• بازدید : 83 views
  • بدون نظر
این فایل در ۱۰صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

يكي ازمباحث بسيارمهم علمي ، فني ، اقتصادي كه كمترازيك صدسال است توجه عده اي ازدانشمندان ومحققان را به خودجلب نموده ومطالعات بسيارزيادي بر روي آن انجام گرفته وميگيرد.موضوع «خوردگي»(Corrosion ) بويژه «خوردگي فلزات » ميباشد.به منظور روشن ساختن وتوجيه وتفهيم مكانيسمهاي انواع مختلف خوردگي تحقيقات وبررسي هاي وسيع، جدي ومستمرمخصوصاً در۵۰سال گذشته وهمگام با پيشرفتهاي سريع صنايع گوناگون صورت پذيرفته ، به طوري كه بااستفاده ازاصول ومباني علمي ونتايج حاصله ازاين پژوهشها درتدوين مقررات وروشهاي خاص كنترل يا جلوگيري ازخسارات ناشي ازپديده خوردگي اقدامات بسيارسودمندي به عمل آمده وبه پيشرفتهاي قابل ملاحظه اي نائل شده اند.همچنين ازبدو شروع به فعاليتهاي گسترده دراين زمينه انستيتوهاي آموزشي وآزمايشگاههاي تحقيقات صنعتي كمكهاي زيادي به آموزش اصول ومباني واكنشهاي خوردگي كرده اند.
تكنولوژي جديد باكاربردموادومصالح صنعتي گوناگون ازجمله فلزات وآلياژها،پلاستيكها ، لاستيكها،سراميك ها،موادمركب ومتراكم،چوب وغيره همراه بوده بويژه مستلزم بررسي وتوليد آلياژها وديگرموادي است كه دربرابرخوردگي مقاومت لازم وقابل پيش بيني را داشته باشند ، همچنين احتياج به تدوين مقررات وروشهايي دارد كه بااعمال واجراي آنها بتواندميزانهاوسرعتهاي خوردگي را به طورقابل ملاحظه اي كاهش دهد.
جهت درك وبررسي اين پديده بادرنظرگرفتن اصول ومباني خوردگي ونظريه الكتروشيميايي واكنشهاي خوردگي ازيك سو وتوجه به اهميت فلزات وآلياژها دربين موادومصالح صنعتي(۱) ازسويي ديگر ضرورت آشنايي باالكتروشيمي ومتالوژي فيزيكي روشن ميگرددمحققين وپژوهشگران خوردگي به مطالعه مكانيسمهاي خوردگي پرداخته ، علل آنها رادريافته وراههاي جلوگيري يا به حداقل رساندن خسارات وصدمات را پيشنهاد مينمايد.مهندسين خوردگي با تكيه براطلاعات ونتايج تحقيقات وبررسي امكانات موجودوانجام محاسبات مربوط به عوامل مؤثربويژه توجيهات اقتصادي به كاربردواجراي طرحها وروشها مي پردازند.
خوردگي ومهندسي خوردگي مجموعه جالبي ازعلوم وفنون را تشكيل ميدهدكه مرحله تكامل آن درطي حدود۵۰ سال اخيرصورت پذيرفته است .خاطرنشان ميسازدكه اين مطلب بدان معني نيست كه پديده خوردگي به اين اندازه جديدميباشد برعكس ميتوان گفت كه اين موضوع اززماني كهبراي اولين بارانسان موفق به كشف واجراي روشهاي تهيه فلزات ازسنگهاي معدني مربوطه گرديدآغازشده است وبه بياني ديگرميتوان اذعان نمودكه قبل ازنيم قرن اخير نيزحضورووجودخوردگي مورد پذيرش وتأييد قرارداشته وبه طوراجتناب ناپذيري جرائم وخسارات ناشي ازآن نيزپرداخت ميگرديده به طورمثال درآن زمانها مسئولين ومديران بسياري ازواحدهاي صنعتي درادعاهاي خوددائربرعدم وجودودخالت خوردگي درواحدهاي صنعتي خويش اصرارداشتندوفقط به ذكرياگزارش تعويض برخي اقطعات اكتفا مينمودند.
ليكن درسالهاي اخيراين طرز فكرهاواظهارنظرهاي طفره آميزتغيير كرده كه دليل آن شناخت وفهم نسبي وتدريجي ازوجودپديده خوردگي وافزايش آگاهيها ازتأثيرات اقتصادي اين قبيل اتفاقات ميباشد.باتوجه به اهميت اين مسائل اينك به مرحله اي رسيده كه درتمامي       زمينه هاي صنعتي دراختيارداشتن متخصصين وكارشناسان مربوط ( كه امروزه به نام مهندسين خوردگي ناميده ميشوند)بي اندازه جدي وضروري جلوه ميكند.  (1)
درسالهاي اخير خوردگي وروشهاي كنترل ياجلوگيري به عنوان ركني اساسي دركليه     زمينه هاي مهندسي درآمده وروزبروز اهميت آن بيشتر وآشكارترميشودولي متأسفانه هنوزجايگاه واقعي خودرا پيدانكرده وآنچنان توجهي را كه ميبايستي عملاً به آن صورت گيردمبذول نميگردد.
كليه محيطها تاحدودي (كم وبيش)خورنده ميباشندمثلاهواورطوبت ،آبها،محيطهاي آلوده وصنعتي ،بخارآب ،گازها ،اسيدها،قليايي ها، خاكها ،حلالها،روغنها(اعم ازنباتي ونفتي)،محصولات غذايي … وغيره بايدخاطرنشان ساخت كه برخي ازمحيطها ودرشرايط خاصي خورنده تر ازديگري ميباشند.البته درمواردي نيزاستثناءوجوددارد.وجوداين پديده واثرات زيانبخش وناگوارآن تقريباً درهمه جا مشاهده ميشودازجمله : ساختمانها ،لوازم خانگي وسائط نقليه (زميني ـ دريائي ـ فضائي) ،جاده ها ،تسهيلات شهري ،تأسيسات بندري ودريائي واحدهاي صنعتي …وغيره.
موادومصالح صنعتي ازقبيل آهن ،آلومينيم ، مس، آلياژهاي مختلف ،پلاستيك ها ، سراميكها، چوب ، فلزات ديرگداز،شيشه وغيره هركدام داراي خاص ومشخصات ، كاربردها مزايا ومعايبي ميباشند.انتخاب يك يا چندتاازآنهاممكن است فقط دركاربردخاصي «مناسبترين انتخاب» باشدولي جهت هرگونه اقدامي وبراي نيل به بهترين انتخاب دسترسي به دانش ونتايج مطالعات وتخقيقات وتجربيات كاملا ضروري است.  (1)




تاريخچه خوردگي ورونداقدامات

وقوع طبيعي واكنشهاي مربوط به پديده خوردگي را ميتوان به زمانهاي خيلي دوراستنادنمودولي برخوردهاي علمي واصولي بااين پديده به مطالعات وتحقيقات بسيار ارزشمنددانشمندمعروف اياتاليائي ميسشل فاراده ( M.Faraday) نسبت داده ميشود.اين دانشمنددرسالهاي ۱۸۴۰-۱۸۳۰رابطه بين فعاليتهاي شيميائي وجريانات الكتريكي              ( نسبت بين مقدارفلزحل شده وجريان برق)را به صورت رابطه معروف   M =Kit ارائه نمود.او همچنين گزارش ميكندكه روئين شدن آهن ناشي ازتشكيل فيلم برروي آن است وبراي   اولين باراعلام ميداردكه انحلال فلزات ماهيت الكتروشيميائي دارد.
البته قبل از او همفري داوي (Humphrey Davy) دانشمندانگليسي به بررسي اصول خوردگي گالوانيكي پرداخته ونتايج آزمايشهاي خود درباره چگونگي حفاظت كاتدي بدنه كشتيها بانصب آندهاي ازبين رونده رادرسال۱۸۲۴ منتشرساخت اقدامات اين دانشمندپايه هاي عملي واجرائي حفاظت كاتدي را بوجودآورده وسبب توسعه وگسترش كاربردآهن گالوانيزه گرديد.
مطالعات وبررسيهاي سازماندهي شده جهت بررسيهاي خوردگي براي اولين بارتوسط «انجمن ترويج علوم انگلستان»(British association for the Advancement of science)درسالهاي دهه ۱۸۳۰صورت گرفته است .نتايج قسمتي ازاين تحقيقات كه توسط   Robert Mallet برروي چگونگي خوردگي آهن وچدن صورت گرفته بوددرسالهاي ۱۸۳۸و۱۸۴۰و۱۸۴۳منتشرگرديد.
درسال ۱۸۴۷ريچاردآدي (Richard Adie)نشان دادكه خوردگي ناشي (۱)              

ازاثراكسيژن برروي آهن ودرمعرض سيالي درحال حركت سبب ايجادجريان الكتريكي ميگردد.برپايه اين اطلاعات ودانشها پروفسورويتني(W.R Whitney) درسال ۱۹۰۳ نتايج مطالعات خودرا به صورت    مقاله اي كلاسيك وتحت عنوان «ماهيت الكتروشيميائي خوردگي »درمجله               American Chemical Societys Journal چاپ ومنتشرساخت كه اصول علمي پديده خوردگي را تشكيل ميدهد.اين دانشمندنتيجه ميگيردكه خوردگي آهن يك واكنش كاملا الكتروشيميائي بوده واينكه ميزان وسرعت خوردگي تابعي ازنيروي محركه الكتريكي ومقاومت مدارميباشد.
درسال ۱۹۰۶ درداخل «انجمن امريكائي براي آزمايش ومواد» ASTM               (American Society For Testing and Materials)كميته اي جهت هماهنگي واجراي آزمايشهاي مخصوص خوردگي تشكيل گرديدكه همزمان باشروع اين اقدامات سازمانهاي ديگري نيزفعاليتهاي خوددرزمينه بررسي مسائل خوردگي وچگونگي تدوين راههاي جلوگيري يا كنترل آن را آغازنمودند.
ازبين پيشقدمان درمطالعه اثرات خوردگي «كميته امريكائي الكتروليز»               (American Committee on Electrolysis)است كه اولين گزارش خودرا دراكتبرسال۱۹۱۶منتشرنمود.اين كميته كه متشكل ازنمايندگان:  (1)
«American Institute of Electrical Engineers»
«American Electric Railway Association»
«American Railway Engineering Association»
«National Bureau of Standads»

وعده اي ازسازمانهاي ديگربودفعاليتهاي خودرابيشتربرروي مسائل جدي وبسيارخطرناك ناشي ازجريانات سرگردان Straw Currentكه متوجه لوله ها وتأسيسات فلزي وكابل هاي مخابراتي زيرزميني ميگرديدمتمركزساخت.
درانگلستان «كميته خوردگي انستيتوي آهن وفولاد»
(Corrosion Committee of Iron and Steel Institute)
اولين گزارش خودرا درسال ۱۹۳۱وششمين گزارش خودرا درسال ۱۹۵۹منتشرنمود.درسال ۱۹۳۸ «كميته هماهنگي خوردگي آمريكائي»
(American Coordinating Committee on Corrosion)
باشركت نمايندگان ۱۷سازمان وانجمن فني تشكيل گرديد.اين گروه كه هدف آن      هماهنگ سازي فعاليتهاي سازمانها وانجمنهاي مختلف وجلوگيري ازدوباره كاريها وپراكندگي اقدامات بوددرسال ۱۹۴۸درسازماني به نام «انجمن ملي مهندسين خوردگي»        (National Association of Corrosion Engineers)درامريكا علاوه برانجمن NACE كه فعاليتهايش منحصراً برروي خوردگي وروشهاي كنترل آن متمركزاست تشكيلات وسازمانهاي علمي مهندسي زيادي به صورتهاي دولتي وتجارتي به فعاليت مشغولند كه ازنظررهبري دربين گروههاي علمي ومهندسي ميتوان :  (1)
«انجمن فلزات آمريكائي»   (American Society for Metals)
«انجمن آمريكائي براي آزمايش ومواد»   (American Society for Testing and Materials)
«انجمن شيمي آمريكا»   (American Chemical Society)
«انجمن الكتروشيمي»   (The Electrochemical Society)
رانام برد.ازارگانهاي دولتي دراين كشورميتوان «موسسه ملي استانداردها‌»NBS        (National Bureau of Standards) رانام بردكه فعاليتهاي خودبرروي بررسي مسائل خوردگي وروشهاي كنترل ياجلوگيري ازآن را ازسال ۱۹۲۲آغازكرده است .همچنين تشكيلات دولتي ديگري كه اغلب دراختيارسرويسهاي نظامي ميباشندنظير:
«Atomic Energy Commission»
«Federal Housing Administration»
«National Aeronautic and Space Administration»
ونيزعده اي ازدوايروادارات داخلي درسازمانها وتشكيلات گوناگون كه به مسائل مربوط به خوردگي وكنترل آن مشغولند.
دانشمندان ومهندسين خيلي ازكشورها درتوسعه وگسترش سريع علم خوردگي وارائه روشهائي براي كنترل آن شريك وسهيم بوده اندكه ازاين ميان خدمات ارزنده وشايان توجه دانشمندان ومتخصصين خوردگي شوروي را ميتوان نام بردازجمله «پروفسورتوماشف» (Nikon D.Tomashov) و«پروفسور چرنووا» (Galina P.Chernova)كه ازپيشقدمان        وپايه گذاران تحقيقات خوردگي دراسن كشورميباشند.توماشف كه رياست آزمايشگاه خوردگي فلزات درانستيتوي شيمي فيزيك مسكورا عهده داربوده مطالعات بسيارارزشمندي درباره روئين سازي فلزات رفتارهاي الكتروشيميائي وخوردگي فولادهاي ضدزنگ وفولادهاي حاوي مس تيتانيم وآلياژهاي آن روشهاي جديد افزايش مقاومت دربرابرخوردگي توسط اضافه كردن عناصر بسيارنجيب و… انجام داده است.  (1)

درآلمان نيزضمن بررسيهاي وسيع دراين زمينه مجله اي به نام                          Korrosion Und Metallschutz  قبل ازجنگ جهاني دوم منتشرميگرديدكه درسالهاي جنگ انتشارآن متوقف گرديدولي بعدازآن بانام جديد Werkstoffe Und Korrosion فعاليتهاي خودرا مجدداً ادامه داد.ازسال ۱۹۴۵وازسوي انجمن NACE مجلهCorrosionمنتشرگرديدوعلاوه برآن مجله اي نيزبه نام Materials Performance  ازسوي همين انجمن انتشاريافت. همچنين طي سالهاي اخيرمجلات مختلفي درچندكشورازجمله استراليا،بلژيك،انگلستان،فرانسه،هلند،ايتاليا،ژاپن،پرتغال،شوروي وسوئدچاپ ومنتشرميگردند.ازجمله مجلات معروفي كه درانگلستان چاپ ميشوندعبارتنداز:
British Corrosion Journal , Corrosion Science,
Corrosion Prevention and Control , Anti _ Corrosion
تعليم وآموزش رسمي درباره خوردگي اولين باردرآمريكا ودرسال۱۹۰۳ وتحت عنوان مقاومت شيميايي مواد(Chemical Resistanc of Materials)توسط پروفسورواكر(W.H.Walker)آغازشد.اين دانشمنددرپيگيري فعاليتهاي پروفسور ويتني(Whitney)آزمايشگاه شيمي كاربردي (Applied Chemistry)راتاسيس نمود.درسال ۱۹۱۲عنوان موضوع به موادساختماني (Materials of Construction)تغييرپيداكرده وتوسط پروفسورلوئيز(W.K.Lewis) تدريس ميشددرسال ۱۹۲۲ درانستيتوي تكنولوژي ماساچوست (دردانشكده مهندسي شيمي )براي اولين باراين موضوع تحت عنوان «خوردگي»(Corrosion)توسط پروفسور والترويتمن (Walter Whitman)تدريس شدسپس درسال  1931پروفسور ويليامز (R.S.Williams) (ازاعضاءدانشكده متالورژي اين دانشگاه) (۱)      

تدريس موضوع «خوردگي وآلياژهاي مقاوم دربرابرحرارت» (Corrosion and Heat Resisting) Alloys)راشروع نمودكه تاسال ۱۹۴۲ادامه داد.ازسال ۱۹۳۸پروفسور يوليگ(H.Huhlig)ارائه درس قبلي پروفسورWhitmanراپيگيري نمودكه بعدازيك دوره فطرت (درطي جنگ جهاني دوم)مجدداًآن را ازسرگرفت كه تاكنون ادامه دارد.آقاي يوليگ كتابها ومقالات زيادي را نوشته ومنتشرساخته است كه ازآن جمله كتابهاي معروف:
The Corrosion Handbook,Corrosion and Corrosion Control ميباشند.همانطوري كه قبلاً نيزاشاره شدخوردگي ومهندسي خوردگي كه مراحل تكميلي وگسترش وتدوين روشهاي اجرائي آن طي نيم قرن اخيرصورت گرفته به طوري كه هنوزعده اي ازبانيان اين موضوع درقيدحياتندوچون شرح كارها وفعاليتهاي تك تك اين دانشمندان ازعهده كتاب خارج است ، لذا درزيرفقط به ذكرنام چندتن ازآنان اكتفا ميشود:   (1)
دكتراوانز U.R. Evans
پروفسورپوربه M.Pourbaix
پروفسورواگنر C.Wagner
دكترهور T.P.Hoar
دكترشراير L.L.Shreir
پروفسورفونتانا M.G. fontana



تعريف خوردگي


با توجه به ديدگاهها و تخصصهاي مختلف دانشمندان و محققاني كه در اين زمينه به مطالعات اصولي پرداخته و نظريه هاي خود را ارئه نموده اند به منظور بيان مفهموم خوردگي تعاريفي چند و با مشابهتاهائي يكم و بيش اظهار داشته اند كه ذيلا چند نمونه آنها از نظر ميگذرد:
واكنش بين فلزات و محيط اطراف آن.
فساد ا انهدام مواد در واكنش هاي شيميايي يا الكترو شيميائي با محيط اطراف آن.
فساد فلزات در اثر تركيب با اكسيژن و يا ساير مواد شيميائي .
تخريب يا فساد حاصل د رمواد به هرعلتي بج عوامل مكانيكي .
خلاف جهت متالورژي استخراجي.
واكنش هاي الكترو شيميائي فلزات با محيط اطراف خود .
حملات تخريبي بر روي فلزات ناشي از واكنش هاي شيميائي يا الكترو شيميائي آنها با محيط اطـرافشان.
تخريب يا اتلاف اجسام جامد در اثر واكنش هاي شيميائي يا الكترو شيميائي كه از سطح آن شروع مي شود.
خاطر نشان مي سازد كه انهدامهاي ناشي از عوامل صرفاً فيزيكي يا مكانيكي«خوردگي» ناميده نشده و در اين موضوع مورد بحث و مطالعه نمي باشد از فبيل : سائيدگي (Erosion)،فرسودگي (Wearing)،خستگي (Fatigue)،خراشيدگي (Fretting) و غيره، ليكن در برخي حالات ممكن است پروسسهاي خوردگي همراه و همزمان بااين قبيل(۱) تخريبها باشند كه در اين صورت با عناويني نظير : «خوردگي سائيدگي»                          ( Corrosion Erosion) «خوردگي خستگي» (Fatigue Corrosion) ، « خوردگي خراشيدگي» ( Fretting Corrosion) ، «خوردگي تنشي » (Stress Corrosion ) و غيره تشريح  مي شوند.
يادآور مي گردد كه اصطلاح زنگ زدگي (Rusting) فقط در مورد آهن و فولادها آن هم به وسيله آب و اكسيژن بايد بكار برده شود زيرا منظور از زنگ (Rust) همان اكسيد هيدراته آهن   Fe (OH)3   مي باشد و يا به بياني ديگر فلزات غير آهني خورده و اكسيد مي شوند ولي زنگ نمي زنند.
با توجه به مطالبي كه ذكر شد و نيز از جهت اهميت موضوع خوردگي از مدتي پيش لغات و اصطلاحات غني و تعاريفي  كه در مباحث خوردگي بكار مي روند به صورت مدون و به زبانهاي مختلف تهيه شده اند كه در واقع زبان علمي و تكنيكي خوردگي مي باشند.
در اينجا اشاره به اين مورد ضرورت پيدا مي كند كه انواع خوردگي يعني چه و اصولا چند نوع خوردگي وجود دارد . بسته ه اينكه منظور از چند نوع چيست ؟پايه گذاران ، دانشمندان و مراكز تحقيقاتي روشهاي طبقه بندي گوناگوني ارائه نموده اند. برخي آنها را به ۲ يا ۳ دسته تقسيم مي كنند، بعضي ديگر ۸ يا ۱۰ نوع و سر انجام در گزارشهائي از ۵۷ نوع ( وبيشتر) ياد شده است . مراجعي نيز وجود دارند كه آنها را در چند دسته اصلي و هر دسته را چند نوع فرعي مورد بحث قرار داده اند ، و به طور كلي بايد گفت كه هنوز الگوي مشخص و معيني براي اين تقسيم بندي بوجود نيامده است . درباره اينكه چه عواملي بيشتر موجب بروز انواع مختلف خوردگي مي گيردند چندان در مباحث مد نظر نمي باشد و در بررسيهاي (۱)    مربوط به خوردگيهاي معمولي نظريه الكترو شيميائي بودن واكنشها به صور قاطع اعمال     مي شود و جهت توجيه و تشريح واكنش هاي شيميائي در اغلب پروسس هاي خوردگي فرمول ومعادلات مختلفي ابداع و تدوين شده كه در همه جا به كار برده مي شوند. اساساً  خوردگي شيميائي نيازمند ۴ عامل اصلي و اوليه مي باشد كه عبارتند از : آند ـ              كاتد – الكتروليت – مدار الكتروني . از اين رو صاحب نظران خوردگي نا چاراً ملاحظات لازم و دقيق در مورد فغاليتهاي پيچيده و بسيار ريز ملكول ها ، يون ها ، سطوح الكتروني و اتمي را بعمل مي آورند.
  • بازدید : 46 views
  • بدون نظر
این فایل در ۲۰صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

مس، اولين فلزي است كه توسط انسان مورد استفاده قرار گرفت. پنج هزار سال پيش، يوناني ها و روميان باستان، آن را از جزيره قبرس كنوني استخراج مي كردند. يونانيان آن را به نام كالكو (Chalco) و روميان به نام آيس (Aes) مي شناختند و چون از جزيره قبرس استخراج مي شد آن را آيس سيپريم (Cypirum) ناميدند. بعداً در زبان هاي مختلف اروپايي ، به دليل تلفظ هاي متفاوت كلمه، سپيريم شكل هاي متفاوتي به خود گرفت، به طوري كه امروز در انگليسي آن را كوپر (Copper) و درآلماني (Kupfer) و در فرانسه (‍Cuivre) مي نامند. 
اين فلز، به دليل سختي توأم با انعطاف پذيري، هدايت حرارتي و الكتريكي بالا، قبول عمليات مكانيكي گوناگون، شكل پذيري فوق العاده ، مقاومت در برابر خوردگي، رنگ هاي زيبا، غيرمغناطيسي بودن، قابليت ريخته گري مناسب، لحيم كاري نرم و سخت، جوش پذيري، غير سمي بودن، …. و نيز امكان تهيه آلياژهاي گوناگون در كنار ساير فلزات، به يك عنصر بسيار مفيد و غير قابل چشم پوشي در صنايع بشري آمده است. 
مس با جرم اتمي ۵۴/۶۳ و ساختار (FCC) در ۰c1083 ذوب مي شود. اين عنصر، به دلايل متالورژيكي، به عنوان حلال ترين فلز شناخته شده و به غير از سرب، تقريباً كليه عناصر با آن، قابليت انحلال دارند. 
از نظر شيميايي، مس از فلزات نجيب به شمار آمده و در جدول تانسيون، پس از نقره قرار دارد. مس در مجاورت هوا و رطوبت، از يك قشر نازك اكسيد مس كه مخلوطي از CuO و Cu2O است پوشيده مي شود. اين قشر نازك، بقيه فلز را از اكسيده شدن محافظت مي كند. اگر اين اكسيدها مدت زيادي در مجاورت هوا قرار گيرند و يا سطح مس به شدت اكسيده شود، رنگ مايل به سياه، آن ، به تدريج به رنگ سبز كه مخلوطي از سولفات و يا كلرورهاي قليايي است تبديل مي شود كه آن را زنگار (Patina) مي گويند. هواي محيط، در تشكيل اين تركيبات بسيار مؤثر است. به طوري كه اكثراً در نواحي صنعتي، تركيبات سولفات به فرمول ۳Cu(OH)2 و CuSo4 و در مجاورت درياها تركيبات كلروري مثل ۳Cu(OH)2 و CuCl2 به وجود مي آيد. 
مس مذاب، قابليت انحلال شديدي براي گازهاي مختلف دارد و اين پديده، هنگام انجماد به سرعت كاهش مي يابد. مقدار حل شدن گازها در مس، به درجه حرارت و فشار جزيي گازها در محيط خارج بستگي دارد. 
گازها در مس بيشتر به صورت بيشتر به صورت اتمي حل مي شوند. مقدار حلاليت گازها را مي توان به صورت رابطه   نمايش داد كه در آن C مقدار گاز حل شده بر حسب سانتي متر مكعب در هر ۱۰۰ گرم فلز مس بوده، P فشار جزئي گاز در محيط خارج و K ضريب ثابتي است كه به درجه حرارت بستگي دارد. با توجه به رابطه بالا مي توان نتيجه گرفت كه افزايش دما با افزايش K و در نتيجه افزايش مقدار گاز حل شده مذاب رابطه مستقيم دارد. 
بررسي حلاليت گازها در مس و آلياژهاي آن 
گازهايي مثل اكسيژن، هيدروژن و … در مس قابل حل بوده و تأثيراتي بر آن مي گذارد و كه بدين قرار است : 
– حلاليت اكسيژن 
اكسيژن، به صورت اتمي در درجه حرارت اوتكتيك ۱۰۶۵ درجه سانيتگراد حدود ۰۰۹/۰ درصد و درجه حرارت محيط حدود ۰۰۲/۰ درصد در مس قابل حل است. در صورتي كه مقدار اكسيژن، اين حدود باشد، با مس وارد تركيب شده و اتكتيكي به صورت Cu-Cu2O با حدود ۳۹/۰ درصد اكسيژن تشكيل مي دهد. 
Cu-Cu2O شكل (۱) دياگرام تعادلي
شكل (۲) حلاليت اكسيژن در مس 
همانگونه كه از منحني هاي شكل (۱) و (۲) مشخص است، تركيب اكسيد فلزي Cu2O در درجه حرارت ۱۰۰۰ تا ۱۰۵۰ درجه سانتي گراد پايدار است. در درجه حرارت هاي پايين تر، اين تركيب به CuO تبديل مي شود. بنابراين پس از جوشكاري، براساس يكي از واكنش هاي زير، CuO در اثر سرد شدن تشكيل خواهد شد. 
۲Cu2O + O2     4 Cu2O
Cu2O      CuO +Cu
در اثر جوشكاري و در درجه حرارت هاي بالاتر از ۱۰۵۰ درجه سانتيگراد، Cu2O تجزيه شده و اكسيژن آزاد مي كند كه در اثر فعل و انفعالات شيميايي جانشيني با ساير عناسر موجود، تركيب شده و بخار آب و ساير اكسيدهاي فلزي، توليد مي كند.
همچنين در هنگام پيشگرم كردن و شروع جوشكاري در حرات هاي حدود ۷۰۰ درجه سانتي گراد، مس با يك شعله سبز رنگ با اكسيژن محيط تركيب شده و CuO توليد مي كند : 
 
كه در درجه حرارت هاي بالاتر CuO  حاصله بهCu2O    تبديل خواهد شد. 
 
با توجه به اين نتايج و بررسي انجام شده مي توان گفت كه مقدار جذب اكسيژن در مس مذاب به زمان بستگي دارد و از اين رو، براي محافظت مس مذاب از ورود اكسيژن، بهترين روش استفاده از جوشكاري با سرعت بالا و وجود گازهاي محافظ حوضچه است. 
حلاليت هيدروژن 
هيدروژن در مس مذاب، در ۱۰۸۳ درجه سانتيگراد به ميزان ۶ سانتي متر مكعب در هر ۱۰۰ گرم از فلز حل مي شود ولي در حضور عناصر آلياژي مثل قلع، روي يا آلومينيوم اين حلاليت به شدت كاهش مي يابد. به طور مثال ، در آْلياژ مس با ۱۰ درصد آلومينيوم، حلاليت هيدروژن تا ۵۰ درصد كاهش مي يابد. جذب هيدروژن توسط حوضچه مذاب از منابع مختلف مثل هواي محيط، مواد مصرفي، رطوبت و چربي و غيره انجام مي گيرد. با انجماد مس نيز، ميزان حلاليت آن تا حدود   كاهش مي يابد. در صنعت مس، تأثير هيدروژن چه در حالت مذاب و چه در حالت جامد، يكي از فاكتورهاي مهم به حساب مي آيد. در حالت جامد، اگر مس در درجه حرارت هاي بالا با هيدروژن در تماس باشد، هيدروژن به دليل دارا بودن شعاع اتمي بسيار كوچكتر نسبت به مس مي تواند در مس نفوذ كرده و سپس تشكيل ملكول H2 بدهد و اگر در مس اكسيژن وجود داشته باشد، واكنش زير حاصل خواهد شد : 
 
بخار آب توليد شده بر خلاف هيدروژن، در مس نامحلول است و بنابراين در اطراف مرزدانه ها جمع و به علت تراكم و فشار زيادي كه ايجاد مي كند، مرزدانه ها را سست، ضعيف و شكننده مي كند. (۳). اين خاصيت خطرناك به هيدروژن تردي شهرت پيدا كرده، بنابراين در زمان جوشكاري بايد از قطعات مسي و پر كننده هايي استفاده كرد كه قبلاً اكسيژن زدايي شده باشند. 


شكل (۳) هيدروژن تردي در مس




شكل (۴) حلاليت هيدروژن در درجه حرارت هاي مختلف در مس
بر اساس آنچه گفته شد، نتيجه گرفته مي شود كه معمولاً هيدروژن مازاد بر حلاليت، به دو صورت در مس بروز مي نمايد: 
– هيدروژن ملكولي كه تحت تأثير فشار داخلي و در جه حرارت مس مذاب انبساط يافته، و تخلخل هاي درشت در وسط جوش ايجاد مي كند 
– هيدروژن اتمي آزاد شده كه در اثر فعل و انفعلاتي توليد بخار آب مي كند و در واقع تأثير مشترك هيدروژن و اكسيژن را به قطعه مسي به صورت تخلخل هاي ريز و پراكنده، تحميل مي كند. 
نكته آخر اين كه در هر درجه حرارت، افزايش مقدار اكسيژن به تقليل حلاليت هيدروژن و بالعكس منجر مي شود. در نمودار شكل (۵)  نسبت حلاليت اكسيژن و هيدروژن در مس مذاب در دماي حدود ۱۲۰۰ درجه سانتي گراد، نشان داده شده است. 



شكل (۵) حلاليت توأم اكسيژن و هيدروژن در مس مذاب
– حلاليت ساير گازها 
در جوشكاري مس، گازهايي مثل نيتروژن و Co2 كلاً بي تأثير بوده و حتي مي توانند حوضچه مذاب را از گازهاي ناخالص ديگر حفاظت نمايند. اما حضور گازهاي گوگردي مثل SO2 ، علاوه بر ايجاد حباب هاي گازي و در نهايت تخلخل، با ايجاد سولفور مس Cu2S تأثير زيادي در كاهش خواص مكانيكي مس خواهند داشت. 
تأثيرات عناصر آلياژي بر خواص جوش پذيري مس 
عناثر آلياژي مختلف، بر حسب خواص و شرايط خاص خود، تأثيرات گوناگوني بر خواص فيزيكي و مكانيكي مس به ويژه در حالت جوشكاري اعمال مي كنند. 
عناصر افزودني براي بهبود قابليت ماشينكاري مثل سرب، گوگرد و تلوريم 
سرب مايع در داخل آلياژهاي مس، يكي از عيوبي است كه ناشي ازخروج سرب از شبكه كريستالي در آخرين مراحل انجماد است. در حقيقت وجود عناصري مثل سيليسيم، آلومينيوم و گازهاي محلول در مايع، باعث راندن سرب از داخل شبكه خواهد شد. 
وجود گوگرد، تلوريم و حتي عناصري مثل سلينم و تيتانيوم، هرچند خواص ماشينكاري را افزايش مي دهند، اما علاوه بر افزايش مقاومت الكتريكي، سبب سرخ شكنندگي (Redshortness) مس نيز مي گردند و از اين رو، در كاهش خواص جوش پذيري مس مؤثرند. 
روي 
روي يكي از عناصر آلياژ كننده اصلي مس به شمار مي آيد. آنچه در اين بحث قابل ذكر است، تأثير شديد روي، بر افزايش قابليت جوش پذيري مس است. نكته قابل توجه ديگر بخارات سمي است كه در حين جوشكاري تركيبات مس و روي متصاعد مي شوند كه بايد كاملاً مد نظر قرار گيرند. 
قلع 
به طور كلي قلع، در حدود ۱ تا ۱۰ درصد با افزايش حساسيت مس به بروز ترك هاي گرم، قابليت جوش پذيري را كاهش مي دهد. علاوه بر اين، اكسيد قلعي كه در جريان جوشكاري حاصل شده و به صورت پودر سفيدي در كناره هاي جوش ديده مي شود، بسيار شكننده بوده و استحكام جوش را تا حد زيادي از بين مي برد. تنها حسن وجود مقادير ناچيز قلع، كاهش بخارات سمي در جريان جوشكاري مس محتوي روي است. 
بريليوم، آلومينيوم و نيكل 
وجود مقدار كمي از بريليوم در مس، باعث مي شود كه خواص مكانيكي فلز حاصل با مس كاملاً متفاوت باشد. مقدار بريليوم اضافه شده به مس، همواره از ۲ درصد بيشتر و از ۵/۲ درصد كمتر است. زيرا اگر مقدار آن از ۲ درصد كمتر باشد عملاً اثري روي خواص مكانيكي مس نداشته و اگر مقدار آن از ۵/۲ درصد تجاوز كند، آلياژي شكننده به وجود مي آيد. خواص مكانيكي آلياژ به عمليات حرارتي روي آن بستگي دارد. در هنگام جوشكاري بايد با انتخاب صحيح نوع جريان و شدت قوس، لايه سخت اكسيد برليوم را از سطح آلياژ زدود. مورد استعمال آلياژ در مواقعي است كه به فلزي احتياج باشد كه در هنگام ساختن جسم مورد نظر نرم و چكش خوار بوده و پس از ساختن جسم با انجام عمليات معيني بتوان آن را سخت كرد و جسم ساخته شده، خواص عالي مكانيكي داشته باشد. از مشخصات ديگر اين آلياژ، مقاومت عالي آن به خوردگي در مقابل هوا است. 
نيكل در مس حل شده و باعث ريز شدن دانه ها مي گردد. به طور كلي، نيكل سبب بالا رفتن استحكام كششي خواهد شد، بدون آن كه از مقدار فاز   بكاهد. اين عنصر مقاومت به خوردگي آلياژ را به خصوص در مقابل آب دريا بالا مي برد. آلياژ را به خصوص در مقابل آب دريا بالا مي برد. مقدار نيكل در اين آلياژها در حدود ۲ تا ۷ درصد است. آلياژهاي مس- نيكل را مي توان مورد عمليات حرارتي قرار داد. مهمترين خاصيتي كه اين آلياژ پيدا مي كند، حفظ كردن سختي در حرارت هاي نسبتاً بالا تا حدود ۵۰۰ درجه سانتيگراد و تغيير در انبساط حرارتي آن است. در هنگام جوشكاري اين آلياژها نيز برداشتن لايه اكسيد نيكل سطح آلياژ ضروري است كه البته زحمت بسيار كمتري نسبت به لايه اكسيد برليوم و آلومينيوم دارد. 
آلياژهاي مس- برليوم- نيكل دار، داراي خواص مكانيكي و هدايت الكتريكي بالاتري نسبت به آلياژ دوتايي هركدام است. زيرا در اين حالت، تركيب بين فلزي بين بريليوم و نيكل به وجود آمده در نتيجه، عمليات حرارتي در توزيع اين تركيب بين فلزي و افزايش بعضي خواص مكانيكي آلياژ كاملاً مؤثر بوده و مورد لزوم است. اين آلياژها، در ساعت سازي دقيق براي ساختن رقاصك ساعت و فنرها به كار مي روند و چون خاصيت مغناطيسي ندارند به فولادهاي مشابه ترجيح داده مي شوند.
آلومينيوم و مس داراي يك اتكتيك و يك اتكتوئيد مي باشند. فاز   در سرما و گرما چكش خوار بوده و آلياژ تا ۴/۹ درصد آلومينيوم در سرما به صورت فاز   است. شبكه   در گرما چكش خوار بودهولي تا حرارت ۵۶۵ درجه سانتيگراد پايدار است و پس از آن تجزيه مي شود. بدين ترتيب، شبكه   در حالت تعادل در درجه حرارتي كمتر از ۵۶۵ درجه نمي تواند وجود داشته باشد. وجود اتكوئيد در دياگرام تعادل دو فلز، امكان آب دادن آلياژ را نشان مي دهد و با آب دادن مي توان شبكه   را خارج از دامنه پايدار بودن خود در سرما نيز به دست آورد. در حالت عادي، فاز   در درجه حرارت ۵۶۵ درجه سانتيگراد تجزيه شده و توليد   مي كند كه شبكه   كاملاً سخت و شكننده است. 
آلياژهاي مس- آلومينيوم، محتوي تا ۵ درصد آلومينيوم، داراي جوش پذيري خوبي هستند اما وقتي درصد آلومينيوم تا ۱۰ درصد افزايش پيدا مي كند، آلياژها ترد و سخت مي شوند. آلياژهاي مس- آلومينيوم اغلب به صورت چندتايي بوده و با خود مقاديري آهن، نيكل يا منگنز دارند. هر سه عنصر گفته شده تأثيرات تقريباً نزديكي روي آلياژ مذكور دارند. 
خواص مكانيكي اين آلياژها، تقريباً شبيه فولادهاست اما از مقاومت به خوردگي بسيار بالاتري برخوردارند. براي جوشكاري اين آلياژها، برداشتن لايه اكسيد آلومينيوم سطحي از اهميت ويژه اي برخوردار است، پس براي اين منظور، استفاده از تمهيداتي كه در بخش جوشكاري آلومينيوم ذكر شد، توصيه شده است. فاصله حرارتي انجماد آلياژهاي مس و آلومينيوم عملاً بسيار كم بوده و در نتيجه انقباض متمركز حاصل در قطعه جوشكاري شده، نسبتاً عميق خواهد بود و بايد تدابير لازم را در اين مورد پيش بيني شود. 
سيليسيم
افزايش سيلسيم به مس باعث مي شود كه مقاومت به خوردگي آلياژ بالا برود. مقدار سيلسيم در حدود ۴ درصد توصيه شده است. اين آلياژ، در مقابل اسيدها و آمونياك كاملاً مقاوم است و داراي خواص مشابه با برنزهاست ولي قيمت آن خيلي ارزان تر و سياليت و خواص جوش پذيري بالاتري دارد. به طور كلي، اگر مقدار سيليسيم در آلياژ كم باشد (حدود ۱/۰ تا ۵/۰ درصد) روي خواص الكتريكي مس اثر نكرده ولي باعث افزايش خواص مكانيكي خواهد شد. 
سيليسيم با نيكل، تركيب بين فلزي به فرمول Ni2Si مي دهد كه به طور يكنواخت در مس پخش شده و سختي آلياژ را به حدود ۲۰۰ برينل مي رساند در حالي كه استحكام كششي آن ۶۰ تا ۷۰ كيلوگرم بر ميلي مترمربع خواهد بود. وجود مقاديري آهن نيز با ايجاد تركيب بين فلزي Fe2Si باعث بهبود خواص مكانيكي فلزي خواهد شد. سيلسيم علاوه بر اين، يك اكسيژن زداي موفق است. 
فسفر
اين عنصر، خواص مكانيكي مس را تقويت كرده ولي از مقدار هدايت الكتريكي آن مي كاهد. فسفر در اغلب آلياژهاي مس به عنوان اكسيژن زدا به كار مي رود و به دليل افزايش شديد سياليت، باعث ايجاد سطوح غير يكنواخت مي شود، به خصوص در مورد آلياژهاي محتوي، سرب، عملاً قادر به انجام اكسيژن زدايي نيست. مقدار فسفر مورد لزوم، معمولاً ۰۲/۰ تا ۰۵/۰ درصد است و جز در مورد آلومينيوم برنز، در ساير آلياژها كم و بيش مورد استفاده قرار مي گيرد. محصول فعل و انفعال فسفر (P2O5) به صورت گاز، علاوه بر اكسيژن زدايي، در خروج گازهاي محلول نيز مؤثر است ولي از طرف ديگر، حذف شرايط اكسيدي در مذاب، باعث افزايش جذب هيدروژن خواهد شد. پس از القاء فسفر به آلياژهاي مس، همواره بايد با افزايش سرعت جوشكاري و حفاظت كامل حوضچه جوش همراه باشد، تا از نفوذ مجدد هيدروژن جلوگيري شود. 
ليتيم 
ليتيم عنصر ديگري است كه خاصيت اكسيژن زدايي آن تقريباً ۱۰ برابر فسفر مي باشد و علاوه بر احياء اكسيدها، عمل اخراج گازهاي محلول (هيدروژن) را نيز با تشكيل (هيدرورليتيم) (LiH) تشديد مي نمايد. اشكال عمده فقط در نقطه ذوب LiO2 است كه در شرايط جوشكاري به صورت بخار در مي آيند. 

كادميم 
كادميم تأثير چنداني بر هدايت الكتريكي مس ندارد ولي خواص مكانيكي آن را افزايش مي دهد. آلياژهاي مس محتوي بيش از ۲۵/۱ درصد كادميم به دليل تشكيل اكسيد كادميم و افزايش نقطه ذوب آلياژ، مشكلات كوچكي را براي جوشكاري قوس الكتريكي پديد مي آورند كه البته به سادگي مرتفع مي شوند. 
كرم 
كرم عملاً بر خواص مقاومت الكتريكي مس تأثيري نداشته ولي خواص مكانيكي آن را افزايش مي دهد. اين عنصر، مانند برليوم و آلومينيوم توليد اكسيد مقاومي در سطح مس مذاب مي كند. پس براي جوشكاري آلياژهاي مسي كه محتوي كرم هستند، استفاده از گازهاي محافظ حوضچه توصيه مي شود. 
به طور كلي، خاصيت هدايت الكتريكي و خواص مكانيكي، دو عامل متضاد بوده و عناصر اضافه شده به مس، باعث تقويت يكي و كاهش ديگري خواهد شد. بايد در نظر داشت كه هدايت الكتريكي مس خالص ماكزيمم بوده و اضافه كردن هيچ عنصري باعث بالا رفتن مقدار هدايت الكتريكي نمي شود.
آهن و منگنز 
آهن اغلب به عنوان عنصر كمكي در آلياژهاي مس- آلومينيوم، مس- نيكل، برنج ها و برنزهاي آلومينيوم به ميزان ۴/۱ تا ۵/۳ درصد وجود دارد. آلياژهاي آهن دار، مس، نيازي به عمليات حرارتي بعدي ندارند زيرا وجود آهن سبب ريزدانه شدن آلياژ شده و با تغيير در ساختار، تأثير سرعت سرد شدن مذاب بر خواص مكانيكي را تقليل مي دهد. بنابراين وجود آهن به اين مقدار تأثيري بر خواص جوش پذيري فلز ندارد. 
منگنز در مس اثراتي مشابه اثرات نيكل دارد اما مقدار اين تأثيرات، به مراتب كمتر است، بنابراين وجود منگنز در مقادير ۲ تا ۳ درصد بر خواص جوش پذيري آلياژهاي مس تأثيري ندارد. 
بيسموت 
اين فلز مقاومت الكتريكي را بالا بردن و باعث شكنندگي آن نيز مي شود. مقدار حلاليت بيسموت در مس، بسيار كم است ولي همان مقادير كم نيز، بر خواص مكانيكي و هدايت الكتريكي اثرات مهمي باقي مي گذارد. اگر بيسموت به صورت اكسيد باشد، اثر مضر آن كمتر خواهد بود. مقدار مجاز اين عنصر در فلز مس در حدود ۰۰۷/۰ درصد است و در هر صورت، خواص جوشكاري آلياژ را كاهش داده و نياز به عمليات پيشگرمايي و پسگرمايي را افزايش مي دهد. 
ارسنيك 
ارسنيك خالص، خاصيت چكشخواري مس در سرما را زياد مي كند. همچنين خواص مكانيكي و سختي فلز را افزيش و هدايت الكتريكي آن را به شدت كاهش مي دهد. اگر ارسينك و بيسموت تواماً وجود داشته باشند، چون با يكديگر وارد تركيب مي شوند اثر مضر كمتري بر خواص الكتريكي مس خواهند داشت. حد مجاز وجود ارسنيك در مس، حدود ۰۰۱/۰ درصد است. 
طلا و پلاتين 
اين عناصر روي مقاومت الكتريكي و همچنين خواص مكانيكي، اثر چنداني ندارند بنابراين بر خواص جوش پذيري مس نيز تأثير به خصوصي ندارند. 
  • بازدید : 59 views
  • بدون نظر
دانلود رایگان تحقیق ریخته گری مداوم  ( مداوم ریزی )-خرید اینترنتی تحقیق ریخته گری مداوم  ( مداوم ریزی )-دانلود رایگان مقاله ریخته گری مداوم  ( مداوم ریزی )-تحقیق ریخته گری مداوم  ( مداوم ریزی )

این فایل در ۲۵صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

ریخته گری شمش ها به طریقه تکباری از نظر مشخصات متالوژیکی ، تکنولوژیکی و تولیدی دارای نارسایی ها و نقایص عمده ای است که تبدیل شرایط انجماد و افزایش کمیت و کیفیت تولیدی را ایجاب می نماید در ادامه برای آشنایی بیشتر شما با فایل توضیحات مفصلی می دهیم 

خواص شکل پذیری مکانیکی آلیاژها ، مستقیماً  ” به نرمش Ductility  و تا و Strength   آنها بستگی دارد و این دو مشخصه نیز شدیداً ” تحت تاثیر ساختار شمش ، همگنی و یا ناهمگنی  دانه های بلوری ، مک حفره و جدایش قرار دارد . مهمترین مشخصات مورد لزوم در ساختار شمش ها عبارتند از :

الف ) ریز بودن دانه ها

ب ) گرایش دانه ها از ستونی به محوری

پ ) همگن و هم اندازه بودن دانه ها

ت ) نازک بودن مرز دانه ها

ث ) همگنی شیمیایی و فقدان جدایش های مستقیم یا معکوس

ج ) کاهش مک انقباضی و نایچه

چ ) همگنی در اندازه ، شکل و پخش مک های انقباضی

ح ) کاهش  مک های انقباضی پراکنده

خ ) کاهش و حذف مک های گازی و ریز مک ها

د ) حذف و کاهش ترک های درونی و سطحی

ذ ) کاهش مقدار آخال و سرباره

از مباحث قبل و آنچه که در فصول مربوط به انجماد گفته شده است ، چنین استنتاج می گردد که عیوب و نارسایی های متالولوژی ، ناشی از فقدان شرایط لازم برای سرد کردن و قدرت سرد کنندگی قالب ها می باشد که نوع آلیاژ و شکل و اندازه شمش نیز در حصول به نتیجه دلخواه اثرات قابل توجهی دارند. از نظر تکنولوژیکی و تولیدی نیز ، کندی و آهستگی ، نیاز به مکان و فضای وسیع ، دور انداز و برگشتی ها ی شمش ( در هر دو قسمت فوقانی و تحتانی ) افزایش تعداد کارگر و محدودیت در اندازه شمش ، عوامل دیگری محسوب می شوند که روشهای تکباری را محدود و برای صنعت پویای امروز نا کافی میسازند.

تحلیل عملی معایب و نیاز روز افزون به افزایش تولید ، به اصلاحاتی در روش های تکباری منجر گردید که نیازمندی های علمیو تولیدی را کفایت نمی نمود. روش ریخته گری مداوم و یا شمش ریزی مداوم بر اساس سرد کردن مستقیم تختال یا شمشال ، با طول های تقریباً محدود و زمان بار ریزی  نامحدود  ، فرآیند جدیدی است که قسمت اعظم نیازمندیهای فوق را برآورده ساخته و گسترش تکنولوژیکی و متالوژیکی آن هنوز ادامه دارد .

هر گاه روش یا فرایند جدیدی وارد صنعت گردد ، سال های متمادی ، بدون آنکه طرح اصلی و مکانیسم عمده آن تغییرات فاحشی پیدا کند ، مشمول تحقیقات وسیعی از دیدگاههای مختلف می گردد که به تحصیل محصولاتب بهتر و برتر می انجامد ، مانند تغییر مواد قالب ، سیستم خنک کنندگی ، مبرد و آبگرد که در شمش ریزی تکباری انجام گرفته است . هنگامی میرسد که طرحی کاملاً جدید و فکری نو و سیستمی کاملاً‌ متفاوت ابداع و اظهار می شود . در این حال ، چنانچه روش جدید ، بتواند نظر محققان و تولید کنندگان دیگر را جلب کند و یا پیش بینی تحول های جدیدی بر آن مترتب شود ، مسید تحقیقات و بررسیهای به طرف سیستم جدید گرایش یافته و کلیات آنها در روش جدیدی متمرکز می گردند . بدیهی است گاه ممکن است یک نظریه و یا طرح جدید ، برای سالیان دراز مسکوت بماند ولی چنانچه آن طرح بر موازین علمی استوار باشد و شرایط لازم عملی را در نیازهای صنعتی پیدا کند از لابلای تاریخ علمی بیرون کشیده می شود .

تغییر روش شمش ریزی از تکباری به مداوم ، شاهدی بر بیان فوق است ، زیرا تا قبل از آشنایی با مزایای ریخته گری مداوم ، شاهدی بر بیان فوق است ع زیرا تا قبل از آشنایی با مزایای ریخته گری مداوم ، همواره تحقیقات در اجزاء روش تکباری از نظر قالب ، انداز ته سر ، روش سرد کنندگی ، سیستم آبگرد ، و نظایر آن بعمل می آید و موفقیت هایی را نیز ره دنبال داشت . پس از تدوین علمی و استخراج نتایج تولیدی شمش ریزی مداوم تقریباً بیشتر تحقیقات و هزینه های مربوط متوجه این روش گردید در حالیکه استفاده از روشهای شناخته شده تکباری هنوز در مقیاس وسیعی ادامه دارد .

شمش ریزی مداوم ، روش جدیدی است که هر جند ایده و طرح های اولیه آن ره زمان بسمر “Bessemer”  و سال های ۱۸۴۰-۱۸۵۰ مربوط می شود ، ولی عمر کاربردهای صنعتی آن از ۵۰ سال بیشتر نیست . از طرف دیگر ، گشترش تکنولوژی جهانی  سبب شده است که تحقیقات و طرح های مستقلی در کشورهای جهان ارائه شود و تنوع فاحشی را در انواع روش های ریخته گری مداوم پدید آورد بطوریکه مجموع طرح های ثبت شده در این مورداز ۵۰۰ نوع نیز متجاور

 

۳-۲-۸ : مکانیسم سرد کردن

در حقیقت مهم ترین وجه تمایز روش های مداوم ریزی بر روش های تکباری ، سرد کردن سریع و گاه بدون واسطه شمش یا محصول است که عمده مختصات متالوژیکی از این مکانیسم ناشی می گردد . استفاده مستقیم از آب جاری ، آب فشان آب اتمیزه ( پودر شده ) ، مخلوط آب و روغن مهمترین روش های سرد کنندگی را حاصل نموده اند ، در این حال استفاده از قالب یا هر محفظه نگاهدارنده به منظور انجماد اولیه و ایجاد استحکام در پوسته لازم به نظر می رسد . در حقیقت تنوع قالب و مکانیسم های سرد کردن را نمی توان از هم تفکیک نمود از هم تفکیک نمود چه تاثیرات هر یک بر دیگری کاملاً به اثباط رسیده است . تاثیر قالب و یا هر محفظه نگاهدارنده در انجماد اولیه و تا و پوسته کاملاً شناخته شده است و در برخی از موارد کل انجماد در برخوردهای مذاب و قالب انجام میگیرد و قسمتهایی جزیی و درونی به سرد کنندگی شدیدی نیاز ندارند . در هر صورت حرارتی ، تاو ، و مقاومت به فرسایش و خورندگی در قالب ها از اهمیت ویژه ای برخور دارند . ولی در شمش های حقیقی عموماً سیستم سرد کنندگی ثانویه ، همراه با سیستم اولیه ” قالب ” شرایط تکمیلی فرایند انجماد را حاصل می کنند .

با توجه به آنکه شمش ها ة عموماً محصول نیمه تمام تعریف شده اند و همواره پس از ریخته گری تحت عملیات مکانیکی نورد ، پتکاری ، فشار کاری ة مفتول کشی و … قرار می گیرند ، در بسیاری از واحدهای تولیدی ، روش کار به گونه ای است که شمش قبل از سرد شدن کامل به قسمت نورد که در ادامه واحد ریخته گری قرار دارد منتقل شده و تمام و یا قسمتی از تغییر شکل بر روی آن انجام می گیرد . کاربرد همیشگی شمش ها در تغییر شکل ها و بخصوص تغییر شکل و نورد های منجر به تهیه ورق ، صفحه و تسمه باعث گردیده است که از نظر طراحی و تولیدی سعی شود که فاصله قسمت شمش ریزی و نورد کوتاه شده و حتی در هم ادغام شوند همین موضوع به طرح های مداوم ریزی در قالب های دورانی متحرک ، تسمه ریزی و ورق ریزی مستقیم منجر گردیده که در همین فصل درباره آنها سخن گفته خواهد شد و در همین حال وجه تمایز کاربرد ریخته گری مداوم و یا مداوم ریزی با شمش ریزی مداوم  مشخص خواهد شد .

۴-۲-۸ : مکانیسم حرکت

بیرون کشی مداوم شمش یا صفحه از قالب ، طرح ها و روش های گوناگونی را پدید آورده است . در انواع طرح های موجود و ماشین های مورد استفاده می توان به دو روش اساسی اشاره کرد که بر مبنای قالب ثابت و قالب متحرک طراحی شده اند . در قالب ثابت ، بیرون کشی شمشال یا تختال ، متضمن استفاده  از سیستم های هیدرولیکی ، غلتکی و چرخ دنده  ای است در حالیکه در قالب متحرک ، حرکت نسبی قالب و شمش ، باعث می گردد که شمش یا صفحه در مراحل اولیه همراه با قالب و پس از زمان معین که به چرخه ” Cycle ” مربوط است توسط مکانیسم های دیگر بیرون کشیده شود .

۵-۲-۸ :مکانیسم جدا کردن و انتقال

در مداوم ریزی بر حسب طول شمشال یا تختال و یا تعیین زمان انجماد کامل قطعه ، فضای اضافی برای حرکت محصول لزوم پیدا می کند . هر گاه حرکت مستقیم عمودی یا افقی باعث گسترش فضای طولی یا عمقی گردد ، ممکن است تغییراتی را در جهت حرکت ایجاد نمایند . پس از آنکه طول لازم شمشال تعیین گردید ، بریدن و جدا کردن ، با وسایل مختلف برشی انجام گرفته و سپس محصول به قسمتهای دیگر انتقال می یابد . در تسمه ریزی و ورق ریزی ، برش قطعه با طولی معین لزومی نداشته و عموماً ” صفحات را ” قرقره ” نموده و برش و تعیین اندازه های مناسب در نورد انجام می گیرد .

۳-۸ : تاریخچه تحولات در مداوم ریزی :

مداوم ریزی رشته ای جدید در صنایع ریخته گری و ذوب محسوب می شود و آغاز تاریخ آن را عموماً ” به زمان ” هانری بسمر ” Bessemer ” و سال ۱۸۴۶ مربوط می سازند ، در حایکه در این مورد اختلاف نظرهای جزیی نیز وجود دارد و برخی G.Sellers  در سال ۱۸۴۰ و عده ای  John Laing  در سال ۱۸۴۳ را پایه گذار صنایع مداوم ریزی محسوب داشته اند . مسلم آنکه بسمر در سال ۱۸۴۶ ، عقاید و اصول طرح را حداقل به مدت ۳۰ سال بدون توجه بر کنار ماند ، امروزه می توان مادر صنعت صفحه ریزی و تسمه ریزی و حتی شمش ریزی مداوم دانست که بدون نیاز به قالب معین و معمول ، مستقیماً ورق یا تسمه را تولید می کند .

طرح بسمر مطابق شکل ۱-۸ و ۲-۸ بر اساس بار ریزی در بین دو غلطک آبگرد و بیرون کشی ورق یا تسمه قرار داشت . نکته مهم در طرح بسمر ، ترکیب و تلفیق مناسب و توامی ریخته گری و نورد می باشد و بدینگونه بسمر در مقیاس کوچک تولیدی به تهیه ورق دست یافت که از نظر اقتصادی و تجهیزات تولیدی زمان نمی توانست مورد توجه قرار گیرد بسمر معتقد بود که روش نورد شیشه در حال خمیری می تواند بسهولت برای فلزات زود ذوب نظیر سرب و قلع به کار برد و آزمایشات خود را را بر این اساس شروع نمود و حدود ۱۰ سال بعد موفق به تهیه ورق اهنی به طول یک متر گردید .

روش بسمر در سال ۱۸۷۲ بوسیله W.Wiknson و Ge.Taylor‌ و در سال ۱۸۷۴ بوسیله Goodale J. با طرح ماشین تسمه ای و بارریزی در فاصله بین دو نوار فولادی تغییر گردید و در سال ۱۸۸۵ توسط Lyman  به بارریزی بین تسمه و غلطک ( فولادی ) تبدیل یافت ، در سال ۱۸۷۹ توسط Tasker‌ روش جدیدی را که به جای تولید ورق و تسمه به تولید شمشال و تختال می انجامید پایه گذاری نمود که از آن به عنوان اولین نمونه های شمش ریزی حقیقی یاد می شود . در این روش مذاب در یک قالب باز با سیستم آ بگرد ریخته شده و با رریزی و بیرون کشی قطعه مداوماً انجام می گیرد. روش تاسکر توسط دیگران و از جمله Trots در قرن نوزدهم و توسط jonghouns و Rossi‌و kondic و walone ‌ در سالهای ۱۹۳۰ و ۱۹۵۰ تعقیب و اصلاحیه های یا تغییراتی بر آن مترتب گشت که امروزه تحت عنوان شمش ریزی مداوم و نیمه مداوم یکی از مهمترین روش های تولید شمش را در بر می گیرد .

در سال ۱۸۹۸ H.W.lash  روش جدید شمش ریزی مستقیم از کوره را ابداع نمود که توسط Eldred و بسیاری دیگر از پژوهشگران تعقیب گردید . این روش تحت عنوان شمش ریزی بسته یا افقی  Closed Mould c.c.‌ مورد استعمال متعدد یافته است . تاریخچه مختصر فوق نمایانگر  آن است که فقط تا سال ۱۹۰۰ تکنیک و روش های متفاوتی در مداوم ریزی پدید آمده است . و تکامل و گسترش تکنیک و روش آن هنوز ادامه دارد در شکل ۳-۸ نمایی از روش های متفاوت تلخیص شده است که در هر صورت مجموعه روش های موحود را می توان به صورت زیر دسته بندی نمود :

اول : مداوم ریزی در قالب های متحرک و دوار تسمه ریزی روشهای بسمر لیمال و …

دوم: مداوم در قالب های ثابت باز با سیستم آبگرد و عموماً خنک کنندگی ثانویه که شمش ریزی در قالب و یا به اختصار شمش ریزی مداوم نامیده می شود .

روش های تاسکر و تروتس  و …

سوم : مداوم ریزی در قالب های ثابت بسته که قالب در قسمت تحتان کوده  ذوب قرار گرفته است . روشهای Atha . Eldred‌ و ..

چهارم : روش مستقیم با بیرون کشیدن ورق میله از پاتل مذاب ‍ روش Lash‌ و..

با ید توجه داشت که گروه بندی فوق پایان یافته نیست و به گونه ای در آخر همین فصل اشاره خواهد شد . روشهای جدید دیگری نیز در تولید بکار می رود که هنوز وسعت کافی نیافتهاند علاوه بر آن هر یک از گروههای چهار گانه فوق خود نیز به دسته های کوچکتر تقسیم شده ند  که به طور اختصار و در حد یک شناسایی مقدماتی معرفی می شود.

  • بازدید : 55 views
  • بدون نظر
این فایل در ۱۷صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

آلياژهاي بكار رفته در توربين گازي معمولاً از جنس سوپرآلياژهاي پايه نيكل (پره هاي متحرك) و پايه كبالت (پره هاي ثابت) مي باشد. روشهاي عمده توليد پره ها معمولاً ريخته گري و فورج مي باشند نحوه ساخت پره هاي سوپرآلياژها در سال ۱۹۴۰ شروع شد. و از آن به بعد پيشرفتهاي قابل توجه در نحوه ساخت و افزايش استحكام صورت گرفت كه ذوب در خلاء بصورت القايي (VIM) بصورت تجاري از سال ۱۹۵۰ و بعد از آن آلياژهاي پلي كريستالي از سال ۱۹۷۰ شروع به توليد شد.
خلاصه از مشخصات سوپرآلياژهاي پايه نيكلي
سوپرآلياژها، موادي هستند كه در حرارتهاي بالا (۸۵% دماي ذوب آلياژ) داراي استحكام مكانيكي بالا و مقاوم در برابر از بين رفتن سطح (مثلاً خوراكي) مي باشند. سوپرآلياژهاي پايه نيكلي از مهمترين و پركاربردترين آلياژها در مقايسه با سوپرآلياژ پايه كبالت و يا پايه آهن بشمار مي روند وجود نيكل بعنوان فلز پايه مي تواند باعث استحكام پذيري اين آلياژ با روشهاي معمول (رسوب سختي) شود. با آلياژ نمودن با كروم و آلومينيوم مي توان پايداري سطح آلياژ بدست آمده را جهت كاربردهاي مختلف مهيا نمود.

تركيبات شيميايي سوپرآلياژهاي پايه نيكلي
تركيبات شيميايي بسياري از سوپرآلياژهاي پايه نيكل كه با بيش از ۱۲ عنصر مي‌باشند يكي از پيچيده ترين آلياژها بشمار مي روند. در عمليات ذوب ريزي عناصر مضري مثل سيلسيوم، فتقر، گوگرد، اكسيژن و نيتروژن كنترل و عناصر ناچيز مثل سلنيوم، بيموت و سرب در حد PPm (خصوصاً براي ساخت قطعات با شرايط بحراني) نگهداشته مي‌شوند. كه در اين جا فقط به تركيبات شيميايي سوپرآلياژ IN-738 مي پردازيم.
وجود عناصري همچون موليبدن، نيوبيم و تنگستن علاوه بر افزايش استحكام، باعث ايجاد و تشكيل كاربيدهاي مفيد مي گردند. و از طرفي عناصر كرم و آلومينيوم باعث پايداري سطح مي شوند و با ايجاد لايه اكسيدي محافظ  ،   مقاومت به اكسيداسيون و خوردگي را افزايش مي دهند.

ميكروساختارهاي سوپرآلياژهاي پايه نيكل:
فازهاي عمده اي در آلياژهاي پايه نيكل وجود دارد كه عبارتند از:
فاز زمينه  : اين فاز بصورت پيوسته و غير مغناطيسي مي باشد اين فاز در برگيرنده درصد بالايي از عناصر كبالت، آهن، كرم، موليبدن و تنگستن مي باشد. نيكل خالص معمولاً داراي خواص خزشي ضعيفي است در حاليكه سوپرآلياژهاي نيكل با داشتن فاز   داراي استحكام بالا در درجه حرارتهاي زياد مي باشد.
فاز  : وقتي مقدار كافي آلومينيوم و تيتانيوم به آلياژ اضافه شود رسوبات  با تركيب Ti و   با شبكه f:c.c در زمينه   ايجاد مي شود در فاز   ممكن است عناصري مثل Nb، Ta و Cr بطور محسوس وجود داشته باشند.
فاز   داراي تركيب بين فلزي (Intermetalic compound) با شبكه f.c.c با شرايط (Super laftic) شبيه ساختار   بوده كه داراي نظم پر دامنه مي باشد، اين فاز تا دماي ذوب خودش يعني   پايداري خود را حفظ مي كند،   بدليل هم ساختار بودن با فاز زمينه   (f.c.c) يك سازگاري (Coherent) مناسبي را بوجود مي آورد.
عناصري هم چون Ta، Nb، Ti سخت كننده هاي محلول جامد (Solid-solution hardeners) در دماي محيط بشمار مي روند. W و Mo هم در دماي محيط و هم در دماي بالا باعث افزايش استحكام مي شوند، در حاليكه Co بصورت محلول جامد باعث افزايش استحكام   نمي شود.
فاز  : تركيب فاز بصورت   با ساختار شبكه اي bct است كه بيشتر در آلياژ Ni-fe بوجود مي آيند (مثل سوپرآلياژهاي IN-718, IN-706 اين فاز در دماي پائين و مياني داراي استحكام خوبي است ولي در دماي بالا ( ) ناپايدار مي باشد. بر خلاف فاز  ، فاز   بعلت نا هم خواني و بي نظمي باعث ايجاد تنش برشي مي كند. اين فاز همراه با  ممكن است در زمينه    رسوب كند.

بررسي مرز دانه ها:
با افزايش مقدار كمي بر و زير كو نيم خواص خزشي سوپرآلياژهاي پايه نيكل بهبود يافته و يك چشم انداز قابل توجهي از پيشرفت در زمينه كاربردهاي سوپرآلياژها ايجاد نموده است. قابليت فورج كاري (Forge ability) و ايجاد خواص برتر با افزودن (۰٫۰۱-۰٫۰۵) منيزيم ميسر شده است عقيده بر اين است كه وجود منيزيم حركت سولفور در مرز دانه كه باعث ايجاد فاز تردي را مي كند قفل مي كند كه هنوز مكانيزم عمل روشن نيست. وجود عناصري مثل بر و زيركونيم در مرز دانه باعث سدي در برابر حركت تركه در مرز دانه خصوصاً در شرايط دما و تنش بالا مي شود. تأثير بر و زيركونيم بيشتر در سوپرآلياژهاي دانه درشت باعث بهبود و خواص گسيختگي مي شود.
بر هم چنين رسوب كاربيدها در مرز دانه را با كم كردن مقدار كربن، كاهش مي دهد منيزيم هم چنين نقشي در آلياژ دارد. بهر صورت اين دسته عناصر باعث تغيير شكست از حالت مرز دانه اي (Intergranulas) به حالت درون دانه اي (Trarsganulay) مي‌كند كه اين امر با افزايش داكتيلتي ذاتي در سوپرآلياژ بوجود مي آيد.

كاربيدها:
نقش كاربيدها در سوپرآلياژ بسيار حساس مي باشد. كاربيدها اغلب در آلياژهاي پايه نيكل بر روي مرز دانه ها رسوب مي كنند در حاليكه در سوپرآلياژهاي پايه كبالت و آهن در محلهاي بين دانه اي (Intryranolas) راسب مي شوند. طبق بررسيهاي جديد بعمل آمده به نظر مي رسد كاربيدهاي مرزدانه اي بزي داكتيليتي مضر بوده ولي بعضي از محققين عقيده دارند كه كاربيدهاي مجزا (مثل حالت منيزيم) باعث بهبود خواص استحكام گسيختگي در دماي بالا مي شود. متداولترين كاربيدها در آلياژهاي پايه نيكل MC و   و   مي باشند كاربيد MC معمولاً بصورت درشت، راندم و حالت مكعبي يا شكل نقطه نستعليقي است ساختار MC بصورت (F.c.c) بوده كه در حين انجماد بوجود مي آيند.
كاربيدهاي MC معمولاً منبع كربني براي واكنشهاي فازهاي ايجاد شده بعدي در حين عمليات حرارتي بشمار مي روند.
در بعضي از آلياژها مثل IN-901 و A286، لايه هاي MC در امتداد مرزدانه ها تشكيل مي شوند كه باعث كاهش داكتيليتي مي شوند. Tic و HFC در اين دسته از پايدارترين كاربيدها بشمار مي روند البته در صورت وجود Mo و W فعاليت كاربيدهاي مثل Tic و HFC و Nbc كم شده و بجاي Ti و Hf و Nb، عناصر Mo و W جايگزين مي شود.
بعنوان مثال كاربيد   در الياژها udimet 500، M-252 و Rene 77 پيدا مي‌شود كه با اضافه كردن Mo يا W، نيروهاي بين پيوندي كاربيدهاي Mc كم شده و واكنشهاي جديدي بوجود مي آيد. اضافه كردن Nb و Ta اثرات تشكيل   و   در عمليات حرارتي يا پس از سرويس اين كاربيدها را خنثي مي كند. آلياژهاي اخير كه مقدار Ta و Nb آن بالاست كاربيدهاي Mc به راحتي تحت عمليات حل كردن (Solution treat) در محدودة دمائي ۱۲۰۰-۱۲۶۰ خورد نمي شوند و از بين نمي روند.
كاربيدهاي   براحتي در آلياژهاي با كرم متوسط با بالا ايجاد مي شوند. اين كاربيدها در محدوده دمائي   در حين عمليات حرارتي و در طي سرويس بوجود مي آيند. اين كاربيد ممكن است از Mc و يا از كربن موجود در زمينه متولد شود.   ممكن است در مرزدانها، در راستاي باندهاي دوقلوئي (along twin bands)پهنه خطاي انباشتگي (staching faults) و يا در انتهاي دوقلوي (twin end) ديده شوند. كاربيدهاي   داراي ساختار مكعبي كمپلكس بوده كه اگر اتمهاي كربن آنها حذف شوند دقيقاً به فاز   از ذرات   بوجود مي آيند در صورت وجود W يا Mo تركيب   بصورت   در مي آيد كه مقدار محسوسي نيكل مي تواند با C جايگزين شود، Co و آهن هم مي توانند جايگزين كرم شوند.
كاربيد   بطور قابل ملاحظه اي بر روي خواص سوپرآلياژها تأثير مي گذارند. با حضور ذرات جدا از هم بويلر مكانيزم ممانعت كنندگي لغزش مرزدانه (grain-boundry sliding) استحكام گسيختگي بهبود مي يابد. بهرحال انهدام و زوال قطعه ممكن است در اثر شكست ذرات و يا خرد شدن فصل مشترك كاربيد با زمينه، شروع شود. اين موضوع در ساختار سلولي يا خانه خانه اي كاربيد   نيز بوجود بيايد و در نهايت باعث زوال ناگهاني قطعه شود، البته با عمليات حرارتي و يا فرآيندهاي كنترل شده اي از اين تخريب مي توان جلوگيري بعمل آورد.
كاربيد   داراي ساختار مكعبي پيچيده اي است اين كاربيد در محدوده دمائي   با وجود مقدار ۶-۸% Mo يا w بوجود مي آيند. انواع كاربيد   با   در آلياژهاي Rene 80, 41، AF1753 بوجود مي آيند فرمولهاي عمده   بصورت   و   در محدوده وسيعي از هاتسلوي X ديده مي شود، Cr، كاربيدها بوجود مي آيد. (خصوصاً كاربيدهاي  ) بدليل پايداري بيشتر كاربيد   نسبت به   اين كاربيد جهت ايجاد رسوبات مرز دانه اي و كنترل اندازه دانه براي آلياژهاي كار شده اهميت بيشتري دارد.

عتیقه زیرخاکی گنج