موضوع: تحقیق ریخته گری فولاد-ذوب فلزات

این فایل با فرمت ورد و آماده چاپ می باشد.

فهرست مطالب
مقدمه ۹
۱-۱- معرفی و به کار گیری سوپر آلیاژها ۹
۱-۲- مروری کوتاه بر فلزات با استحکام در دمای بالا ۱۰
۱-۳- اصول متالورژی سوپر آلیاژها ۱۱
۱-۴- بعضی از ویژگیها و خواص سوپر آلیاژها ۱۳
۱-۵- کاربردها ۱۵
۲-۱- کلیات ۱۸
۲-۲- شکل سوپر آلیاژها ۱۸
۲-۳- دمای کاری سوپرآلیاژها ۱۹
۲-۴- مقایسه سوپر آلیاژهای ریخته و کار شده ۲۰
۲-۴-۱- سوپر آلیاژهای کار شده ۲۰
۲-۴-۲- سوپر آلیاژهای ریخته ۲۱
۲-۵- خواص سوپرآلیاژها ۲۲
۲-۵-۱- کلیات ۲۲
۲-۵-۲- سوپر آلیاژهای پیشرفته ۲۳
۲-۵-۳- خواص مکانیکی و کاربرد سوپرآلیاژها ۲۴
۲-۶- انتخاب سوپرآلیاژها ۲۶
۲-۶-۱- کاربردهای آلیاژهای کار شده در دمای متوسط ۲۶
۲-۶-۲- کاربردهای آلیاژهای ریخته در دمای بالا ۲۷
۳-۱- گروه‌ها، ساختارهای بلوری و فازها ۳۱
۳-۱-۱- گروه‌های سوپرآلیاژها ۳۱
۳-۱-۲- ساختار بلوری ۳۱
۳-۱-۳- فاز در سوپرآلیاژها ۳۲
۳-۲- مقدمه‌ای بر گروه‌های آلیاژی ۳۳
۳-۲-۱- سوپر آلیاژهای پایه آهن- نیکل ۳۳
۳-۲-۲- سوپرآلیاژهای پایه نیکل ۳۴
۳-۲-۳- سوپرآلیاژهای پایه کبالت ۳۵
۳-۳- عناصر آلیاژی و اثرات آنها بر ریزساختار سوپرآلیاژها ۳۶
۳-۳-۲- عناصر اصلی در سوپرآلیاژها ۳۶
۳-۳-۳- عناصر جزئی مفید در سوپرآلیاژها ۳۷
۳-۳-۴- عناصر تشکیل دهنده فازهای ترد ۳۷
۳-۳-۵- عناصر ناخواسته و مضر در سوپرآلیاژها ۳۸
۳-۳-۶- عناصر ایجاد کننده مقاومت خوردگی و اکسیداسیون ۳۸
۳-۴- استحکام دهی سوپرآلیاژها ۳۹
۳-۴-۱- رسوب‌ها و استحکام ۳۹
۳-۴-۲- فاز ۴۰
۳-۴-۳- فاز ۴۱
۳-۴-۴- کاربیدها ۴۱
۳-۴-۵- کاربیدهای M7C3 44
3-4-6- بوریدها و عناصر جزئی مفید دیگر (به جز کربن) ۴۴
۳-۵- تاثیر فرآیند بر بهبود ریز ساختار ۴۵
ذوب و تبدیل ۴۶
۴-۱- فرآیند EAF/AOD 47
4-1-1- تشریح فرآیند EAF/AOD 47
4-2- عملیات کوره قوس الکتریکی/ کربن زدایی با اکسیژن و آرگن (EAF/AOD) 50
4-2-1- ترکیب شیمیایی آلیاژ و آماده کردن شارژ ۵۰
۴-۲-۲- بارگذاری EAF 52
4-2-3- کوره قوس الکتریک ۵۲
۴-۲-۴- تانک AOD 55
4-2-5- پاتیل ریخته‌گری ۵۷
۴-۳- مروری بر ذوب القایی در خلاء (VIM) 58
4-3-2- تشریح فرآیند VIM 59
4-4- عملیات ذوب القایی در خلاء ۶۱
۴-۴-۱- عملیات ذوب القایی در خلاء ۶۱
۴-۴-۲- کوره القائی تحت خلاء ۶۳
۴-۴-۳- سیستم‌های ریخته‌گری ۶۵
۴-۴-۴- عملیات ذوب القایی در خلاء ۶۷
۴-۵- مروری بر ذوب مجدد ۷۱
۴-۵-۲- تشریح فرآیند ذوب مجدد در خلاؤء با قوس الکتریکی (VAR) 72
4-5-3- تشریح فرآیند مجدد با سرباره الکتریکی (ESR) 73
4-6- عملیات ذوب مجدد در خلاء با قوس الکتریکی ۷۴
۴-۶-۱- کوره VAR 74
4-6-2- عملیات ذوب مجدد در خلاء با قوس الکتریکی ۷۶
۴-۶-۳- کنترل ذوب مجدد در خلاء با قوس الکتریکی ۷۶
۴-۷- عملیات ذوب مجدد با سربار الکتریکی (ESR) 79
4-7-1- کوره ESR 79
4-7-2- عملیات کوره ذوب مجدد با سرباره الکتریکی ۸۰
۴-۷-۳- کنترل ذوب مجدد با سرباره الکتریکی ۸۱
۴- انتخاب سرباره ۸۳
۴-۸- محصولات ذوب سه مرحله‌ای ۸۴
۴-۸-۲- ‏فرآیند ذوب سه مرحله‌ای شمش ۸۵
۴-۹- تبدیل شمش و محصولات نورد ۸۶
۴-۹-۲- همگن‌سازی توزیع عنصر محلول در شمش‌ها ۸۸
۴-۹-۳- آهنگری محصول نیمه تمام ۸۹
۴-۹-۴- آهنگری محصول نیمه تمام آلیاژ IN-718 91
4-9-5- اکستروژن ۹۲
۴-۹-۶- نورد ۹۳
۴-۹-۷- دسترسی به محصولات نورد ۹۴

1-1- معرفي و به كار گيري سوپر آلياژها 
سوپر آلياژها؛ آلياژهاي پايه نيكل، پايه آهن- نيكل و پايه كبالت هستند كه عموماً در دماهاي بالاتر از oC540 استفاده مي‌شوند. سوپر آلياژهاي پايه آهن- نيكل مانند آلياژ IN-718 از فن‌آوري فولادهاي زنگ نزن توسعه يافته و معمولاً به صورت كار شده مي‌باشند. سوپر آلياژهاي پايه نيكل و پايه كبالت بسته به نوع كاربرد و تركيب شيميايي مي‌توانند به صورت ريخته يا كار شده باشند.
در شكل 1-1 رفتار تنش- گسيختگي سه گروه آلياژي با يكديگر مقايسه شده‌اند (سوپر آلياژهاي پايه آهن- نيكل، پايه نيكل و پايه كبالت). در جدولهاي 1-1 و 1-2 فهرستي از سوپر آلياژها و تركيب شيميايي آنها آورده شده است.
سوپر آلياژهاي داراي تركيب شيميايي مناسب را مي‌توان با آهنگري و نورد به اشكال گوناگون در آورد. تركيب‌هاي شيميايي پر آلياژتر معمولاً به صورت ريخته‌گري مي‌باشند. ساختارهاي سرهم بندي شده را مي‌توان با جوشكاري يا لحيم‌كاري بدست آورد، اما تركيب‌هاي شيميايي كه داراي مقادير زيادي از فازهاي سخت كننده هستند، به سختي جوشكاري مي‌شوند. خواص سوپر آلياژها را با تنظيم تركيب شيميايي و فرآيند (شامل عمليات حرارتي) مي‌توان كنترل كرد و استحكام مكانيكي بسيار عالي درمحصول تمام شده بدست آورد.
1-2- مروري كوتاه بر فلزات با استحكام در دماي بالا 
استحكام اكثر فلزات در دماهاي معمولي به صورت خواص مكانيكي كوتاه مدت مانند استحكام تسليم يا نهايي اندازه‌گيري و گزارش مي‌شود. با افزايش دما به ويژه در دماهاي بالاتر از 50 درصد دماي نقطه ذوب (بر حسب دماي مطلق) استحكام بايد بر حسب زمان انجام اندازه‌گيري بيان شود. اگر در دماهاي بالا باري به فلز اعمال شود كه به طور قابل ملاحظه‌اي كمتر از بار منجر به تسليم در دماي اتاق باشد، ديده خواهد شد كه فلز به تدريج با گذشت زمان ازدياد طول پيدا مي‌كند. اين ازدياد طول وابسته به زمان خزش ناميده مي‌شود و اگر به اندازه كافي ادامه يابد به شكست (گسيختگي) قطعه منجر خواهد شد. استحكام خزش يا استحكام گسيختگي (در اصطلاح فني استحكام گسيختگي خزش يا استحكام گسيختگي تنشي ناميده مي‌شود) همانند استحكام‌هاي تسليم و نهايي در دماي اتاق يكي از مولفه‌هاي مورد نياز براي فهم رفتار مكانيكي ماده است. در دماهاي بالا استحكام خستگي فلز نيز كاهش پيدا مي‌كند. بنابراين براي ارزيابي توانايي فلز با در نظر گرفتن دماي كار و بار اعمال شده لازم است، استحكام‌هاي تسليم و نهايي، استحكام خزش، استحكام گسيختگي و استحكام خستگي معلوم باشند. ممكن است به خواص مكانيكي مرتبط ديگري مانند مدول ديناميكي، نرخ رشد ترك و چقرمگي شكست نيز نياز باشد. خواص فيزيكي ماده مانند ضريب انبساط حرارتي، جرم حجمي و غيره فهرست خواص را تكميل مي‌كنند.
1-3- اصول متالورژي سوپر آلياژها 
سوپر آلياژهاي پايه آهن، نيكل و كبالت معمولاً داراي ساختار بلوري با شكل مكعبي با سطوح مركزدار (FCC) هستند. آهن و كبالت در دماي محيط داراي ساختار FCC نيستند. هر دو فلز در دماهاي بالا يا در حضور عناصر آلياژي ديگر دگرگوني يافته و شبكه واحد آنها به FCC تبديل مي‌شود. در مقابل، ساختمان بلوري نيكل در همه دماها به شكل FCC است. حد بالايي اين عناصر در سوپر آلياژها توسط دگرگوني فازها و پيدايش فازهاي آلوتروپيك تعيين نمي‌شود بلكه توسط دماي ذوب موضعي آلياژها و انحلال فازهاي استحكام يافته تعيين مي‌گردد. در ذوب موضعي بخشي از آلياژ كه پس از انجماد تركيب شيميايي تعادلي نداشته است در دمايي كمتر از مناطق مجاور خود ذوب مي‌شود. همه آلياژها داراي يك محدوده دمايي ذوب شدن هستند و عمل ذوب شدن در دماي ويژه‌اي صورت نمي‌گيرد، حتي اگر جدايش غير تعادلي عناصر آلياژي وجود نداشته باشد. استحكام سوپر آلياژها نه تنها بوسيله شبكه FCC و تركيب شيميايي آن، بلكه با حضور فازهاي استحكام دهنده ويژه‌اي مانند رسوب‌ها افزايش مي‌يابد. كار انجام شده بر روي سوپر آلياژ (مانند تغيير شكل سرد) نيز استحكام را افزايش مي‌دهد، اما اين استحكام به هنگام قرارگيري فلز در دماهاي بالا حذف مي‌شود.
تمايل به دگرگوني از فاز FCC به فاز پايدارتري در دماي پايين وجود دارد كه گاهي در سوپر آلياژهاي كبالت اتفاق مي‌افتد. شبكه FCC سوپر آلياژ قابليت انحلال وسيعي براي بعضي عناصر آلياژي دارد و رسوب فازهاي استحكام دهنده (در سوپر آلياژهاي پايه آهن- نيكل و پايه نيكل) انعطاف‌پذيري بسيار عالي آلياژ را به همراه دارد. چگالي آهن خالص gr/cm3 87/7 و چگالي نيكل و كبالت تقريباً gr/cm3  9/8 مي‌باشد. چگالي سوپر آلياژهاي پايه آهن- نيكل تقريباً gr/cm3 3/8-9/7 پايه كبالت gr/cm3 4/9-3/8 و پايه نيكل gr/cm3 9/8-8/7 است.
چگالي سوپر آلياژها به مقدار عناصر آلياژي افزوده شده بستگي دارد. عناصر آلياژي Cr, Ti و Al چگالي را كاهش و Re, W و Ta آنرا افزايش مي‌دهند. مقاومت به خوردگي سوپر آلياژها نيز به عناصر آلياژي افزوده شده به ويژه Cr, Al و محيط بستگي دارد.
دماي ذوب عناصر خالص نيكل، كبالت و آهن به ترتيب 1453 و 1495 و 1537 درجه سانتي‌گراد است. دماي ذوب حداقل (دماي ذوب موضعي) و دامنه ذوب سوپر آلياژها، تابعي از تركيب شيميايي و فرآيند اوليه است. به طور كلي دماي ذوب موضعي سوپر آلياژهاي پايه كبالت نسبت به سوپر آلياژهاي پايه نيكل بيشتر است. سوپر آلياژهاي پايه نيكل ممكن است در دماي oC1204 از خود ذوب موضعي نشان دهند. انواع پيشرفته سوپر آلياژهاي پايه نيكل تك بلور داراي مقادير محدودي از عناصر كاهش دهنده دماي ذوب هستند و به همين لحاظ، داراي دماي ذوب موضعي برابر يا كمي بيشتر از سوپر آلياژهاي پايه كبالت هستند.