این محصول در قالب ورد و قابل ویرایش در 132 صفحه می باشد.
فهرست مطالب
سوپر آلیاژها در دمای بالا ۹
۱-۱- نحوه و زمان استفاده از این فصل ۹
۱-۲- تاریخچه ۱۰
۱-۳- معرفی و به کار گیری سوپر آلیاژها ۱۱
۱-۳- مروری کوتاه بر فلزات با استحکام در دمای بالا ۱۲
۱-۴-اصول متالورژی سوپر آلیاژها ۱۳
۱-۵- بعضی از ویژگیها و خواص سوپر آلیاژها ۱۵
۱-۶- کاربردها ۱۷
۱-۸- موضوعات ارائه شده در این کتاب ۱۸
انتخاب سوپر آلیاژها ۱۹
۲- شکل سوپر آلیاژها ۲۰
۳- دمای کاری سوپرآلیاژها ۲۰
۲-۲- مقایسه سوپر آلیاژهای ریخته و کار شده ۲۲
۲- سوپر آلیاژهای ریخته ۲۳
۲-۳- خواص سوپرآلیاژها ۲۴
۲- سوپر آلیاژهای پیشرفته ۲۵
۳- خواص مکانیکی و کاربرد سوپرآلیاژها ۲۶
۴- خواص فیزیکی و چگالی ۲۸
۲-۴- انتخاب سوپرآلیاژها ۲۹
۱- کاربردهای آلیاژهای کار شده در دمای متوسط ۲۹
۲- کاربردهای آلیاژهای ریخته در دمای بالا ۳۰
۳- یک مثال از دیسک‌های توربین گاز ۳۲
متالورژی سوپرآلیاژها ۳۷
۱- گروه‌های سوپرآلیاژها ۳۷
۲- ساختار بلوری ۳۷
۳- فاز در سوپرآلیاژها ۳۸
۳-۲- مقدمه‌ای بر گروه‌های آلیاژی ۴۰
۱- سوپر آلیاژهای پایه آهن- نیکل ۴۰
۲- سوپرآلیاژهای پایه نیکل ۴۰
۳- سوپرآلیاژهای پایه کبالت ۴۲
۳-۳- عناصر آلیاژی و اثرات آنها بر ریزساختار سوپرآلیاژها ۴۲
۲- عناصر اصلی در سوپرآلیاژها ۴۳
۳- عناصر جزئی مفید در سوپرآلیاژها ۴۴
۴- عناصر تشکیل دهنده فازهای ترد ۴۴
۵- عناصر ناخواسته و مضر در سوپرآلیاژها ۴۴
۶- عناصر ایجاد کننده مقاومت خوردگی و اکسیداسیون ۴۵
۷- خلاصه عناصر آلیاژی ۴۵
۳-۴- ریز ساختارها ۴۵
۲- خلاصه فازها در سوپرآلیاژهای پایه نیکل و پایه آهن- نیکل ۴۶
۳- نحوه تغییر ریز ساختارها ۴۸
۴- نمونه ریز ساختارها ۴۹
۳-۵- استحکام دهی سوپرآلیاژها ۵۰
۲- فاز ۵۱
۳- فاز ۵۲
۴- کاربیدها ۵۲
۵- کاربیدهای M7C3 55
6- بوریدها و عناصر جزئی مفید دیگر (به جز کربن) ۵۶
۳-۶- تاثیر فرآیند بر بهبود ریز ساختار ۵۷
۲- فرآیند و ریزساختار ۵۷
۴-۱- انجماد سوپرآلیاژا ۵۹
۲- تشکیل مغزه ۶۰
۳- شرایط تشکیل مغزه ۶۲
۴-۲- مروری بر کوره قوس الکتریکی (EAF) / کربن‌زدایی با اکسیژن و آرگن (AOD) 64
2- تشریح فرآیند EAF/AOD 65
4-3- عملیات کوره قوس الکتریکی/ کربن زدایی با اکسیژن و آرگن (EAF/AOD) 67
1- ترکیب شیمیایی آلیاژ و آماده کردن شارژ ۶۷
۲- بارگذاری EAF 69
3- کوره قوس الکتریک ۷۰
۴- تانک AOD 72
5- پاتیل ریخته‌گری ۷۵
۴-۴- مروری بر ذوب القایی در خلاء (VIM) 76
2- تشریح فرآیند VIM 77
4-5- عملیات ذوب القایی در خلاء ۷۹
۱- عملیات ذوب القایی در خلاء ۷۹
۲- کوره القائی تحت خلاء ۸۲
۳- سیستم‌های ریخته‌گری ۸۴
۴- عملیات ذوب القایی در خلاء ۸۶
۴-۶- مروری بر ذوب مجدد ۹۱
۲- تشریح فرآیند ذوب مجدد در خلاؤء با قوس الکتریکی (VAR) 92
3- تشریح فرآیند مجدد با سرباره الکتریکی (ESR) 93
4-7- کیفیت الکترود ۹۵
۱- ترکیب شیمیایی ۹۵
۲- تمیزی ۹۵
۳- مک ۹۶
۴- ترک ۹۶
۴-۸- عملیات ذوب مجدد در خلاء با قوس الکتریکی ۹۷
۱- کوره VAR 97
2- عملیات ذوب مجدد در خلاء با قوس الکتریکی ۹۸
۳- کنترل ذوب مجدد در خلاء با قوس الکتریکی ۹۹
۴- کنترل مواد غیر عادی در فرآیند VAR 102
5- جزئیات حوضچه مذاب فرآیند VAR 103
4-9- عیوب ناشی از ذوب در VAR 105
1- نقاط سفید منفرد ۱۰۵
۲- انجماد نقاط سفید ۱۰۶
۴-۱۰- عملیات ذوب مجدد با سربار الکتریکی (ESR) 109
1- کوره ESR 109
2- عملیات کوره ذوب مجدد با سرباره الکتریکی ۱۱۰
۳- کنترل ذوب مجدد با سرباره الکتریکی ۱۱۲
۴- انتخاب سرباره ۱۱۴
۵- جزئیات حوضچه مذاب فرآیند ESR 116
4-11- عیوب ناشی از ذوب در ESR 117
2- جدایش مثبت ۱۱۷
۳- سطح شمش ذوب مجدد شده با سرباره الکتریکی ۱۱۸
۴-۱۲- محصولات ذوب سه مرحله‌ای ۱۱۸
۲- فرآیند ذوب سه مرحله‌ای شمش ۱۱۹
۴-۱۳- تبدیل شمش و محصولات نورد ۱۲۰
۲- همگن‌سازی توزیع عنصر محلول در شمش‌ها ۱۲۲
۳- آهنگری محصول نیمه تمام ۱۲۴
۴- آهنگری محصول نیمه تمام آلیاژ IN-718 125
5- اکستروژن ۱۲۷
۶- نورد ۱۲۷
۷- دسترسی به محصولات نورد ۱۲۹
سوپر آلیاژها در دمای بالا
۱-۱- نحوه و زمان استفاده از این فصل
به دشواری می‌توان اطلاعات مختصر ولی دقیقی را در یک موضوع متمرکز کرد. مجریان و مدیران به ویژه در صنایعی که در آنها از تعدادی سوپر آلیاژ استفاده می‌شود، اغلب فقط به اطلاعات پایه با حداقل حواشی و مطالب اضافی نیاز دارند. موسسه‌های خرید یا کارشناسی برای انجام بهتر کار خود به دانسته‌های نسبتاً کمی نیاز دارند. مهندسان نیاز به اطلاعاتی با جزئیات بیشتر ولی سریع درباره انواع آلیاژها و طراحی اولیه دارند. اساس این کتاب بر پایه در اختیار گذاشتن اطلاعات تجربی کافی برای حل مسائل، پاسخ به پرسش‌های مربوط به سوپر آلیاژها و داشتن معلومات کافی درباره سوپر آلیاژها گذاشته شده است. مقدمه این فصل، با مرور مختصری بر موضوعات اصلی کتاب بعضی از نیازهای فوق را تامین می‌کند. فصل حاضر با خلاصه‌ای از تاریخچه سوپر آلیاژها شروع شده و سپس طبیعت سوپر آلیاژها را شرح می‌دهد. این مقدمه موضوعات گوناگون گسترده‌ای را که در به کارگیری سوپر آلیاژها باید در نظر گرفته شوند به طور مستقیم و ساده به خواننده معرفی می‌نماید. استفاده کننده از این کتاب ممکن است، با متالورژی پایه سوپر آلیاژها آشنا و یا کاملاً مبتدی باشد. در هر صورت این کتاب خواننده را به موضوع سوپر آلیاژها نزدیک خواهد ساخت. در این کتاب کمتر به تئوری پرداخته شده و تاکید روی دانسته‌های تجربی شده است. اگر موضوع برایتان کاملاً جدید است ممکن است مقدمه این فصل در بر گیرنده کلیه نیازهای شما باشد. اگر تا اندازه‌ای و یا کاملاً در این زمینه مطلع هستید فهرست مطالب را کنترل کنید، تا آنچه را که شما می‌توانید در هر فصل بیایید، مشاهده نمایید.
۱-۲- تاریخچه
طراحان نیاز فراوانی به مواد مستحکم‌تر و مقاوم‌تر در برابر خوردگی دارند. فولادهای زنگ نزن توسعه داده شده و به کار رفته در دهه‌های دوم و سوم قرن بیستم میلادی، نقطه شروعی برای برآورده شدن خواسته‌های مهندسی در دماهای بالا بودند. بعداً معلوم شد که این مواد تحت این شرایط دارای استحکام محدودی هستند. جامعه متالوژی با توجه به نیازهای روز افزون بوجود آمده، با ساخت جایگزین فولاد زنگ نزن که سوپر آلیاژ نامیده شد به این تقاضا پاسخ داد. البته قبل از سوپر آلیاژها مواد اصلاح شده پایه آهن به وجود آمدند، که بعدها نام سوپر آلیاژ به خود گرفتند.
با شروع و ادامه جنگ جهانی دوم توربین‌های گازی تبدیل به یک محرک قوی برای اختراع و کاربرد آلیاژها شدند. در سال ۱۹۲۰ افزودن آلومینیوم و تیتانیوم به آلیاژهای از نوع نیکروم به عنوان اختراع به ثبت رسید، ولی صنعت سوپر آلیاژها با پذیرش آلیاژ کبالت (ویتالیوم) برای برآورده کردن نیاز به استحکام در دمای بالا در موتورهای هواپیما پدیدار شدند. بعضی آلیاژهای نیکل- کروم (اینکونل و نیمونیک) مانند سیم نسوز کم و بیش وجود داشتند و کار دستیابی به فلز قوی‌تر در دمای بالاتر برای رفع عطش سیری ناپذیر طراحان ادامه یافت و هنوز هم ادامه دارد.
۱-۳- معرفی و به کار گیری سوپر آلیاژها
سوپر آلیاژها؛ آلیاژهای پایه نیکل، پایه آهن- نیکل و پایه کبالت هستند که عموماً در دماهای بالاتر از oC540 استفاده می‌شوند. سوپر آلیاژهای پایه آهن- نیکل مانند آلیاژ IN-718 از فن‌آوری فولادهای زنگ نزن توسعه یافته و معمولاً به صورت کار شده می‌باشند. سوپر آلیاژهای پایه نیکل و پایه کبالت بسته به نوع کاربرد و ترکیب شیمیایی می‌توانند به صورت ریخته یا کار شده باشند.
از آغاز پیدایش سوپر آلیاژها، تعداد زیادی آلیاژ شناخته شده و مورد مطالعه قرار گرفته و تعدادی نیز به عنوان اختراع ثبت گردیده‌اند. تعدادی از آنها در طول سالیان گذشته غربال شده و تعدادی به صورت گسترده مورد استفاده قرار گرفته‌اند. به خاطر اینکه همه آلیاژها را نمی‌توان بر شمرد مثالهائی از آلیاژهای قدیم و جدید برای نشان دادن متالورژی فیزیکی سیستم‌های سوپر آلیاژها آورده شده است (به فصل‌های ۳ و ۱۲ مراجعه کنید) در شکل ۱-۱ رفتار تنش- گسیختگی سه گروه آلیاژی با یکدیگر مقایسه شده‌اند (سوپر آلیاژهای پایه آهن- نیکل، پایه نیکل و پایه کبالت). در جدولهای ۱-۱ و ۱-۲ فهرستی از سوپر آلیاژها و ترکیب شیمیایی آنها آورده شده است.
سوپر آلیاژهای دارای ترکیب شیمیایی مناسب را می‌توان با آهنگری و نورد به اشکال گوناگون در آورد. ترکیب‌های شیمیایی پر آلیاژتر معمولاً به صورت ریخته‌گری می‌باشند. ساختارهای سرهم بندی شده را می‌توان با جوشکاری یا لحیم‌کاری بدست آورد، اما ترکیب‌های شیمیایی که دارای مقادیر زیادی از فازهای سخت کننده هستند، به سختی جوشکاری می‌شوند. خواص سوپر آلیاژها را با تنظیم ترکیب شیمیایی و فرآیند (شامل عملیات حرارتی) می‌توان کنترل کرد و استحکام مکانیکی بسیار عالی درمحصول تمام شده بدست آورد.
۱-۳- مروری کوتاه بر فلزات با استحکام در دمای بالا
استحکام اکثر فلزات در دماهای معمولی به صورت خواص مکانیکی کوتاه مدت مانند استحکام تسلیم یا نهایی اندازه‌گیری و گزارش می‌شود. با افزایش دما به ویژه در دماهای بالاتر از ۵۰ درصد دمای نقطه ذوب (بر حسب دمای مطلق) استحکام باید بر حسب زمان انجام اندازه‌گیری بیان شود. اگر در دماهای بالا باری به فلز اعمال شود که به طور قابل ملاحظه‌ای کمتر از بار منجر به تسلیم در دمای اتاق باشد، دیده خواهد شد که فلز به تدریج با گذشت زمان ازدیاد طول پیدا می‌کند. این ازدیاد طول وابسته به زمان خزش نامیده می‌شود و اگر به اندازه کافی ادامه یابد به شکست (گسیختگی) قطعه منجر خواهد شد. استحکام خزش یا استحکام گسیختگی (در اصطلاح فنی استحکام گسیختگی خزش یا استحکام گسیختگی تنشی نامیده می‌شود) همانند استحکام‌های تسلیم و نهایی در دمای اتاق یکی از مولفه‌های مورد نیاز برای فهم رفتار مکانیکی ماده است. در دماهای بالا استحکام خستگی فلز نیز کاهش پیدا می‌کند. بنابراین برای ارزیابی توانایی فلز با در نظر گرفتن دمای کار و بار اعمال شده لازم است، استحکام‌های تسلیم و نهایی، استحکام خزش، استحکام گسیختگی و استحکام خستگی معلوم باشند. ممکن است به خواص مکانیکی مرتبط دیگری مانند مدول دینامیکی، نرخ رشد ترک و چقرمگی شکست نیز نیاز باشد. خواص فیزیکی ماده مانند ضریب انبساط حرارتی، جرم حجمی و غیره فهرست خواص را تکمیل می‌کنند.
۱-۴-اصول متالورژی سوپر آلیاژها
سوپر آلیاژهای پایه آهن، نیکل و کبالت معمولاً دارای ساختار بلوری با شکل مکعبی با سطوح مرکزدار (FCC) هستند. آهن و کبالت در دمای محیط دارای ساختار FCC نیستند. هر دو فلز در دماهای بالا یا در حضور عناصر آلیاژی دیگر دگرگونی یافته و شبکه واحد آنها به FCC تبدیل می‌شود. در مقابل، ساختمان بلوری نیکل در همه دماها به شکل FCC است. حد بالایی این عناصر در سوپر آلیاژها توسط دگرگونی فازها و پیدایش فازهای آلوتروپیک تعیین نمی‌شود بلکه توسط دمای ذوب موضعی آلیاژها و انحلال فازهای استحکام یافته تعیین می‌گردد. در ذوب موضعی بخشی از آلیاژ که پس از انجماد ترکیب شیمیایی تعادلی نداشته است در دمایی کمتر از مناطق مجاور خود ذوب می‌شود. همه آلیاژها دارای یک محدوده دمایی ذوب شدن هستند و عمل ذوب شدن در دمای ویژه‌ای صورت نمی‌گیرد، حتی اگر جدایش غیر تعادلی عناصر آلیاژی وجود نداشته باشد. استحکام سوپر آلیاژها نه تنها بوسیله شبکه FCC و ترکیب شیمیایی آن، بلکه با حضور فازهای استحکام دهنده ویژه‌ای مانند رسوب‌ها افزایش می‌یابد. کار انجام شده بر روی سوپر آلیاژ (مانند تغییر شکل سرد) نیز استحکام را افزایش می‌دهد، اما این استحکام به هنگام قرارگیری فلز در دماهای بالا حذف می‌شود.
تمایل به دگرگونی از فاز FCC به فاز پایدارتری در دمای پایین وجود دارد که گاهی در سوپر آلیاژهای کبالت اتفاق می‌افتد. شبکه FCC سوپر آلیاژ قابلیت انحلال وسیعی برای بعضی عناصر آلیاژی دارد و رسوب فازهای استحکام دهنده (در سوپر آلیاژهای پایه آهن- نیکل و پایه نیکل) انعطاف‌پذیری بسیار عالی آلیاژ را به همراه دارد. چگالی آهن خالص gr/cm3 87/7 و چگالی نیکل و کبالت تقریباً gr/cm3 ۹/۸ می‌باشد. چگالی سوپر آلیاژهای پایه آهن- نیکل تقریباً gr/cm3 3/8-9/7 پایه کبالت gr/cm3 4/9-3/8 و پایه نیکل gr/cm3 9/8-8/77 است.
مقاله خواص سوپرآلیاژها و مقاومت آنها در برابر خوردگی