شرايط خاصي تهيه شوند. فرايندهاي ذوب در خلاءدر مورد تهيه سوپرآلياژهاي پايه نيكل و پايه آهن جزء ضروريات مي-باشد. اما در مورد سوپرآلياژهاي پايه كبالت امكان ذوب در هوا وجود دارد.
پس از تهيه شمش¬ آلياژهاي كارپذير به يكي از روش‌هاي فوق عمليات شكل¬دهي صورت مي¬گيرد. عمليات شكل-دهي سوپرآلياژها نيز مي¬تواند توسط عمليات متداول كليه آلياژهاي فلزي انجام پذيرد. سوپرآلياژهاي پايه آهن، كبالت و نيكل را مي¬توان به صورت مفتول، صفحه، ورق، نوار، سيم و اشكال ديگر توسط فرايندهاي نورد، اكستروژن و آهنگري توليد نمود. معمولاً عمليات شكل¬دهي در دماي بالا صورت مي¬گيرد و تعداد كمي از سوپرآلياژها را مي¬توان به صورت سرد شكل‌دهي نمود. ساختارهاي يكنواخت و ريزدانه¬اي كه از شكل‌دهي سرد حاصل مي¬شود نسبت به ساختارهاي شكل¬دادن گرم ارجحيت دارند.
عمليات ترموديناميكي بر روي سوپرآلياژها معمولاً در حدود 1000-950 درجه سانتي¬گراد انجام مي¬شود كه به اين ترتيب در حين شكل دادن عمليات حرارتي نيز صورت مي¬گيرد.

2) سوپرآلياژهاي متالورژي پودر
بسياري از انواع آلياژهاي كارپذير از طريق فرايندهاي متالورژي پودر توليد مي¬گردند. امروزه قطعات متالورژي پودر از جنس سوپرآلياژ با دانسيته كامل از طريق روش‌هاي اكستروژن يا پرسكاري ايزواستاتيك گرم (HIP) توليد مي-گردند. مهمترين اين قطعات قيچي¬ها و سوزنهاي جراحي مي¬باشند.
فرايندهاي متالورژي پودر به‌دليل داشتن مزاياي زير بر فرايندهاي ريخته¬گري ترجيح داده مي¬شوند هر چند كه معايبي را نيز به همراه خواهند داشت:
- يكنواختي در تركيب شيميايي و ساختار كريستالي
- ريز بودن اندازه دانه¬هاي كريستالي
- كاهش جدايش¬ها
- راندمان بالاتر از نظر مصرف مواد
اما مشكلاتي نظير حضور گاز باقيمانده، آلودگي كربني و آخال‌هاي سراميكي باعث مي¬گردد كه در برخي موارد نيز فرايندهاي شمش‌ريزي و ترمومكانيكي متداول صورت پذيرند.

3) سوپرآلياژهاي پلي‌كريستال ريختگي
وجود محدوديت‌هاي تكنولوژيكي سبب محدود شدن رشد صنعت سوپرآلياژ مي‌گردد و بنابراين با پيدايش فرايندهاي جديد توليد، اين صنعت نيز روز به روز توسعه مي¬يابد.
تعداد زيادي از فرايندها را مي¬توان در توليد قطعات سوپرآلياژ با اندازه نزديك به قطعة نهايي مورد استفاده قرار داد اما اساساً اين قطعات توسط فرايند ريخته¬گري دقيق توليد مي¬گردند.
محدوده تركيب شيميايي سوپرآلياژهاي ريختگي بسيار گسترده¬تر از سوپرآلياژهاي كارپذير بوده و بنابراين خواص متنوع¬تري نيز از اين طريق قابل حصول خواهند بود هر چند كه انعطاف‌پذيري و مقاومت به خستگي در فرآيندهاي كار مكانيكي بهتر از ريخته¬گري خواهد بود، اما امروزه با توسعه فرآيندهاي جديد ريخته¬گري و انجام عمليات حرارتي متعاقب، خواص سوپرآلياژهاي ريختگي نيز افزايش يافته است.

4) سوپرآلياژهاي تك¬كريستالي انجماد جهت¬دار
به‌منظور توسعه توربين¬هاي گازي مصرفي در هواپيماها و افزايش دماهاي كاري و كارآيي موتورها، به‌طور مداوم روش¬هاي توليد سوپرآلياژها در حال بهبود است.
قسمت‌هاي بحراني توربين¬ها معمولاً شامل پره¬هاي تحت فشار بالا، هواكش¬ها و ديسك¬ها مي¬باشند. در طول 15 سال گذشته تحقيقات بسياري در زمينه افزايش راندمان توربين¬ها صورت گرفته است و عمده اين تحقيقات بر امكان افزايش دماي ورودي، فشاركاري و كاهش هزينه¬هاي توليد استوار بوده است. توسعه فرايند انجماد جهت¬دار به‌منظور توليد تك‌كريستالي‌هاي ريختگي سبب شده تا بتوان از اين طريق پره¬هاي توربين را با دانه¬هاي جهت¬دار در راستاي اعمال تنش توليد نمود و به اين ترتيب علاوه بر خواص پايدار حرارتي، استحكام خستگي، استحكام خزشي و انعطاف‌پذيري نيز افزايش يابند.
با توسعه اين تكنولوژي، امروزه در توربين¬هاي مصرفي در نيروگاه‌هاي برق نيز از قطعات تك‌كريستال از جنس سوپرآلياژها استفاده به‌عمل مي¬آيد.
در سال¬هاي 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 تركيب شيميايي
به طور كلي اين آلياژها شامل سه گروه پايه نيكل، پايه آهن و پايه كبالت مي¬باشند كه بسته به درجه حرارت كاربردي مورد استفاده قرار مي¬گيرند .

1) سوپرآلياژهاي پايه نيكل
امروزه آلياژهاي نيكل در حالت‌هاي "تك‌فازي"، "رسوب سختي شده" و "مستحكم‌شده توسط رسوبات اسيدي و كامپوزيت¬ها" در مصارف صنعتي مختلف مورد استفاده قرار مي¬گيرند.
سوپرآلياژ¬هاي پايه نيكل پيچيده¬ترين تركيباتي مي¬باشند كه در قطعات دماي بالا به كار مي¬روند. در حال حاضر 50 درصد وزن موتورهاي هواپيماهاي پيشرفته از جنس اين آلياژها مي¬باشد. خصوصيات اصلي آلياژهاي نيكل، پايداري حرارتي و قابليت مستحكم شدن مي¬باشد.
بسياري از اين آلياژها حاوي 10 الي 20 درصد كرم، حداكثر 8 درصد آلومينيوم و تيتانيم، 5 تا 15 درصد كبالت و مقادير كمي موليبدن، نيوبيم و تنگستن مي¬باشند.
دو گروه اصلي از آلياژهاي آهن- نيكل كه ميزان نيكل آنها بيشتر از مقدار آهن است عبارت از گروهIncoloy 706 و Inconel 718 مي¬باشند.
اين آلياژها معمولاً حاوي 3 تا 5 درصد نيوبيم مي¬باشند و در رديف آلياژهاي پايه نيكل قرار مي¬گيرند. آلياژهاي پايه نيكل معمولاً تا دماي 650 درجه سانتي¬گراد استحكام خود را حفظ مي¬كنند. اما در دماهاي بالاتر به سرعت استحكام خود را از دست مي¬دهند.

2) سوپرآلياژهاي پايه آهن
سوپرآلياژهاي پايه آهن نشات گرفته از فولادهاي زنگ نزن آستينتي مي¬باشند كه داراي زمينه¬اي از محلول جامد آهن و نيكل بوده و براي پايداري زمينه نياز به حداقل 25 درصد نيكل است.
- گروه‌هاي متعددي از اين آلياژها تاكنون مشخص گرديده¬اند كه هر يك با مكانيزم¬هاي خاصي مستحكم مي¬¬شوند. برخي از اين آلياژها نظير 57-V و 286-A حاوي 25 تا 35 درصد وزني نيكل مي¬باشند و استحكامشان به دليل حضور آلومينيوم و تيتانيم مي‌باشد.
- گروه دوم آلياژهاي پايه آهن كه آلياژهايX750 و Incoloy901 نمونه¬هاي آن مي¬باشند، حداقل 40 درصد وزني نيكل داشته و همانند گروه¬هاي با نيكل بالاتر استحكام بخشي توسط سختي رسوبي صورت مي¬گيرد.
- گروه ديگر اين آلياژها بر پايه آهن- نيكل- كبالت مي¬باشند و استحكام اين گروه در محدوده 650 درجه سانتي¬گراد مناسب بوده و ضريب انبساط حرارتي آنها پايين مي¬باشد. اين آلياژها شامل Incoloy با شماره¬هاي 903، 907، 909، 1-1- PyrometCTX و 3-PyrometCTX و غيره مي¬باشند.

3) سوپرآلياژهاي پايه كبالت
سوپرآلياژهاي كارپذير پايه كبالت برخلاف ساير سوپرآلياژها مكانيزم استحكام بخشي متقاوتي دارند و خواص حرارتي خوبي در دماي حدود 1000 درجه سانتي¬گراد خواهند داشت.
سوپرآلياژهاي پايه كبالت حاوي كرم، مقاومت به خوردگي و اكسيداسيون خوبي داشته و هم چنين قابليت جوشكاري و مقاومت به خستگي حرارتي آنها نسبت به آلياژهاي پايه نيكل بالاتر مي¬باشد. از طرف ديگر امكان ذوب و ريخته¬گري اين آلياژ، در هوا با اتمسفر آرگون مزيت ديگري نسبت به ساير سوپرآلياژها كه نياز به خلاء دارند مي¬باشد.
سه گروه اصلي آلياژهاي پايه كبالت را مي¬توان به صورت ذيل در نظر گرفت:
- آلياژهايي كه در دماهاي بالا در محدودة 650 تا 1150 درجه سانتي¬گراد مورد استفاده قرار مي¬گيرند كه شامل آلياژهايS-816، 25HAYNES، 188 25HAYNES، 55625HAYNES، 50UMCO مي¬باشند.
- آلياژهايي كه تا حدود 650 درجه سانتي¬گراد به كار مي¬روند نظيرTN3MP، 159 MP
- آلياژ مقاوم به سايش B 6 Stellite
آلياژ 2525HAYNES بيشترين كاربرد را در ميان آلياژهاي كارپذير پايه كبالت داشته اشت و در ساخت قطعات گرمكار نظير توربين¬هاي گازي، اجزاء راكتورهاي هسته¬اي، ايمپلنت‌هاي جراحي و غيره مورد استفاده قرار گرفته-اند. آلياژهاي گروه پايه كبالت كه شامل كرم- تنگستن- كربن مي¬باشند معروف به آلياژهاي Satellite بوده كه به شدت مقاوم به سايش مي¬باشند.
اين گروه معمولاً در مواردي كه مقاومت سايشي در درجه حرارت‌هاي بالا مورد نياز باشد به كار مي¬روند. در واقع سختي اين مواد در دماي بالا حفظ شده و در مواقعي كه نمي¬توان در حين كار روغنكاري انجام داد به خوبي مورد استفاده قرار مي¬گيرند.

بازار سوپرآلياژها
شايد بتوان گسترش بازار سوپرآلياژها را در دنيا مربوط به صنايع هوا _ فضا در نظر گرفت كه با توجه به رشد روزافزون اين صنعت و قطعات يدكي آن در سطح جهان پيش بيني مي¬گردد كه تنها بازار قطعات يدكي هواپيماها بالغ بر 4،5 ميليارد دلار باشد، بررسي¬ها حاكي از آنست كه تا سال 2015 تعداد 16000 فروند هواپيماي جديد با موتورهاي توربين گازي وارد بازار مي¬شوند كه نيمي از وزن اين موتورها از جنس سوپر آلياژ خواهدبود .
بر اساس آمارهاي تخميني موجود در ايران، سوپرآلياژها سالانه به ميزان 80 ميليون دلار در سه وزارت¬خانة نفت، نيرو و دفاع مورد استفاده قرار مي¬گيرند.