مقدمه:

تولید سوپر آلیاژها در اواخر 1930 در کشورهای فرانسه، آلمان، انگلیس و ایلاات متحده آغاز شـ د. آلیاژهـایاولیه به صورت کارشده4 تولید می شدند. جهت افرایش استحکام این آلیاژها از عملیات حرارتی رسوب سختی استفاده می شد .از سال 1939 آلیاژهای Ni-Cr-Fe توسط شرکت Inco تولید شدند که با استفاده از عملیـاتحرارتی انحلالی و رسوب سختی به حداکثر استحکام دمای بالای خود می رسیدند. این آلیاژها استفاده وسیعی در پره های توربین پیدا کردند .تکنولوژی ذوب القایی تحت خلأ در اواخر دهه 1950 باعث افزایش قابلیت کارپذیری گرم و تولید آلیاژهای با ترکیب پیچیده تر و ساختار کنترل شده تر از طریق ریخته گری دقیـق تحـت خـلاء شـد. کنتـرل انجمـاد ودانه بندی منجر به ساخت قطعات با انجماد جهت دار و تک کریستال گردید که باعث افزایش تحمـل دمـاییاین آلیاژ شد. امروزه پره های توربین های گازی از طریق ریخته گری دقیق تحت خلاء تولید می شوند. گروهی از سوپرآلیاژها بر مبنای ترکیبی از نیکل، آهن و کبالت تکامل یافته اند که برای کار در دماهای بـالادر بازه Co1100-500 و در موتورهای جت و توربین های گازی روی زمینی استفاده می شوند. در سوپرآلیاژهای پایه نیکل، بعضی از این عناصر، مثل آلومینیم و تیتانیم بسیار فعال هستند و برخی دیگـرهمچون نایوبیم یوتکتیک هایی با نقطه ذوب پایین تشکیل می دهند. فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده در زمره فولادهای فوق مستحکم می باشند که تحقیق بر روی آنها در سال 1958 با ابداع رد ههای 02 و 52 درصد نیکل شروع شد .بـا پـی بـردن بـه تـأثیر مولیبـدن و کبالـت درافزایش استحکام و سختی آلیاژهای فوق، در اوایل دهه 1960 فولادهای پرآلیاژ رسوبسخت شونده 81 درصد نیکل کبالت دار برپایه سیستم آلیاژی Fe-Ni-Co-Mo حاوی تیتـانیم در سـه رده تجـاری 250، 300 و 350 توسعه داده شده و بازاریابی شدند. سرانجام آلیاژهای دیگری ماننـد فولادهـای پرآلیـاژ رسـو بسـخت شـونده زنگ نزن و فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده ویژه با استحکام بسیار زیاد در رده های 400 و 500 به وجـودآمدند. در طول دهه 1960 برای این آلیاژها دو نوع بازار، یکی در کاربردهای نظامی و هوافضا و دیگری ساخت قالبها و ابزارها به وجود آمد.

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فهرست مطالب

چکیده ————————————————————————–1

مقدمه ————————————————————————— 2

فصل اول :کلیات 

توسعه سوپر آلیاژها در اواخر دهه 1930 در فرانسه، آلمان، انگلیس و ایلاات متحده آغاز شد. آلیاژهای اولیه به صورت کارشده5 تولید می شدند. جهت افرایش استحکام ایـن آلیاژهـا از عملیـات حرارتـی رسـوب سـختیاستفاده می شد .از سال 1939 سری هایی از آلیاژهای Ni-Cr-Fe توسط شرکت Inco توسـعه یافتنـد کـه بـااستفاده از عملیات حرارتی انحلالی و رسوب سختی به حداکثر استحکام دمای بالای خـود مـ یرسـیدن د. ایـنآلیاژها مانند Inconel 600 بر اساس محلول سازی و افزودن Al و Ti به منظور سخت شدن از طریق تشکیل فاز γ΄ تولید می شدند. افزودن یک درصد Nb تولید Inconel X-750 را در پی داشت که اسـتفاده وسـیعی درپره های توربین پیدا کرد[1].
پیدایش تکنولوژی ذوب القایی تحت خلأ در اواخر دهه 1950 باعث افزایش قابلیت کارپذیری گرم و تولید آلیاژهای با ترکیب پیچیده تر و ساختار کنترل شده تر از طریق ریخته گـری دقیـق تحـت خـلاء شـد. کنتـرلانجماد و دانه بندی منجر به ساخت قطعات با انجماد جهت دار و تک کریستال گردید که باعث افزایش تحمل دمایی این آلیاژ شد. امروزه پـره هـای تـوربین هـای گـازی از طریـق ریختـه گـری دقیـق تحـت خـلاء تولیـدم یشوند[2].
گروهی از سوپرآلیاژها بر مبنای ترکیبی از نیکل، آهن و کبالت تکامل یافته اند که برای کار در دماهای بـالادر بازه Co1100-500 و در موتورهـای جـت و تـوربین هـای گـازی روی زمینـی اسـتفاده مـی شـون د. ایـنسوپرآلیاژها، شامل ترکیبات چندجزئی هستند که علاوه بر نیکل، آهن یا کبالت، حاوی مقادیر متغیری ازCr, Mo, W, Ti, Ta, Re, Hf, Zr, B و C نیـز مـ یباشـند تـا اسـتحکام، مقاومـت بـه خـوردگی و مقاومـت بـهاکسیداسیون مطلوب را در آنها بوجود آید[3].
در سوپرآلیاژهای پایه نیکل، بعضی از این عناصر، مثل آلومینیم و تیتانیم بسیار فعال هستند و برخی دیگـرهمچون نایوبیم یوتکتیک هایی با نقطه ذوب پایین تشکیل می دهند. در تجارت و بازرگـانی بـرای تبـدیل بـهقطعات مهم و بحرانی به مقاطع ضخیم و بزرگ محصولات کارشده نیاز اسـ ت. بنـابراین دلایـل نیـاز بـه ذوبمجدد سوپرآلیاژهای پایه نیکل بشرح ذیل می باشند:
الف) بهبود یکنواختی آلیاژ توسط کاهش میزان عناصر فعال و واکن شزا( ناخالصی ها) و حذف حفرات (نایچه ) توسط کنترل عوامل خارجی ب) به حداقل رساندن جدایش در اجزای تشکیل دهنده آلیاژ در حین انجماد شمشهای بزرگ[4]. در سالهای اخیر الزامات اجرایی برای سوپر آلیاژها در حال افزایش بوده که در این میان میتوان بـه تمایـلبه کاهش دمای فرایندهای ترمومکانیکی و اندازه دانه های ظریفتـر اشـاره کـرد. اگرچـه بهبـود و پیشـرفت درفرایندهای ذوب سبب کاهش بسیاری از عیوب مربوط به ذوب مثل مغزه ها شده است، ولی تمایل به کاهش اندازه دانه ها سبب افزایش عیوب رقیق از ماده حل شده یا نقاط سفید می شود که عموما بـه ذوب مجـدد درخلاء با قوس الکتریکی ارتباط دارد[3].
اولین مرحله از ذوب سوپرآلیاژ ذوب القایی در خلاء می باشد که در آن مـواد اولیـه ذوب و ریختـه گـریم یشوند و در این کوره به شکل الکترود در می آیند. در این مرحله اطمینان حاصل می شـود کـه مـواد اولیـهبه صورت همگن با یکدیگر در الکترود مخلوط شده انـد، امـا محصـول جامـد بدسـت آمـده بـرای فراینـدهایترمومکانیکی مناسب نیست. مرحلـه دوم، ذوب مجـدد در کـورهVAR یـا ذوب م جـدد در کـوره بـا سـربارهالکتریکی م یباشد[5].
ریخته گری استاتیکی فرآیندی است که برای ریخته گری حجم زیادی از فلـز مـذاب در درون قالـب انجـاممی شود. کنترل انجماد توسط طراحی قالـب و تغذیـه بـرای حـذف مـک ضـروری اسـت. در قطعـات بـزرگریخته گری شده سرعت انجماد پایین است و عیب جدایش مثبت شکل می گیرد. به همین خاطر تولید سـوپرآلیاژها به روش VIM معمولاً با ریختهگری استاتیکی آلیاژ به صورت الکترود، برای اسـتفاده در عملیـات ذوببعدی تحت شرایط کنترل شده انجام می شود[6].
دو فرآیند عمده برای ذوب مجدد شامل از فرآیندهای VAR و ESR. م یباشد در هر دو فرآیند الکترود در یک بوته آبگرد قرار داده شده و سطح آن تا درجه حرارت ذوب گرم میشود. قطرات فلز مذاب از الکترود جدا شده و پس از طی مسافتی در بوته جمع شده و به سرعت منجمد می شوند. با مصرف شدن الکترود، سطح ذوب شونده به بوته نزدیک تر می شود تا فاصله یکنواختی بین سطح ذوب شونده و محل انجماد فلز مذاب برقرار شود. با وجود این وجوه اشتراک عمومی، روش های بسیار متفاوتی برای ذوب سطح الکترود وجود دارد.
متفاوت بودن این روشها، به تفاوت سرعت انجماد و طبیعت عیوب به وجود آمده در ذوب مجدد اشاره دارد[1].
ESR فرایند غالب در اروپاست در حالی که در ایالات متحده VAR فرایند غالبی است که مورد استفاده قرار می گیرد. از اینرو تکنولوژی کنترل فرایند برای ESR احتمالاً در اروپا پیشرفته تـر اسـت. بـههرحـال، کنتـرلفرایند VAR گستردگی عمومی بیشتری داشته که به دلیل تلاشها و کارهای منتشر شده زانر و همکـارانبوده است[7].
1-2- مقدمه ای بر فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده
فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده در زمره فولادهای فوق مستحکم می باشند که تحقیق بر روی آنها در سال 1958 با ابداع رده های 02 و 52 درصد نیکل شروع شد[8]. با پی بردن به تـأثیر مولیبـدن و کبالـت درافزایش استحکام و سختی آلیاژهای فوق، در اوایل دهه 1960 فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده 81 درصد نیکل کبالت دار برپایه سیستم آلیاژی Fe-Ni-Co-Mo حاوی تیتـانیم در سـه رده تجـاری 250، 300 و 350 توسعه داده شده و بازاریابی شدند .سرانجام آلیاژهای دیگری ماننـد فولادهـای پرآلیـاژ رسـو بسـخت شـونده زنگ نزن و فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده ویژه با استحکام بسیار زیاد در رده های 400 و 500 به وجـودآمدند. در طول دهه 1960 برای این آلیاژها دو نوع بازار، یکی در کاربردهای نظامی و هوافضا و دیگری ساخت قالب ها و ابزارها به وجود آمد[9].
در اواخر دهه 1970 و اوایل دهه 1980، با کمیـاب شـدن کبالـت و افـزایش شـدید قیمـت آن بـه دنبـالدرگیریهای رخ داده در کشورهای آفریقایی که عمده معادن کبالت را در اختیار داشتند، تولید فـولاد پرآلیـاژرسوب سخت شونده با رکود جدی مواجه گردید. در پی تلاش برای کاهش وابستگی به کبالت و کاهش هزینه تولید، انواع فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده 81 درصد نیکل بـدون کبالـت ابـداع گردیـده و رده هـای200، 250 و 300 توســـعه داده شـــدند[9]. در جـــدول 1-1 تاریخچـــه تحقیـــق و توســـعه فولادهـــایرسوب سخت شونده (از جمله فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده ) خلاصه شده است.

2.

-1- مقدمه ای بر سوپرآلیاژها —————————————————4
1-2- مقدمه ای بر فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده ———————6
1- 1- 2- مزایا و محدودیت های فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده ——-6

فصل دوم: سوپرآلیاژها و فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده

سوپرآلیاژها دسته ای از مواد هستند که به سختی می توان مرز دقیقی برای آنها یافت ولـیکن یـک تعریـفمنطقی که از سال 1973 میلادی برای این مواد پذیرفته شده بشرح ذیل است: یک سوپرآلیاژ، آلیاژی پیشرفته و تکامل یافته برای دماهای کاری بالا است که، مقاومت خوبی در مواجهـه بـاتنش های مکانیکی از خود نشان می دهد و پایداری سطحی قابل قبولی نیز دارد[3]. سوپر آلیاژها به سه دسته پایه نیکل، کبالت و پایه آهن تقسیم می شوند. مهمترین زیرگروه این خانواده کـهشباهت فراوانی به سوپرآلیاژهای پایه نیکلی دارد ولیکن محتوی مقدار زیادی آهن است سوپرآلیاژهای آهـ ن- نیکل نام گرفته است. سوپرآلیاژها بیشتر در قسمتهایی از قطعات و دستگاهها که نیاز به نقطه ذوب بالایی بوده و استفاده از سایر مواد تجاری متالورژیکی جوابگو نیست، کاربرد دارند. با شروع ساخت و پیشرفت سوپرآلیاژها تکنولوژی ساخت و استفاده از موتورها در دماهای بالا نیز ممکن شـد کـه از جملـه ایـن موتورهـا مـی تـوان از تـوربین گـازیهواپیماهای جت نام برد. به هر حال علاوه بر هواپیماها، زیردریایی ها، صنایع و وسـایل نقلیـه و تـوربی نهـایگازی، سوپرآلیاژها در وسایل نقلیه فضایی، موتور راکتها، راکتورهای هسته ای، کارخانه های نیرو بخار و صنایع پتروشیمی نیز کاربرد دارند. علت بسیاری از پیشرفت های سوپرآلیاژها، کاربردهایی است که در آنها مقاومت به خوردگی بالایی نیاز بوده است[11].
2 -1 -1- ترکیب شیمیایی و ساختار سوپر آلیاژها
این آلیاژها متشکل از عناصری زیادی هستند. علاوه بر عناصر ناخواسته از قبیل O ،S ،P ،Si و N ، عناصر عناصر دیگری از قبیل Pb ،Te ،Ta ،Se و Bi نیز در آنها به مقدار خیلی کم و در حد ppm حضور دارند. این آلیاژها اغلب دارای 02 -01 درصد کرم ،8 درصد آلومینیم و تیتانیم و 01 -5 درصد کبالت هستند. گاهی اوقات برای رسیدن به خواص ویژه Nb ،W ،Moو Hf به آنها اضافه می شود. در این بین به طور مثال زمینه سوپرآلیاژهای پایه نیکل، یک فاز آستنیتی پایه نیکل FCC به نام گاما (γ) است که معمولاً دارای درصد بالایی از عناصر محلول جامد نظیر Mo ،Cr ،Co و W م یباشد. شبکه فشرده FCC این آلیاژها قابلیت بیشتری برای حفظ خواص کششی و گسیختگی، خزشی و خستگی ترمومکانیکی در محدوده های دمایی بالا دارد[12]. ب ههمراه فاز گاما تعدادی از فازهای ثانویه مثل کاربیدها (M6C ،M23C6 ،MC) و فاز گاما پریم نیز در آنها وجود دارند. برای رسیدن به ریز ساختاری با استحکام بالا و مقاوم به اکسیداسیون در دماهای بالا ،ترکیب شیمیایی سوپرآلیاژها نسبتاً پیچیده و حاوی عناصر متنوع با غلظت های مختلف است. جدول 2 -1 عناصر اصلی اضافه شونده و تاثیر ساختاری آنها را بر انواع مختلف سوپرآلیاژها نشان می دهد[31].
در زمینه گاما یک فاز با ترکیب Ni3Al یک فوق شبکه 4 را می سازد که تا نزدیکی دمای ذوب خود در Co 1358 نظم پردامنه دارد. این فاز موسوم به گاما پریم (γ΄) است. از جمله فازهای مهم دیگری که در زمینه گاما وجود دارند از فازهای کاربیدی هستند. کربن در حدود 5/0 -2/0 درصد با عناصر فعال دیگر نظیر تیتانیم، تانتالیم و هافمیم ترکیب شده و کاربیدهای MC را تشکیل می دهد. این کاربیدها تجزیه شده و 6M23C و M6C را در حین فرآیند به وجود می آورند که در مرز دانه ها تجمع می کنند[12]. سوپرآلیاژها حاوی عناصر فعال دیگری مثل Ti, Al, Nb, Ta, Zr, B و Hf نیز هستند که مقدار این عناصر متغیر است. از آنجایی که این عناصر در خواص ماده تأثیر چشمگیری دارند، باید در دامنه باریکی نگهداری شوند تا از تکرارپذیری خواص اطمینان حاصل شود. در نتیجه ،در حین ذوب این آلیاژها باید دقت زیادی صورت گیرد تا از هرگونه واکنش نامطلوب، مثلاً با هوا، و افزایش اتلاف این عناصر اجتناب شود. بنابراین ذوب این سوپرآلیاژها باید تحت خلأ یا در اتمسفر گاز خنثی انجام شود

2-1- سوپرآلیاژها —————————————————————— 01
2- 1- 1- ترکیب شیمیایی و ساختار سوپر آلیاژها ——————————– 11
2- 1- 2- ریخته گری سوپر آلیاژها ————————————————– 21
2-2- فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده ————————————— 41
2- 2- 1- انواع فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده —————————— 41
2- 2-1- 1- فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده حاوی نیکل، کبالت و مولیبدن —————————————————————————————— 41
2- 2-1- 2- فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده حاوی تنگستن —————— 51
2- 2-1- 3- فولادهای حاوی تنگستن و نیکل ——————————————- 51
2- 2-1- 4- فولادهای حاوی تنگستن، نیکل و کبالت ———————————- 61
2- 2-1- 5- فولادهای حاوی تنگستن، نیکل و کرم ————————————– 61
2- 2-1- 6- فولادهای حاوی تنگستن و کبالت —————————————— 71
2- 2- 2- فولاد حاوی تنگستن، نیکل و منگنز ——————————————— 71

فصل سوم: روش های تولید سوپرآلیاژها و فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده

جهت ایجاد ساختار و خواص مطلوب در این آلیاژها و درنتیجه افزایش تنوع کاربردی، معمولاً مراحل ذوب و تصفیه، کارگرم، کارسرد ،و عملیات حرارتی بر روی آنها انجام می گیرد. شرایط و چگونگی انجام عملیات مذکور به ترکیب شیمیایی، ساختار مطلوب، خواص مورد انتظار و ماهیت این آلیاژها بستگی دارد. در ادامه به معرفی روش های مختلف ذوب و تصفیه این آلیاژها پرداخته شده است.
3 -1 – ذوب القائی در خلأ (VIM) VIM متنوع ترین فرایند ذوب برای تولید آلیاژهای خاص می باشد. این فرایند قابلیت کنترل خوبی بر ترکیب شیمیایی آلیاژ دارد. جنبه های ویژه ذوب القایی در خلأ را می توان بصورت زیر خلاصه نمود:
– قابلیت انعطاف به خاطر اندازه و مقدار کوچ شارژ.
– تغییر سریع در برنامه ذوب.
– عایق سازی ذوب نسبت به آلودگی های هوا: اتمسفر کوره را می توان به گون های انتخاب کرد که منجر به کاهش در اتلاف عناصر فعال به علت اکسیداسیون شود.
– دستیابی به تلورانس های ترکیب شیمیایی با قابلیت تکرارپذیری بسیار دقیق.
– کنترل فشار بالای ذوب: در نتیجه کنترل واکنش های وابسته به فشار.
– کنترل دقیق دما.
– همگن شدن عالی بخاطر تلاطم القایی.
– برطرف شدن عناصر ناچیز نامطلوب که فشار بخار بالایی دارند.
– برطرف شدن گازهای حل شده مثل هیدروژن و نیتروژن.
– برطرف شدن ناخالصی های اکسیدی.
– سطح پایین آلوده شدن محیطی از گرد و غبار بیرون.
در شکل 3-1 کاربردهای مختلف VIM نشان داده شده است. وزن محصولات از چند کیلوگرم تا 51 تن متغیر است که به نوع طراحی کوره برای کاربردهای متفاوت از قبیل ریختهگری دقیق، ریخته گری برای شمش های آهنگری و یا تولید الکترود برای مراحل ذوب مجدد بعدی بستگی دارد. ذوب در کوره القایی تفاوتهای ویژهای با کوره قوس الکتریکی دارد. در کوره القایی با وجود چرخش شدید ذوب، واکنش های مبادله سرباره – فلز محدود است[31].
در فرایند ذوب القایی در خلأ در مقایسه با فرایندهای ذوب در هوا، مقدار اکسیژن و نیتروژن مذاب به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد. درنتیجه سوپرآلیاژهای تولید شده با VIM اکسیدها ونیتریدهای کمتری داشته و نسبت به سوپرآلیاژهای تولید شده به روشهای دیگر تمیزتر هستند. عناصر دارای فشار بخار بالا (بویژه بیسموت و سرب) که ممکن است از طریق قراضه وارد شارژ شده باشند، در فرایند ذوب به این روش حذف م یشوند. مجموع این عوامل باعث بهبود خواص خستگی و گسیختگی خزش در سوپرآلیاژهای تولید شده با VIM در مقایسه با روش های دیگر می شود [13].
کنترل عناصر آلیاژی در این روش خیلی دقیق تر و پرهزینه تر از روش های دیگر(کوره قوس الکتریکی و کربن زدایی با اکسیژن و آرگون ) می باشد. در فرایند EAF/AOD اصلاح ترکیب شیمیایی ( کاهش عناصری مثل C، Ti، S، Si،Al و ….) صورت می گیرد ولی در فرایند VIM ترکیب شیمیایی نهایی به ترکیب بار وارد شده به کوره بسیار نزدیک است ولی ممکن است در مقدار کربن کاهش جزیی صورت گیرد. در فرایندهای VIM جدید مرحله گوگرد زدایی نیز وجود دارد. در این روش ترکیب شیمیایی مذاب توسط ترکیب بار وارد شده به کوره تعیین میشود و به همین دلیل قیمت مواد اولیه استفاده شده در VIM نسبت به فرایند EAF/AOD گران تر است[52].

شماتیک کوره القایی در خلاء 1-  بوته مذاب 2-  سیستم بالا برنده در محفظه 3- سیستم افزودن مواد آلیاژی 4-  سیستم افزودن سرباره 5-  تابلوی کنترل 6-  محفظه اصلی 7- قالب های چرخان

شماتیک کوره القایی در خلاء 1- بوته مذاب 2- سیستم بالا برنده در محفظه 3- سیستم افزودن مواد آلیاژی 4- سیستم افزودن سرباره 5- تابلوی کنترل 6- محفظه اصلی 7- قالب های چرخان

3-1- ذوب القائی در خلأ (VIM)—-ا————————————————- 02
3- 1- 1- کوره القایی تحت خلأ ——————————————————– 42
3- 1- 2- عملیات ذوب القایی در خلأ ————————————————- 72
3- 1-2- 1- انحلال گازها ————————————————————– 92
3- 1-2- 2- هیدروژن زدایی ————————————————————- 13
3- 1-2- 3- نیتروژن زدایی ————————————————————– 23
3- 1-2- 4- اکسیژن زدایی ————————————————————– 33
3- 1-2- 5- گوگردزدایی ————————————————————— 83
3- 1-2- 6- فسفرزدایی —————————————————————- 14
3- 1-2- 7- حذف عناصر جزئی مضر —————————————————– 14
3- 1-2- 8- بررسی پایداری بوته ——————————————————— 24
3- 1-2- 9- ذوب و آلیاژسازی فولادهای رسوب سخت شونده در عملیات VIM -ا——————————————————————————————– 54
3-2- فرآیند ذوب مجدد قوسی تحت خلاء (VAR) ————ا————————— 94
3- 2- 1- تشریح فرآیند ذوب مجدد قوسی تحت خلأ ———————————— 94
3- 2- 2- اجزاء کوره VAR —–ا———————————————————- 05
3- 2- 3- تأثیر کیفیت الکترود بر محصول VAR ———-ا———————————— 35
3- 2- 4- موارد استفاده روش VAR ——-ا————————————————- 35
3- 2- 5- کنترل فرآیند VAR —ا———————————————————— 45
3- 2- 6- جزئیات حوضچه مذاب در فرآیند VAR ——ا————————————— 75
3- 2- 7- موارد غیرعادی در فرآیند VAR و کنترل آنها —————————————- 06
3- 2- 8- عیوب شمش های VAR —-ا—————————————————— 06
3- 2- 9- بررسی واکنش های متالورژیکی درحین فرآیند VAR فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده ————————————————————————————— 46
3-3- ذوب مجدد با سرباره الکتریکی(ESR) ——-ا—————————————- 07
3- 3- 1- اصول فرآیند ESR—ا————————————————————– 07
3- 3- 2- کوره ESR ————–ا———————————————————– 17
3- 3- 3- خصوصیات سرباره های ESR ——————-ا———————————– 37
3- 3- 4- نقش سرباره در فرآیند ESR —-ا————————————————– 47
3- 3- 5- مزایای عمده فرآیند ESR —————-ا—————————————- 57
3- 3- 6- تصفیه فولادها در فرآیند ESR —–ا———————————————– 67
3- 3- 7- ساختار فولادهای حاصل از ESR –ا———————————————— 67
3- 3- 8- عوامل مؤثر در انتخاب سرباره برای فرآیند ESR —ا—————————— 67
3- 3- 9- ترکیبات استاندارد برای سرباره های ESR –ا——————————— 87
3- 3- 01- واکنشهای فیزیکی و شیمیایی در فرآیند ESR ——ا————————- 97
3- 3- 11- واکنشهای مهم سرباره در فرآیند ESR –ا————————————- 08
3-4- ذوب سه مرحله ای —————————————————————— 98

فصل چهارم: خواص و کاربرد سوپرآلیاژها و فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده

هنگامی که ساختارهای مارتنزیتی فولادهای پرآلیاژ رسوبسخت شونده حرارت داده میشوند، بسته به دما دو پدیده ممکن است رخ دهد. اگر آلیاژ در دمایی بالاتر از دمایAS (دمای شروع تبدیل مارتنزیت به آستنیت) حرارت داده شود، مارتنزیت تحت اثر یک واکنش برشی غیر نفوذی به آستنیت تبدیل میگردد. ترکیب عنصری آستنیتی که به این روش بوجود میآید مشابه ترکیب عنصری مارتنزیت است. اما اگر آلیاژ در دمایی کمتر از دمایAS حرارت داده شود، ساختار مارتنزیتی ابتدا پیرسخت میشود و با ادامه حرارت دادن به آستنیت و فریت تجزیه میگردد. سرعت انجام واکنش تجزیه مارتنزیت بستگی به دمای پیرسازی دارد. در دماهای بینCo455 تاCo510 سرعت انجام واکنش تجزیه به اندازه ای کم است که تا قبل از شروع آن رسوب سختی قابل ملاح ظهای در مارتنزیت رخ می دهد. عملیات پیرسازی فولادهای پرآلیاژ رسوبسخت شونده باید به گونه ای طراحی شود که واکنش رسوبسختی، سریع و واکنش تجزیه، کند انجام گیرد [8].
سخت شدن فولادهای پرآلیاژ رسوبسخت شونده در طول عملیات پیرسازی ناشی از دو مکانیزم مختلف است. مکانیزم اول، منظم شدن کم دامنه محلول جامد حاوی کبالت و مکانیزم دوم، رسوب ترکیبات بینفلزی غنی از نیکل در ساختار مارتنزیت لایهای است [8].
در طول عملیات پیرسازی، معمولاً فازهای رسوبی دارای تیتانیم و مولیبدن در نابجائیها و مرزهای لایه های مارتنزیتی جوانه می زنند. جوانه زنی رسوبات در این مکانها باعث توزیع یکنواخت آنها در زمینه مارتنزیتی م یگردد. رسوبات تشکیل شده معمولاً با زمینه مارتنزیتی همسیمایی خوبی دارند. برخی از فازهای رسوبی در فولادهای رسوب سخت شونده در جدول 4-2 آورده شده است [8].

2

4-1- خواص و کاربرد فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده ———————– 79
4- 1- 1- متالورژی فیزیکی فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده —————– 79
4- 1- 2- تأثیر عوامل مختلف بر خواص فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده — 101
4- 1-2- 1- مرحله ذوب و آلیاژسازی ————————————————- 101
4- 1-2- 2- مرحله تصفیه————————————————————- 104
4- 1-2- 3- مرحله فرآوری ———————————————————— 110
4- 1- 3- کاربرد فولادهای پرآلیاژ رسوب سخت شونده —————————— 123
4-2- خواص و کاربرد سوپرآلیاژها—————————————————— 125
4- 2- 1- متالورژی فیزیکی سوپرآلیاژها ———————————————- 125
4- 2- 2- ریزساختارها —————————————————————— 129
4- 2- 3- استحکام دهی سوپرآلیاژها ———————————————— 129
4- 2- 4- رفتار کارسختی ————————————————————– 131
4- 2- 5- عملیات حرارتی ————————————————————— 133
4- 2- 6- کاربرد سوپرآلیاژها ———————————————————– 135

فصل پنجم: نتیجه گیری

 

فهرست جدول ها

جدول 1-1- تاریخچه تحقیق و توسعه فولادهای رسوب سخت شونده ————————————————————————————–7

جدول 1-2- مزایای فولادهای رسوب سخت شونده ——————————-8
جدول 2-1- دامنه متوسط عناصر آلیاژی اصلی و اثرات آنها بر سوپرآلیاژها —– 21

جدول 2-2– ترکیب شیمیایی فولادهای رسوب سخت شونده تجاری با 81 درصد وزنی نیکل —————————————————————————————— 51

جدول 3-1- واکنشهای گاززدایی تعادلی در خلأ ————————————- 13

جدول 3-2- ثابتهای تعادل رابطه اکسیژنزدایی در فاز گازی ————————— 53 جدول3- 3- نسوزهای متداول در ساخت بوته کوره های VIM –ا———————- 43

جدول 3-4- افت فشار ناشی از ناپایداری دیرگدازهای مختلف در تماس با مذاب فولاد کم کربن ——————————————————————————————— 54 جدول 3-5- توان، فرکانس و ولتاژ مورداستفاده در چند کوره VIM با ظرفیتهای مختلف ——————————————————————————————- 74 جدول3- 6- سرعت ذوب چند فلز و آلیاژ در روش VAR —-ا—————————– 65 جدول 3-7- واکنشهای گاززدایی تعادلی در خلاء —————————————- 56 جدول3- 8- تعدادی از ترکیبات استاندارد سرباره های مورد استفاده در فرآیند ESR –ا—————————————————————————————— 97 جدول3- 9- محل و نوع واکنش در مناطق حمام فلز و سرباره مذاب ——————————————————————————————— 08 جدول3- 01- انرژی آزاد G تشکیل اکسید در دمایK2000———–ا——————- 18 جدول3- 11- تلفات اکسیدی آلیاژ Ni-Cr-Fe-Mo در فرآیند ESR —-ا——————– 28 جدول3- 21- تلفات اکسیدی فولاد بلبرینگ 1%C،1.5%Cr در فرآیند ESR —–ا————————————————————————————– 28 جدول3- 31- تلفات اکسیدی فولاد 3%Ni-Cr-Mo در فرآیند ESR ——–ا————— 28 جدول3- 41- تغییرات مقدار کربن در فرآیند ESR ——ا———————————– 48 جدول3- 51- درجه گوگرد زدایی با جریانها و سرباره های مختلف در فرآیند ESR —-ا—————————————————————————————– 78 جدول3- 61- مقایسه تفکیک گوگرد زدایی در جریانهای مختلف فرآیند ESR —–ا————————————————————————————— 88 جدول 3-71- ترکیب اکسیدهای آلیاژ718 براساس آنالیز کمی اشعه x ——–ا————————————————————————————- 29 جدول 3-81- ماکزیمم قطری که با ذوب سه تایی تولید م یشود————————————————————————————— 39 جدول 4-1- محدوده خواص مکانیکی برخی از فولادهای رسوب سخت شونده بعد از آنیل ——————————————————————————————— 79

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فهرست شکل ها

شکل 1-1- ارتباط میان چقرمگی- استحکام برای چند فولاد با استحکام بالا و فولاد رسوب سخت شونده ——————————————————————————–8 شکل 2-1- شکل شماتیک یک پره توربین به همراه پره توربین ریخته گری شده ———————————————————————————————— 31 شکل2- 2- زمان تولید پره های مختلف توربین به همراه دمای کاری آنها——————————————————————————————– 31 شکل 3-1- روشهای تولید محصولات ریخته شده از شمش های VIM یا الکترودها ——————– ————————————————————————–22 شکل 3-2- شماتیک کوره القایی در خلاء ———————————————— 62 شکل 3-3- میزان انحلال نیتروژن در آهن مذاب و در حضور عناصر آلیاژی ——————————————————————————————— 03 شکل 3-4- فشار اکسیژن در فضای بالای مذاب براساس تابعی از غلظت اکسیژن حل شده در مذاب ———————————————————————————– 31 شکل 3-5- تأثیر ظرفیت بوته و مدت زمان نگهداری بر روند حذف نیتروژن فولاد—————————————————————————————- 33 شکل 3-6- رابطه بین غلظت اکسیژن و کربن در فرآیند اکسیژن زدایی بوسیله کربن تحت خلاء ————————————————————————————— 73 شکل 3-7- روند کاهش اکسیژن و کربن مذاب فولاد با گذشت زمان و در حین فرآیند ذوب ———————————————————————————————- 73 شکل3- 8- اثر مقدار کربن و سیلسیم بر روند کاهش گوگرد از فولاد در حین ذوب تحت خلأ ———————————————————————————————- 93 شکل 3-9- روند تبخیر عناصر جزئی از آلیاژ 80Ni-20Cr و آهن خالص ———————————————————————————————- 24 شکل 3-01- تغییر مقدار اکسیژن حل شده در مذاب چهار نوع فولاد مختلف در اثر تجزیه نسوز ———————————————————————————————— 44

Abstract
The superalloys and high alloy content precipitation hardened steels are among the highly application alloys in industry. The various types of these alloys exhibit numerous desired properties in different service conditions. In order to gain the best mechanical properties, the segregation of elements and the inclusions must be kept at minimum levels. Therefore the castings are usually prepared by Vacuum Induction Melting (VIM) and subsequently are subjected to Electro Slag Rmelting (ESR) or Vacuum Arc Remelting (VAR) procedures. These different processings affect the final properties of the components for specific applications. In the present study the effects of different processing methods on the properties of superalloys and high alloy content precipitation hardened steels was investigated. It was concluded that by using VIM, VAR and ESR processes a significant improvement in the mechanical properties of these alloys can be achieved. The microstructure of these alloys can be modified by age hardening process for obtaining various mechanical properties.



  مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان