تاپیک متالورژی

[ghasem motamedi]

در این تاپیک به مو ضوعات عمومی و تخصصی مرتبط با متالورژی می پردازیم.

موضوعات تاپیک:
شیمی فیزیک و ترمودینامیک مواد
سینتیک مواد
الکترو شیمی
آلیاژهای حافظه دار
طراحی سیستم های آلی ضد خوردگی
انواع خوردگی
خوردگی و راه های مقابله با آن
مهار خوردگی در سیستم های سه فازی چاهها و لوله های گاز
حفاظت کاتدی و اصول آن
فوم های فلزی
قالب گیری فشاری
سوپرآلياژها
اصول کار کورها
انواع چدنها
فلزات و تغییر شکلشان
چدن‌ها
آلومینیم
مس و روی
قوانین فاراده
جوش نقطه‌ای
خواص مكانيكي
مواد دیر گداز
متالوگرافی
متالورژی پودر
آهک
كريستالوگرافي
فولادها
جوشکاری فلزات رنگین(فلزات غیر آهنی) با گاز استیلن یا کاربیت
شکل دادن
سختی موس
طیف سنجی
سرامیک ها
آزمونهای غیر مخرب
بررسی تاثیر عناصر آلیاژی بر خواص فولاد
روشهای آبکار ی
روشهای تولید مصنوعات فلزی
روش های آلیاژ سازی
میکروسکوپ های متالورژی

[ghasem motamedi]

ترمودینامیک مواد


کاربرد ترمودینامیک (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25D8%25AA%25D8%25B1%25D9%2585%25D9%2588%2 5D8%25AF%25DB%258C%25D9%2586%25D8%25A7%25D9%2585%2 5DB%258C%25DA%25A9) برای مطالعهٔ جامدات (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25D8%25AC%25D8%25A7%25D9%2585%25D8%25AF) (خصوصاً جامدات کریستالی (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25DA%25A9%25D8%25B1%25DB%258C%25D8%25B3%2 5D8%25AA%25D8%25A7%25D9%2584)) را ترمودینامیک مواد یا ترمودینامیک جامدات (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25D8%25AA%25D8%25B1%25D9%2585%25D9%2588%2 5D8%25AF%25DB%258C%25D9%2586%25D8%25A7%25D9%2585%2 5DB%258C%25DA%25A9_%25D8%25AC%25D8%25A7%25D9%2585% 25D8%25AF%25D8%25A7%25D8%25AA) می‌نامند که یک ابزار کمی قدرتمند برای بررسی خواص مهم مواد (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25D9%2585%25D8%25A7%25D8%25AF%25D9%2587_% 28%25D9%2581%25DB%258C%25D8%25B2%25DB%258C%25DA%25 A9%29) است.
به عنوان مثال با کمک ترمودینامیک بدون الزام به دانستن جزئیات اتمی (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25D8%25A7%25D8%25AA%25D9%2585) کریستال‌ها می‌توان ساختار (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25D8%25B3%25D8%25A7%25D8%25AE%25D8%25AA%2 5D8%25A7%25D8%25B1_%25D9%2585%25D9%2588%25D8%25A7% 25D8%25AF) آنها را کنترل کرد. در این حالت نیازی به هیچگونه پیش‌بینی مدل خاصی برای اتم‌ها نیست و با استفاده از سه قانون ترمودینامیک و بکارگیری روش‌های ریاضیاتی می‌توان اکثر خواص ماکروسکوپیک را محاسبه کرد.
البته کاربرد ترمودینامیک کلاسیک (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25D8%25AA%25D8%25B1%25D9%2585%25D9%2588%2 5D8%25AF%25DB%258C%25D9%2586%25D8%25A7%25D9%2585%2 5DB%258C%25DA%25A9_%25DA%25A9%25D9%2584%25D8%25A7% 25D8%25B3%25DB%258C%25DA%25A9) برای مقاصد ترمودینامیک مواد ناکافی است. زیرا به دلیل عمومیت و سادگی ترمودینامیک کلاسیک، هیچ اطلاعاتی در مورد جزئیات روابط بین اتم‌ها و نابجایی‌ها (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25D9%2586%25D8%25A7%25D8%25A8%25D8%25AC%2 5D8%25A7%25DB%258C%25DB%258C) در کریستال نمی‌توان بدست آورد. برای بدست آوردن چنین اطلاعاتی باید از مکانیک آماری (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25D9%2585%25DA%25A9%25D8%25A7%25D9%2586%2 5DB%258C%25DA%25A9_%25D8%25A2%25D9%2585%25D8%25A7% 25D8%25B1%25DB%258C) (ترمودینامیک آماری (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25D8%25AA%25D8%25B1%25D9%2585%25D9%2588%2 5D8%25AF%25DB%258C%25D9%2586%25D8%25A7%25D9%2585%2 5DB%258C%25DA%25A9_%25D8%25A2%25D9%2585%25D8%25A7% 25D8%25B1%25DB%258C)) استفاده کرد.
شیمی‌فیزیک



شیمی‌فیزیک یا فیزیک‌شیمی پایه‌ای‌ترین شاخهٔ شیمی است. شاخه‌ای که می‌توان قانونگاه شیمی نامید. این علم دارای دانشمندان بنامی چون گیبس (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25DA%25AF%25DB%258C%25D8%25A8%25D8%25B3)� � هلمهوتز (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fw%2Findex.php%3Ftitle%3D%25D9%2587%25D9%2584%25D9 %2585%25D9%2587%25D9%2588%25D8%25AA%25D8%25B2%26ac tion%3Dedit%26redlink%3D1)، آرنیوس (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25D8%25A2%25D8%25B1%25D9%2586%25DB%258C%2 5D9%2588%25D8%25B3)، نرنست (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25D9%2586%25D8%25B1%25D9%2586%25D8%25B3%2 5D8%25AA)، شرودینگر (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25D8%25B4%25D8%25B1%25D9%2588%25D8%25AF%2 5DB%258C%25D9%2586%25DA%25AF%25D8%25B1) و ... می‌باشد. این علم با فیزیک (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25D9%2581%25DB%258C%25D8%25B2%25DB%258C%2 5DA%25A9) رابطه‌ای نزدیک دارد. شیمی‌فیزیک دارای شاخه‌های زیر می‌باشد:

ترمودینامیک (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25D8%25AA%25D8%25B1%25D9%2585%25D9%2588%2 5D8%25AF%25DB%258C%25D9%2586%25D8%25A7%25D9%2585%2 5DB%258C%25DA%25A9)
سینتیک شیمیایی (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25D8%25B3%25DB%258C%25D9%2586%25D8%25AA%2 5DB%258C%25DA%25A9_%25D8%25B4%25DB%258C%25D9%2585% 25DB%258C%25D8%25A7%25DB%258C%25DB%258C)
الکتروشیمی (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25D8%25A7%25D9%2584%25DA%25A9%25D8%25AA%2 5D8%25B1%25D9%2588%25D8%25B4%25DB%258C%25D9%2585%2 5DB%258C)
شیمی کوانتوم (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fwiki%2F%25D8%25B4%25DB%258C%25D9%2585%25DB%258C_% 25DA%25A9%25D9%2588%25D8%25A7%25D9%2586%25D8%25AA% 25D9%2588%25D9%2585)
شیمی‌فیزیک محاسباتی (http://njavan.com/forum/redirector.php?url=http%3A%2F%2Ffa.wikipedia.org%2 Fw%2Findex.php%3Ftitle%3D%25D8%25B4%25DB%258C%25D9 %2585%25DB%258C%25E2%2580%258C%25D9%2581%25DB%258C %25D8%25B2%25DB%258C%25DA%25A9_%25D9%2585%25D8%25A D%25D8%25A7%25D8%25B3%25D8%25A8%25D8%25A7%25D8%25A A%25DB%258C%26action%3Dedit%26redlink%3D1)

کاربرد‌های شیمی‌فیزیک



ارتباط شیمی‌فیزیک با سایر علوم، کاربردهای اقتصادی و اجتماعی این علم را بیان می‌کند. به عنوان مثال، با مطالعه الکتروشیمی، به پایه و اساس پدیده‌های طبیعی مانند خوردگی فلزات پی برده و می‌توان از ضررهای اقتصادی و اجتماعی چنین پدیده‌هایی جلوگیری کرده و یا این پدیده‌ها را به مسیری مفید برای جامعه سوق داد. علاوه بر آن، کاربرد قوانین ترمودینامیک مانند نقطه یوتکتیک در جلوگیری از ضررهای جانی و مالی پدیده‌های طبیعی مانند یخ‌بندان بعد از بارش برف، بسیار مفید می‌باشد. با توجه به نبودن مرز بين قوانين فيزيك و تحولات شيميايي جايگاه خاص اين بخش از بخش از علم مشخص است.
واژگان شیمی فیزیک
enthalpy of formation: آنتالپی تشکیل برای یک ماده مرکب معین ، تغییر آنتالپی واکنشی که در آن ، یک مول ماده مرکب از پایدارترین شکلهای عناصر آن تشکیل می شود، آنتالپی تشکیل می‌نامند.


▪ Hess,lawقانون هس یا قانون جمعبندی ثابت گرما تغییر آنتالپی واکنش شیمیایی ، ثابت است، خواه واکنش در یک مرحله ، خواه در دو مرحله انجام گیرد.
▪ قانون نسبتهای معین یک ماده مرکب خالص ، عناصر یکسان با نسبتهای جرمی یکسان دارد. law of definite propotions
▪ قانون پایستاری جرم در جریان واکنش شیمیایی ، تغییر قابل توجهی نمی‌کند. Law of conservation of mass
▪ انرژی ظرفیت انجام دادن کار Energy
▪ دما درجه داغی یا سردی ، خاصیتی که جهت جریان یافتن خود به خود گرما را معین می‌کند. temperature
▪ ظرفیت گرمایی مقدار گرمای لازمی است که دمای جرم معینی را یک درجه سانتی‌گراد بالا می‌برد. Heat capocity
▪ گرما شکلی از انرژی است که به‌طور خودبخود از جسمی با دمای زیادتر به جسمی با دمای کمتر جریان می‌یابد. Heat
▪ گرماسنج دستگاهی که برای اندازه گیری گرمای انتقال یافته در واکنشهای شیمیایی و تغییرات فیزیکی بکار می‌رود. Calorimeter
▪ گرماشیمی مطالعه تغییرات انرژی که همراه با تغییرات شیمایی و فیزیکی است. thermochemistry
▪ گرمای ویژه مقدار گرمای لازمی که دمای ۱gr ماده خالص را یک درجه سانتی‌گراد بالا می‌برد. specific heat
▪ مقیاس دمای سلسیوس یک مقیاس دمایی براساس تخصیص صفر درجه سانتی‌گراد به نقطه انجماد عادی آب و ْ۱۰۰ سانتی‌گراد به نقطه جوش عادی آب است. Celsius temperature scale
▪ مقیاس دمای فارنهایت نوعی مقیاس دمایی است که در آن ، نقطه انجماد عادی آب ، ْ۳۲فارنهایت و نقطه جوش عادی آب ْ۲۱۲فارنهایت است Fahrenheit temperature scale
▪ مقیاس دمای کلوین یک مقیاس دمایی براساس تخصیص ۲۷۳k به نقطه انجماد عادی آب و ۳۷۳k به نقطه جوش عادی آب Kelvin tempratire scale
▪ اصل عدم قطعیت تعیین همزمان موقعیت دقیق و حرکت یا تکانه (جرم در سرعت mv) دقیق یک الکترون ، ناممکن است. uncertainty principle
ت▪ ابش الکترومغناطیسی انرژی تابشی که با سرعت خاصی (سرعت نور ، c) حرکت می‌کند و می‌توان آن را به‌صورت موجی یا کوانتومی توصیف کرد. Electromagnetic radiation
▪ عدد کوانتومی اصلی عدد کوانتومی که پوسته انرژی الکترون مربوط را نشان می‌دهد. مقادیر n اعداد صحیح مثبت …و۳و۲و۱ است. main quantum number
▪ عدد کوانتومی فرعی عدد کوانتومی که نوع پوسته فرعی و شکل اوربیتال الکترونهای مربوط را تعیین می‌کند. Sub sidiary
▪ عدد کوانتومی مغناطیسی عدد کوانتومی که جهت گیری اوربیتال الکترونی را تعیین می‌کند. magnetic quantum number
▪ فوتون یک کوانتوم انرژی تابشی photon
کوانتوم مقدار کوچک و معین انرژی تابشی. نظریه پلانک براین اساس است که انرژی تابش ، در این مقادیر جذب یا نشر می شود. انرژی یک کوانتوم ، E ، مستقیما با فرکانس تابش ، v ، متناسب است و ثابت تناسب ، h ، ثابت پلانک است. quantum
▪ آنتالپی تصعید تغییر آنتالپی مربوط به فرآیندی که در آن ، یک جامد مستقیما به گاز تبدیل می‌شود. Enthalpy of sublimation
▪ چرخه بورن هابر روش تحلیلی برای تغییرات آنتالپی یک فرآیند. H∆ کل فرآیند را با جمع جبری مقادیر H∆ مجموعه مراحلی که به همان نوع تغییر می‌انجامد، برابر می‌گیرند. Born-Haber cycle
▪ اتمسفر واحد فشار که به صورت ۱۰۱۳۲۵Pa بیان می‌شود. atmosphere
▪ اصل آووگادرو حجمهای مساوی از تمام گازها ، در دما و فشار یکسان ، دارای عده مولکولهای مساوی‌اند. Avogadro,s principle
▪ پاسکال واحد فشار در دستگاه SI و آن برابر با نیرویی است که یک نیوتن (یا ۱kg.m.s۲) بر سطح یک متر مربع وارد می‌کند. Pascal
▪ تور واحد فشار که هم‌ارز با فشاری است که ستونی از جیوه را در ارتفاع ۱mm نگه می‌دارد. یک تور برابر ۷۶۰.۱ اتمسفر است. torr
▪ توزیع ماکسول- بولتسمان نحوه توزیع انرژی جنبشی یا سرعت مولکولی بین مولکولهای یک گاز Maxwell- Bultzman
▪ ثابت گازهای ایده‌آل ضریب تناسب در معادله حالت یک گار ایده‌آل و یکی از مقادیر ۰.۰۸۲۰۵۶L.atm/K.md است. Ideal gas constant
▪ جذر میانگین مجذور سرعت جذر میانگین مجذور سرعتهای مولکولی root-mean-square speed
▪ حجم مولی استاندارد حجم یک مول از گاز در دما و فشار استاندار که ۲۲.۴۱۴L است. standard molecular volume
▪ دمای بحرانی دمایی است که بالاتر از آن ، هرچند هم که فشار زیاد شود، مایع شدن گاز ناهمگن است. Critical temprature
▪ ضریب تراکم پذیری PV/RT که در آن ، P فشار گاز ، V حجم گاز ، R ثابت گازهای ایده آل و T دمای مطلق است. ضریب تراکم پذیری برای یک مول از گاز ایده‌آل همواره برابر واحد است. Conversion factor
▪ فشار نیرویی است که بر واحد سطح وارد می‌شود. Pressure
▪ فشار بحرانی فشار لازم برای مایع شدن یک گاز در دمای بحرانی آن Critical pressure
▪ فشار جزیی فشاری که یک جزء از یک مخلوط گازی اگر به تنهایی در حجم مورد نظر می‌بود، اعمال می‌کرد. Partial pressure
▪ قانون آمونتون فشار یک گاز ، در حجم ثابت ، به‌طور مستقیم با دما تغییر می‌کند. Amonton,s Law
▪ قانون بویل حجم یک گاز در دمای ثابت به نسبت عکس فشار تغییر می‌کند. Boyle ,s law
▪ قانون ترکیب حجمی گیلوساک حجم گازهای مصرف شده یا تولید شده در یک واکنش شیمیایی ، اگر در دما و فشار ثابت اندازه گیری شده باشند، با نسبتهای اعداد صحیح کوچک بیان می‌شود. Gay-Lussac,s low of combining
▪ قانون شارل حجم یک گاز ، در فشار ثابت ، به‌طور مستقیم با دمای مطلق تغییر می‌کند. charles Law
▪ قانون فشارهای جزیی دالتون فشار کل مخلوطی از گازها برابر مجموع فشارهای جزیی هر یک از گازها است. Dalton,s Law of partial pressure
▪ قانون نفوذ گراهام سرعت نفوذ یک گاز با جذر چگالی یا جذر وزن مولکول آن گاز نسبت معکوس دارد. Graham,s Law of effusion
▪ کسر مولی نسبت تعداد مولهای یک جزء در یک مخلوط به تعداد کل مولها در آن مخلوط mole fraction
▪ مسافت آزاد میانگین فاصله میانگینی است که یک مولکول بین برخوردهای خود با سایر مولکولهای گاز طی می‌کند. mean free path
▪ معادله واندروالس معادله حالت گازها. نوعی از معادله حالت گاز ایده‌آل که نیروهای جاذبه بین مولکولی و حجم اشغال شده توسط مولکولهای گاز را به حساب می‌آورد. Vander wool,s equation
▪ نظریه جنبشی گازها مدلی است در سطح مولکولی که می‌توان آن را برای توضیح قوانین گازها بکار برد و معادله گاز ایده آل را بدست آورد. Kinetic theory of gases
▪ آنتالپی تبخیر انرژی لازم برای تبخیر مقدار معینی مایع (معمولا یک مول یا یک گرم) در دمای معین Enthalpy of vaprization
▪ آنتالپی تبلور تغییر آنتالپی در تبدیل مقدار معینی مایع (معمولا یک مول یا یک گرم) به جامد در دمای معین Enthalpy of crystllization
▪ آنتالپی ذوب انرژی لازم برای ذوب کردن مقدار معینی جامد (معمولا یک مول یا یک گرم) بر جامد در دمای معین Enthalpy of fusion
▪ آنتالپی میعان تغییر آنتالپی در تبدیل مقدار معینی گاز (معمولا یک مول یا یک گرم) در دمای معین Enthalpy of condenstion
▪ تبخیر فرآیند تبدیل مایع به گاز Vaporization
▪ تصعید فرآیند تبدیل مستقیم جامد به گاز بدون عبور از حالت مایع Sublimation
▪ تعادل شرایطی که در آن ، سرعت دو تمایل مخالف برابر می‌شوند. equilibrium
▪ فشار بخار فشار بخار در حالت تعادل با مایع خالص یا جامد خالص در دمای معین vapour pressure
▪ معادله کلازیوس- کلاپیرون معادله ای است که فشار بخار یک مایع در دو دمای مختلف را با یکدیگر و با آنتالپی تبخیر آن مایع مرتبط می‌سازد Clausius- Clapeyron equation
▪ نقطه انجماد دمایی که در آن ، فازهای جامد و مایع با یکدیگر در حال تعادلند. اگر فشار کل ، ۱atm باشد، این مقدار را انجماد عادی می‌نامیم. Solidify point
▪ نقطه جوش نقطه جوش یک مایع ، عبارت از دمایی است که در آن ، فشار بخار مایع با فشار بیرونی برابر می‌شود و نقطه جوش عادی یک مایع ، دمایی است که در آن ، فشار بخار مایع برابر ۱atm است. boiling point
▪ نقطه ذوب مراجعه کنید به نقطه انجماد melting point
▪ نقطه سه گانه دما و فشاری که در آن ، حالات جامد ، مایع و گاز یک ماده در عین حال با یکدیگر در حال تعادل‌اند. triple point
▪ آبپوشی فرایندی است که آن ، مولکولهای آب به سوی ذرات ماده حل شده جذب می‌شوند و آنها را احاطه می‌کنند. Hydration
▪ آزیوتروپ محلولی است که فشار بخار آن ، بالاتر یا پایین‌تر از فشار بخار هر یک از اجرای خالص است. اگر فشار بخار بالاتر باشد، آن محلول ، آزیوتروپ با نقطه جوش مینیمم و اگر پایین‌تر باشد، آزیوتروپ با نقطه جوش ماکزیمم است. Azeotrope
▪ آنتالپی آبپوشی تغییر آنتالپی مربوط به فرآیند آبپوشی یونهای گازی از مقدار معینی (معمولا یک مول) از یک ماده حل شده است. Enthalpy of hydration
▪ آنتالپی انحلال تغییر آنتالپی مربوط به فرآیند انحلال مقدار معینی (معمولا یک مول) از یک حل شونده در یک حلال است. مقدار این آنتالپی به دما و غلظت نهایی محلول بستگی دارد. Enthalpy of solution
▪ اسمز فرآیند عبور مولکولهای حلال از غشای نیم‌تراوایی است که دو محلول را از یکدیگر جدا می‌کند. جهت عبور این مولکولها به سوی محلول غلیظتر است. Osmosis
▪ اصل لوشاتلیه هر سیستم در حالت تعادل نسبت به تغییر شرایط ، عکس‌العمل نشان داده، در جهت مقابله با آن عمل می‌کند. Le,chatelier,s priciple
▪ تقطیر جداسازی اجزای سازنده یک محلول با روش تبخیر و تراکم است. Distillation
▪ خواص غلظتی خواصی از یک محلول است که به غلظت ذرات ، نه به ماهیت این ذرات ، بستگی دارند. این خواص ، عبارتند از کاهش بخار ، نزول نقطه انجماد ، صعود نقطه جوش و فشار اسمزی Colligalive properties
▪ ضریب وانت- هوف عبارت از نسبت مقدار خاصیت غلظتی اندازه گیری شده یک محلول به مقدار محاسبه شده آن خاصیت است، به فرض اینکه ماده حل شده غیر الکترولیت باشد. Van,t Hoff factor
▪ قانون رایول فشار جزیی هر جزء از یک محلول ایده آل در بخار آن محلول برابر با حاصلضرب فشار بخار آن جزء به صورت خالص در کسر مولی آن جزء در محلول است. Rault,s Law
▪ قانون هنری وقتی که یک گاز در یک مایع بدون واکنش شیمیایی حل می‌شود، مقدار گاز حل شده در مقدار معینی از مایع با فشار جزیی آن گاز در بالای محلول نسبت مستقیم دارد. Hanry,s Law
▪ محلول ایده آل محلولی است که از قانون رایول پیروی می‌کند. یک محلول دو جزیی متشکل از B,A وقتی ایده آل است که در آن ، نیروهای بین مولکولی مولکولهای B,A و مولکولهای A,A و مولکولهای B,B اساسا یکسانند. Ideal solution

[ghasem motamedi]

سینتیک شیمیایی


سینتیک شیمیایی یا سینتیک واکنش شاخه‌ای از علم است که به مطالعهٔ سرعت (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B3%D8%B1%D8%B9%D8%AA_%D9%88%D8%A7%DA%A9%D9%86% D8%B4) فرآیندهای شیمیایی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%88%D8%A7%DA%A9%D9%86%D8%B4_%D8%B4%DB%8C%D9%85% DB%8C%D8%A7%DB%8C%DB%8C) و عوامل موثر بر آنها می‌پردازد.

[ghasem motamedi]

الکتروشیمی شاخه‌ای از شیمی‌فیزیک (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B4%DB%8C%D9%85%DB%8C%E2%80%8C%D9%81%DB%8C%D8%B 2%DB%8C%DA%A9) است که به بررسی واکنش‌های شیمیایی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%88%D8%A7%DA%A9%D9%86%D8%B4_%D8%B4%DB%8C%D9%85% DB%8C%D8%A7%DB%8C%DB%8C) می‌پردازد که در اثر عبور جریان الکتریکی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AC%D8%B1%DB%8C%D8%A7%D9%86_%D8%A7%D9%84%DA%A9% D8%AA%D8%B1%DB%8C%DA%A9%DB%8C) انجام می‌شوند و یا انجام یافتن آن‌ها سبب ایجاد جریان الکتریکی می‌شود. مباحث اصلی آن عبارت‌اند از:

اکسایش-کاهش
سلول گالوانی (که پیل الکتروشیمیایی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%DB%8C%D9%84_%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1% D9%88%D8%B4%DB%8C%D9%85%DB%8C%D8%A7%DB%8C%DB%8C) و خوردگی را نیز در بر می‌گیرد)
برق‌کافت (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A8%D8%B1%D9%82%E2%80%8C%DA%A9%D8%A7%D9%81%D8%A A) (که آبکاری (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%A8%DA%A9%D8%A7%D8%B1%DB%8C)، پالایش الکتریکی فلزها و تهیهٔ مواد به روش برق‌کافت را نیز در بر می‌گیرد)


اکسایش-کاهش


واکنشی است که در آن دست کم عدد اکسایش یک عنصر تغییر می‌کند
سلول گالوانی


سامانه‌ای است که در آن واکنش اکسایش-کاهش انجام می‌شود و انتقال الکترون این واکنش از راه یک مدار صورت می‌گیرد تا بخش بزرگی از انرژی اکسایش-کاهش به شکل انرژی الکتریکی در اختیار باشد.
برق‌کافت


فرایند تجزیه شدن یک الکترولیت مذاب یا محلول الکترولیت در اثر عبور جریان برق برق‌کافت (الکترولیز) نام دارد.

[ghasem motamedi]

آلیاژهای حافظه دار : جزء گروهی از آلیاژهای فلزی هستند كه این توانایی را دارند كه اگر آنها را تا بالای دمای ویژه ای گرم كنیم ؛ قادر به بازیابی شكل اولیه خود خواهند بود.
علوم و تكنولوژی در قرن آینده به طور قطع تاثیر زیادی از مواد جدید خواهد گرفت . آلیاژ های حافظه دار یكی از این مواد نو هستند . اولین مشاهده ثبت شده در مورد پدیده حافظه داری در سال 1932 مشاهده شد ، اما تا سال 1960 هیچ تحقیق جدی در این زمینه انجام نشد . در سال 1962 در آزمایشگاه نیروی دریایی ایالات متحده آمریكا در حین عملیات حرارتی یك میله از جنس Ni.Ti پدیده حافظه داری در این آلیاژها كشف شد .
آلیاژهای حافظه دار ، آلیاژهایی هستند كه دو مشخصه بی همتا از خود نشان می دهند :
1- Shape Memory Effect ( رفتار حافظه ای )
2- Pseudoelastic Behavior ( رفتار شبه الاستیك )
ویژگی های دیگر این آلیاژها عبارت است از : مقاومت به خوردگی بالا ، مقاومت ویژه الكتریكی نسبتا بالا، خواص مكانیكی نسبتا خوب ، خستگی طولانی ، شكل پذیری بالا و قابلیت انطباق با بدن . مهمترین كاربرد این آلیاژها در صنایع هوا فضا و صنایع پزشكی است.
این آلیاژها در بیشتر موارد شامل Ni-Ti ، Cu-Zn-Al ، Cu -Al-Ni هستند كه در این مقاله آلیاژ Ni-Ti مورد بحث است . كه این آلیاژ با نامهای Ti-Ni ، Tee-Nee ، Nitinol معروف است . این آلیاژها در فارسی نیز با نام های آلیاژ حافظه دار ، آلیاژ خود شكل و آلیاژ با حافظه شكلی ترجمه شده است . آلیاژهای حافظه دار به اختصار SMA هم خوانده می شوند.
كاربرد های آلیاژهای حافظه دار :
1- كاربرد با بازیابی آزاد ( استفاده از حركت ) : آلیاژهای حافظه دار در حین سرد و گرم شدن شكل اولیه خود را بازیابی می كنند . بدون اینكه تنش بیرونی از این كار ممانعت به عمل آورد . مثل آنتن های سفینه فضایی
2- كاربرد با بازیابی مقید ( استفاده از نیرو ) : به كاربردهایی اطلاق می شود كه در آنها یك نیروی خارجی جلوی بازیابی كرنش در آلیاژ را می گیرد . در این حالت هیچ كرنشی بازیابی نمی شود . ولی مقدار زیادی تنش ایجاد می شود . مثل چفت و بست ها
3- كاربردهایی با بازیابی تحت فشار ( استفاده از كار ) : هم تنش و هم كرنش حین گرم شدن بازیابی می شوند و كار مكانیكی ایجاد می شود
4- كاربردهای ابر كشسانی ( ذخیره انرژی مكانیكی ) : رفتار الاستیك 15 برابر فولادهای فنر است
5- خاصیت میرا كنندگی ارتعاشات : مهار ارتعاشات در سازه هایی كه تحت ارتعاشات شدید هستند . مثل صفحات آزاد میرا كننده ارتعاشات در سفینه های فضایی
ساختار آلیاژهای حافظه دار
خاصیت حافظه داری در این آلیاژها به وسیله تغیر موقعیت فاز جامد است . كه در آن چیدمان مجدد مولكولی رخ می دهد . آلیاژهای حافظه دار دارای دو فاز ثابت هستند . فاز در دمای بالا كه آستنیت ( Austenite ) نامیده می شود . كه ساختمان آن مكعبی بوده و به علت دارا بودن تقارن بالا محكم تر است . فاز با دمای پایین كه مارتنزیت ( Martensite ) نامیده می شود ؛ كه می تواند به حالت دوقلویی و غیر دوقلویی موجود باشد . شكل آن منوكلینیك بوده و نسبت به آستنیت تقارن كمتری دارد . فاز مارتنزیت از نوع فاز ترموالاستیك بوده كه دو خصوصیت لغزنده بودن و انرژی كم فصل مشترك را دارا است . كه با تغییر كوچك دما و تنش تغییر می كند. بمحض سرد كردن آلیاژ در نبود بارگذاری تغییر فاز از آستنیت به مارتنزیت صورت می پذیرد كه نتیجه این تغییر فاز قابل مشاهده ماكروسكپیك نیست . بمحض گرم كردن ماده در فاز مارتنزیت ، برگشت فاز اتفاق می افتد . در نمودار تغییر فاز چهار نقطه اختصاصی مشخص شده است ؛ دمای آغاز مارتنزیت (M0s) كه در آن دما بسته های مارتنزیت شروع به بزرگ شدن می كنند. دمای پایان مارتنزیت (M0f) كه در این دما تغییر فاز از آستنیت به مارتنزیت به طور كامل صورت گرفته است و ما مارتنزیت داریم. دمای شروع آستنیت (Aos) كه دمای شروع تغییر فاز از آستنیت به مارتنزیت است ؛ و دمای پایان آستنیت (Aof) كه در آن تغییر فاز مارتنزیت به آستنیت كامل شده است.


Temperature-induced phase transformation of an SMA without mechanical loading.‏
اگر بارگذاری مكانیكی روی آلیاژ در فاز مارتنزیت دوقلویی انجام شود ، مارتنزیت از حالت دوقلویی خارج شده و تغییر شكل می دهد . به محض برداشتن بار ، مارتنزیت به همان حالت باقی می ماند . با گرم كردن آلیاژ بالا تر از دمای (Aof) فاز مارتنزیت به آستنیت تغییر می یابد . در نتیجه این تغییر فاز ، آلیاژ شكل اولیه خود را باز می یابد . آنچه در اینجا شرح داده شد به عنوان Shape Memory Effect شناخته می شود . اگر بارگذاری در فاز آستنیت انجام شود و ماده سرد شود ، تغییر فاز آستنیت به مارتنزیت دوقلویی نشده مشاهده می شود . كه نتیجه آن یك كرنش ( در حدود 5-8 % ) است . ولی با گرمای مجدد و تغییر فاز معكوس ، آلیاژ به شكل قبلی خود باز می گردد . چهار نقطه اختصاصی كه در نمودار تغییر فاز - دما موجود هستند به عنوان دمای انتقال شناخته می شوند . این نقاط وابسته به شدت بارگذاری بوده و یك رابطه خطی بین دمای انتقال و شدت بارگذاری موجود است .


Shape Memory Effect of an SMA.‎


ما همچنین می توانیم تغییر فاز در آلیاژ را فقط با بارگذاری مكانیكی ایجاد كنیم كه نتیجه این عمل مارتنزیت دوقلویی نشده به همراه مقدار زیادی كرنش است . حال اگر دمای آلیژ بالای (Aof) باشد ؛ به محض عدم بارگذاری ، آلیاژ به شكل اول خود باز می گردد. بنابر این رفتار ماده به نوعی الاستیك خواهد بود . از این خاصیت به عنوان Pseudoelastic Behavior نام برده می شود .


Pseudoelastic loading path. ‎

PROPERTIES OF NITINOL

Density


6.45 gm/cm3

Thermal Conductivity


10 W/moK

Specific Heat


322 j/kgoK

Latent Heat


24,200 J/kg

Ultimate Tensile Strength


750-960 MPa

Elongation to Failure


15.5%

Yield Strength (Austenite)


560 MPa

Young's Modulus (Austenite)


75 GPa

Yield Strength (Martensite)


100 MPa

Young's Modulus (Martensite)


28 GPa

[ghasem motamedi]

یک پوشش مقاوم در برابر خوردگی، اساساً بایستی در برابر اتمسفر خورنده مقاومت کرده و از رسیدن آن به سطح سازه جلوگیری کند. طراحی یک پوشش ضد خوردگی موثر و مناسب ، کار پیچیده ایست که نیازمند علم وسیعی از جمله اصول خوردگی و ترکیب شیمیایی ساخت و تشکیل فیلم پوشش ضد خوردگی می باشد.
معمولاً حفاظت از اجسام در برابر خوردگی، توسط پوششهای آلی انجام می شود. این پوششها با توجه به فاکتور های مشخص از جمله خود سازه، جنس سازه، طول عمر سازه، شرایط فرآیندی و سرویس ، شرایط جوی و غیره متغیر می باشند و تفاوت آنها می تواند در نوع رزین، پیگمنت، ضخامت لایه ها، تعداد لایه ها و... باشد. حال با توجه به مسائل فوق در طراحی یک سیستم ضد خوردگی ، موارد فراوانی بایستی مد نظر قرار گیرد.

سیستم رنگ : به تعدادی از لایه های رنگ که هر کدام نقش مشخص در محافظت از سطح فلز جسم را دارند، گویند. سیستم رنگ از بخشهای ذیل تشکیل می شود .
-1 آستری Primer
-2 میانه Intermediate
-3 رویه Top Coat Finishnt
- آستری ها :
آستر یک اصطلاح عمومی است که به همه رنگهای ضد خوردگی اتلاق می شود و یکی از مهمترین اجزاء یک سیستم رنگ می باشد. اهداف اولیه یک رنگ آستری به شرح ذیل می باشد :

-1 چسبندگی (اتصال قوی به جسم)
-2 پیوستگی یا چسبندگی (بسیار قوی داخلی)
-3 خنثی بودن (مقاومت بالا در برابر خوردگی و مواد شیمیایی)
-4 چسبندگی بین لایه ای (چسبندگی قوی به لایه میانی)
-5 انعطاف پذیری مناسب
از آنجا که رنگ آستری، پایه ای برای لایه های دیگر سیستم رنگ محسوب می شود، بایستی چسبندگی خوبی به روی سطح جسم داشته باشد. اگر سیستم رنگ از نوع بازدارنده باشد، رنگ آستری بایستی دارای پیگمنت های بازدارنده بوده تا بتواند با غیر فعال کردن سطح ، میل فلز را نسبت به خوردگی کاهش دهد تا چسبندگی آن بر جسم افزایش یابد. به علاوه این آستری بایستی با رطوبت و الکترولیت ورودی از سطح سیستم واکنش دهد تا بتواند بصورت کاتدی از فلز محافظت کند. این دسته رنگها دارای دانسیته یا جرم حجمی بالا می باشد و علت سنگینی آنها، وجود پیگمنت های فلزی است. این رنگها دارای براقیت پایین هستند و دانه بندی و گرایند این رنگها بالاست تا بتواند سطحی زبر جهت چسبندگی خوب لایه میانی به وجود آورد.

- رنگهای میانه :
لایه دوم سیستم رنگ می باشد که معمولاً با ضخامت بالا اعمال می شود. ضخامت بالای آن کمک می کند تا از نفوذ آب یا هر عامل خورنده دیگر جلوگیری کند. اهداف مورد نظر که بایستی رنگ میانه، آنها را برآورده سازد به شرح زیر است :

- ضخامت بالا
- مقاومت بالای شیمیایی
- مقاومت در برابر انتقال رطوبت یا بخار آب
- افزایش مقاومت الکتریکی رنگ
- چسبندگی خوب به رنگ آستری و رنگ رویه
این رنگها نیمه مات بوده و دارای دانسیته پایین تر ، دانه بندی یا گرایند پایین تر و مقدار رزین بیشتر نسبت به آستریها می باشند.

- رنگهای رویه :
آخرین لایه رنگ در یک سیستم رنگ آمیزی می باشد و اهداف عمل آنها به شرح زیر است :

-1به عنوان یک لایه مقاوم و سیلر برای سیستم رنگ
-2 لایه مقاوم اولیه در برابر محیط
-3 مقاومت در برابر مواد شیمیایی، آب و شرایط جوی
-4 ایجاد سطح سخت و مقاوم در برابر سایش و ضربه
-5 به وجود آمدن ظاهر خوب و زیبا
رنگهای رویه دارای دانسیته پایین، نیمه براق یا براق هستند، دارای میزان کمتری دانه بندی در انواع رنگها می باشند تا سطح صاف و صیقلی ایجاد کنند. مقاوم در برابر اشعه UV آفتاب، تغییر رنگ و شرایط نامساعد جوی می باشند.


فاکتور های موثر در طراحی یک سیستم آلی ضد خوردگی :
- شرایط آب و هوای منطقه ؛ که در بر گیرنده وضعیت منطقه از نظر رطوبت، گرما و سرما، آلودگی شیمیایی می باشد.
- جنس سازه یا جسم مورد نظر ؛ جنس و آلیاژ سازه جهت طراحی سیستم رنگ بسیار مهم بوده و تاثیر بسزایی در نوع رنگ اعمالی بر روی آن ، به خصوص رنگ آستری را دارا می باشد.
- موقعیت سازه در منطقه ؛ محل قرار گرفتن سازه، تماس با آب شور، شناور یا غرق در آب بودن ، برای مثال پوشش داخل مخازنی که حاوی مواد شیمیایی، حلال ها، آب شور، آب شرب یا نفت خام می باشد، چه از نظر نوع رنگ یا تعداد لایه ها، ضخامت هر لایه، نحوه آماده سازی و کیفیت آماده سازی و غیره.
- شرایط عملیاتی یا Service؛ این شرایط در طراحی سیستم ضد خوردگی برای هر سازه بسیار حائز اهمیت است. از آن جمله می توان به بالا یا پایین بودن دما، نوسان دما، نوع مواد در تماس با سازه، احتمال وجود صدمات مکانیکی از جمله ضربه و سایش بر روی سازه و بسیاری از فاکتورهای دیگر اشاره کرد.

اطلاعاتیکه پس از طراحی سیستم رنگ بایستی به همراه آن ارائه شوند.
-1 تعداد لایه های رنگ، شماره های رنگ مربوط به کمپانی مورد نظر، ضخامتهای خشک و تر مورد نظر، دانسیته رنگ در صورت دو جزئی یا سه جزئی بودن رنگ، زمان خشک شدن سطحی و عمقی تینر مربوط به هر رنگ، زمان مورد نظر بین لایه های رنگ و ...
-2 حداقل درجه آماده سازی سطح مورد نظر بر حسب معیار استاندارد مشخص مانند NACE.SSPC . ISO و غیره، ساینده مورد نیاز و سایز ساینده، فشار مورد نظر جهت عمل آماده سازی سطح، در صورتی که آماده سازی، بلاستینگ باشد.
-3 دستورالعمل آماده کردن رنگ جهت اعمال، از جمله نسبت اختلاط درصد تینر، میکس و همزن.
-4 روشهای پیشنهادی جهت اعمال رنگ، نوع پاشش، دستگاه مورد نظر جهت پاشش رنگ، فشار ورودی، فشار مورد نظر در دهانه نازل، نوع نازل پاشش و...
-5خصوصیات رنگ مربوطه و یا سایر نکات لازم
-6 پیشگیری های مربوط به ایمنی، خطر در حین آماده سازی سطح، ابزار، تجهیزات، فشار، مواد و گرد و غبار و ....
-7خطر حریق احتمالی ناشی از رنگ و حلالها
-8 تجهیزات محافظتی افراد

[ghasem motamedi]

خوردگی از 8 روش می تواند به سطوح فلزی حمله کند . هشت دلیل موجه برای به کارگیری کامپوزیت ها در سازه های نظامی و غیرنظامی . این 8 روش عبارتند از :

حمله یکنواخت Uniform Attack در این نوع خوردگی که متداول ترین نوع خوردگی محسوب می شود ، خوردگی به صورتی یکنواخت به سطح فلز حمله می کند و به این ترتیب نرخ آن از طریق آزمایش قابل پیش بینی است .
خوردگی گالوانیک Galvanic Corrosion
این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که دو فلز یا آلیاژ متفاوت ( یا دو ماده متفاوت دیگر همانند الیاف کربن و فلز ) در حضور یک ذره خورنده با یکدیگر تماس پیدا کنند . در منطقه تماس ، فرایندی الکترو شیمیایی به وقوع می پیوندد که در آن ماده ای به عنوان کاتد عمل کرده و ماده دیگر آند می شود . در این فرآیند کاتد در برابر اکسیداسیون محافظت شده و آند اکسید می شود .

خوردگی شکافی Crevice Corrosion
این ساز و کار وقتی رخ می دهد که یک ذره خورنده در فاصله ای باریک ، بین دو جزء گیر کند . با پیشرفت واکنش ، غلظت عامل خورنده افزایش می یابد . بنابراین واکنش با نرخ فزاینده ای پیشروی می کند.

آبشویی ترجیحی Selective Leaching این نوع خوردگی انتخابی وقتی رخ می دهد که عنصری از یک آلیاژ جامد از طریق یک فرآیند خوردگی ترجیحی و عموما ً با قرار گرفتن آلیاژ در معرض اسیدهای آبی خورده می شود . متداول ترین مثال جدا شدن روی از آلیاژ برنج است . ولی آلومینیوم ، آهن ، کبالت و زیرکونیم نیز این قابلیت را دارند .

خوردگی درون دانه ای Intergranular Corrosion
این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که مرز دانه ها در یک فلز پلی کریستال به صورت ترجیحی مورد حمله قرار می گیرد . چندین عامل می توانند آلیاژی مثل فولاد زنگ نزن آستنیتی را مستعد این نوع خوردگی سازند . از جمله حضور ناخالصی ها و غنی بودن یا تهی بودن مرزدانه از یکی از عناصر آلیاژی .
خوردگی حفره ای Pitting Corrosion این نوع خوردگی تقریبا ً همیشه به وسیله یون های کلر و کلرید ایجاد می شود و به ویژه برای فولاد ضد زنگ بسیار مخرب است ؛ چون در این خوردگی ، سازه با چند درصد کاهش وزن نسبت به وزن واقعی اش ، به راحتی دچار شکست می شود . معمولا ً عمق این حفرات برابر یا بیشتر از قطر آنهاست و با رشد حفرات ، ماده سوراخ می شود .

خوردگی فرسایشی Erosion Corrosion این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که محیطی نسبت به یک محیط ثابت دیگر حرکت کند ( به عنوان نمونه مایع یا دوغابی که درون یک لوله جریان دارد ) یک پدیده مرتبط با این گونه خوردگی ، سایش Fretting است که هنگام تماس دو ماده با یکدیگر و حرکت نسبی آنها از جمله ارتعاش به وجود می آید . این عمل می تواند پوشش های ضد خوردگی را از بین برده و باعث آغاز خوردگی شود .

خوردگی تنشی Stress Corrosion این نوع خوردگی وقتی رخ می دهد که ماده ای تحت تنش کششی در معرض یک محیط خورنده قرار گیرد . ترکیب این عوامل با هم ، ترک هایی را در جزء تحت تنش آغاز می کند .

[ghasem motamedi]

مقدمه‌اي در مورد خوردگي

بر طبق آمارهاي وال استريت جورنال (11 سپتامبر 1981) هزينة خوردگي در صنعت نفت و گاز آمريكا حدود 2 بيليون دلار بوده است و مدام اين هزينه‌ها در حال افزايش هستند. خوردگي پلها، هزينه‌هاي خوردگي در اتومبيل‌ها در حد بيليونها دلار است. خوردگي در همه جا وجود دارد، در داخل و خارج از منزل، در جاده، در دريا، در كارخانه و در وسائل هوا – فضا.
كل هزينة سالانة سيلها، گردبادها، آتش‏سوزيها، رعد و برقها و زمين لرزه‌ها كمتر از هزينة خوردگي مي‌باشند.
در حقيقت اگر خوردگي وجود نداشت، اقتصاد جوامع مختلف بشدت تغيير مي‏كرد. اگرچه خوردگي اجتناب‌ناپذير است، ولي هزينة آنرا مي‏توان كاهش داد. مثلاً يك آند ارزان قيمت منيزيم مي‏تواند عمر تانك آب گرم خانگي را دو برابر كند. انتخاب صحيح مواد و طراحي خوب، هزينه‌هاي خوردگي را كاهش مي‏دهد. يك برنامة صحيح تعميرات و نگهداري رنگ چندين برابر مخارجش را صرفه‌جوئي مي‏كند.
با توجه به نكاتي كه گفته شد اهميت بسيار بالاي خوردگي و راههاي پيشگيري از خوردگي معلوم مي‏شود كه اين كار بر عهدة مهندسي خوردگي است. در مهندسي خوردگي، خوردگي چنين تعريف مي‌شود: تخريب يا فاسد شدن يك ماده در اثر واكنش با محيطي كه در آن قرار دارد.
اين تعريف شامل فلزات و غيرفلزات مي‏شود. (مهندسي خوردگي، صص 6و7)
هر جامعه‌اي كه به مفهوم خوردگي پي ببرد، افراد آن جامعه كامل، بالغ و متفكر خواهند بود و آن جامعه چنان پيشرفت خواهد كرد كه مي‏توان گفت در بعد ديگري از زمان هستند.


خوردگی
هزينه هاي خوردگي
تخمين هزينه هاي سالانة خوردگي در ايالات متحده بين 8 بيليون دلار تا 126 بيليون دلار مي باشد. بهر ترتيب، خوردگي زيان اقتصا دي عظيمي است و براي كاهش دادن به كارهاي زيادي مي توان انجام داد. اگر اين نكات را در نظر بگيريم كه هر جا فلز و مواد ديگر مورد استفاده قرار مي گيرند خوردگي با درجه وشدتهاي متفاوتي واقع مي گردد، اين رقمهاي بزرگ دلاري چندان غير منتظره نخواهد بود.
در حقيقت اگر خوردگي وجود نداشت اقتصاد جامعة ما بشدت تغيير مي كرد. مثلاً اتومبيلها، كشتيها، خطوط لوله زير زميني و وسايل خانگي احتياج به پوشش نداشتند، صنايع فولاد زنگ نزن از بين مي رفتند و مس فقط براي مقاصد الكتريكي بكار مي رفت. اكثر كارخانجات و محصولاتي كه از فلز ساخته مي شدند از فولاد يا چدن ساخته ميشدند.
اگر چه خوردگي اجتناب ناپذير است، ولي هزينة آنرا به مقدار زيادي ميتوان كاهش داد. مثلاً يك آند ارزان قيمت منيزيم مي تواند عمر تانك آب گرم خانگي را دو برابر كند. شستشوي اتومبيل براي زدودن نمكهاي كه براي يخ بندان روي جاده مي پاشند مفيد است. انتخاب صحيح مواد و طراحي خوب، هزينه هاي خوردگي را كاهش ميدهد. يك برنامه صحيح تعميرات و نگهداري رنگ چندين برابر مخارجش را صرفه جويي ميكند. اينجاست كه مهندسي خوردگي وارد صحنه مي شود و مي تواند موثر باشد – ماموريت اصلي او مبارزه با خوردگي است. جدا از مخارج مستقيم دلاري، خوردگي يك مشكل جدي است زيرا به طور روشني باعث تمام شدن منابع طبيعي ما مي گردد. مثلاً فولاد از سنگ آهن بدست مي آيد، ميزان توليد داخلي سنگ آهن پر عياركه مستقيماً قابل استفاده باشند بشدت كاهش يافته است. توسعة صنعتي سريع بسياري از كشورها نشان مي دهد كه رقابت و قيمت منابع فلزي افزايش خواهد يافت. ايالات متحده ديگر مصرف كنندة اصلي منابع معدني نيست.
مهندسي خوردگي
مهندسي خوردگي كاربر دانش وفن يا هنر جلوگيري ياكنترل خسارت ناشي از خوردگي به روش اقتصادي و مطمئن ميباشد. براي اينكه مهندس خوردگي به خوبي از عهده وظايف خود برآيد، بايستي با اصول خوردگي و عمليات مبارزه با آن، خواص شيميايي، متالورژيكي، فيزيكي و مكانيكي مواد، آزمايشات خوردگي، ماهيت محيط هاي خورنده، قيمت مواد اوليه، نحوه ساخت و توليد كامپيوتر و طراحي قطعات آشنا باشد. او همچنين بايستي خصوصيات معمول يك مهندس كه عبارت است از : توانائي ارتباط برقرار كردن با ديگران، صداقتتوانايي تفكر و تجزيه تحليل كردن، آگاهي عميق از اهميت خطرات در عمل، عقل سليم يا شعور، منظم و مرتب بودن، و مهمتر از همه احساس عميق و صحيح مسائل اقتصادي را دارا باشد. در حل مسائل خوردگي بايستي روشي را انتخاب نمايد كه بيشترين بهره را داشته باشد.
مقالات زير كاربردهاي تكنولوژي كامپيوتر در مهندسي خوردگي را نشان مي دهد:
ماشينهاي متفكر(هوش مصنوعي) در ژورنال مهندسي شيمي، سپتامبر 1981، صفحات 45-51 به بررسي مثالهاي متعدد در مورد پيش بيني خوردگي توام با تنش پرداخته است. همچنين از ديگر كاربرهاي تكنولوژي كامپيوتر در خوردگي مي توان به مقالات زير اشاره كرد.
S.N. Smith and F.E. Rizzo, Computer Assisted Corrosion
Engineering, Materials Performans, 19:21 – 23(oct 1980)
C. Edeleanu, the Efect of the Microprissors on Corrosion
Technology, Materials Performance, 22:82 – 83 (Oct 1983)
در گذشته تعداد نسبتاًكمي از مهندسين با آموزش رسمي در خوردگي وجود داشتند. اكثراً افرادي دركه اين رشته كار مي كردند داراي زمينه هاي شيمي، برق يا متالوژي بودند. خوشبختانه اين وضعيت امروزه تغيير كرده است.
از فقط 3 دانشگاه در 1946، امروزه 65 دانشگاه در ايالات متحده دروس رسمي در زمينه خوردگي ارائه مي كنند. مفهوم اينها آن است كه امروزه صدها مهندس در صحنه وجود دارند كه درس رسمي در اين زمينة خوردگي گذرانده اند. در گذشته، و حتي امروزه، خوردگي را به عنوان "معضلي" كه بايستي آنرا تحمل كرد در نظر مي گيرند. غفلت علت بسياري از انهدام هاي زودرس، غير منتظره و گران مي باشد- غفلت بوسيلة افرادي كه بايستي اطلاعات بهتري داشته باشند. بطور مثال، دو فروشندة آنده هاي قرباني شونده، سيستم هاي خود راحفاظت آندي مي نامند! در حقيقت اين سيستم حفاظت كاتدي است كه كاملاً متفاوت است.
تعريف خوردگي
خوردگي را تخريب يا فاسد شدن يك ماده در اثر واكنش با محيطي كه در آن قرار دارد تعريف مي كنند. بعضي ها اصرار دارند كه اين تعريف بايستي محدود به فلزات باشد، ولي غالباً مهندس خوردگي بايستي براي حل يك مسئله هم فلزات و هم غير فلزات را در نظر بگيرد. سراميكها، پلاستيكها، لاستيك و مواد غير فلزي ديگر نيز منظور شده اند. مثلاً، تخريب رنگ ولاستيك بوسيله نور وخورشيد يا مواد شيميايي، خورده شدن جدارة كورة فولاد سازي، و خورده شدن يك فلز جامد بوسيله مذاب يك فلز ديگر تماماً خوردگي ناميده مي شوند. خوردگي مي تواند سريع ياكندصورت گيرد. فولاد زنگ نزدن در حالت حساس شده به وسيله اسيد پلي تيونيك ظرف چند ساعت بشدت خورده مي شود. ريلهاي راه آهن معمولاً به آهستگي زنگ مي زنند- ولي سرعت زنگ زدن آنقدر نيست كه بر كارايي آنها در سالهاي زياد اثري بگذارد. ستون آهني معروف دهلي در هندوستان حدود 2000 سال پيش ساخته شده و هنوز به خوبي روز اول است. ارتفاع آن 32 فوت است.
لكن بايستي توجه شود كه اين ستون آهني عموماً در شرايط جوي خشك قرار داشته است. خوردگي فلزات را مي توان بر عكس متالوژي استخراجي در نظر گرفت. در متالوژي استخراجي در نظر گرفت. در متالوژي استخراجي، هدف عمدتاً بدست آوردن فلزاز سنگ معدن و تصفيه يا آلياژسازي آن براي مصارف مختلف مي باشد. اكثر سنگ معدنهاي آهن حاوي اكسيد هاي آهن هستند و زنگ زدن فولاد به وسيله آب واكسيژن منجر به تشكيل اكسيد آهن هيدارته مي گردد. اگرچه اكثر فلزات موقعي كه خورده ميشوند تشكيل اكسيدهايشان را مي دهند ولي لغت زنگ زدن فقط در مورد آهن و فولاد بكار مي رود. بنابراين ميگوئيم فلزات غير آهني خورده مي شوند و نمي گوييم زنگ مي زنند. محيطهاي خورنده عملاً كليه محيطها خورنده هستند، لكن قدرت خوردگي آنها متفاوت است. مثالهايي در اين مورد عبارتند : از هوا و رطوبت، آبهاي تازه، مقطر، نمكدار، و معدني، آتمسفرهاي روستائي، شهري، و صنعتي، بخار و گازهاي ديگر مثل كلر، آكونياك، سولفور هيدروژن، دي اكسيدگوگرد، و گازهاي سوختني، اسيد هاي معدني مثل اسيد كلريدريك، سولفوريك، و نيتريك، اسيدهاي آلي مثل اسيد نفتنيك، استيك، و فرميك، قليائي ها، خاكها، حلالها، روغن نباتي و نفتي، و انواع و اقسام محصولات غذائي. بطور كلي مواد "معدني" خورنده تر از مواد " آلي" مي باشند. مثلاً خوردگي در صنايع نفت بيشتر در اثر كلرور سديم، گوگرد، اسيد سولفوريك و كلريدريك و آب است تا بخاطر روغن، نفت و بنزين. كاربر درجه حرارتها و فشارهاي بالا در صنايع شيميايي باعث امكان پذير شدن فرايند جديد يا بهبود فرايند قديمي شده است، به عنوان مثال راندمان بالاتر، سرعت، توليد بيشتر، يا تقليل قيمت تمام شده. اين مطلمب هم چنين در مورد توليد انرژي از جمله انرژي هسته اي، صنايع فضائي و تعداد بسيار زيادي از روشها و فرايند ها صادق است. درجه حرارتها و فشارهاي بالاتر معمولاً باعث ايجاد شرايط خوردگي شديدتري مي گردند. بسياري از فرايند ها و عمليات متداول امروزه بدون استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگي غير ممكن يا غير اقتصادي ميباشد.
تخریب فلزات با عوامل غیر خوردگی

فلزات در اثر اصطکاک ، سایش و نیروهای وارده دچار تخریب می‌‌شوند که تحت عنوان خوردگی مورد نظر ما نیست.

فرایند خودبه‌خودی و فرایند غیرخودبه‌خودی

خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد. البته M+n می‌‌تواند به حالتهای مختلف گونه‌های فلزی با اجزای مختلف ظاهر شود. اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ می‌‌زند که یک نوع خوردگی و پدیده‌ای خودبه‌خودی است. انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز می‌‌توانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونه فلزی هستند. پس در اثر خوردگی فلزات در یک محیط که پدیده‌ای خودبه‌خودی است، اشکال مختلف آن ظاهر می‌‌شود.

بندرت می‌‌توان فلز را بصورت فلزی و عنصری در محیط پیدا کرد و اغلب بصورت ترکیب درکانی و بصورت کلریدها و سولفیدها و غیره یافت می‌‌شوند و ما آنها را بازیابی می‌‌کنیم. به عبارت دیگر ، با استفاده ‌از روشهای مختلف ، فلزات را از آن ترکیبات خارج می‌‌کنند. یکی از این روشها ، روش احیای فلزات است. بعنوان مثال ، برای بازیابی مس از ترکیبات آن ، فلز را بصورت سولفات مس از ترکیبات آن خارج می‌‌کنیم یا اینکه آلومینیوم موجود در طبیعت را با روشهای شیمیایی تبدیل به ‌اکسید آلومینیوم می‌‌کنند و سپس با روشهای الکترولیز می‌‌توانند آن را احیا کنند.

برای تمام این روشها ، نیاز به صرف انرژی است که یک روش و فرایند غیرخودبه‌خودی است و یک فرایند غیرخودبه‌خودی هزینه و مواد ویژه‌ای نیاز دارد. از طرف دیگر ، هر فرایند غیر خودبه‌خودی درصدد است که به حالت اولیه خود بازگردد، چرا که بازگشت به حالت اولیه یک مسیر خودبه‌خودی است. پس فلزات استخراج شده میل دارند به ذات اصلی خود باز گردند.

در جامعه منابع فلزات محدود است و مسیر برگشت طوری نیست که دوباره آنها را بازگرداند. وقتی فلزی را در اسید حل می‌‌کنیم و یا در و پنجره دچار خوردگی می‌‌شوند، دیگر قابل بازیابی نیستند. پس خوردگی یک پدیده مضر و ضربه زننده به ‌اقتصاد است.

جنبه‌های اقتصادی فرایند خوردگی

برآوردی که در مورد ضررهای خوردگی انجام گرفته، نشان می‌‌دهد سالانه هزینه تحمیل شده از سوی خوردگی ، بالغ بر 5 میلیارد دلار است. بیشترین ضررهای خوردگی ، هزینه‌هایی است که برای جلوگیری از خوردگی تحمیل می‌‌شود.



پوششهای رنگها و جلاها

ساده‌ترین راه مبارزه با خوردگی ، اعمال یک لایه رنگ (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B1%D9%86%DA%AF) است. با استفاده ‌از رنگها بصورت آستر و رویه ، می‌‌توان ارتباط فلزات را با محیط تا اندازه‌ای قطع کرد و در نتیجه موجب محافظت تاسیسات فلزی شد. به روشهای ساده‌ای می‌‌توان رنگها را بروی فلزات ثابت کرد که می‌‌توان روش پاششی را نام برد. به کمک روشهای رنگ‌دهی ، می‌‌توان ضخامت معینی از رنگها را روی تاسیسات فلزی قرار داد.

آخرین پدیده در صنایع رنگ سازی ساخت ر الکترواستاتیک است که به میدان الکتریکی پاسخ می‌‌دهند و به ‌این ترتیب می‌توان از پراکندگی و تلف شدن رنگ جلوگیری کرد.

پوششهای فسفاتی و کروماتی

این پوششها که پوششهای تبدیلی نامیده می‌‌شوند، پوششهایی هستند که ‌از خود فلز ایجاد می‌‌شوند. فسفاتها و کروماتها نامحلول‌اند. با استفاده ‌از محلولهای معینی مثل اسید سولفوریک با مقدار معینی از نمکهای فسفات ، قسمت سطحی قطعات فلزی را تبدیل به فسفات یا کرومات آن فلز می‌‌کنند و در نتیجه ، به سطح قطعه فلز چسبیده و بعنوان پوششهای محافظ در محیط‌های خنثی می‌‌توانند کارایی داشته باشند.

این پوششها بیشتر به ‌این دلیل فراهم می‌‌شوند که ‌از روی آنها بتوان پوششهای رنگ را بر روی قطعات فلزی بکار برد. پس پوششهای فسفاتی ، کروماتی ، بعنوان آستر نیز در قطعات صنعتی می‌‌توانند عمل کنند؛ چرا که وجود این پوشش ، ارتباط رنگ با قطعه را محکم‌تر می‌‌سازد. رنگ کم و بیش دارای تحلخل است و اگر خوب فراهم نشود، نمی‌‌تواند از خوردگی جلوگیری کند.

پوششهای اکسید فلزات

اکسید برخی فلزات بر روی خود فلزات ، از خوردگی جلوگیری می‌‌کند. بعنوان مثال ، می‌‌توان تحت عوامل کنترل شده ، لایه‌ای از اکسید آلومینیوم بر روی آلومینیوم نشاند. اکسید آلومینیوم رنگ خوبی دارد و اکسید آن به سطح فلز می‌‌چسبد و باعث می‌‌شود که ‌اتمسفر به‌ آن اثر نکرده و مقاومت خوبی در مقابل خوردگی داشته باشد. همچنین اکسید آلومینیوم رنگ‌پذیر است و می‌‌توان با الکترولیز و غوطه‌وری ، آن را رنگ کرد. اکسید آلومینیوم دارای تخلخل و حفره‌های شش وجهی است که با الکترولیز ، رنگ در این حفره‌ها قرار می‌‌گیرد.

همچنین با پدیده ‌الکترولیز ، آهن را به اکسید آهن‌ سیاه رنگ (البته بصورت کنترل شده) تبدیل می‌‌کنند که مقاوم در برابر خوردگی است که به آن "سیاه‌کاری آهن یا فولاد" می‌‌گویند که در قطعات یدکی ماشین دیده می‌‌شود.

پوششهای گالوانیزه

گالوانیزه کردن (Galvanizing) ، پوشش دادن آهن و فولاد با روی است. گالوانیزه ، بطرق مختلف انجام می‌‌گیرد که یکی از این طرق ، آبکاری با برق است. در آبکاری با برق ، قطعه‌ای که می‌‌خواهیم گالوانیزه کنیم، کاتد الکترولیز را تشکیل می‌‌دهد و فلز روی در آند قرار می‌‌گیرد. یکی دیگر از روشهای گالوانیزه ، استفاده ‌از فلز مذاب یا روی مذاب است. روی دارای نقطه ذوب پایینی است.

در گالوانیزه با روی مذاب آن را بصورت مذاب در حمام مورد استفاده قرار می‌‌دهند و با استفاده ‌از غوطه‌ور سازی فلز در روی مذاب ، لایه‌ای از روی در سطح فلز تشکیل می‌‌شود که به ‌این پدیده ، غوطه‌وری داغ (Hot dip galvanizing) می‌گویند. لوله‌های گالوانیزه در ساخت قطعات مختلف ، در لوله کشی منازل و آبرسانی و ... مورد استفاده قرار می‌‌گیرند.

پوششهای قلع

قلع از فلزاتی است که ذاتا براحتی اکسید می‌‌شود و از طریق ایجاد اکسید در مقابل اتمسفر مقاوم می‌‌شود و در محیطهای بسیار خورنده مثل اسیدها و نمکها و ... بخوبی پایداری می‌‌کند. به همین دلیل در موارد حساس که خوردگی قابل کنترل نیست، از قطعات قلع یا پوششهای قلع استفاده می‌‌شود. مصرف زیاد این نوع پوششها ، در صنعت کنسروسازی می‌‌باشد که بر روی ظروف آهنی این پوششها را قرار می‌‌دهند.

پوششهای کادمیوم

این پوششها بر روی فولاد از طریق آبگیری انجام می‌‌گیرد. معمولا پیچ و مهره‌های فولادی با این فلز ، روکش داده می‌‌شوند.

فولاد زنگ‌نزن


این نوع فولاد ، جزو فلزات بسیار مقاوم در برابر خوردگی است و در صنایع شیرآلات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع فولاد ، آلیاژ فولاد با کروم می‌‌باشد و گاهی نیکل نیز به ‌این آلیاژ اضافه می‌‌شود.

[ghasem motamedi]

خوردگي يكي از مشكلات عمده در صنايع نفت و گاز به شمار مي آيد كه سالانه مبالغ هنگفتي، به خود اختصاص مي دهد. وقفه در توليد، زيان هنگفتي چه از نظر توليد هيدروكربن و چه از نظر هزينه تعميرات در پي خواهد داشت. بنابراين سلامت تجهيزات در طول عمر مفيد آن ها يك مسأله اساسي به نظر مي رسد. استفاده از بازدارنده هاي خوردگي سال هاست كه به عنوان يكي از روش هاي كارآمد در صنايع نفت و گاز به كار گرفته مي شود.بازدارنده ماده اي است كه به تعداد كم به سيستم افزوده مي شود تا واكنش شيميايي را كند يا متوقف كند. بازدارنده هاي مورد استفاده در صنايع نفت و گاز معمولا از نوع تشكيل دهنده لايه سطحي(film former) هستند. اين بازدارنده ها با سطح فلز واكنش مستقيم ندارند و با ايجاد لايه محافظي از مواد آلي قطبي برروي سطح فلز، سبب بازدارندگيمي شوند. لايه مولكولي اوليه ممكن است پيوندهاي قوي از طريق تبادل بار الكتريكي با سطح برقرار كند و به صورت شيميايي جذب شود، اما لايه هاي بعدي از طريق پيوندهاي ضعيف فيزيكي جذب لايه اول مي شوند. وجود گروه هاي بلند هيدروكربني، در مولكول هاي اين بازدارنده يك سد فيزيكي در برابر ذرات خورنده به وجود مي آورد. كاركرد ديگر بازدارنده ها، كاهش قابل ملاحظه جريان الكتريكي از طريق افزايش مقاومت اهمي مي باشد.

در سال هاي اخير استفاده از روش جديد تثبيت pH در سيستم هاي مختلف گاز مطرح شده است و براي اولين بار در ايران و در پارس جنوبي فاز دو و سه توسط شركت توتال (TOTAL FINA ELF) مورد استفاده قرار گرفته است. اساس روش تثبيتpH استفاده از گليكول مي باشد. گليكول به منظور جلوگيري از هيدراته شدن به سيستم افزوده مي شود. تثبيت كننده به گليكول غيراشباع افزوده مي شود. اين تثبيت كننده مي تواند آلي يا معدني باشد. اين مواد مقدار pH را بالا مي برند و سبب تشكيل رسوبات محافظ مي شوند.افزايش pH در همه نقاط لوله تا يك مقدار موردنظر باعث تشكيل يك لايه محافظ و پايدار كربنات آهن يا سولفيد آهن مي شود كه مي توان سطوح داخلي خطوط لوله را در برابر خوردگي محافظت كند. تثبيت كننده در ساحل همراه با گليكول بازيابي مي شود و دوباره به سمت سكو(PLATFORM) فرستاده مي شود.بعد از آن مقدار كمي افزودني براي پايدار كردن سيستم و حصول محافظت كامل كافي است. در اين مقاله روش هاي مختلف پيش گيري و روش جديد تثبيت pH تشريح مي شود. يادآور ي مي نمايد كه در تدوين اين مقاله آقايان سعيد نعمتي (كارشناس برنامه ريزي مجتمع گاز پارس جنوبي)، دكتر سيروس جوادپور و دكتر عباس علي نظربلند (استادان دانشكده مهندس دانشگاه شيراز) مؤلف را ياري كرده اند.

• روش هاي كنترل خوردگي

خوردگي در صنايع گاز به يكي از روش هاي زير كنترل مي شود:

• آلياژهاي مقاوم به خوردگي
• بازدارنده هاي خوردگي
• روش تثبيت
• آلياژهاي مقاوم به خوردگي

استفاده از آلياژ مقاوم به خوردگي در خطوط لوله به هيچ صورت مقرون به صرفه نمي باشد. علي الخصوص در مورد لوله هاي طويل و بزرگ كه مشكلات جوش و اتصالات نيز وجود دارد. اين روش فقط در موارد خاص در خطوط لوله انتقال گاز به كار مي رود.براي كنترل خوردگي داخلي خطوط لوله از جنس فولاد كربني در يك سيستم چند فازي دو روش ديگر را مي توان به كار برد.

• بازدارنده هاي خوردگي

از جمله راه هاي كاهش خوردگي استفاده از بازدارنده هاي خوردگي است. بازدارنده ماده اي است كه به مقدار كم به سيستم افزوده مي شود تا واكنش شيميايي را كند يا متوقف كند. وقتي يك بازدارنده خوردگي به محيط خورنده اضافه مي شود سرعت خوردگي را كاهش مي دهد يا به صفر مي رساند.اولين بار يك بازدارنده معدني به آرسنيت سديم براي بازدارندگي فولادهاي كربني در چاه هاي نفت مورد استفاده قرار گرفت تا از خوردگي CO2 جلوگيري كند، اما به دليل پايين بودن بازده، رضايت بخش نبود، در نتيجه ساير بازدارنده ها مورد استفاده قرار گرفتند.در سال هاي 1945 تا 1950 خواص عالي تركيبات قطبي با زنجيره هاي بلند كشف شد. اين كشف روند آزمايش هاي مربوط به بازدارنده هاي آلي مورد استفاده در چاه ها و لوله هاي نفت و گاز را دگرگون ساخت.اين بازدارنده ها از طريق ايجاد يك لايه محافظ سطحي مانع از نزديك شدن ذرات خورنده به سطح فلز مي شوند. به اين نوع بازدارنده ها لايه ساز يا تشكيل دهنده سطحي (filmforming) مي گويند كه اغلب پايه آميني دارند.

• خصوصيات بازدارنده هاي خوردگي

خصوصياتي از بازدارنده هايي كه بر عملكرد و كارآيي آن ها تأثير مي گذارند شامل موارد زير است:

1-سازگاري با ديگر مواد شيميايي: از آن جايي كه در سيستم هاي گازي ممكن است دو يا چند ماده شيميايي مورد استفاده قرار گيرد، لذا بازدارنده نبايد باعث اثرات جانبي بر روي آن ها شود (براي مثال مواد ضد كف و ضد امولسيون به همراه بازدارنده هاي خوردگي در صنايع گاز به كار رود).
2-كارايي در شرايط تنش برشي بالا: گاهي اوقات خروج از گاز چاه يا خطوط لوله تنش برشي بالايي به وجود مي آورد، به همين دليل مقاومت فيلم محافظ در برابر تنش برشي از اهميت فراواني برخوردار است و بايستي مورد بررسي قرار گيرد.
3-پايداري در برابر دما و فشار بالا: محدوده دما و فشار در چاه ها و مخازن گاز و لوله ها بالاست و بازدارنده بايد بتواند اين دما و فشار را تحمل كند و در اين شرايط پايداري و كارايي خود را از دست ندهد.
4-پايداري فيلم محافظ با گذشت زمان: اين فاكتور،تعيين كننده روش اعمال بازدارنده و مقدار آن مي باشد.
5-تشكيل امولسيون: تشكيل امولسيون يكي از بزرگترين مشكلات بازدارنده هاي نفت و گاز مي باشد. بازدارنده هاي لايه ساز شامل مولكول هاي فعال سطحي هستند و تشكيل امولسيون را تشديد مي كنند.
6-حلاليت بازدارنده: بيشتر روش هاي اعمال بازدارنده ها شامل رقيق كردن بازدارنده با يك حلال مناسب آلي يا آبي مي باشد.
7-سميت: به كار بردن بازدارنده ها نبايد محيط زيست را دچار آلودگي كند.

روش هاي اعمال بازدارنده ها:

•روش ناپيوسته
•روش پيوسته
•روش Squeeze
• روش ناپيوسته در مخازن گازي به دو صورت انجام مي گيرد:

الف- روش Short Batch: در اين روش مواد بازدارنده خوردگي در يك حلال مناسب (آلي يا آبي) حل و با شدت مشخص به داخل لوله مغزي پمپ مي شود.محلول بازدارنده در بالاي لوله مغزي يك پيستون تشكيل مي دهد.
ب-روش Full TubingDisplacement: در اين روش چاه بسته مي شود و محلول بازدارنده رقيق شده با حلال مناسب تزريق مي گردد و معمولا به همراه سيال مناسبي مثل گازوئيل يا گاز نيتروژن جا به جا مي شود و به طرف پايين مي رود. پايين رفتن ستوني محلول باعث آغشته شدن كل سطح مي شود. اين روش نسبت به روش قبل كم هزينه تر است.

• روش پيوسته

مهمترين عامل در تعيين و انتخاب روش تزريق نوع تكميل چاه مي باشد. در زير به چند نوع تكميل چاه اشاره مي شود: الف-Dual Completion: در اين نوع تكميل، دو لوله مغزي به صورت موازي يا متحدالمركز در چاه رانده مي شود كه لوله با قطر كمتر به منظور تزريق بازدارنده خوردگي استفاده مي شود. سرعت تزريق ماده به گونه اي درنظر گرفته مي شود كه از بازگشت محلول بازدارنده به سمت بالا جلوگيري شود.
ب-Capillary or Small Bore Tubing: در نوع تكميل چاه يك لوله با قطر كم به موازات لوله مغزي در فضاي بين لوله مغزي و ديواره رانده مي شود كه تزريق بازدارنده از اين مسير انجام مي گيرد.
ج-Side Pocket Mandrel Valve: در اين نوع تكميل فضاي بين لوله مغزي و ديواره كه annulus ناميده مي شود، از بازدارنده پر مي شود درحالتي كه فشار برروي ستون مايع از فشار لوله مغزي بيشتر شود بازدارنده به داخل لوله مغزي تزريق مي گردد. از معايب اين روش طولاني بودن زمان ماند بازدارنده در فضاي بين ديواره و لوله مغزي مي باشد.
د-Low Cost Completion:در اين نوع تكميل فضاي بين ديواره و لوله مغزي توسط پمپ سر چاه از بازدارنده پر مي شود و از طريق سوراخ هاي روي لوله مغزي كه كمي بالاتر از Packer وجود دارد، محلول به داخل لوله مغزي تزريق مي گردد. در اين نوع تكميل، بازدارنده بايد از پايداري حرارتي بالايي برخوردار باشد.
هـ-Packerless Completion: در اين نوع تكميل چاه Packer وجود ندارد و در نتيجه فضاي حلقوي به لوله چاه ارتباط دارد و تزريق از محل سرچاه به داخل فضاي حلقوي و در نهايت در لوله مغزي صورت مي گيرد. پايداري حرارتي بازدارنده با توجه به زمان ماند طولاني و مشكلات عملياتي در پمپ هاي تزريق از مشكلات اين نوع تكميل مي باشد.

روش Squeeze:

در اين روش پس از بستن چاه،محلول بازدارنده با فشار از طريق لوله مغزي به درون چها پمپاژ مي شود. هدف اين است كه محلول بازدارنده به درون خلل و فرج سازند نفوذ كند. اين روش در چاه هاي با نوع تكميل مختلف مي تواند استفاده شود. دوره هاي تزريق بستگي به نوع بازدارنده، طبيعت سازند و سرعت توليد دارد. چاه پس از عمليات تزريق در مدار توليد قرار مي گيرد. در ابتدا غلظت بازدارنده در گاز توليدي زياد است و در همين فاصله زماني است كه فيلم محافظ روي سطح تشكيل مي شود. پس از مدتي غلظت بازدارنده كاهش مي يابد بنابراين در ادامه توليد فيلم محافظ تقويت و ترميم مي شود.
روش تثبيتpH

تاريخچه روش تثبيت pH
تكنيك تثبيت pH در دهه هفتاد ميلادي از يك مشاهده ساده سرچشمه گرفت. در آن سال ها مشاهده شد كه درواحدهاي دهيدارته سازي گاز گليكول را به كار مي برند، به ندرت خوردگي چشمگيري مشاهده مي شود. علت اين امر pH بالاي آن واحدها بود. به نحوي كه لايه هاي تشكيل شده سطوح را محافظت مي كردند. مطالعات و آزمايش هاي بعدي نشان دادند كه مي توان اين روش را جايگزين استفاده از بازدارنده هاي خوردگي كرد. در راستاي برنامه هاي تحقيقاتي، اين روش براي اولين بار در سن جورجيو در ايتاليا مورد استفاده قرار گرفت. گاز اين ميدان شيرين (فاقدH2Sو فقط شامل (CO2 بود. اين روش در ميدان مذكور با موفقيت روبه رو شد.در دهه هشتاد ميلادي اين روش در ميدان هاي گاز شيرين به صورت روش مكمل مورد استفاده قرار گرفت. در دهه نود نياز به پرداختن به اين روش به عنوان يك تكنيك ديده مي شد. بنابراين در كنفرانس بين المللي انستيو خوردگي موسوم به NACE شركت هاي بزرگ نفتي شامل TOTAL FINA, STATOLLت,AGIP BPت,SHELL وELF يك پروژه تحقيقاتي را در انستيو انرژي نروژ(IFE) راه اندازي كردند. اولين فاز اين پروژه اثبات كارايي تثبيت pH به عنوان يك روش كنترل خوردگي در خطوط لوله چند فازي گاز شيرين بود. براساس اين نتايج و هم چنين آزمايش هاي مختلف، استفاده از بازدارنده هاي خوردگي در سيستم هاي شيرين (فاقد H2S) كاملا منحل اعلام شد. در دهه هشتاد و نود ميلادي، شركت توتال TOTAL ,FINA, ELF تعداد زيادي از ميدان ها را در نروژ و هلند با به كاربردن روش تثبيت pH محافظت كرد. روش تثبيت pH امروزه كاملا شناخته شده است و براي سيستم هاي گاز شيرين كه در آن ها گليكول مصرف مي شود، به كار مي رود.كاربرد اين روش براي سيستم هاي ترش، نسبتا جديد مي باشد. در سال 1998 آزمايش هاي كيفي انجام شده توسط شركت توتال در IFE روش تثبيت pH را براي دو خط لوله گاز 105 كيلومتري 32 اينچي دريايي در پارس جنوبي در ايران انتخاب كرد. اين خطوط يك سال است كه راه اندازي شده اند.

• جنبه هاي تئوري حفاظت و كنترل

مكانيزم كلي تثبيت pH براساس به كار بردن يك باز قوي به عنوان تثبيت كننده براي افزايش pH در همه نقاط لوله مي باشد. رسيدن به اين هدف به كمك طيف وسيعي از مواد شيميايي بازي چه از نوع آلي (MDEA, MBTNa) و چه از نوع معدني (NaCO3, NaOH, KOH) ميسر مي شود.اين بازها اسيديته حاصل از گازهاي اسيدي را H2S, CO2كاهش مي دهند. در نتيجه اسيديته سيال در اثر توليد آنيون هاي بي كربنات و بي سولفيد كاهش مي يابد. در اثر افزايش مقدار بي كربنات و بي سولفيد، محصولات خوردگي در pH موردنظر بر روي سطح فلز شكلمي گيرند و يك حفاظت پايدار در برابر ذرات خورنده به وجود مي آورند.

• فاكتورهاي كليدي محافظت در سيستم هاي شيرين

اولين تحقيقات در مورد كارايي اين روش بر روي سيستم هاي شيرين انجام گرفت.هدف اين برنامه بررسي كارايي انواع تثبيت كننده هاي آلي و معدني شامل اندازه گيري خوردگي در حلقه جريان (Flow Loop) و سلول شيشه اي (glass cell) و هم چنين بررسي دقيق خصوصيات لايه هاي خوردگي تشكيل شده برروي سطح فلز بود. زيرا اين لايه ها فاكتورهاي كليدي در مهار خوردگي هستند. نتايج اين تحقيقات در زير آمده است.
-كارايي روش تثبيت pH بستگي به محافظت لايه هاي محصولات خوردگي دارد.
-در شرايط شيرين لايه محصول خوردگي كربنات آهن مي باشد. مقدار محافظت اين لايه و زمان لازم براي دستيابي به محافظت كامل، به دو پارامتر زير بستگي دارد:

# pH محل موردنظر (بستگي به فشار جزيي CO2 وغلظت تثبيت كننده دارد)
#دما: سريع ترين تشكيل لايه محافظ در بالاترين دما صورت مي گيرد و طولاني ترين زمان براي تشكيل لايه محافظ در دماي كمتر از 40 درجه سانتي گرادمي باشد.
-ديگر پارامترها، مثل شرايط اوليه سطح فلز و مقدار آهن حل شده در سيال به عنوان فاكتورهاي ثانويه معرفي شده اند. و برسينتيك تشكيل لايه ها اثر گذارند.
-pH محل برابر با 6.5 محافظت را در شرايط شيرين به طور كامل تضمينمي كند.
-تثبيت كننده هاي آلي و معدني كارايي يكساني را از نقطه نظر خوردگي ايجادمي كنند هر دو آنيون هاي بي كربنات و كربنات مي سازند و انتخاب آن ها براساس شرايط محيطي، در دسترس بودن و ايمني مي باشد.

فاكتورهاي كليدي محافظت در سيستم هاي ترش :

اساس روش تثبيت pH در محيط هاي حاوي H2S (محيط هاي ترش) مشابه با محيط هاي شيرين (فاقد(H2S مي باشد. اما تفاوت هاي اساسي زير را بايد درنظر گرفت:

-در محيط هاي ترش هم مشابه محيط هاي شيرين تشكيل لايه محافظ محصولات خوردگي اساس محافظت مي باشد.
-به دليل حلاليت بسيار كم سولفيد آهن، در مقايسه با كربنات آهن، (هزار برابر كمتر) لايه سولفيد آهن محافظت بهتري نسبت به كربنات آهن دارد و به محض اين كه مقادير H2S به ميزان لازم برسد، لايه سولفيد آهن تشكيل مي شود. سولفيد آهن بسته به pH و دما، در انواع شكل هاي كريستالي (مكنويت، پيروتيت و پيريت) تشكيل مي شود. اين سولفيد ها در pH مشخص، قابليت حفاظت مختلفي دارند.
-با توجه به تأثير دما كمترين محافظت در محدوده 60 تا 70 درجه سانتي گراد وجود دارد. در اين دما و در pHهاي كم، تمايل به حفره دار شدن در فولاد ديده مي شود بنابراين كنترل pH در اين دما حياتي است. در pH برابر با 60 تا 70 درجه سانتي گراد (بحراني ترين دما) هيچ تمايلي به خوردگي ديده نمي شد و لايه هاي سولفيد آهن هم بيشترين حفاظت را در همين pH داشتند.
-همان طور كه انتظار مي رود، سرعت جريان سيال تأثيري بر كيفيت محافظت در كل طول لوله ندارد.

• پايش خوردگي در روش تثبيت pH

پايش خوردگي (CorrosionMonitoring) از طريق بررسي مداوم pH صورت مي گيرد. مقدار pH نبايد كمتر از حد موردنظر باشد. در صورت مناسب بودن مقدار pH مي توان از محافظت در كل خط لوله اطمينان حاصل كرد. با استفاده از پروب pH مي توان مقدار pH را بررسي كرد. اين راه حل فوق العاده است. زيرا پايش به صورت اتوماتيك انجام مي گيرد. اما كاربرد اين پروپ ها در سيستم هاي ترش توصيه نمي شود. بنابراين شركت توتالpH محيط را از طريق بررسي آب گليكول دار در شرايط آزمايشگاهي (فشار bar 1 گاز CO2 ) ارزيابي مي كند.
pH مخلوط MEG و آب از طريق معادله زير محاسبه مي شود.
pH=K+Log[pHstab]-Log(p*%CO2+%H2S)
K ثابت جدايش است كه به مقدار گليكول بستگي دارد.
P فشار كل گاز
[pHstab] غلظت تثبت كننده با واحد مول بر ليتر در اندازه گيري در شرايط آزمايشگاهي مذكور معادله به اين صورت تغيير مي كند.
pH=(1bar CO2)=K+Log(pHstab)
سپس مقادير به دست آمده در آزمايشگاه از طريق معادله زير به pH محيط تبديل مي شود.
pH=(1bar CO2)-Log(P*(%CO2+%H2S)
هم چنين پايش خوردگي با استفاده از كوپن ها و پروب هاي الكتريكي در موقعيت ساعت شش در ورودي و خروجي خطوط انجام مي گيرد.

• نتيجه گيري

روش تزريق بازدارنده به عنوان يكي از روش هاي كنترل خوردگي از ديرباز در صنايع گاز مورد استفاده قرار مي گرفته است. در زير به مقايسه اين روش با روش تثبيت pH مي پردازيم:

•در شرايطي كه MEG در سيستم به كار نمي رود و مشكلات هيدارته شدن وجود ندارد، استفاده از يك تثبيت كننده pH و بازيابي آن در انتهاي خط لوله مقرون به صرف نمي باشد.
•اطمينان از محافظت خط لوله در روش تثبت pH نسبت به تزريق بازدارنده بيشتر است، زيرا مقدار pH در كل خط لوله در حد تشكيل محصولات خوردگي مي باشد.
•در مواردي كه چاه هاي گاز دريايي هستند، تزريق بازدارنده برروي سكو نيازمند افرادي براي تعمير و نگه داري پمپ هاي تزريق مي باشد. در صورتي كه در روش تثبيت pH سكو بدون سكنه رها مي شود و عمليات از ساحل كنترل مي شود.
•در روش تثبيت pH در تجهيزات بازيابيMEG، مقادير زيادي نمك و رسوب كربناتي به وجود مي آيد كه بايستي با استفاده از مواد ضد رسوب در اين تجهيزات آنها را كنترل كرد.
•كنترل منظم pH در خطوط لوله و بررسي مقادير گازهاي اسيدي، در روش تثبيت pH ضروري است در حالي كه در تزريق بازدارنده نيازي به اين كار نيست.
•ايجاد كف، تشكيل امولسيون و تجزيه حرارتي بازدارنده ها و بررسي كنترل كيفيت آن ها، قسمت عمده فعاليت هاي آزمايشگاه هاي هر ميدان است كه در روش تثبيت pH به طور كامل حذف مي شود. انتخاب يك روش مناسب كنترل خوردگي، بستگي به شرايط محيطي و نكات مذكور دارد و با توجه به آزمايش هاي مختلف انجام مي گيرد.

[ghasem motamedi]

حفاظت کاتدي (کاتوديک) چيست؟

امروزه خوردگي شيميايي فلزات از جمله مشكلات اساسي و هزينه ساز صنايع بزرگ به خصوص صنعت نفت، گاز، پتروشيمي، نيروگاهي، آب و فاضلاب و … ميباشد. لوله هاي انتقال و توزيع سوخت و آب، اسكله ها، كشتي ها، كندانسورها، دكلهاي انتقال نيرو، مخازن ذخيره سوخت و ديگر سازه هاي مدفون (و يا غوطه ور) در يك الكتروليت متناسب با شرايط موجود و با توجه به ساختار متالورژيكي خود ، خورده شده و بعد از مدتي كار يك سيستم و پروسه فعال را مختل كرده و منجر به ضرر و زيانهاي غير قابل پيش بيني مي شوند.
اين مبحث باعث انگيزه انجام تحقيقات وسيعي در اين زمينه شده است تا روشهاي عملي مقابله با خوردگي شيميايي فلزات به عرصه ظهور برسد. در خصوص پيشگيري از خوردگي لوله هاي مدفون، كف مخازن روزميني و مخازن زير زميني نتيجه تحقيقات و آزمايشات انجام شده دو روش عمده زير ميباشد:

1) استفاده از انواع پوشش
2) استفاده از سيستم حفاظت كاتديك

از آنجائيكه پوششهاي موجود هيچ يك داراي راندمان 100% نمي باشند لذا داشتن يك سيستم مكمل جهت حفاظت از خوردگي سازه هاي مدفون الزامي به نظر ميرسد. روش تكميلي ياد شده سيستم حفاظت كاتديك ميباشد كه در اين روش با كاتد كردن سازه در حال خورده شدن (كه قبلاً آند بوده است) ميتوان از خوردگي آن جلوگيري نمود.
كاتد كردن سازه با جايگزيني يك منبع تامين كننده الكترون انجام پذير است كه اين منبع تامين كننده يك منبع الكتريكي و يا يك فلز فعال تر (آندتر) از سازه مدفون ما ميباشد. بديهي است استفاده از هريك از روشهاي ياد شده مستلزم صرف هزينه هاي اقتصادي ميباشد ولي با يك بررسي كارشناسي ميتوان نتيجه گرفت كه صرف هزينه هاي اوليه جهت پوشش دادن سازه و نصب سيستم حفاظت كاتدي نه تنها از خطرات جانبي در آينده جلوگيري ميكند بلكه هزينه هاي مربوط به تعويض قطعات، تعميرات و جبران خسارات و زيانهاي وارده را كاهش داده و هزينه هاي لازم جهت نصب چنين سيستم هايي را از نظر اقتصادي توجيه پذيرتر ميسازد.
عوامل بسياري در تعيين و انتخاب روش حفاظت كاتدي موثر ميباشند كه از آن جمله ميتوان به : شرايط الكتروليت، امكان دسترسي به برق، امكان وجود بازرسي هاي آتي، شرايط سازه هاي مجاور، جريانهاي سرگردان، نوع و كيفيت پوشش، مدت زمان طراحي سيستم، شرايط اقتصادي و . . . اشاره نمود.
شرايط اقتصادي يكي از مهمترين عوامل موثر در انتخاب سيستم مي باشد كه در نهايت بايد يك حالت بهينه فني ـ اقتصادي ايجاد شود. در اصل، طراحي يك سيستم حفاظت كاتدي زماني موفقيت آميز خواهد بود كه تمامي شرايط فوق درآن مد نظر قرار گرفته باشد.



1-1-رفتار فلزات مدفون و غوطه ور در زمان استفاده از سيستم حفاظت كاتديك

هرگاه يك فلز در تماس با يك الكتروليت خورده شود، در اين صورت با آزاد شدن الكترون، يون هاي مثبت به داخل الكتروليت منتقل ميشوند. در اين حالت الكترون هاي اضافي در فلز باقي مي مانند. اين فرايند در مورد آهن به صورت زير بيان مي شود:


Fe––› Fe2+ + 2 e


خوردگي توسط انتقال جريان الكترون از فلز به الكتروليت صورت مي گيرد كه به دنبال آن يونهاي مثبت به سمت الكتروليت و الكترون ها به سمت فلز حركت ميكنند. نواحي كه اين جريان از آنها عبور ميكند را مناطق آندي و واكنش مربوطه را واكنش آندي مي نامند (در بخشهاي بعدي به آن اشاره كامل خواهد شد). اكثر اوقات يونهاي فلزي با يونهاي منفي داخل الكتروليت واكنش داده و محصولات خوردگي تشكيل شوند (براي مثال زنگ آهن در فولاد). بطور عمده اين واكنش ها اثري بر روي واكنش خوردگي نمي گذارند مگر در زمانيكه محصولات ناشي از خوردگي، مقاوم در برابر تهاجمات خوردگي باشند. در نهايت بايستي از نظر بار الكتريكي يك تعادل برقرار شود. جهت متعادل شدن واكنش از نظر بار الكتريكي، بايد يك جريان از محلول (الكتروليت) به سمت فلز حركت كند و الكترون ها در محيط ديگري كه منطقه كاتدي ناميده ميشود، مصرف ميشوند. ميزان انتقال جريان در اين واكنشها سرعت خوردگي را تعيين مينمايد. براي مثال در مورد فولاد به ازا هر اتمي كه وارد الكتروليت ميشود دو اتم در سطح فلز آزاد ميشود.
ميزان اختلاف پتانسيل بين سطح فلزات و الكتروليت آنها با توجه به دانسيته جريان و جهت انتقال جريان تغيير ميكند. اين تغييرات را پلاريزاسيون مي نامند. اختلاف پتانسيل فوق بستگي به نوع واكنش هاي شيميايي در سطح فلز دارد. پتانسيل فصل مشترك فلز ـ الكتروليت را ميتوان با استفاده ار الكترود مرجع اندازه گيري نمود. ميزان اختلاف پتانسيل اندازه گيري شده نه تنها بستگي به نوع فلز و الكتروليت دارد بلكه نوع الكترود مرجع نيز در آن تاثير گذار ميباشد. لذا در اندازه گيريهاي اختلاف پتانسيل بين خاك و سازه مدفون فولادي عموماً از الكترود مرجع مس ـ سولفات مس استفاده ميشود.

1-2- اصول كلي حفاظت كاتدي

لازمه انجام واكنشهاي مربوط به خوردگي وجود مناطق آندي و كاتدي ميباشد. اگر الكترون هاي سازه از يك منبع خارجي تامين شوند، ميزان حركت يونهاي مثبت از سطح فلز كاهش و سرعت واكنش كاتدي افزايش مي يابد. اگر پتانسيل فلز با اعمال الكترونهاي خارجي از مقدار Ecorr (پتانسيل خوردگي فلز در حالت طبيعي ) به مقدار Ep (پتانسيل حفاظتي فلز پس از اعمال حفاظت كاتدي) كاهش يابد (اين مقادير در نمودارهاي مربوط به پلاريزاسيون فولاد موجود است)، در نتيجه جريان آندي و يورش خوردگي متوقف شده و حفاظت كاتدي حاصل مي گردد. جريان كاتدي (IP) توسط يك منبع خارجي تامين ميگردد، كه اين منبع خارجي يا يك آند فلزي (روش آندهاي فدا شونده) و يا يك منبع ولتاژ برق DC (روش اعمال جريان) ميباشد.
1-2-1- معيارهاي حفاظت كاتدي

اكثر فلزات در برابر خوردگي با اعمال جريان حفاظت مي شوند، بطوريكه پتانسيل آنها در پتانسيل منفي تر از پتانسيل سازه نسبت به محيط قرار گيرد. جريان مستقيم از طريق آندهاي فداشونده (SACRIFICIALANODES) و يا سيستم اعمال جريان(IMPRESSED CURRENT) فراهم ميشود. تعيين و اندازه گيري پتانسيل تحت حفاظت نسبت به محيط اطرافش ميتواند نمايانگر درجه و ميزان حفاظت آن سازه باشد. از استاندارد NACE - RPO169-83 به عنوان معيار سيستم حفاظت كاتدي سازه هاي غوطه ور يا مدفون استفاده مي شود. در خيلي از شرايط ميتوان خوردگي را در مقادير كمتر نيز حفاظت كاتدي نمود. اين معيار در استانداردNACE-RPO169-83 تحت عنوان ” كنترل خوردگي خارجي سيستم هاي خطوط لوله فلزي غوطه ور يا مدفون” بيان شده است. پتانسيل mv 850- براي اولين بار توسط R.J.Kuhn در سال 1933 بيان شده و جهت حفاظت كاتدي سازه هاي فولادي غوطه ور و يا مدفون پذيرفته شد.
كاربردي ترين معيار، معيار mv 850- ميباشد. معيار پتانسيل حفاظت كاتدي عبارتست از اندازه گيري پتانسيل خط لوله – خاك كه اين اختلاف پتانسيل توسط الكترود مرجع مس ـ سولفات مس اندازه گيري ميشود. در انتخاب معيار حفاظت كاتدي بايد مسائل مربوط به هزينه هاي بالاي تعميرات و حفظ سرمايه هاي ملي در نظر گرفته شود كه در نهايت به شرايط محيطي، پوشش سازه و در دسترس بودن نيروي برق بستگي دارد. يك محيط خورنده كه سازه موجود در آن داراي پوشش ضعيفي باشد و يا نيروي برق در دسترس نباشد، دلالت بر استفاده از يك معيار با ضريب احتياط بالا ميكند. عدم تغيير در اصل طراحي نيز اشاره بر اين امر دارد كه حفاظت كاتدي براي سازه هاي حفاظت شده، به راحتي انجام شده است. به هر حال تكنيك هاي مراقبت و مونيتورينگ قادر به حل و فصل مطلوب هزينه هاي كنترل خوردگي بدون كاهش اثرات جلوگيري از خوردگي آنها مي باشد.

1-2-2- مدار يك سيستم حفاظت كاتدي

بديهي است براي داشتن يك سيستم حفاظت كاتدي بايستي مدار الكتريكي آن كامل باشد براي اين منظور لازمست تا اجزا تشكيل دهنده اين مدار شناخته و مورد ارزيابي قرار گيرند. بطور كلي اين اجزا عبارتند از:

الف)كاتد: سازه و تاسيسات فلزي مدفون و يا غوطه ور در يك الكتروليت كه بايستي با استفاده از روش حفاظت كاتدي از خوردگي شيميايي آنها جلوگيري به عمل آيد، كاتد ناميده ميشود. در واقع اين سازه فلزي قبل از نصب چنين سيستمي آند بوده و در حال از دست دادن الكترون و خورده شدن بوده است، كه با اعمال سيستم حفاظت كاتدي و قرار گرفتن در مدار اين سيستم از آند به كاتد تبديل شده و در نتيجه خوردگي آن متوقف مي شود.

ب) آند: عنصر و يا آلياژي كه در آن واكنش آندي رخ داده و به مرور زمان و بر اساس مقدار جريان اعمالي از وزن و حجم آن كاسته ميگردد آند ناميده ميشود. جنس و آلياژ اين آندها، بسته به نوع روش سيستم حفاظت كاتدي و محيط اطراف متغير است.

ج) الكتروليت: محيطي كه در آن تبادل الكترون و واكنش يوني اتفاق ميافتد و معمولاً از جنس خاك و يا آب ميباشد الكتروليت ناميده ميشود.

د) اتصالات الكتريكي: جهت تكميل مدار الكتريكي يك سيستم حفاظت كاتدي و انتقال الكترونها، از كابلهاي مسي استفاده ميشود كه ايجاد اتصال آنها در باند باكسهاي مربوطه انجام مي پذيرد.

هـ) منبع تغذيه: جهت تامين الكترون مورد نياز و اعمال اختلاف پتانسيل لازم بين كاتد و الكتروليت (در روش اعمال جريان) از يك منبع تغذيه DC استفاده مي شود. اين منبع تغذيه، جريان مستقيم مورد نياز جهت حفاظت سازه را تأمين مي كند.

1-3- انواع روشهاي سيستم حفاظت كاتدي (کاتوديک يا کاتديک)

با توجه به نوع آند بكار رفته و نحوه عملكرد، سيستم به دو روش عمده تقسيم بندي ميشود:
- روش آند فداشونده(SacrificialAnodes)
- روش اعمال جريان (Impressed Current)

حال به تشريح هريك از روشهاي فوق مي پردازيم.

1-3-1- سيستم حفاظت كاتدي به روش آندهاي فدا شونده

آندهاي فدا شونده شامل آلياژهايي از منيزيم، روي و آلومينيوم ميباشند. اين آندها در خاك يا در آب به صورت ساده و يا همراه با يك پشت بند (BackFill) مخصوص نصب ميشوند.
اين نوع آندها در سيستمهاي حفاظت كاتديک مربوط به خطوط لوله بصورت انفرادي و يا گروهي به خط لوله تحت حفاظت كاتدي نصب ميگردند. محدوديتهايي در استفاده از اين نوع آندها وجود دارد كه مربوط به اختلاف پتانسيل فصل مشترك سازه ـ آند و ميزان مقاومت الكتريكي خاك (ρ) ميباشد. از اين روش جهت حفاظت كاتدي سازه هاي كه به جريان كمي نياز داشته و يا در خاكي با مقاومت الكتريكي پائين مستقر ميباشد، استفاده ميگردد. ميتوان از اين نوع آندها به صورت نواري شكل كه در تمام طول مسير خط لوله نصب ميشوند نيز جهت جلوگيري از خوردگي استفاده كرد. طبق استانداردهاي IPS-E-TP-820, IPS-D-TP-711. از آندهاي فداشونده در موارد زير ميتوان استفاده نمود:
الف - خطوط لوله با پوشش خوب كه نياز به جريان حفاظتي خيلي كمي دارند.
ب - رفع مشكلات مربوط به تداخل و جريان هاي سرگردان
ج -خطوط لوله كوتاه با پوشش خوب
د - در نقاط مشخصي بر روي خطوط لوله (نقاط بحراني) كه ممكن است تنها چند فوت از خط لوله نياز به حفاظت داشته باشد.
هـ - فراهم نمودن حفاظت موقتي قسمتي از خط لوله مدفون كه در شرايط خوردگي موضعي قرار دارد. مانند منطقه عبور خط لوله از عرض رودخانه .
و - جهت حفاظت كف مخازن رو زميني كه داراي سطح وسيعي نباشند.

- آندهاي مورد مصرف روش آند فداشونده:

انواع آندهاي مورد مصرف در روش فدا شونده عبارتند از:
1) آندهاي روي 2) آندهاي منيزيم 3) آندهاي آلومينيوم
با توجه به الكتروليت موجود در يك منطقه نوع آند مصرفي براي محيط متفاوت است و اين تفاوت ناشي از شرايط ويژه الكتروليت از جمله مقاومت ويژه، PH، رطوبت و همچنين خواص و قابليتهاي هر يك از آندهاي ياد شده ميباشد. به عنوان نمونه آندهاي فداشونده با توجه به الكتروليت و مقدار مقاومت آن به صورت زير دسته بندي ميشوند:
الف) آندهاي مصرفي در آب:




مقاومت الكتريكي آب(Ohm-Cm)







نوع آند مصرفي



كمتر از 150







آلومينيوم







كمتر از ۵۰۰







روي







بيشتر از ۵۰۰



منيزيم







ب) آندهاي مصرفي در خاك:




مقاومت الكتريكي خاک(Ohm-Cm)







نوع آند مصرفي





كمتر از 150۰



روي



كمتر از ۵۰۰۰



منيزيم (استاندارد)



کمتر از ۶۰۰۰



منيزيم (پتانسيل بالا)


۱-3-2- سيستم حفاظت كاتدي به روش اعمال جريان

يك سيستم اعمال جريان بايد شامل يك يا چند ايستگاه به عنوان منبع جريان DC، بستر آندي و كابل هادي جريان باشد. موقعيت اين ايستگاه ها در طول خط لوله بستگي به امكان دسترسي به نيروي برق متناوب و ميزان كاهش پتانسيل دارد. كاهش ميزان حفاظت يك خط لوله از محل نصب سيستم حفاظت كاتدي نيز بستگي به مقاومت طولي خط لوله و هدايت پوشش لوله دارد.
معيار احداث بسترهاي آندي عمودي و افقي بايستي بر اساس استاندارد IPS-C-TP-820 بوده و انتخاب محل بسترهاي مذكور بايستي پس از بررسي نتايج مربوط به بازرسي و كنترل محيطي صورت پذيرد. حداقل فاصله بستر آندي از خط لوله مدفون يا سازه هاي مجاور بستگي به مقدار جريان مورد نياز سيستم داشته و با افزايش مقدار جريان اين فاصله نيز افزايش خواهد يافت.
معيار اين فاصله عبارتست از : 50 متر براي 30 آمپر، 100متر براي 50 آمپر، 200 متر براي 100 آمپر و 300 متر براي 150 آمپر ميباشد. ابعاد كابلهاي مورد مصرف در اين سيستمها بايد به گونه اي انتخاب شوند كه در زمانيكه حداكثر جريان طراحي از مدار عبور مي كند، ميزان افت ولتاژ كمتر از 5 درصد باشد. اطلاعات مربوط به كابلها و سيمهاي مورد مصرف در اين نوع سيستمها در استاندارد IPS-M-TP-750 و DIN VDE 027 موجود ميباشد. تمامي كابلهاي مربوط به خروجي از قطب مثبت ركتيفاير به بسترهاي آندي بايد پيوسته بوده و حداكثر 150 متر طول داشته باشند.
سيستم حفاظت كاتدي به روش اعمال جريان بهتر است در خارج از محلي كه خطر انفجار و آتش سوزي دارد طراحي و نصب گردد، مگر در حالات استثنا كه بايستي بر اساس استانداردهايDIN-VDE-0165 و ياEN50014 , AFK-EmpfehlungNo.5 صورت پذيرد. به عبارت ديگر استفاده از ترانسفورمر ـ ركتيفاير، جعبه هاي اتصال (BOND BOX)، جعبه هاي اندازه گيري اختلاف پتانسيل(TEST POINT OR TEST BOX) بايستي از نوع ضد انفجار طراحي و مورد استفاده قرارگيرد.

- آندهاي مورد مصرف در روش اعمال جريان:

- آند چدن پر سيليس (سيليكون)
- آند آلياژ دور يكلر
- آند چدن پر سيليس كروم دار
- آند پلاتينيوم
- آند چدن پرسيليس موليبدن دار
- آند گرافيتي

عمده ترين آندي كه در روش اعمال جريان مورد استفاده دارد آند چدن پرسيليس ميباشد، اين نوع آندها در پشت بندهاي كربني كارآيي آندهاي گرافيتي را داشته و در خاكهايي با مقاومت ويژه كم نسبت به آندهاي گرافيتي ارجحيت دارند. همچنين امكان استفاده از اين آندها در دانسيته جريان هاي بالا وجود دارد. عناصر تشكيل دهنده اين نوع آلياژ عبارتند از : 95/0% منگنز, 7/0%سيليسيم, 4/14%کربن و مابقي آهن.
كارآيي يك آند با نحوه نصب آن داراي رابطه مستقيم مي باشد، به قسمي كه يك عايق بندي ضعيف در محل اتصال به واسطه خوردگي حفره اي به مقدار قابل توجهي از كار آيي آند مي كاهد. عمر مفيد آندهاي مذكور معمولاً تا زماني در نظر گرفته ميشوند كه قطر آنها در حدود 33% كاهش يابد كه البته اين مقدار بستگي به قطر اوليه و ميزان خوردگي حفره اي و همچنين تنشهاي مكانيكي دارد. بنابراين دو برابر كردن سطح مقطع آند عمر مفيد را بيش از دو برابر افزايش خواهد داد.اين نوع آلياژ داراي مقاومت بسيار بالايي در بسياري از محيطهاي خورنده ميباشد. استثنا قابل توجه در اين مورد اسيد فلوريدريك است، در حقيقت اين چدنها مقاومترين فلزات و آلياژهاي تجارتي (غير گرانبها) ميباشند.
مشخصات برخي از آندهاي مورد مصرف در سيستمهاي حفاظت كاتدي به روش اعمال جريان در جدول 1-1 آورده شده است.

1-4- انواع بسترهاي آندي

معمولاُ با توجه به اطلاعات بدست آمده از منطقه و اطلاعات حاصل از اندازه گيري مقاومت خاك و همچنين تجمع و محل استقرار ديگر تاسيسات، ساختمانها و سازه ها ، نوع و تعداد بستر انتخاب و در بخش طراحي با توجه به آن اقدامات لازم جهت انجام محاسبات صورت ميگيرد.
با توجه به شكل فيزيكي و نوع پشت بند مصرفي، بستر هاي آندي به دو دسته عمده بسترهاي آندي سطحي و بسترهاي آندي عميق تقسيم ميشوند:

1-4-1- بستـرهاي آندي سطحـي

اين نوع بسترها كه عمق بستر بندرت به بيش از 5 متر ميرسد، خود به دو دسته عمده زير تقسيم ميشوند:

الف ـ بستـر آندي افقـي

در اين نوع بسترها، آندهاي مورد مصرف به شكل افقي و در كانالي به عرض 60 سانتي متر و به عمق 2 الي 3 متر و به فاصله مركز به مركز 3 الي 8 متر از يكديگر قرار ميگيرند.
پشت بند اين نوع بسترها كك ميباشد كه بايستي به ضخامت 15 سانتي متر زير و روي آندها را بپوشاند به عبارت ديگر استوانه اي به قطر 30 سانتي متر (يك فوت) و به طول بستر آندي از كك كوبيده شده داشته باشيم كه آندها در مركز آن قرار گرفته اند. در اين نوع بسترها جهت انتقال گازهاي حاصل از واكنشهاي شيميايي به سطح زمين از لوله هاي ونت به قطر 4 الي 8 اينچ و از جنس آزبست استفاده ميشود.
اين نوع بستر بدليل صرفه اقتصادي در حفاري و آماده سازي بستر و استقرار آندها بيشتر از بسترهاي ديگر مورد استفاده قرار ميگيرند. ولي بدليل آنكه در اين بسترها با تعداد آند زياد به حفاري در طول زيادتري نيازمي باشد و لذا در اماكن و مناطقي كه از بابت تملك زمين و تجمع سازه ها و تاسيسات ديگر محدوديت دارد استفاده از چنين بسترهايي محدوديت خواهد داشت.

ب - بستـر آندي عمـودي

در اين نوع بسترها كه بيشتر در شبكه هاي توزيع گاز طبيعي، نفت، آب، مخازن ذخيره سازي و … استفاده ميشود.آندها به صورت عمودي و در كانالهايي به قطر 30 الي 50 سانتي متر و به عمق حدود 3 متر و به فاصله مركز به مركز 3 الي 10 متر از يكديگر قرار مي گيرند كه پشت بند ككي آندها بايستي به قطر حداقل 30 سانتي متر دور تا دور آندها را پركند . در اين نوع بسترها نيز از لوله هاي ونت جهت تسهيل درخروج گازهاي حاصل از واكنشهاي شيميايي استفاده به عمل مي آيد .

1-4-2- بستـرهاي آندي عميـق

از بسترهاي آندي عميق در مناطقي كه طبقات بالايي خاك مقاومت مخصوص بالايي داشته و يا امكان ايجاد بسترهاي آندي افقي و عمودي غير ممكن باشد و همچنين در مواقعي كه تجمع سازه هاي مدفون را داشته باشيم، استفاده به عمل مي آيد. اين نوع بسترها عبارتند از:

الف - بستر آندي چاهي خشك

در اين نوع بسترها آندها به صورت عمودي و در يك راستا در كانالي به قطر 30 الي 50 سانتي متر و به عمقي كه بستگي به تعداد آندها دارد قرار ميگرند . در اين نوع بستر پشت بندآندها كك مي باشد و لوله ونت مصرفي از جنس فولاد گالوانيزه مي باشد. عمق اين نوع بستر بستگي به تعداد آندهاي مصرفي دارد ، به عبارت ديگر با توجه به اينكه فاصله مركز به مركز آندها عموما” 3 متر مي باشد و اولين آند تا سطح زمين بايستي حداقل 5/1 متر و آخرين آند تا انتهاي بستر حداقل 5/0 متر فاصله داشته باشد ، لذا مي توان در محاسبات عمق بستر را بدست آورد . ولي لازم به ذكر است كه بنا به نظر طراح فاصله ها و عمق مذكور قابل تغيير مي باشد.

ب - بستر آندي چاهيِ تر

اين نوع بستر مشابهت زيادي با بستر آندي چاهي خشك دارد با اين تفاوت كه در اين نوع بستر پشت بند مصرفي براي آندها آب مي باشد، به عبارت ديگر عمق اين نوع بسترها بستگي به عمق سفره هاي آب زيرزميني دارد، يعني بايستي حفاري تا عمقي انجام پذيرد كه آب كل عمق بستر را در برگرفته و حداقل 12 متر از سطح آند اول بالاتر قرارگيرد .
در اين نوع بستر آندها به وسيله طناب مخصوص و با استفاده از قرقره در مركز چاه قرار مي گيرند و فاصله مركز به مركز آنها كه بايستي حدود 3 متر باشد به وسيله طناب ها تنظيم ميگردد.
كابل آندها مانند بستر چاهي خشك بوسيله دو راهي اتصال كابل به كابل بستر متصل شده و از هر آند يك كابل به باند باكس مثبت كه معمولاً يك باند باكس هشت ترميناله مي باشد اتصال پيدا مي كند. در اين نوع بستر جهت جلوگيري از ريزش كانال معمولاً از يك لوله فولادي به قطر 12 اينج ( قطر بستر ) و به طول بستر استفاده ميگردد. از اين نوع بسترها بدليل هزينه بالاي حفاري و نصب آندها در مواقع خاصي استفاده مي گردد.

۱-5- نحوه حصول اطمينان از عملكرد يك سيستم حفاظت كاتدي

پس از نصب يك سيستم حفاظت كاتدي، جهت حصول اطمينان از عملكرد سيستم، بايد اختلاف پتانسيل بين خاك و سازه فلزي مدفون اندازه گيري شود. اساس اين اندازه گيري اعمال يك جريان (حاصل از اختلاف پتانسيل بين خاك و سازه تحت حفاظت) ميباشد. اختلاف پتانسيل مذكور در اثر افت ولتاژ سازه مدفون، مقاومت بين سازه و خاك و در نهايت پلاريزاسيون ميباشد. واضح است كه با توجه به شرايط خاك از نظر مقاومت الكتريكي و درجه عايقي پوشش مصرفي و سطح لوله، مقدار جريان مورد نياز جهت جلوگيري از خوردگي سطح سازه مدفون، متفاوت خواهد بود. لذا نميتوان مقدار جريان را به عنوان معياري جهت ارزيابي نحوه عملكرد سازه مدفون تحت حفاظت كاتدي استفاده نمود. بنابراين پتانسيل جديدي را كه لوله بعد از اعمال جريان حفاظتي اختيار خواهد كرد به عنوان معيار محسوب مينمايند. استانداردهايي جهت كمك به اندازه گيري نحوه عملكرد يك سيستم حفاظت كاتدي تهيه شده است كه در بخش معيار هاي حفاظت كاتدي به آن اشاره گرديد. معيار فوق براي سازه اي از جنس فولاد در الكتروليتي مانند خاك برابرmv850- ميباشد. مقدار منفي بيانگر اين واقعيت است كه سازه نسبت به خاك از پتانسيل منفي تري برخوردار بوده و جريان حفاظت كاتدي به سمت محيط هاي آندي جريان دارد.

اندازه گيري اين اختلاف پتانسيل بايستي در فواصل مكاني و زماني مشخص كه توسط طراح سيستم تعيين ميگردد انجام پذيرد. در فواصل مكاني مشخصي كه حداقل هر 500 متر و حداكثر هر 1000 متر ميباشد با نصب يك ايستگاه اندازه گيري پتانسيل سهل تر خواهد گرديد. اين ايستگاه كه تست پوينت (TEST POINT) ناميده ميشود شامل جعبه اي است كه كابل متصل شده به لوله (و يا هر سازه فلزي تحت پوشش سيستم حفاظت كاتدي) به روش جوش احتراقي (CADWELD) در آن مستقر گرديده است. تا اندازه گيري مذكور توسط يك ولتمتر و نيم پيل مرجع مس ـ سولفات مس انجام پذيرد. استفاده از نيم پيل مرجع دائمي در كف مخازن روزميني با قطر زياد از جمله مواردي است كه طراح جهت سهولت و امكان انجام اين اندازه گيري بايستي به آن توجه داشته باشد.
معيار اختلاف پتانسيل ياد شده بستگي به شرايط محيطي متفاوت خواهد بوده به عنوان نمونه در صورتيكه وجود خوردگي ميكروبيولوژي در خاك منطقه به اثبات رسد اين معيار يعني mv 850- حداقل mv 100- شيفت پيدا كرده و به mv 950- ميرسد به عبارت ديگر در مناطقي كه خوردگي ميكروبيولوژي در خاك منطقه وجود داشته باشد اين معيار حداقل mv 950- خواهد بود. همانطور كه اين معيار داراي حداقل ميباشد بديهي است كه داراي رنجي به عنوان حداكثر مقدار مجاز نيز باشد. حداكثر مقدار اين معيار بستگي به نوع پوشش لوله دارد. بدين ترتيب كه اگر پوشش لوله از نوع سرد باشد اين مقدار نبايستي از mv 1600- تجاوز نمايد و در صورتيكه پوشش لوله از نوع گرم باشد حداكثر مقدار مجاز اين معيار mv 2200- خواهد بود. در صورتيكه حداكثر معيار فوق رعايت نشود پوشش لوله آسيب ديده و عواقب بعدي را به دنبال خواهد داشت.

1-6- واكنش هاي آندي

يكي از واكنشهايي كه پس از نصب و راه اندازي سيستمهاي حفاظت كاتدي انجام پذير ميباشند واكنش آندي مي باشد. واكنشهاي اكسيداسيون زيادي وجود دارند كه ممكن است روي سطح يك آند رخ دهد. جنس آندهاي مورد مصرف و شرايط محيط باعث ميگردند تا يكي از واكنشهاي فوق بر ديگر واكنشها غلبه كرده و عموماً اتفاق افتد.
سه واكنش اوليه كه در سطح آند رخ ميدهند عبارتند از :
- اكسيد اسيون فلز
- متصاعد شدن اكسيژن
- متصاعد شدن كلر

در آندهاي فدا شونده واكنش آندي اوليه بطور نرمال اكسيداسيون فلز است يعني: M –› Mn+ + ne

با توجه به اينكه در خاك هاي خنثي يون فلز ناپايدار است و با آب براي تشكيل يك هيدروكسيد يا اكسيد هيدراته و يون هاي هيدروژن واكنش انجام مي دهد بنابراين داريم كه:M+ + H2O –› MOH + H+

اين واكنش ها تا زماني كه مصرف آندها ادامه دارد باعث بوجود آمدن جريان ميگردند. براي آندهاي مورد مصرف در روش اعمال جريان در مناطقي كه خاك و آب داراي ميزان خيلي كمي از كلريد هستند واكنش اوليه آندي متصاعد شدن اكسيژن است يعني در اين آندها واكنش زير رخ مي دهد: 2H2O –› O2 + 4H+ +4e

وقتي كه يون هاي سولفات در الكتروليت حضور داشته باشند واكنشهايي مشابه واكنشهاي زير اتفاق مي افتد:

SO42-+ 2H2O –› 2H2SO4 + O2 + 4e

2H2SO4 –› SO42- + O2 + 2H+

2Cl- –› Cl2 + 2e

اكسيژن مجدداً آزاد شده و هيدروژن بصورت يون تشكيل ميگردد. متصاعد شدن كلر واكنشي است كه روي سطح آندهاي روش اعمال جريان در حضور يون هاي كلريد اتفاق مي افتد، سپس گاز كلر با آب براي تشكيل اسيد هيپوكلرو و هيدروكلريك واكنش خواهد داد. اسيد هيپوكلرو تجزيه شده و يون هاي هيدروژن نيز متناسب با مقدار اسيد تشكيل مي شوند. بنابراين متصاعد شدن كلر pH در سطح آند را كمتر از متصاعد شدن اكسيژن كاهش مي دهد. در جائيكه ذغال كك بعنوان مواد پر كننده براي آندهاي روش اعمال جريان استفاده مي شود واكنش هاي آندي در سطح ذرات كك بصورت زير اتفاق مي افتند:
C + H2O + 2e –› CO + 2H+



C + 2H2O + 4e –› CO2 + 4H+

تمام واكنش هاي اصلي آندي باعث كاهش pH محلول در محدوده آند ميشوند. پتاسيل استاندارد400/0+ redox ولت براي يونهاي هيدروكسيل و 136/0 + ولت براي يونهاي كلر است . ازيك ديدگاه ترموديناميكي اگر يك آند درالكتروليتي حاوي هر دو يون پلاريزه شده باشد ابتدا اكسيژن متصاعد شده و بعد از آن كلر متصاعد مي شود. در عمل اين مسئله لزوماً واقعيت ندارد. بعنوان مثال در آندهاي گرافيتي افزايش ولتاژ براي متصاعد شدن اكسيژن خيلي بيشتر اززماني است كه براي متصاعد شدن كلر داريم. در يك آند گرافيتي هرگاه از طريق آند واكنش پلاريزه شدن انجام شود قبل از هر چيز گاز كلر متصاعد ميگردد.

[ghasem motamedi]

با پیشرفت تكنولوژی بدست آوردن مواد جدید از اهمیت خاصی برای دانشمندان برخوردار است و می تواند اثر بسیار شگرفی بر زندگی بشر داشته باشد . فوم های فلزی یكی از این مواد هستند كه دانشمندان با بوجود آوردن آنها پای در فضای گسترده و جدید صنعتی گذاشتند .
عموما مابین 75% تا 95% ساختار فوم از منفذ ساخته شده است كه می تواند متصل به هم یا به هم چسبیده باشد .
فوم های فلزی سخت هستند بر خلاف فوم های پلاستیكی و تا زمانیكه آنها را برش ندهید مانند فلز جامد به نظر می رسند . ( به یاد داشته باشید كه به خاطر چگالی پایین آلومینیوم معمولا از این فلز ساخته می شوند ) .

تاریخچه فوم فلزی :
فرآیند اول :
نخستین ثبت در مورد فوم های فلزی به سال 1984 باز می گردد . زمانی كه benjamin sosnick برای ارائه پروسه ای در مورد ساختن جرم فلزی فوم شكل دارای حق امتیاز شد . روش او بر اساس بكار گرفتن این واقعیت بود كه آلیاژ های فلزی مركبی كه شامل دامنه بسیار وسیع و متفاوتی از نقاط ذوب و جوش است می توانند مستقیما ذوب شوند یا به جوش آیند . در این فرآیند ، به یك آلیاژ فلزی چند فازی گرما داده می شود در تركیب این آلیاژ انتخاب شده یكی از اجزای آن بخار میشود در حالیكه بقیه اجزا تنها ذوب شدند این آلیاژ ضمن حرارت دادند ، در یك مجرای تحت فشار نگهداری میشود به همین خاطر جزء گازی آن نمیتواند از مایع فرار كند . برقراری فشار باعث بخار شدن ناگهانی مخلوط می شود كه در نهایت میتوان با سرد كردن آن مخلوط به یك فرم جامد پر از منفذ های نزدیك به هم رسید موارد استفاده پیشنهادی بهبود مقاومت در برابر فشردگی فوم را نشان میدهد كه همچنین جاذب گرما و صدا است . به طور واضح ، تنها مقدار كمی از آلیاژهای فلزی مركب برای این فرآیند واقعا مناسب هستند . این فرآیند نسبتا گران تمام میشد و در نهایت هم تنها مقدار نسبتا كمی از فوم غیر معمول را تولید میكرد و شاید به همین دلیل بود كه هیچگاه به طور وسیع مورد استفاده قرار نگرفت .
فوم های سلول باز :
بعدها در سال 1950 اولین سلول فوم فلزی باز تولید شد كه شامل پراكندن آلومینیوم مذاب در دانه های خورد توده نمكی فشرده شده می باشد كه بعد از آن نمك را حل كرده تا منفذ هایی در میان آن باقی بماند این فرآیند ساختار فوم قابل اطمینان تری نسبت به متد sosnick تولید میكرد اما در حال حاضر هنوز هم به آن به عنوان یك چیز كمیاب نگریسته میشود تا یك ابزار مهندسی .
ورود عامل فومی :
در سال 1959 ، تحقیق كاملا متفاوتی انجام شد اعضای این گروه تحقیقاتی روشی برای ساختن فوم به نام خود ثبت كردند كه اساس آن ساختن فوم با مخلوط كردن فلز پودری با پودر فلز فومی گازی بود . پودر فلز فومی گازی باید كاملا به دقت انتخاب میشد تا مقدار بسیار زیادی از گاز را در دمای ذوب فلز تجزیه و آزاد كند این مخلوط پودری به صورت سرد فشرده شده و از غالب خارج میشود تا یك ماده جامد فلزی همراه با فوم های منتشر شده در آن تولید شود زمانیكه این جسم جامد حرارت میبیند تا به نقطه ذوب فلز برسد عامل فومی تجزیه میشود تا گاز را به فلز مذاب تزریق كند و فلز فومی تشكیل شود . فلز هیدروژن دار ( مخصوصا هیدرید تیتانیوم ) كه در دمای پایین به سهولت به فلز و گاز هیدروژن تجزیه میشود و در بسیاری از متد های ساخت فومهای تجارتی متداول است به عنوان اولین ظهور عامل فومی به ثبت رسید .
خنك كردن فوم یك مشكل اساسی بود و این به معنی آن است كه گرمای منبع نسبتا سریع میتواند از بین برود اما فلز همچنان گرم و داغ باقی می ماند و مستعد برای تبدیل به فلز مذاب است قبل از آنكه به اندازه كافی سرد شود .
تحقیقات نشان میدهد كه استفاده از آب به عنوان عامل سردكننده و یا گرم كردن تنها بخشی از فوم میتواند به طور كلی مانع از این مشكل گردد .

فوم سازی به صورت مستقیم از طریق ذوب :
چهار سال بعد تحقیقی نسبتا وسیع انجام شد كه شامل متدی بود كه در آن عامل فوم ساز را مستقیما به فلز نیم گداخته اضافه میكردند سودی كه این روش داشت تولید بسیار ارزانتر فوم نسبت به متد پودری بود یك پیشرفت جدید آن بود كه مشتقی از فلز سیلیس را به آلومینیوم مذاب اضافه میكردند و از آن برای افزایش چسبناكی و به دام انداختن گاز آزاد شده استفاده میكردند ایده جدید دیگر استفاده از خاك رس به جای فلزات هیدراته برای عامل فوم سازی بود كه میتوان مولكولهای آب به دام انداخته شده در ساختار آنها را به هنگام اضافه كردن به ماده مذاب به صورت بخار آب آزاد كرد . تعداد اندكی از موسسات كار بر روی فوم های پودری فلزی را ادامه دادند و به خاطر هزینه آن به تولید در آزمایشگاهها منحصر شد و به تولید تجاری نرسید در مقابل آن فوم هایی كه به روش ذوب تهیه میشوند اصلی ترین مركز توجه علایق تجاری هستند . دانشگاهها و كارخانجات زیادی مشغول كار بر روی فومها هستند و پروسه های جدید تولید فوم از راه نفوذ دادن ، خلع كردن و… انجام شده است .
اساس فوم :
فوم ها با اساس ذوبی كمكم به روش اولیه تولید فوم چیده شده اند كارخانجات بسیاری تولید فوم فلزی را شروع كردند . تحقیقات جدید در پایگاههای علمی با هدف ارتقاء كیفیت فومها فومهاییست كه با روش ذوبی تولید میشوند در حالیكه از هزینه های بالایی كه در تولیدات محصولات فوم به روش پودری ایجاد می شود میتوان به این طریق اجتناب كرد .
فوم كردن فلزات دیگر
تا امروز تقریبا تمام تحقیقات متمركز در فومهای آلومینیومی بوده است ( به خاطر چگالی پایین و مقاومت در برابر خوردگی و نقطه ذوب پایین كه كار با آن را آسان میكند ) در هر حال فومهای آهن ، نیكل ، سرب نیز تولید شده اند .
فومهای نیكل را به عنوان فیلترهای شیمیایی به كار میگیرند . دیگر فومها كیفیت مشكوكی دارند و در حال حاضر موضوع تحقیقات دانشمندان میباشد .
كابردهای فومهای فلزی :
هیچ خاصیتی از فومهای فلزی ویژه و استثنائی نیست بیشتر خواص ماده آنها ( از قبیل چگالی ، سختی و دوام و …. ) در هر نوع ماده دیگری نیز یافت میشوند . نكته مهم در بازار فروش فومهای فلزی در كل ( به ویژه فومهای آلومینیوم ) در تركیب بینظیر كیفیت هاییست كه در هیچ ماده دیگری یافت نشده است :

قدرت بالا ( 10mpa ) و سختی ( 1gpa)
چگالی بسیار پایین ( حدودا 2/0چگالی آلومینیوم جامد )
توانایی جذب مقادیر بالای انرژی با تحمل فشار در زمان فشرده شدن در هر جهت .
مواد ساختاری :
فومها سختی نسبتا بالا و چگالی پایین را بیش از ماده مولد خود دارا می باشند مهم است بدانیم كه اگر تنها قدرت مستقیم را در نظر بگیریم ، فومها غالبا كاربرد مشابه یا حتی بدتری از مواد جامد هم وزن خود ارائه میدهند نقطه قوت فومها زمانی آشكار میشود كه فشارهای منجربه خم شدن را به عنوان یكی از كیفیات وزن در نظر بگیریم . پخش وسیع ساختارهای سلولی در لحظه ، سكون ماده را افزایش میبخشد و به آن قدرت خم شدن و مقاومت ویژه بیشتری میبخشد تا آنچه به وزن حجمی فلز مربوط است این مطلب فومها را به عنوان تركیباتی كاربردی در اتومبیل سازی و هوافضا مطرح میسازد این مطلب ممكن است به شكل تركیبات حمل وزن مستقیم به چشم بیاید اما بیشتر موارد استفاده ساختاری را نشان میدهد كه در آن فوم عنصری مركزی است كه با لایه فلزی بیرونی احاطه شده و مورد استفاده قرار میگیرد . تولید این تركیبات در مقایسه با دیگرمواد كندوشكل آسانتر است و مقاومت بیشتری در برابر شكاف خوردن نشان میدهد و این بخاطر همگرایی فومهاست . برخی از روشهای تولید همچنین اجازه میدهند كه قالبهایی با اشكال نامنظم از فومها پر شود ، به عنوان مثال برای ساختن شكلهای پیچیده و یا پركردن ساختارهای لوله ای از فومها به جای تركیبات جامد فلزی استفاده میشود چون وزن بسیار كمتری داشته در حالیكه از مقاومت ساختاری قابل توجهی نیز برخوردار میباشند .
در اینجا فهرست وار خلاصه ای از كاربردهای بالقوه فومهای فلزی را ذكر میكنیم :

ورقه های خود پشتیبان محكم و بسیار سبك برای ساخت و ساز و حمل و نقل
جذب انرژی ذره ای در ماشینها ، آسانسورها و سیستم های جابجایی
كفها و دیواره ها
ورقه های سقفی و دیواره ای ضد حریق با عایق گرمایی و صوتی
جداره های كمپرسور
بدنه و اگزوز موتورسیكلت
تبادلگر گرمایی ، فیلترها و كاتالیزورها
مبدلهای صوتی
محفظه اسپیكر
باتریها
محفظه گیربوكس
بخشهای ساختاری فضاپیما
محفظه هایی برای ابزار الكترونیكی
جاذب صوتی برای شرایط سخت
از آنجائیكه توضیح در مورد تك تك این موارد از حیطه این مقاله خارج است تنها به مهمترین كاربردهای آنها میپردازیم :

جذب كننده ضربه :
طبقه بندی گسترده ای از كاربردها حول خاصیت جاذب انرژی فومهای فلزی بنا شده است در هنگام فشردگی ، فوم ها تنها دگر دیسی الاستیكی كمی را قبل از حالت پلاستیكی نشان می دهند در بیشتر فومها این حالت شامل دگر دیسی پلاستیكی گسترده ای از دیواره های سلولی در سلولهای شكست خورده می شود كه بتدریج در حلیكه ماده فشار كم و پایداری را تحمل میكند افزایش میابد . حركت تغییر جا در یك فلز به این معنی است كه مقدار زیادی از انرژی بدون افزایش فشار تا مرحله بحرانی میتواند جذب شود به خاطر رفتار ایزوتوپ فوم جذب انرژی در هر جهتی كه فشار وارد میشود ممكن میكند این خاصیت كارآیی فوم را به عنوان ماده ای سبك ، ارزان ، جاذب تكانهای ناگهانی در بدنه جلویی اتومبیل ها یا قطارها برای محافظت از سرنشینان در هنگام تصادفات افزایش میدهد .
این یكی از بخشهاییست كه فومهای فلزی به صورت تجاری استفاده شده و میتوانند در دربهای ضد ضربه به كار روند . در اصل فومهای فلزی به خاطر مقدار دگردیسی پلاستیكی كه میتواند در واحد حجم خود تحمل كند مورد توجه میباشد . به خاطر اینكه دیواره سلولی آن طبیعتا از شكست ساختاری پیش از موقع به عنوان واحدهای جاذب انرژی جلوگیری میكنند و از سرنشینان اتومبیل در هنگام مواجه با مواد سوختنی و انفجاری و تصادفات محافظت میكنند و یا به عبارتی دیگر مقاوم در برابر دما و حرارت میباشد .
فیلترهای دمای بالا و مقاوم در برابر خوردگی :
آلومینیوم مقاومت خوبی در برابر زنگ زدن و بسیاری دیگر از حملات شیمیایی دارد . فومهای سلول باز با سوراخهای ریز میتوانند به عنوان مواد فیلتری مقاوم از نظر شیمیایی و یا در برابر حرارت بالا استفاده شوند . پیش نهاد شده كه ظروف حاوی سوخت مایع تا حدودی با فومهای سلول باز پر شوند تا اینكه در هنگام نشت مواد آتش زا كه كمكم چكه میكنند و بر سد میریزند را جذب كنند نه اینكه قبل از آتش گرفتن این مواد به سرعت محوطه گسترده ای را در بر گیرد .
مانع در برابر تغییرات حرارتی ( عایق گرمایی ) :
مقاومت در برابر خوردگی در تركیب با سطح گسترده واینكه دیواره سلولی با رسانایی گرمایی بالایی دارد فومهای سلول باز را ماده ای ایده آل برای استفاده در مواد عایق گرما میسازد . فومهای سلول بسته از طرف دیگر رسانایی گرمایی كمی دارد و این بخاطر ساختار سلولی آنهاست پس مقاومت بالایی در برابر آتش دارد این قابلیت آنها را محافظ گرمایی خوبی میسازد .
سطح وسیع :
تركیب رسانایی الكتریكی بالا و سطح وسیع فومهای سلول باز آنها را برای استفاده به جای الكترود مناسب مقدور كرده است . به عنوان مثال : در باطریهای اسید ـ سرب ساختار های سلول باز میتوانند حامی های كاتالیزوری بسیار خوبی باشند .
جذب صدا ( آگوستیك ) :
فركانس ایجاد صدا به نسبت قابلیت الاستیك ماده به چگالی دارد . چون اینها میتوانند به نحو مستقلی تنوع داشته باشند از فومها برای حذف فركانس های مشخص استفاده می شود . همچنین از فوم ها برای مواد ضد صدا استفاده میشود . در ساختار های پر محفظ فوم صدا توسط لرزش و اصطكاك همچون گاز مابین سلول ها پخش می شود ، انعكاس مجدد داخل یك ساختار سلولی راهی طولانی و طاقت فرساست كه در آن جذب كامل فركانس ممكن می باشد .
روشهای اصلی تولید :
روش ساختن فلزات فوم شده به چهار دسته مهم تقسیم میشود :

دسته اول : مربوط به فوم هاییست كه در حقیقت تنها تركیباتی از موادی میباشند كه برای تولید فضاهای خاص استفاده میشوند . به عنوان مثال : پودرهای فلزی یا فیبرهای متراكم . فومهایی كه با این روش ساخته میشوند از كیفیت پایینی برخوردارند نوع قابل اعتماد تر تولید نفوذی می باشد كه در آن اشكال متخلخل ساخته می شوند و فلز های آب شده به داخل آن اشكال در قالب ها ریخته میشود و سپس قالب ها را جدا میكنند چون میتوان هر چه قدر خواست زمان صرف ساختن یك قالب عالی و بی نقص نمود . این روش برای ساختارهای كیفیت بالای فومهای سلول باز استفاده میشود و نكته منفی این روش گران تمام شدن آن و پیچیده بودنش است و تنها برای ساختن اندازه های كوچك فوم مناسب هستند .
دسته دوم :روش دیگر بر اساس پودر میباشد . فلز های پودر شده و عوامل فوم ساز ( مواد شیمیایی كه در هنگام واكنش گاز آزاد میكنند ) با هم مخلوط شده و فشرده میگردند با حرارت دادن مخلوط بالا در دمای ذوب فلز ، فوم تولید میشود .
دسته سوم :یک نوع سلول بسته در حدود 3 میلیمتر فوم سلول هسته با حفره های حدود 80 درصد تا بحال ارزانترین نوع تولید فوم روش آب كردن میباشد در این روش نوعی گاز به فلز آب شده چسبناك تزریق شده و تولید حفره میكند و فلز به تدریج خنك میشود و فوم میسازد گرچه این روش ارزان است اما كیفیت بسیار خوبی ندارد زیرا نمیتوان فاصله بین سلول ها را كنترل كرد .
دسته چهارم :روشهای دیگری نیز هستند گرچه فومهایی با حفره های كمتر یا كیفیت پایین تری تولید میكنند . از جمله این روشها سرد كردن سریع فلز اشباع شده توسط هیدروژن میباشد بدین صورت كه وقتی فلز اشباع میشود هیدروژن آزاد شده و تولید حفره میكند چون سرد شدن در یك جهت ویژه اتفاق می افتد حفره ها معمولا طولانی و موازی در جهت سرد شدن می باشند كه البته این یك نقطه ضعف است زیرا این مواد بیش از آنكه فوم مانند باشند كندو مانند هستند .
فوم های سلول باز :
این فومها دارای سه غالب هستند كه به آنها اشاره میكنیم .

قالب نمكی : اولین فوم های فلزی توسط پركردن یك قالب گرافیت اندود شده توسط نمك های زبر صخره ای تولید شد ( نمكی كه در آسیاب ها ریخته میشوند ) با گرم كردن آب دانه های نمك به هم چسبیده و آلومینیوم آب شده در داخل آن ریخته میشود با تكان دادن قالب این اطمینمان حاصل میشود كه آلومینیوم به همه جا رسیده است و سپس قالب نمكی را سرد میكند در این مرحله نمك در آب حل میشود و یك شبكه از آلومینیوم باقی میگذارد .
این روش حدودا 35 سال بعد مورد باز بینی قرار گرفت و بهبودهایی حاصل شد به ویژه اینكه حالا فلز آب شده در خلا به قالب نمك اضافه میشود و این بدان معنی است كه فلز با اطمینان بیشتری پخش شده و دانه های نمك كوچكتری استفاده میشود ، كیفیت فومهایی كه به این روش تولید میشوند بسیار بالاست اما هنوز برای پخش این روش زود است .
قالب های گچی : با تغییراتی در این روش میتوان یك نوع فوم دیگر بدست آورد ، معمولترین روش در بوجود آوردن یك فوم پلاستیك سلول باز كه بسیار آسان هم ساخته میشود این است كه با چیزی كه بعدا حل شدنی باشد تركیب شوند كه در دمای بسیار بالا بهترین نمونه مواد گچ است . در این روش یك توده جامد با نوعی پلاستیك كه در گچ احاطه شده تولید میكنند گرم كردن آن در دمای بالا موجب تجزیه شدن پلاستیك میشود ، در نتیجه شبكه ای از كانالهای خالی را در سرتاسر توده گچی ایجاد میكند در این هنگام فلز آب شده با فشار بالا و مكش به داخل قالب ریخته میشود و گچ حل میگردد نتیجه این روش داشتن یك فوم سلول باز است كه دقیقا ساختار سلولی فوم پلیمری اصلی را دارد .
وضعیت الكترودی : یك روش بسیار دقیق برای ساختن فوم های سلول باز آن است كه با یك فوم سلول باز پلاستیك كار را شروع كنیم با همان روشی كه در قالب های گچی آمده است اما بجای حرارت دادن آن را در معرض نوعی گاز كه با كربن مخلوط شده قرار داده و از آنجائیكه كربن هادی الكتریسیسته است آلومینیوم آب كاری شده را بر روی سد میریزیم و حرارت میدهیم تا پلاستیك آب شده و به یك فوم سلول باز تبدیل شود .
خلاصه ای از مزایا و معایب روشهای نفوذ فلز :
مزایا :

كنترل بسیار نزدیك اندازه سلولها كه حتی برای دانه های نمك با اندازه های مختلف نیز امكان پذیر است
هر فلز یا آلیاژی را میتوان استفاده كرد ، تنها بدین شرط كه زیر دمای تجزیه نمك ذوب شود .
قالب ها به شكل نهایی بسیار نزدیك هستند و استفاده از ماشین آلات را به حداقل می رسانند .
معایب :

زمان زیادی طول میكشد تا نمك یا گچ حل شوند .
مراحل تولید مستمر نیستند و بسیار پیچیده اند و فوم های تولید شده بسیار گران قیمت هستند .
فوم های تولید شده به این روش سخت فرم میگیرند .
سیر تكاملی گاز در فوم های سلول گازی :
روش اول : آسان ترین روش برای ساختن یك فوم سلول بسته تولید حباب هوا در انتهای یك حفره آلومینیوم آب شده می باشد سپس گرفتن كف و سرد كردن آن . در این روش پیچیدگی هایی نیز وجود دارد بویژه اینكه فلز باید مواد سرامیكی خوبی در خود داشته باشد تا آن را چسبنده سازد ، و هوا باید بدون شكل دادن حباب از سطح خارج شود ، فوم هایی به این روش اساسا ارزان و بی كیفیت اند .
مزایا :
الف ) در ساختن فوم ها با اندازه بالا ساخته میشوند .
ب ) تولید آن آسان و نسبتا ارزان است .
معایب :
الف ) پراكندگی گاز قابل كنترل نیست و حفره ها نیز بزرگ میباشند .
ب ) كنترل كمی برای تعیین اندازه حفره ها وجود دارند .
ج ) تنها تكه ای از آنها قابل تولید است و سطح فوم نیز نا صاف می باشد .
د ) باید قبل از شروع كار با سرامیك تركیب شوند و از آنجائیكه برخی از آلیاژ ها به اندازه كافی چسبنده نیستند استفاده از هر نوع آن امكان پذیر نیست .
روش دوم : این روش فوم های پیچیده تری تولید میكنند با حفره های بهتر و همسان تر . در این روش از عامل فوم ساز جامدی استفاده میكنند كه میتواند قبل آزاد سازی گاز به آلومینیوم تركیب شود همین مطلب باعث كنترل بهتر پراكندگی به اندازه حفره ها می شود . ساختار سلولی این فوم ها از كیفیت بالاتری برخوردار است اما تولید این فوم گران تر تمام میشود .
مزایا :
الف ) اندازه های سلولی این فوم شكل یكنواخت تری دارند .
ب ) سلولهای كوچكتر با حفره های كوچكتر در ساختار دارد .
معایب :
الف ) به علت نوع افزودنی ها گرانتر است .
ب ) شكل نهایی را تولید نمیكنند . چون پودر را نمیتوان در داخل قالب های پیچیده تكان داد .
روش سوم : روش چسباندن ورقه ای :
این روش فلزات مركب را توسط گازی كه تحت فشار آزاد می شود به فوم تبدیل میكند . این روش كیفیت بهتری به فوم میبخشد فایده این روش آنست كه زمان طولانی تری برای هم زدن امكان پذیر است . این روش همچنین این قابلیت را دارد كه در شكل گیری نهایی محصولات استفاده شود .
مزایا :
الف ) كنترل خوبی در یكنواختی و اندازه سلولها وجود دارد .
ب ) تولید قالب های نهایی
ج ) این روش را می توان برای پر كردن قالب های پیچیده تر هم استفاده كرد .
معایب :
عیب این روش محدودیت در نوع فلز های استفاده شده است

[ghasem motamedi]

قالب گيري فشاري ،يكي از قديمي ترين فرآيندهاي قالب گيري شناخته شده است. در اين قالبها ماده پلاستيكي در محفظه قالب قرار گرفته وبا حرارت و فشار شكل مي گيرد. در اين قالبها ،معمولا از تركيبات گرما سخت(ترموست)،بصورت عمده واستفاده ميشودولي از محصولات گرما نرم (ترمو پلاستيك)در برخي موارد وبه ندرت استفاده ميشود. موادي كه بعنوان شارژ اينگونه قالبها بكار مي رود،داراي اشكالي بصورت پودر ،ساچمه اي ،لايه اي وپيش فرم ميباشد.

قالبهاي فشاري عمدتا داراي يك عيب ميباشند بطوريكه ،در اثر فشار زياد موجود در داخل قالب پين هاي ضعيف وديوارهاي نازك دفرمه ميشوند ، بنابراين طراحان اين گونه قالبها به منظور كم رنگ كردن اين عيب ،از فرايند قالب گيري انتقالي كمك گرفته اند . سال 1909توسط آقاي لئو بكلند ،جهت توليد پوسته راديو پيدايش يافت.
فرايند قالب گيري انتقالي، در زمان جنگ جهاني دوم شناخته شد بطوريكه در ابتدا كاربرد عمده اي در صنايع نظامي داشت.


مراحل كلي فرآيند قالب گيري فشاري

در صورت لزوم قالب را تمييز و مواد آزاد كننده را داخل قالب مي ريزيم.

قالب را شارژ مي كنيم.

قالب توسط پرس بسته ميشود.

قبل از ايتكه قالب بطور كامل بسته شود ،قالب را كمي بازكرده تا گازهاي محبوس از قالب خارج شود(تنفس قالب).

حرارت وفشار را اعمال كرده تا عمل قالبگيري تثبيت شود(در كاربرد فشار قبل از بسته شدن كامل قالب بايد اندكي درنگ شود بطوريكه گازها بتوانند از محفظه قالب خا رج شوند).

قالب را باز نموده و قطعه داغ را در فيكسچر خنك كننده قرار ميدهيم.

معرفي روشهاي قالب گيري

قالبگيري فشاري قالبگري انتقالي

قالبگيري تحت فشار پيستون

قالبگيري بصورت ريخته گي

قالبگيري پرسي

لازم به ذكر است كه دو روش اول بصورت عمده براي توليد قطعات پلاستيكي اعم از مواد ترمو پلاستيكي وترمو ستي ميباشد.



شرح فرآيند قالبگري فشاري

در ابتدا قالب توسط شا بلن بار ريز كه روي دستگاه پرس قرار دارد ،شارژ شده و قالب شروع به بسته شدن ميكند ،بطوريكه سنبه قسمت روئي قطعه را فرم داده و قسمت زيرين قطعه تا سطح جدايش قالب در داخل محفظه پائيني فرم ميگيرد.

در اين قالبها دمائي در حدود 130تا200 درجه سانتي گراد توسط دو المنت گرم كننده حاصل ميشود ، ولي عمدتا دماي نيمه فوقاني قالب كمتر از نيمه تحتاني ميباشد بطوري كه معمولا قسمت فوقاني تا دماي 145درجه سانتي گراد گرم شده و قسمت تحتاني تا دماي 155درجه سانتي گراد گرم ميشود. فشار لازم در حدود 100تا500تن مي باشد ،البته اين فشار با توجه به سطح تماس قطعه با قالب تعيين مي شود.


شرح فرايند قالبگيري انتقالي


همانطور كه در قسمت چكيده به آن اشاره شد ، اين فرايند قالبگيري به منظور بر طرف كردن عيب قالبگيري فشاري از اين روش قالبگيري استفاده ميشود.

در واقع عملكرد اين روش قالبگيري به اين صورت است كه ابتدا مواد شارژ فالب بصورت سرد يا نيمه گرم داخل كانال بار ريز وارد و توسط يك سنبه فشار دهنده مواد از طريق روزنه هايي در سيستم ر اهگاهي ،به حفرهاي اصلي قالب هدايت مي شود.

قالبهايي كه با اين روش طراحي مي شوند غالبا چند حفره اي ميباشند،به خاطر اينكه از نظرهزينه مقرون بصرفه شوند.


انواع روشهاي قالبگيري فشاري از نظر ساختمان قالب

قالب فلاش دار (قي) flash die

قالب سنبه اي كفي يا پله اي flat die

قالب مثبت positive die

قالب نيمه مثبت semi positive die


لازم به به توضيح است كه اين قالبها بر مبناي اجازه ي ورود مواد به كانال فلاش دسته بندي شده اند كه در اسلايدهاي بعدي توضيح اضافي داده ميشود .


قالبهاي فلاش دار

در اين قالب در اثر فشار حاصل از طرف پرس ،به مواد اضافي اجازه داده ميشود كه به راحتي به كانال فلاش راه پيدا كند . در اين روش قالبگيري ، فلاش معمولا به صورت افقي است .

در اين روش قلبگيري لازم است، علاوه بر هزينه طراحي و ساخت،هزينه اي براي سنگ زدن پليسه حاصل شده در اطراف قطعه در نظر بگيريم .

در واقع يكي از معايب اينگونه قالبها ،همين هزينه اضافي مي باشد.

مزيت اين گونه قالبها در ارزان بودن و ساده بودن آنها است .

كاربرد اين قالبها براي توليد قطعاتي از مواد پلاستيكي با ضريب بالك پايين و قطعاتي كه رعايت ضخامت يكنواخت ديوارهاي آن مهم نباشد،البته يكنواختي ضخامت ديوارها تا حد زيادي به دقت ميله هاي راهنماي قالب بستگي دارد .

تعريف ضريب بالك: حاصل تقسيم حجم مواد فرم نگرفته به مواد فرم گرفته را ضريب بالك گويند.



قالب هاي سنبه اي كفي يا پله اي

اين قالبها شبيه قالبهاي فلاش دار ميباشند ، با اين تفاوت كه در اينجا يك محفظه بار دهي به مجموعه قالب اضافه شده است .

پله ي كفي عموما 16/3 اينچ عرض دارد به منظور خروج مواد اضافي كه از بين سنبه و محفظه نشت ميكند.

اين قالبها ،قطعات را با چگالي يا دانسيته بيشتري نسبت به نوع فلاشدار مي سازند.

قطعات با پين هاي كوچك و مقاطع ظريف از اين راه قابل ساخت هستند.

در اين گونه قالبها نيز همانند قالبهاي فلاشدار سنگ زني فلاش يا پليسه با مقدار كمتري نسبت به قبل لازم است.


قالبهاي مثبت

در اين قالبها فضاي خيلي كمتري نسبت به دو نوع قبل براي خروج مواد اضافي به داخل كانال فلاش تعبيه شده است .

سنبه در محفظه فالب داراي انطباق كاملا جذب بوده و تلرانس در هر طرف 3 هزارم اينچ ميباشد .

اين قالبها براي قالبگيري مواد با فيلر پارچه اي و قطعات عميق مانند محفظه راديو بكار ميرود و از هر قالبي براي قالبگيري مواد با فيلر پارچه اي مناسب تر هستند .

مزيت اين قالبها در اين است كه پليسه يا فلاش بصورت عمودي ميبا شد و به سادگي بر طرف ميشود.

مهمترين عيب اين قالبها خراشيدگي محفظه ي قالب توسط سنبه است كه مستقيما اثر آن روي قطعه مشاهده ميشود .



قالبهاي نيمه مثبت

اين قالبها متشكل از يك قالب سنبه اي پله دار و يك قالب مثبت هستند .

از اين قالبها براي ساخت قطعات با عمق زياد ، قطعاتي كه در ته آنها مقاطع بزرگ و قطعا تي كه در برخي از مقاطعشان اختلاف ضخامت وجود دارد بكار ميروند.پليسه يا فلاش ايجاد شده به راحتي توسط سنگ بر طرف مي شوند.

معمولا براي فرم دادن ملامينها و تركيبات اوره اي از اين نوع قالبها كمك مي گيرند .

لقي بين سنبه و ماترس 1هزارم اينچ در هر طرف است .

معمولا اين گونه قالبه را بصورت چند محفظه اي با محفظه ي باردهي مشترك مي سازند

بطوريكه به آنها قالبهاي ويژه اطلاق ميشود زيرا گاهي حتي بيشتر از يكصد محفظه درآنها تعبيه شده است.


نكته

مكانيزم توليد قطعه در قالبهايي كه در اسلايد قبل توضيح داده شد براي توليد قطعاتي بود كه در ديواره ي جانبي آنها هيچ گونه حفره يا سوراخ وجود نداشت ،حال اگر بخواهيم قطعاتي را كه ديوا ه ي آنها داراي حفره يا سوراخ مي باشد را توليد كنيم لازم است كه اين قالبها را بصورت تكه اي با سنبه ي ماهيچه جانبي و متحرك بسازد.


علاوه بر اين مكانيزم با توجه به نياز از مكانيزم صفحه ي بيرون انداز بجاي پينهاي بيرون انداز و مكانيزم فنري نيز استفاده ميشود



انواع روشهاي قالبگيري انتقالي از نظر ساختمان


1. قالبهاي لوله راهگاهي

2. قالبهاي پيستوني


لازم به ذكر است كه اين تقسيم بندي توسط انجمن مهندسين امريكا صورت گرفته است.


قالبهاي لوله راهگاهي

در اين قالب ها پلا ستيك ها بر اثر نيروي وزن خود، از طريق لوله راهگاه به داخل قالب هدايت ميشوند.


قالبهاي پيستوني

در اين قالب ها مواد پلاستيكي وارد شده به كانال بارريز توسط پيستون فشرده شده ، تا حدي كه به سطح جدايش قالب فشار وارد ميشود.


اجزاء ساختماني پلاستيكها (شامل ترموستهاوترمو پلاستيكها)

رزين: عنصر چسباننده

نرم كننده:اين ماده آلي براي بهبود سختي ، مقاومت ،قابليت ارتجاعي قطعه وسهولت در امر قالبگيري به پلاستيك اضافه ميشود.

عنصر فيلر:اين عنصر نقش پر كننده گي دارد و جنس آن ميتواند از گرد چوب، پارچه،سفال وغيره با شد.

رنگ:براي بهبود شكل ظا هري محصولات پلاستيكي،به آنها اضافه ميشود.

لازم به توضيح است كه ترموستها كلا داراي رزين پلاستيك و عنصر پر كننده بوده وترموپلاستيك ها داراي رزين پلاستيك و رنگ مي باشند،البته ماده ي نرم كننده در هر دو نوع پلاستيك استفاده ميشود.


كاربرد قالبهاي انتقالي


توليد قطعات با مقاطع پيچيده ويا با ما هيچه هاي جانبي مشگل

توليد قطعات با مغزيهاي نازك و پيچيده

توليد قطعات با سوراخهاي كوچك و عميق

توليد قطعات با چگا لي يكسان تري نسبت به روش قالبگيري فشاري

توليد قطعات دقيق

توليد قطعات با پليسه كمتر(خصوصا براي مواد ترموست با فيبرپارچه اي )

توليد قطعات با وزن سنگينتر مثلا مواد ترموست از جنس ملا مين ،فرم آلدئيد وقطعات با فيبر الياف نساجي.


تجهيزات مورد نياز در فرايند قالبگيري فشاري وانتقالي

براي توليد قطعات به روش فشاري نياز به پرسهايي داريم كه :

تناژ بالا داشته باشند(معمولا250 تن).

به شابلن بار ريز مجهز باشند يا قابليت نسي اين قسمت راد اشته باشند.

به سيستم محركه هيدروليكي مجهز باشند(بمنظور تنظيم سرعت حركت پرس).

در فرايند قالبگيري انتقالي علاوه بر موارد فوق به پرسهايي با تناژ كمتر و مخصوص نياز داريم.

پرسهاي مخصوص به پرسهايي اطلاق مي شود كه بتوانند هم عمل بستن صفحات قالب را انجام داده وعمل بارريزي،فشار وحرارت را تواما بوجود بياورند.



مزاياي فرآيند قالبگيري فشاري

ضايعات كم است(در اين قالبها لوله راهگاه و كانال هدايت مواد وجود ندارد).

هزينه تجهيزاتي نسبتا اندك است.

عمليات مي تواند بصورت خودكار يا دستي انجام بگيرد.

محصول توليد شده كامل مي باشد.

جريان مواد در زمان كوتاه انجام شده در نتيجه تنش در قطعه و سائيدگي در قالب كم است.

قطعه داراي انسجام و يك پارچگي ساختار ي مي باشد.

قطعات طويل به راحتي با اين روش توليد مي شوند.



معايب فرايند قالبگيري فشاري

قالبگيري قطعات پيچيده دشوار مي باشد.

در اين قالبها به قسمتهاي داخلي قالب مثل پين هاي بيرون اندز براحتي آسيب وارد ميشود.

ممكن است براي توليد برخي قطعات سيكل زماني از حد استاندارد(2الي4دقيقه)به طور چشمگيري زياد شود.

محصولات معيوب در اين روش مجددا قابل باز يابي نيستنند.



مزاياي فرايند قالبگيري انتقالي

در اين فرايند نسبت به روش قبل به فشار كمتري نياز است ،بنابراين ميتوان از پرسهايي با تناژ كمتر استفاده كرد.

بعلت فشار كمتر هيچ گونه صدمه اي به قالب و اجزاء داخلي آن وارد نمي شود.

در اين روش ميتوان ابتدا مادهي اوليه را گرم كرد و سپس آن را به داخل قالب تزريق نمود كه نتيجه آن بهبودتوزيع دما در ماده اوليه و تشكيل شبكهاي عرضي ملكولي بطور سريع ميباشد .

زمان گردش عمليات كاهش يافته كه نتيجتا از عيوب قطعات مي كاهد.

از طرفي بهبود در جريان مواد در اين قالب ها ،توانايي توليد اشكال پيچيده را فراهم مي آورد.




معايب فرايند قالبگيري انتقالي

بعلت اينكه اين قالبها معمولا چند حفره اي ميباشند، هزينه توليد آنها زياد است.

اينگونه قالبها بخاطر داشتن كانال بارريز جدا گانه به امكانات ويژه نظير پرسهاي مخصوص نياز دارند.



نتيجه گيري

با توجه به مزايا و معايب قالبهاي فشاري به اين نتيجه مي رسيم كه فرايند قالبگيري فشاري يك روش كاملا مناسب براي توليد قطعات فشرده،طويل وقطعاتي كه دقت زيادي ندارند ، ميباشد.از طرفي از اين فرايند بطور عمده براي توليد قطعات ترمو ستي استفاده ميشود.


بخاطر اينكه در اين روش قطعاتي با ساختاري فشرده توليد ميشود،امروزه استفاده از اين روش براي توليد قطعات حساس همچون چرخ اتومبيل روبه افزايش است.
فسفر تا حدود 0.1 درصد می تواند در آهن به صورت محلول وجود داشته باشد. چنانچه مقدار فسفر در چدن از این حد بیشتر باشد با آهن تشکیل ساختاری متشکل که از لایه های پی در پی فسفید آهن و آهن را می نمایدکه اصطلاحا استدیت (steadite ) نامیده می شود. از آنجایی که این فاز آخرین فازی است که در مذاب چدن جامد می گردد لذا در مرزدانه ها رسوب می کند.

[ghasem motamedi]

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.

[ghasem motamedi]

در فرايند استخراج , تصفيه و ذوب مجدد , معمولاً راههائي وجود دارد كه بسته به نوع كار طراحي مي شوند و در اين كوره ها عمل ذوب انجام مي شود . در اين جهت مي توان از كوره بلند (كوره اي كه در آن اكسيد آهن تبديل به چدن مي شود) ,
كنورتور كه در آن چدن با دمش اكسيژن خالص به فولاد تبديل مي شود . و كوره هاي ديگر بعنوان كوره هاي ذوب Melting ناميده مي شود , در اين درس بحث ما در روي كوره هائي كه براي استخراج فلزات استفاده مي شود دور نمي زند مثل كوره هاي استخراج آهن در اصفهان , استخراج مس در سرچشمه كرمان , استخراج سرب و روي در زنجان .
در اين درس كوره هائي كه مورد بررسي قرار مي گيرند بيشتر كوره هاي مربوط به صنعت ريخته گري هستند . يعني كوره هائي كه شوشه ها Pigs در آنها ذوب مي شود و با تنظيم آناليز آنها مذاب براي ريخته گري قطعات آماده مي شود .
اصطلاحاً به اين كوره ها , كوره هاي دوباره ذوب (Re-Melting Furnaces) مي گويند , كوره هائي كه در ريخته گري براي ذوب مجدد فلزات و آلياژها استفاده مي شوند به ترتيب مي توانيم به شرح زير نام ببريم :
1)كوره هاي بوته اي Crucible Furnaces
2)كوره هاي تشعشعي Radiation or Reverberatory Furnaces
3)كوره هاي ايستاده (كوپل) Vatical Shaft (Cuple)
4 ) كوره هاي برقي Electric Furnaces
5)كوره هاي با شعاع الكتروني Electron Furnaces
6)كوره هاي ديگر (استفاده از انرژيهاي ديگر)
كوره هاي بوته اي :
همانطو كه از نام آنها پيداست براي عمل ذوب از بوته استفاده مي شود . انتقال حرارت در اين كوره ها بيشتر از طريق هدايت به مواد موجود در داخل بوته مي رود .
حرارت به سه طريق منتقل مي شود : 1- هدايت. 2- جابجائي. 3- تشعشعي
جنس بوته ها :
جنس بوته ها كه استفاده مي كنند به شرح زير است . بوته هاي آهن خالص- بوته هاي فولادي- بوته هاي چدني- بو ته هاي شاموتي- بوته هاي گرافيتي- بوته هاي سيليكون كاربايدي- بوته هاي ديگر
آهن خالص براي فلزاتي كه نقطه ذوب كمتري نسبت به آهن دارند و خوردگي كمتري دارند- از بوته هاي آهني براي ذوب موادي كه نقطه ذوب آنها پائين تر از نقطه ذوب آهن خالص است (1539-1536درجه سانتيگراد) است . منيزيم را مجبوريم در داخل اين بوته ذوب كنيم چون با بهترين آجر نسوز نمي توان منيزيم را ذوب كرد و دليلش ميل تركيبي منيزيم با اكسيژن است كه اكسيژن نسوز را مي كشد و نسوز متخلخل مي شود.
آهن خالص تجاري:
چون آهن بصورت خيلي خالص به ندرت يافت مي شود , بيشتر از اين آهن استفاده مي شود و خلوصش 8/99% است و ناخالصي اش 2/0-1/0% مي باشد. آهن خالص تجاري را در دنيا برخي از شركتها توليد مي كنند . از جمله شركت آرمكو و وستينگ هاوس در آمريكا توليد مي كنند كه براي ذوب آلياژهاي با نقطه ذوب كم مثل روي , منيزيم , سرب و ... از اين ورقها بوته درست كرده (بوته يكپارچه) استفاده مي كنند (بوته را جوش نمي زنند بلكه با آهنگري درست مي كنند بلكه پرس و گرم كاري)- از بوته هاي چدني براي ذوب آلياژهاي روي , آلومينيوم و ساير آلياژها با نقطه ذوب پائين استفاده مي كنند بشرطيكه مشكل آهن در آن آلياژها وجود نداشته باشد . تجربه نشان مي دهد مذاب Al و Zn , آهن را در خود حل مي كند چون چدن داراي انتقال حرارت خوب است (بدليل گرافيتهاي لايه اي) و ارزان ريخته گري مي شود . در ايران بيشتر از بوته هاي چدني استفاده مي شود .
بوته هاي فولادي :
از بوته هاي فولادي براي ذوب آلياژها با نقطه ذوب كم و آلياژهائي كه ميل تركيبي زيادي نسبت به اكسيژن دارد مثل آلياژهاي منيزيم كه علاقه دارند اكسيژن مواد نسوز را بگيرند , استفاده مي كنند . فولادهاي معمولي خوردگي بيشتري دارند و مذاب آلياژهاي مختلف در آن تدريجاً آن را مي خورند (يعني بدنه را در خود حل مي كنند).
بوته از جنس مواد نسوز دوام بيشتري در برابر پوسته پوسته شدن يعني اكسيد شدن دارد . آناليز يك نوع فولاد نسوز عبارتست از 25% كرم و 20% نيكل و بقيه عناصر جزئي ديگر , از آلياژهاي ديگر نيز كه قيمت آنها گران است بعنوان بوته مي توان استفاده كرد , از جمله آلياژ 50% كرم و 50% نيكل يا آلياژ 50% كرم و 50% نيكل و كمي نيوبيوم Nb (كه دوام و مقاومت خوبي دارد) .
بوته هاي گرافيتي :
همانطور كه از نام اين بوته ها پيداست , جنس اين بوته ها از گرافيت مي باشد . (مي دانيم كه كربن در طبيعت به سه صورت ديده مي شود : 1) كربن بي شكل : اين كربن شكل بلوري ندارد و به آن كربن آمولف نيز مي گويند . اين كربن در اثر حرارت در مجاورت اكسيژن , مي سوزد و خاكستر از آن باقي مي ماند. 2) كربن بصورت گرافيت : اين نوع كربن بصورت بلوري (كريستالي) مي باشد و بلوري آن طوري است كه داراي صفحات لغزش است و اين صفحات مي توانند روي هم براحتي بلغزند . بهترين آنها گرافيت چرب نقره اي است . اين گرافيت ماده نسوز است و نقطه ذوبي در حدود بيش از 3000 درجه سانتيگراد دارد گرافيت راسب (رسوب يافته) شده در حين انجماد در چدنهاي خاكستري از اين نوع است كه از مذاب جدا شده . 3) كربن بصورت الماس : بلور اين نوع كربن بصورت يك هشت وجهي است ولي رنگي و شفاف است و با سختي 10 موهس سخت ترين ماده در طبيعت مي باشد .
بوته هاي گرافيتي بدليل اينكه نقطه ذوب بالا داشته و گرافيت نيز علاوه بر نسوز بودن از انتقال حرارت زيادي نيز برخوردار است هدايت خوبي داشته و حرارت را از جداره خود به داخل بوته هدايت مي كند .
طرز ساخت بوته هاي گرافيتي :
به اين شكل است كه گرافيت را همراه با كمي قير و مواد چسبي آغشته كرده و با
فشار زياد پرس مي كنند سپس آن را در مدت زمان طولاني در محيط بسته اي دور از هوا مي پزند (دما در حدود 1600 درجه سانتيگراد) تا عمل تف جوشي (زينتر) روي آن انجام شود و به آرامي در كوره سرد مي شود .
بوته هاي سيليكون كاربايد :
اين نوع بوته ها از استحكام بيشتري برخوردارند و خود ماده سيليكون كاربايد در اثر حرارت , كمي منقبض و منبسط مي شود . يكي از بهترين موادي است كه به شك حرارتي مقاوم است . براي ذوب چدن بيشتر از بوته هاي سيليكون كاربايدي استفاده مي شود چون چدن آلياژيست از آهن- كربن- سيلسيم , پس كمتر علاقه دارد جداره را بخورد .
بوته هاي شاموتي :
اين بوته ها از خاك رس نسوز ساخته مي شود . از ريختن رس نسوز در اثر حرارت اصطلاحاً شاموت به دست مي آيد . البته درجه نسوز بوته هاي شاموتي بستگي به درجه خلوص شاموت دارد . بهترين ماده شاموت آن است كه پس از پخت , مقدار فازهاي موليت در حداكثر خود قرار گيرد (1800 0C . 3Al2O3 . 2SiO2).
موليت نسوزي است كه تا دماي 1800 0C مي تواند دوام بياورد , در ضمن از نظر مقاومت مكانيكي در دماي بالا نيز خوب است . در بوته هاي شاموتي آلياژهاي غير آهني و بندرت چدن ذوب مي شود . معمولاً دوام بوته هاي شاموتي تا دماي 1650 0C است .
انواع كوره هاي بوته اي : Crucible Furnaces
الف) كوره بوته اي چرخان) 1- چرخان حول تقريباً كمي بالاتر از مركز ثقل 2- چرخان حول محور ناوداني كوره ب) كوره بوتهاي ثابت (زميني)
1- با سوخت جامد - اين نوع كوره ها دو نوعند,يكي كوره سنتي است كه از سوخت جامد زغال سنگ يا كك براي عمل ذوب استفاده مي كردند.اين نوع كوره نياز به برق نداشت و با هواي طبيعي كه از زير كوره از لابه لاي ميله هاي كف به داخل كشيده مي شد زغال سنگ يا ككها را مشتعل مي ساخت . براي ذوب فلزات مخصوصاً چدن بوته را در داخل ككها دفن مي كردند تا هم از بالا و هم از بغل ها و هم از زير حرارت به فلز برسد و ذوب خوب و كامل انجام شود. (براي ذوب چدن در اين كوره ها اول بايد ككها را الك كرد يعني ككها را دسته بندي كرد از درشت به ريز و پودر,كك
درشت در زير و بعد بوته و بعد شارژ و چند كك گنده در داخل بوته و كك متوسط در اطراف و ريزها را در اطراف مي ريزيم و بقيه را در بالا مي گذاريم.
2- با سوخت مايع – نقشه اين كوره در شكل آمده است كه براي ذوب 100-150 كيلوگرم چدن مي باشد, سوخت اين كوره ها از گازوئيل با ارزش حرارتي 9300 كيلو كالري بر ليتر درجه سانتيگراد يا مازوت با ارزش حرارتي 1100 كيلو كالري بر ليتر درجه سانتيگراد است و مي توان با استفاده از بوته هاي گرافيتي در آن چدن ذوب كرد. مشعل آن از نوع فارسونگاهي(يك نوع مشعل ساده صنعتي كه از طريق يك لوله رابط به يك ونتيلاتور(دمنده هوا) وصل شده است).نوع ونتيلاتور يا دمنده هوا بستگي به ظرفيت كوره انتخاب مي شود , معمولاً دمنده هائي كه پس از ساخت بالانس شده اند را در اين كوره ها قرار مي دهند (در تهران ,مظفريان و در تبريز,كارخانه متحد) بدنه كوره از اسكلت فلزي است , از تكه لوله هاي 40 اينچي يا بالاتر از آن به ارتفاع 130 سانتيمتر و اگر نبود از ورق 6 mm به بالا رول كرده و به هم جوش مي زنيم .قطر داخلي 100 و ارتفاع 130- 110 cm پس 100*14/3=314 cm قطر داخلي بدنه مي باشد كه از جوش زدن ورق گسترده بدست مي آيد. و در كف بدنه رول شده رينگ مي زنيم و ميله هاي در جاي خالي رينگ جوش مي دهيم رويش آجر نسوز با كمي شيب قرار مي دهيم تا سرباره ها بيرون رود , بعد كف بوته قرار داده مي زنيم كه كف بوته مي تواند بوته شكسته باشد و سپس از پائين به بالا نسوز كاري مي كنيم كه نسوز جداره 20- 15 cm است. فارسونگاه را طوري مي گذاريم كه بصورت مماس به كف بوته بخورد تا شعله دور بزند.
مثال :
از كوره هاي تشعشعي ثابت براي ذوب آلياژهاي غير آهني مخصوصاً آلومينيوم استفاده مي كنند , در اين كوره ها شعله مستقيماً به مذاب نمي خورد , زيرا اگر مستقيماً به مذاب بخورد موجب اكسيده كردن آن مي شود.
كوره هاي تشعشعي نيمه چرخان :
از اين كوره ها نيز براي ذوب آلياژهاي غير آهني استفاده مي كنند و موقع تخليه مذاب , كوره چرخانده مي شود يا در هنگام شارژ كوره چرخانده شده و شارژ را تحويل مي گيرد.
در اين كوره ها نيز سعي مي شود شعله به ديواره ها برخورد كرده و برخورد مستقيم با مذاب نداشته باشد
كوره هاي دوار :
كوره هاي دوار كه براي ذوب چدن در سال 1930 در آلمان ساخته شد ولي در حال حاضر در دنيا بيشتر انگليسي ها از آن استفاده مي كنند . يك شركت در انگلستان به نام Manometer سازنده اين نوع كوره ها است.
Rotary Furnace كه با ظرفيت هاي Kg 250 تا 70 تن مذاب چدن و تا 12 تن مذاب آلومينيوم مي سازد. سوخت اين نوع كوره ها گاز , گازوئيل و مازوت است . كوره هائي با ظرفيت كمتر با دست و كوره هاي با ظرفيت بيشتر به كمك جراثقيل شارژ مي شوند. كوره روي جكهاي مربوطه به اندازه 45 درجه بلند مي شود و بعد از شارژ دوباره به جاي خودش بر مي گردد.
جداره نسوز اين كوره ها براي ذوب چدن , خاك نسوز سيليسي و براي ذوب آلياژهاي آلومينيوم خاك نسوز آلومينائي است .
ساختمان اين كوره ها : اين كوره ها شامل يك اسكلت فلزي كه به شكل يك استوانه متصل به دو مخروط ناقص است و توسط فلنچ روي استوانه و مخروط ها به يكديگر متصل مي شود .
به طرف دهانه بزرگ مخروط ها و هر دو طرف استوانه فلنچ نصب شده و روي استوانه دو غلطك وصل مي شود. غلطكهاي محرك , كوره را با سرعت يك دور در دقيقه مي چرخانند 1 r.p.m و در ايران با سرعت تقريباً 2 r.p.m درست مي شود .
در كشور كوره هاي دوار توسط بعضي از افراد ساخته مي شود , يكي از سازندگان خوب اين كوره ها حاج صادق مهامي در تهران (ايران ذوب) كه كوره هائي با ظرفيت 250- 350- 500 Kg و 1 تن را مي سازد .
اولين كوره كه در ايران در تسليهات ارتش تهران توسط مهندس پسيان و مهندس گرنسر آلماني ساخته شد و شروع به ذوب چدن نمود . در ايران ظرفيت 500 Kg در ريخته گريهاي چدن زياد استفاده مي شود , زيرا خاك نسوز داخل آن خاك سيليسي بودهو قابل تهيه در داخل كشور است . چون بوته هاي گرافيتي گران است , بيشتر از اين كوره ها در ايران استفاده مي شود. در يك طرف مخروط ناقص مشعل و در طرف ديگر دودكش است , در بعضي از طرح كوره ها دود از سقف كارگاه با كانالي خارج مي شود و در تعدادي از آنها نيز دود توسط كانالهائي به زيرزمين كارگاه كشيده میشود.

[ghasem motamedi]

اطلاعات کلی

چدن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%86%D8%AF%D9%86) (cast iron) ، آلیاژی ازآهن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D9%87%D9%86)- کربن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%A9%D8%B1%D8%A8%D9%86) وسیلیسیماست که همواره محتوی عناصری در حدجزئی (کمتر از 0.1 درصد) و غالبا عناصر آلیاژی (بیشتر از 0.1 درصد) بوده و به حالتریختگی یا پس از عملیات حرارتی به کار برده می‌شود. عناصر آلیاژی برای بهبود کیفیتچدن برای مصارف ویژه به آن افزوده می‌شود. آلیاژهای چدن در کارهای مهندسی که درآنها چدن معمولی ناپایدار است به کار می‌روند. اساسا خواص مکانیکی چدن به زمینهساختاری آن بستگی دارد و مهمترین زمینه ساختار چدن‌ها عبارتند از: فریتی،پرلیتی،بینیتیوآستین تی. انتخاب نوع چدن و ترکیب آن براساسخواص و کاربردهای ویژه مربوطه تعیین می‌شود.


طبفه‌بندی چدن‌ها
چدن ها به دو گروه اصلی طبقه‌بندی می‌شوند، آلیاژهایی برای مقاصد عمومی که موارداستعمال آنها در کاربردهای عمده مهندسی است و آلیاژهای با منظور و مقاصد ویژه ازجمله چدنهای سفید و آلیاژی که برای مقاومت در برابر سایش ،خوردگیو مقاوم در برابر حرارت بالا مورداستفاده قرار می‌گیرند.

چدن های معمولی (عمومی)
این چدن ها چزو بزرگترین گروه آلیاژهای ریختگی بوده و براساس شکلگرافیت (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%AF%D8%B1%D8%A7%D9%81%DB%8C%D8%A A) به انواع زیر تقسیم می‌شوند:

چدن های خاکستری ورقه ای یا لایه ای:چدن های خاکستری جزو مهمترین چدن های مهندسی هستند که کاربردی زیاد دارند نام اینچدن ها از خصوصیات رنگ خاکستری سطح مقطع شکست آن و شکل گرافیت مشتق می‌شود.خواص چدنهای خاکستری به اندازه ، مقدار و نحوه توزیع گرافیت‌ها و ساختار زمینه بستگی دارد. خود این‌ها نیز به کربن و سیلیسیم (C.E.V=%C+%⅓Si+%⅓P) و همچنین روی مقادیر جزئیعناصر ، افزودنی‌های آلیاژی ، متغیرهای فرایندی مانند، روش ذوب ، عمل جوانه زنی وسرعت خنک شدن بستگی پیدا می‌کنند. اما به طور کلی این چدن ها ضریب هدایت گرماییبالایی داشته، مدول الاستیستیه و قابلیت تحمل شوکهای حرارتی کمی دارند و قطعاتتولیدی از این چدن ها به سهولت ماشینکاری و سطح تمام شده ماشینکاری آنها نیز مقاومدر برابر سایش از نوع لغزشی است. این خواص آنها را برای ریختگی هایی که در معرضتنش‌های حرارتی محلی با تکرار تنشها هستند، مناسب می‌سازد. افزایش میزان فریت درساختار باعث استحکام مکانیکی خواهد شد. این نوع حساس بودن به مقاطع نازک و کلفت درقطعات چدنیبدنه موتورهامشاهده می شود دیواره نازک و لاغرسیلندردارای زمینه‌ای فریتی و قسمت ضخیم نشیمنگاه یا تاقان‌ها زمینه‌ای با پرلیت زیاد راپیدا می‌کند. همچنین در ساختماشین آلات عمومی،کمپرسورهای سبک وسنگین،قالب‌ها،میل لنگ‌ها،شیر فلکه‌هاواتصالاتلوله‌هاو غیره از چدنهای خاکستری استفاده می‌شود.

چدن های مالیبل یا چکش خوار:چدن هایچکش خوار با دیگر چدن ها به واسطه ریخته گری آنها نخست به صورت چدن سفید فرقمی‌کنند. ساختار آنها مرکب از کاربیدهای شبه پایدار در یک زمینه‌ای پرلیتی استبازپخت در دمای بالا که توسط عملیات حرارتی مناسب دنبال می‌شود باعث تولید ساختارینهایی از توده متراکم خوشه‌های گرافیت در زمینه فریتی یا پرلیتی بسته به ترکیبشیمیایی و عملیات حرارتی می‌شود. ترکیب به کار برده شده براساس نیازهای اقتصادی ،نحوه باز پخت خوب و امکان جذب و امکان تولید ریخته‌گری انتخاب می‌شود. مثلا بالارفتن Si بازپخت را جلو انداخته و موجب عملیات حرارتی خوب و سریعی با سیلکی کوتاهمی‌شود و در ضمن مقاومت مکانیکی را نیز اصلاح می‌نماید. تاثیر عناصر به مقدار بسیارکم در این چدن ها دست آورد دیگری در این زمینه هستند Te و Bi تشکیل چدن سفید درحالتانجماد (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%86%D8%AC%D9%85%D8%A7%D8%A F) را ترقی داده، B و Al موجب اصلاح قابلیت بازپخت و توام با افزایش تعداد خوشه‌هایگرافیت می‌شود میزان Mn موجود و نسبت Mn/S برای آسان کردن عمل بازپخت می‌بایستیکنترل گردد. عناصری از جمله Cu و Ni و Mo را ممکن است برای بدست آوردن مقاومتبالاتر یا افزایش مقاومت به سایش و خوردگی به چدن افزود. دلیل اساسی برای انتخابچدن های چکش خوار قیمت تمام شده پایین و ماشینکاری راحت و ساده آنهاست. کاربردهایآنها درقطعات اتومبیل قطعات کشاورزی،اتصالات لوله ها،اتصالاتالکتریکیوقطعات مورد استفاده در صنایع معدنیاست.

چدن های گرافیت کروی یا نشکن:اینچدن در سال 1948 در فیلادلفیای آمریکا در کنگره جامعه ریخته گران معرفی شد. توسعهسریع آن در طی دهه 1950 آغاز و مصرف آن در طی سال های 1960 روبه افزایش نهاده وتولید آن با وجود افت در تولید چدن ها پایین نیامده است. شاخصی از ترکیب شیمیاییاین چدن به صورت کربن 3.7% ، سیلیسیم 2.5% ،منگنز (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D9%86%DA%AF%D9%86%D8%B2)0.3% ،گوگرد (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%AF%D9%88%DA%AF%D8%B1%D8%AF) 0.01% ،فسفر (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%81%D8%B3%D9%81%D8%B1) 0.01% ومنیزیم (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D9%86%DB%8C%D8%B2%DB%8C%D9%8 5) 0.04% است. وجود منیزیم این چدن را از چدن خاکستری متمایز می‌سازد. برای تولید چدنگرافیت کروی از منیزیم وسریم (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B3%D8%B1%DB%8C%D9%85) استفاده می‌شود که از نظر اقتصادی منیزیم مناسب و قابل قبول است. جهت اصلاح وبازیابی بهتر منیزیم برخی از اضافه شونده‌هایی از عناصر دیگر با آن آلیاژ می‌شوند واین باعث کاهش مصرف منیزیم و تعدیل کننده آن است. منیزیم ، اکسیژن و گوگرد زدا است. نتیجتا منیزیم وقتی خواهد توانست شکل گرافیتها را به سمت کروی شدن هدایت کند کهمیزان اکسیژن و گوگرد کم باشند. اکسیژن‌زداهایی مثل کربن و سیلیسیم موجود در چدنمایع این اطمینان را می‌دهند که باعث کاهشاکسیژن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%DA%A9%D8%B3%DB%8C%DA%98%D9%8 6) شوند ولی فرآیند گوگردزدایی اغلب برای پایین آوردن مقدار گوگرد لازم است. ازکاربردهای این چدن ها درخودروسازی و صنایع وابسته به آن مثلا در تولید مفصل‌هایفرمان و دیسک ترمزها،در قطعات تحت فشار در درجه حرارت های بالا مثل شیرفلکه‌هاواتصالات برای طرحهای بخاروشیمیایی غلتکهای خشک‌کن نوردکاغذ (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B4%DB%8C%D9%85%DB%8C+%DA%A9%D8% A7%D8%BA%D8%B0) ، در تجهیزات الکتریکی کشتی‌ها ، بدنه موتور ، پمپ‌هاو غیره است.

چدن های گرافیت فشرده یا کرمی شکل:این چدن شبیه خاکستری است با این تفاوت که شکل گرافیت‌ها به صورت کروی کاذب ،گرافیت تکه‌ای با درجه بالا و از نظر جنس در ردیف نیمه نشکن قرار دارد. می‌توان گفتیک نوع چدنی با گرافیت کروی است که کره‌های گرافیت کامل نشده‌اند یا یک نوع چدنگرافیت لایه‌ای است که نوک گرافیت گرد شده و به صورت کرمی شکل درآمده‌اند. ایت چدنها اخیرا از نظر تجارتی جای خود را در محدوده خواص مکانیکی بین چدن های نشکن وخاکستری باز کرده است.
ترکیب آلیاژ موجود تجارتی که برای تولید چدنگرافیت فشرده استفاده می‌شود عبارت است از: Mg%4-5 ،Ti%8.5-10.5،Ca%4-5.5 ،Al%1-1.5 ، Ce%0.2-0.5 ،Si%48-52 و بقیه Fe. چدن گرافیت فشرده در مقایسه با چدنخاکستری از مقاومت به کشش ، صلبیت و انعطاف‌پذیری ، عمر خستگی ، مقاومت به ضربه وخواص مقاومت در دمای بالا و برتری بازمینه‌ای یکسان برخوردار است و از نظر قابلیتماشینکاری ، هدایت حرارتی نسبت به چدن های کروی بهتر هستند. از نظر مقاومت به شکافو ترک خوردگی برتر از سایر چدن ها است. در هر حال ترکیبی از خواص مکانیکی و فیزیکیمناسب ، این چدن ها را به عنوان انتخاب ایده آلی جهت موارد استعمال گوناگون مطرحمی‌سازد. مقاومت بالا در مقابل ترک‌خوردگی آنها را برای قالبهای شمش‌ریزی مناسبمی‌سازد. نشان دادن خصوصیاتی مطلوب در دماهای بالا در این چدن ها باعث کاربرد آنهابرای قطعاتی از جملهسر سیلندرها،منیفلدهای دود،دیسکهایترمز،دیسکها و رینگهای پیستونشده است.

[ghasem motamedi]

فلز ماده‌ای است که می‌توان آن را صیقل داده و براق کرد، یا به طرح‌های گوناگون در آورد و از آن مفتول‌های سیمی ظریف تهیه کرد. فلز جسمی است که آزمایش‌های مربوط به گرما و مهم‌تر از همه جریان الکتریکی را به خوبی هدایت می‌کند. فلزات با یکدیگر فرق زیادی دارند، از جمله در رنگ و سختی و نرمی، تعدادی از آنها ممکن است به آسانی خم شده و یا خیلی محکم و مقاوم باشند




فلزات و تغییر شکلشان
فلز ماده‌ای است که می‌توان آن را صیقل داده و براق کرد، یا به طرح‌های گوناگون در آورد و از آن مفتول‌های سیمی ظریف تهیه کرد. فلز جسمی است که آزمایش‌های مربوط به گرما و مهم‌تر از همه جریان الکتریکی را به خوبی هدایت می‌کند. فلزات با یکدیگر فرق زیادی دارند، از جمله در رنگ و سختی و نرمی، تعدادی از آنها ممکن است به آسانی خم شده و یا خیلی محکم و مقاوم باشند .
شکل واقعی فلزات
شکل واقعی فلزات به اندازه یون و تعداد الکترون‌هایی که هر یون در حوزه اشتراکی دارد و انرژی یون‌ها و الکترون‌ها بستگی دارد. هر قدر فلز گرمتر شود این انرژی زیادتر خواهد شد. پس فلزات گوناگون ممکن است طرح‌های گوناگونی به خود بگیرند. یک فلز ممکن است در حرارت‌های مختلف، طرح‌های متنوعی را اختیار کند، اما در بیشتر آرایش‌ها، یون‌ها کاملاً پهلوی هم قرار دارند، و معمولاً تراکم در فلزات زیادتر از دیگر مواد است. اختلافات عمده فلزات و دیگر جامدات و مایعات.فلزات هادی خوب برق هستند. چون الکترون‌های آنها برای حرکت مانعی ندارند. همه فلزات جامد و مایع گروهی الکترون آزاد دارند، طبعا همه فلزات هادی‌های خوب الکتریسیته هستند. به این سبب فلزات از دیگر گروه‌های عناصر، کاملاً متفاوت دارد.
اختلاف عمده فلزات و دیگر جامدات و مایعات، در توانایی هدایت گرما و الکتریسیته است. هادی خوب آزمایش‌های مربوط به گرما جسمی است که ذرات آن طوری تنظیم شوند که بتوانند آزادانه نوسان یافته و به ذرات مجاور خود نیز امکان نوسان آزاد را بدهند. "گرم شدن" همان نوسانات سریع یون‌ها و الکترون‌ها است. در فلزات چون گروه الکترون‌ها، غبار مانند یون‌ها را احاطه می‌کنند، طبعا هادی‌های خوبی برای حرارت هستند «رسانش گرمایی فلزات).
مقاومت مکانیکی فلز
مقصود آن مقدار باری است که فلز می‌تواند تحمل کرده، نشکند. بسیاری از فلزات، وقتی گرم هستند، اگر تحت فشار قرار گیرند، شکل خود را زیادتر از موقعی که سرد هستند، تغییر می‌دهند. بسیاری از فلزات در زیر فشار متغییر مانند نوسانات، آسانتر از موقعی که سنگین باری را تحمل می‌کنند، می‌شکنند.
علت درخشش فلزات
دلیل اول آن است که با طرح ریزی و براق کردن صحیح می‌توان فلزات را به شکل خیلی صاف تهیه کرد. گر چه آنها نیز تصاویر را خوب منعکس می‌کنند، ولی ظاهر سفید و درخشان بیشتر قطعات فلزی صیقلی شده را ندارند. بطور کلی جلا و درخشندگی فلز بستگی دارد به گروه الکترون‌های آن دارد.الکترون‌ها می‌توانند هر نوع انرژی را که به روی فلزات می‌افتد جذب کنند؛ زیرا در حرکت آزاد هستند. بیشتر انرژی الکترون‌ها از تابش نوری است که به آنها می‌افتد، خواه نور آفتاب باشد یا نور برق. اکثر فلزات همه انرژی جذب شده را پس می‌دهند، به همین دلیل، نه تنها درخشان بلکه سفید به نظر می‌آیند.
علت تغییر شکل فلزات
بسیاری از فلزات در حرارت ویژه‌ای، آرایش یون‌های خود را تغییر می‌دهند. با تغییر ترتیب آرایش یون‌های بسیاری از خصوصیات دیگر فلز نیز دگرگون می‌شود و ممکن است فلز کم و بیش شکننده، قردار، بادوام و قابل انحنا شود یا اینکه انجام کار با آن آسان گردد. بسیاری از فلزات در هنگام سرد بودن، به سختی تغییر شکل می‌پذیرند. بیشتر فلزات جامد را به زحمت می‌توان در اثر کوبیدن به صورت ورقه و مفتو‌ل‌های سیم در آورده، ولی اگر فلز گرم شود، انجام هر دو آسان است.
بسیاری از قطعات آلومینیمی به همان روش و با استفاده از همان دستگاه هایی شکل داده می شوند که برای شکل دادن فلزاتی چون فولاد ، مس و غیره به کار می رود اما در شکل دادن آلومینیم و آلیاژهیا آن برای دستیابی به شکل مورد نظر باید چندین مطلب مهم را در نظر گرفت از میان خواص مشخص آلومینیم می توان خواص زیر را نامب رد آلومینم سطحی نرمتر از فولاد دارد آلومینیم در مقابل شیار ( شکاف ) حساس است آولومینم اگر تحت خمش قرار بگیرد تمایل قابل توجه ای در بر گشتنب ه حالت اولیه خود دارد ( فنریت بالا)آلومینیم ضریب انتساط حرارتی و قابلیت حدایت حرارتی زیادی دارد سطح آلومینم به آسانی آسیب می بیند بنابراین تولیدات نیمه تمام و قطعات تمام شده آلومینیم باید در موقع جابه جایی کل شود و از اکسیژن یا شراندن آن بر روی میز کار و کف زمین پرهیز کرد از آلودگی سطح فلزی آلومینیم با ذرات فلزات سنگین باید پرهیز شود زیرا در صورت وجود رطوبت به خودگی آلومینیم کمک می کند.
آلومینم دارای فنریت زیادی است وقتی آلومینیم خم یا تا شود قابلیت انعطاف ( فنریت ) خیره کننده در مقایسه با قابیت انعطاف ( فنریت ) فولاد معمولی از خود نشان می دهد هر چه آلیاژ سخت تر باشد فنریت آن بیشتر است برگشت پذیری را می توان با خم کردن بیش از اندازه جبران کرد ولی مقدار صحیح و مطلوب آن برای کار مورد نظر را باید از طریق آزمایش و خظا تعیین کرد فنریت زیاد آلومینم در مقایسه با فولاد هب علت مدول الاستیکی نسبتا پایین آن است بیش از حد گرم کردن ماده آلومینیمی در دماهای غیر مجاز حتی به مدت بسیار کوتاه آسیب جبران ناپذیریبه فلز می رساند آن قدر که بریا برازندگی آن با کار باید آن را دوباره ذوب کرد بنابر این در کلیه عملیات کار گرم باید دقت دما را کنترل کرد.اغلب عملیات شکل دادن آلومینیم در حالت سرد انجام می گیرد زیرا وقتی پوفیلی با رویه نازک و روق های نازک حرادت داده می شوند امکان تاب خوردن آنها وجود دارد نیروی لازم برای تغییر شکل آلومینیم کمتر از فولاد است نرمی آلومینیم به خود ماده ( نوع آلیاژ ) و حالت آن بستگی دارد وضعیت آلومینیم مانند هر فلز دیگری در اثر کار سرد تغییر می کند تاثیر کار سرد بر آلومینم از این قرار است ماده مستحکم تر و سخت تر می شود در قطعه تنش تولید می شود اگر تغییر شکل از ظرفیت تغییر شکل پذیری فلز بیشتر شود کار سرد مممکن است باعث ترک خوردن آن شود راحت ترین ماده آلومینیمی از نظر تغییر شکل و نرمی آلویمینم حالص آلومینیم تصفیه شده و آلیاژ Al-Mn در حالت نرم است.
آلومینیم خالص و آلیاژهای آلومینیم در حالت نیمه سخت و آلیاژهای پیر سختی پذیر در حالت نرم در حال کار پذیر هستند گر چه کارپذیری آن ها کمتر از موادبیشتر شاد شده است آلیاژ های آلومینیم در حالت سخت یا حالات کاملا پیر سهت شده به مقدار کمی کار پذیرند و به طور کلی کارپذیری آنها بسیار مشکل است.آلیاژ ها از آلومینیم شامل عنصر لیتیم تولید شده اند که اهمیت ویژه ای در صنایع هوا – فضا یافته اند چگالی لیتیم 534% است نتیجتا چگالی آلیاژ های Al-Liمی تواند حدود 10 درصد کمتر از دیگر آلیاژ های متداول آلویمنیم باشد این وزن کم می تواند باعث استخکام ویژه بسیار خوب این آلیاژ برای کاربرد های هوا – فضایی باشد آهنگ رشد ترک خستگی در این آلیاژها پایین است که باعث بهبود مقاومت خستگی و سفتی ( تافنس ) خوب آن آلیاژ ها در دماهای پایین می شود.
آلیاژ های Al-Liدر ساخت کف بدنه و اکلت هواپیما های نظامی و تجاری به کار می روند. آلیاژ ها از آلومینیم شامل عنصر لیتیم تولید شده اند که اهمیت ویژه ای در صنایع هوا – فضا یافته اند چگالی لیتیم 534% است نتیجتا چگالی آلیاژ های Al-Liمی تواند حدود 10 درصد کمتر از دیگر آلیاژ های متداول آلویمنیم باشد این وزن کم می تواند باعث استخکام ویژه بسیار خوب این آلیاژ برای کاربرد های هوا – فضایی باشد آهنگ رشد ترک خستگی در این آلیاژها پایین است که باعث بهبود مقاومت خستگی و سفتی ( تافنس ) خوب آن آلیاژ ها در دماهای پایین می شود آلیاژ های Al-Liدر ساخت کف بدنه و اکلت هواپیما های نظامی و تجاری به کار می روند .
آلیاژ ها از آلومینیم شامل عنصر لیتیم تولید شده اند که اهمیت ویژه ای در صنایع هوا – فضا یافته اند چگالی لیتیم 534% است نتیجتا چگالی آلیاژ های Al-Liمی تواند حدود 10 درصد کمتر از دیگر آلیاژ های متداول آلویمنیم باشد این وزن کم می تواند باعث استخکام ویژه بسیار خوب این آلیاژ برای کاربرد های هوا – فضایی باشد آهنگ رشد ترک خستگی در این آلیاژها پایین است که باعث بهبود مقاومت خستگی و سفتی ( تافنس ) خوب آن آلیاژ ها در دماهای پایین می شود آلیاژ های Al-Liدر ساخت کف بدنه و اکلت هواپیما های نظامی و تجاری به کار می روند استکام بالای آلیاژهای Al-Li ناشی از قابلیت آن ها برای پیر سختی است مهمترین زمینه های کاربرد آلومینم در صنایع عبارتند از :1- مصارف خانگی نظیر ظروف 2- مصارف ساختمانی نظیر در و پنجره 3- مصارف تاسیساتی نظیر لوله و اتصالات 4- مصارف صنایع فضایی5- مصارف اتومبیل سازی 6- مصارف کشتی سازی بدنه پروانه پمپ 7- مصارف تجاری و بسته بندی چای مواد لبنی ضخامت تا 10 میکرون 8- مصارف الکتریکی : نظیر کابل ها .
بسیاری از قطعات آلومینیمی به همان روشو با استفاده از همان دستگاه هایی شکل داده می شوند که برای شکل دادن فلزاتی چون فولاد ، مس و غیره به کار می رود اما در شکل دادن آلومینیم و آلیاژهیا آن برای دستیابی به شکل مورد نظر باید چندین مطلب مهم را در نظر گرفت از میان خواص مشخص آلومینیم می توان خواص زیر را نامب رد آلومینم سطحی نرمتر از فولاد دارد آلومینیم در مقابل شیار ( شکاف ) حساس است.
آلومینیوم اگر تحت خمش قرار بگیرد تمایل قابل توجه ای در بر گشتنب ه حالت اولیه خود دارد ( فنریت بالا)آلومینیم ضریب انتساط حرارتی و قابلیت حدایت حرارتی زیادی دارد سطح آلومینم به آسانی آسیب می بیند بنابراین تولیدات نیمه تمام و قطعات تمام شده آلومینیم باید در موقع جابه جایی کل شود و از اکسیژن یا شراندن آن بر روی میز کار و کف زمین پرهیز کرد از آلودگی سطح فلزی آلومینیم با ذرات فلزات سنگین باید پرهیز شود زیرا در صورت وجود رطوبت به خودگی آلومینیم کمک می کند آلومینم دارای فنریت زیادی است.
وقتی آلومینیم خم یا تا شود قابلیت انعطاف ( فنریت ) خیره کننده در مقایسه با قابیت انعطاف ( فنریت ) فولاد معمولی از خود نشان می دهد هر چه آلیاژ سخت تر باشد فنریت آن بیشتر است برگشت پذیری را می توان با خم کردن بیش از اندازه جبران کرد ولی مقدار صحیح و مطلوب آن برای کار مورد نظر را باید از طریق آزمایش و خظا تعیین کرد فنریت زیاد آلومینم در مقایسه با فولاد هب علت مدول الاستیکی نسبتا پایین آن است بیش از حد گرم کردن ماده آلومینیمی در دماهای غیر مجاز حتی به مدت بسیار کوتاه آسیب جبران ناپذیریبه فلز می رساند آن قدر که بریا برازندگی آن با کار باید آن را دوباره ذوب کرد بنابر این در کلیه عملیات کار گرم باید دقت دما را کنترل کرد .
انواع تغییر شکل:
بررسی مکانیزمهای ایجاد ترک و مکانیزمهای متفاوت رشد سریع یا در حد بحرانی ترک و رشد آرام و پایینتر از رشد بحرانی از اهمیت ویژه صنعتی برخوردارند. بررسی فعل و انفعالات فیزیکی که به هنگام شکست روی میدهد چندان ساده نیست، زیرا چگونگی ایجاد ترک و رشد آن و بالاخره نوع شکست در مواد کریستالی به جنس، ساختار شبکه کریستالی، ریزساختار و از آنجا که قطعات معمولا به طور کامل سالم و بدون عیب نیستند به نوع، اندازه و موقعیت عیب، نوع و حالت تنش وارد بر آنها بستگی خواهد داشت. معمولا شکست درفلزات به شکست نرم و شکست ترد تقسیم می شود.در صنعت هدف، کنترل و به تعویق انداختن شکست است.
شکست نرم:
بسیاری از فلزات و آلیاژهای آنها، به ویژه آنهایی که دارای شبکه fcc هستند، مانند آلومینیوم و آلیاژهای آن، در تمام درجه حرارتها، شکست نرم خواهند داشت. شکست نرم به آرامی و پس از تغییر شکل پلاستیکی زیاد به ازای تنشی بالاتر از استحکام کششی ظاهر میشود. از مشخصات شکست نرم، تحت تاثیر تنش کششی، ظاهر گشتن گلویی یا نازکی موضعی و ایجاد حفره های بسیار ریز در درون قسمت گلویی و اتصال آنها به یکدیگر تا رسیدن به حد یک ترک ریز و رشد آرام ترک تا حد پارگی یا شکست نهایی است
مراحل مختلف شكست نرم در یك فلز انعطاف پذیر
در این نوع شکست علت ایجاد حفرهای ریز در محدوده گلویی میتواند تغییر شکل غیر یکنواخت ناشی از ناخالصیهای موجود در ماده اصلی زمینه باشد. لذا با ایجاد حفره های بسیار ریز در محدوده گلویی حالت تنش سه محوری برقرار میشود که منجر به ایجاد ترک میشود .
در طراحی و ساخت اجزای ماشین آلات و در ساختمان سازی، تنشهای وارد بر سازه های فلزی در محدوده الاستیکی انتخاب میشود. بنابراین در کاربرد صنعتی، شکست در حالت تنش استاتیکی در مواد انعطاف پذیر ( داکتیل ) یک پیشامد نامطلوب است.
ترك داخلی در نا حیه نازك شده در نمونه كششی مس با خلوص بالا
شکست ترد:
شکست ترد معمولا در فلزاتی با ساختار کریستالی مکعب مرکزدار(bcc ) و هگزاگونال متراکم (hcp) و آلیاژهای آنها در درجه حرارتهای پایین ( معمولا پایینتر از دمای معمولی محیط ) و سرعتهای تغییر شکل بالا بطور ناگهانی ظاهر میشود. شکست ترد در امتداد صفحه کریستالی معینی، به نام صفحه کلیواژ، انجام میگیرد. در شکست ترد عموما تغییر شکل پلاستیکی قابل توجهی در منطقه شکست مشاهده نمیشود.نظریه شکست ابتدا علت شکست را این چنین بیان کرد که تمام پیوندهای اتمی در امتداد صفحه شکست هم زمان با هم گسیخته میشوند. بدین ترتیب که با ازدیاد تنش فاصله اتمها از یکدیگر دور میشوند ودر نهایت به محض اینکه تنش به حد تنش شکست ( تنش بحرانی ) رسید، در نتیجه گسستن تمامی پیوندهای اتمی در صفحه عمود بر امتداد کشش، شکست پدیدار میشود.در جدول زیر تنشهای بحرانی عمود بر صفحات کریستالی معین در چند تک کریستال برای شکست داده شده است.
شكست ترد وتعدادی از تك كریستالها
عملا تنش لازم برای شکست مواد لازم فلزی به اندازه قابل توجهی کمتراز تنش شکست محا سبه شده ا ز طریق تئوری است . بنابراین فعل وانفعال شکست نمیتواند از طریق گسستن همزمان تمامی پیوند های اتمی درامتداد سطح شکست صورت گیرد. بد ین ترتیب فعل و انفعالات شکست عملا بیشتر از طریق ایجاد یک ترک بسیار ریز به عنوان منشا ترک و رشد و پیشروی آن انجام میگیرد . برای پیشروی ترک د ر یک ماده لازم است مقدار تنش متمرکز در نوک ترک از استحکام کششی در آن موضع فراتر رود . د ر مواردی که شرایط برای پیشروی منشا ترک مساعد نیست ترک می تواند متوقف گشته وشکست پدیدار نشود.

تئوری گریفیت:
او چنین بیان می کند که در ماده ای که حاوی تعدادی ترک بسیار ریز باطول معینی است ، همین که مقدار تنش متمرکز درنوک ترک ، حداقل به مقدار تنش لازم برای گسستن پیوندهای اتمی د رآن موضع ( استحکام کششی ) رسید، شکست ظاهر میشود . باپیشرفت ترک ، سطح ترک افزایش می یابد . این مطلب بدین معنی است که برای ایجاد این سطح باید انرژی به کار برده شود . این مقدار انرژی از انرژی تغییر شکل کسب می شود.
بنابراین فرضیه گریفیت علت پدیدار گشتن شکست ترد را وجود ترکها و خراشهای سطحی بسیار ریز ( با اندازه بحرانی) و پائین بودن استحکام را د رآن مواضع می داند . اماموادب هم وجود دارد که بد ون داشتن ترکهای سطحی بسیار ریز شکست ترد د ر آنها پدیدار می شود . بنابراین د ر این گونه مواد هم باید فعل وانفعالاتی صورت گیرد که موجب به وجود آمدن تمرکز تنش وفراتر رفتن موضعی مقدارتنش از استحکام کششی ود رنتیجه ایجاد منشا ترک شود. زنر و اشترو مکانیزم این فعل و انفعال راچنین بیان داشتند که در حین تغییر شکل پلا ستیکی نابجاییها در پشت موانع ( مانند مرزدانه ها ومرز مشترک د و قلوییها ) تجمع یافته وبدین ترتیب در زیر نیم صفحه های مربوط به این نابجاییها ترکهای بسیار ریزی ایجاد می شود .
این ترکهای بسیار ریزهمچنین می تواند محلهای مناسبی برای نفوذ عناصری مانند اکسیژن ، ازت وکربن درآنها وایجاد فازهای ثانوی ترد ودر نتیجه شکست ترد باشند. چنین رفتار ترد د ر شکست ترد مس باوجود عناصری مانند آنتیموان وآهن همراه بااکسیژن مشاهده شده است .
مكانیزم ایجاد ترك از طریق نابجاییها
الف) تجمع نابجائیها در پشت مرز دانه ها (Zener)
ب) تلاقی نابجائیها (Cottrell)
کاترل مکانیزم د ومی رابرای ایجاد منشا ترک ارائه کرد. بد ین صورت که منشا ترکهای ریز می تواند د ر اثر تلا قی د و صفحه لغزش بایکد یگر ، د ر نتیجه د ر هم آمیختن نابجاییها د ر محل تلا قی آن د و صفحه و ایجاد نابجاییها ی جد ید ، ناشی شود، این مکانیز م می تواند د لیلی برای ایجاد سطح شکست ( صفحه کلیواژ ) مشاهده شده د ر صفحه (001 ) د ر فلزات باساختار کریستالی مکعب مرکزدار (bcc ) باشد.
درفلزات چندین کریستالی شکست تر د میتواند به صورت برون دانه ای ( بین دانه ای) و یا درون دانه ای باشد.شکست برون دانه ای در بین دانه ها د ر امتداد مرز دانه ها ظاهر می شود. د لیل این نوع شکست بیشتر میتواند وجود ناخالصیها یا جدایش و رسوب عناصر یا فازهای ترد و شکننده د ر امتداد مرز دانه ها باشد. شکست ترد درفلزات بیشتر به صورت درون دانه ای است . بدین ترتیب که ترک د ر داخل دانه ها گسترش می یابد. د رجه حرارت و سرعت تغییر شکل تاثیر مخالفی برروی نوع شکست خواهد داشت ، به طوری که باکاهش درجه حرارت و ازد یاد سرعت تغییر شکل ، تمایل برای شکست ترد به صورت درون دانه ای د ر حین خزش د ر نتیجه تغییرات شیمیائی دراثر اکسیداسیون ممکن خواهد بود. چنانچه اکسیداسیون برون دانه ای در فلزات صورت گیرد، تنش شکست بسیار کاهش می یابد.
تافنس شکست:
چنانچه در جسمی ترک وجود داشته باشد، د راین صورت استحکام آن جسم استحکامی نیست که از طریق آزمایش کشش به دست می آید ، بلکه آن کمتر است. د راین صورت مسئله ترک واشاعه آن اهمیت پیدا می کند. در اینجا تافنس شکست به رفتار مکانیکی اجسام ، شامل ترک یاد یگر عیوب بسیار ریز سطحی یاداخلی مربوط میشود. البته م یتوان اذعان کرد که عموما تمام اجسام عاری از عیب نبوده و شامل عیوبی هستند . دراین صورت آن چه که د رطراحی و اتنخاب مواد برای ما اهمیت صنعتی ویژه ای دارد ، مشخص کردن حد اکثر تش قابل تحمل برای جسمی است که شامل عیبی با شکل و اندازه معینی است . بنابراین به کمک تافنس شکست می توان توانایی جسمی که بطور کامل سالم نیست راد رمقابل یک بار خارجی وارد برجسم سنجید.معمولابرای تعیین تافنس شکست از آزمایش کشش برروی نمونه آماده شده ای از جنس معین که ترکی بطول وشکل معینی برطبق استاندارد درسطح یاداخل نمونه بطورعمد ایجاد شده استفاده می شود، شکل نمونه به گونه ای د ر دستگاه آزمایش کشش قرار می گیرد که ترک ریز به صورت عمود برامتداد تنش کششی قرار گیرد.
اکنون این سئوال مطرح می شود که به ازای چه مقداری از تنش s جوانه ترک مصنوعی د ر داخل جسم گسترش می یابد تاحدی که منجر به شکست نمونه شود . در اطراف این ترک تنش به صورت پیچیده ای توزیع می شود. حداکثر تنش کششی ایجاد شده د ر راس ترک بزرگتر از خارجیs است و تنش بحرانی ( sc ) نامیده میشود.تا زمانی که sc کوچکتراز استحکام کششی است نمونه نمی شکند .با وارد آمدن تنش به نمونه د ر محدوده الاستیکی ابتدا انرژی پتانسیل در نمونه ذ خیره می شود . موقعی که ترک شروع به رشد می کند بین مقدارکاهش انرژی پتانسیل ذخیره شده د رنمونه وانرژی سطحی ناشی از رشد ترک تعادل برقرار است . تازمانی رشد ترک ادامه پیدا می کند که از انرژی الاستیکی کاسته و به انرژی سطحی افزوده شود، یعنی تالحظه ای که شکست ظاهر گرد د .ابتدا گریفیث با توجه به روابط مربوط به انرژی پتانسیل ذ خیره شده و انرژی سطحی ترک در ماده الاستیکی ،مانند شیشه و تغییر و تبد یل آنها به یک د یگررابطه زیر را ارائه کرد:
s=√2Egs ∕ pa
این رابطه برای حالت تنش د و بعدی برقرار است . gs د ر این رابطه انرژی سطحی ویژه و E مد ول الاستیکی ماده است .برای حالت تغییر شکل د و بعدی ( حالت تنش سه بعدی باصرفنظر از تغییر شکل د ربعد سوم ) رابطه زیر را ارائه کرد:
(s = √ 2Egs ∕ pa(1_ n²

لازم به تذکر است که رابطه گریفیث برای یک ماده الاستیکی شامل ترک بسیار ریز باراس ترک تیز ارائه شد و این رابطه ترک باشعاع راس ترک 0≠r را شامل نمی شو د . بنابراین رابطه گریفیث شرط لازم برای تخریب است ، اما شرط کافی نیست .
در رابطه گریفیث انرژی تغییر شکل پلاستیکی در نظر گرفته نشده است . ازاین ر و اروان انرژی تغییر شکل پلاستیکی ، که برای فلزات و پلیمرها در فرآیند شکست قابل توجه است رادر نظر گرفت و رابطه زیر راارائه کرد:
s = √ 2E(gs+gp) ∕ pa
سپس اروین رابطه گریفیث را برای موادی که قابلیت تغییر شکل پلاستیکی دارند ، به کار برد و باتوجه به میزان رها شدن انرژی تغییر شکل الاستیکی در واحد طول ترک د رحین رشد (G) رابطه زیر را برای حالت تنش د و بعدی ارائه داد :
s = √ EG ∕ pa
بامقایسه با رابطه قبل (gs+gp) 2 = s است . بد ین ترتیب د ر لحظه ناپایداری ، وقتی میزان رها شد ن انزژی تغییر شکل الاستیکی به یک مقدار بحرانی رسید ، شکست پدیدار می شود. در این صورت در لحظه شکست :
برای حالت تنش دو بعدی Gc=pasc²∕E
برای حالت کرنش دو بعدیGc= pa(1- n² ) sc² ∕ E = Kc² ∕ E
Gcمقیاسی برای تافنس شکست یک ماده بوده و مقدار آن برای هر ماده ای ثابت و معین است . بامعلوم بودن این کمیت می توان مشخص کرد که مقدارa به چه اندازه ای باید برسد تاجسم بشکند . بدین ترتیب این رابطه در مکانیزم شکست اهمیت دارد. هرچقدر Gcکوچکتر باشد ، تافنس کمتر یا به عبارتی ماده تردتراست .رابطه زیر را برای حالت تنش دو بعدی می توان به صورت زیر نوشت :
Gc = √ EGc ∕ pa
و برای شرایط تغییر شکل نسبی د و بعدی رابطه زیر ارائه شده است :
(s = √ EGc ∕ pa(1_n²
تعیین تنش شکست بحرانی sc کار چندان ساده ای نیست . اما می توان گفت که به ازای تنشهای جسم باوجود ترک هنوز نمی شکند . از این رو تنش درحد پاینتر از مقدار بحرانی با ضریب شدت تنش K توصیف و رابطه زیر برای آن ارائه شد ه است :
K= fs√ pa
در این رابطه f ضریب هند سه نمونه معیوب ، s تنش اعمالی وa اندازه عیب است ، در شکل تئوری گریفیث اگر عرض نمونه نامحدود فرض شود ، دراین صورت 1 = f است . با انجام آزمایش روی نمونه ای با اندازه معینی از عیب می توان مقدار k ، که به ازای آن ترک شروع به رشد کرده و موجب شکست میشود ، را تعیین کرد . این ضریب شدت تنش بحرانی به عنوان تافنس شکست نامیده میشود و به Kc نشان داده میشود .اماازطرفی ، همچنین به ازای تنش ثابتی درحد کوچکتر از استحکام کششی باافزایش کند ترک ، طول ترک (a) میتواند به مقدار بحرانی برسد و به ازای آن نمونه تخریب شود.
تافنس شكست (Kc) از فولادی با تنش تسلیم MN.m2 2070 با افزایش ضخامت تا تافنس شكست در حالت تغییر شكل صفحه ای (دو بعدی) كاهش می یابد.
کمیتهای Kcو Gc بستگی به ضخامت نمونه دارد. همین که ضخامت نمونه افزایش یافت ، تافنس شکست Kcتا مقدار ثابتی کاهش می یابد ، این مقدار ثابت Kc تافنس شکست تغییر شکل نسبی دو بعدی KIc نامیده می شود . Kc کمیتی مستقل از اندازه نمونه است و در محاسبه استحکام که مستلزم اطمینان بالاست ، به کار میرود .
بنابراین در طراحی در محاسبات باید روابط زیر توجه شود :
s< Kc ∕ √ pa
و در حالت تغییر شکل دو بعدی ( حالت تنش سه بعدی باناچیز بودن تغییر شکل در بعد سوم):
s< K1c ∕ √ pa
کمیتهای K1c و G1c نه فقط برای گسترش ترک ترد ونرم تعریف شد ه است ، بلکه همچنین برای شکست تحت شرایط تنش خوردگی ، خستگی و خزش نیز به کار میرود. در جداول زیر تافنس شکست تعدادی از مواد ارائه شده است .
تافنس شكست تعدادی از مواد طراحی
تافنس شكست در حالت تغییر طول نسبی دومحوری (KIc) تعدادی از مواد
اگر حد اکثر اندازه عیب موجود در قطعه a و مقدار تنش وارد برآن s باشد ، میتوان ماده ای را باتافنس شکست Kc یا K1c به اندازه کافی بالا ، که بتواند از رشد ترک جلوگیری کند، انتخاب کرد. همچنین اگر حداکثر اندازه مجاز عیب موجود درقطعه و تافنس شکست ماده ، یعنی Kc یا K1c، معلوم باشد در آن صورت میتوان حداکثر تنش قابل تحمل برای قطعه رامشخص کرد. از این رو میتوان اندازه تقریبی قطعه را تیین کرد، آن چنان که از پایینتر آمدن حداکثر تنش ایجاد شده از حد مجاز، اطمینان حاصل شود.
همچنین اگر ماده معینی انتخاب و اندازه قطعه و تنش وارد برآن مشخص شده باشد ، حد اکثر اندازه مجاز عیب قابل تحمل را میتوان به طور تقریب بدست آورد.
توانایی هرماده در مقابل رشد ترک به عوامل زیر بستگی دارد:
1- عیوب بزرگ ، تنش مجاز را کاهش میدهد. فنون خاص تولید، مانند جداسازی و کاهش ناخالصیهااز فلز مذاب و فشردن ذرات پودر در حالت داغ در تولید اجزای سرامیکی همگی میتواند موجب کاهش اندازه عیب شود و تافنس شکست را بهبود ببخشد.
2- در فلزات انعطاف پذیر ، ماده مجاور راس ترک میتواند تغییر فرم یابد . به طوری که سبب باز شدن راحت راس ترک و کاسته شدن از حساسیت آن شده و ضزیب شدت تنش را کاهش داده و از رشد ترک جلوگیری میکند معمولا افزایش استحکام فلز انعطاف پذیری را کاهش میدهد و سبب کاهش تافنس شکست میشود ، مانند سرامیکهاوتعداد زیادی از پلیمرها ، تافنس شکست بسیار پایینتر از فلزات دارند.
3- مواد ضخیمتر وصلبتر دارای تافنس شکست کمتر از مواد نازک هستند.4- افزایش سرعت وارد کردن بار، مانند سرعت وارد شدن بار د ر آزمایش ضربه ، نوعاتافنس شکست جسم را کاهش میدهد.5- افزایش درجه حرارت معمولا تافنس شکست راافزایش میدهد، همان گونه که د ر آزمایش ضربه این چنین است .6- با کوچک شدن اندازه دانه ها معمولا تافنس شکست بهبود مییابد ، د ر حالی که با وجود عیوب نقطه ای و نابجاییهای بیشتر تافنس شکست کاهش مییابد. بنابراین مواد سرامیکی دانه ریز میتواند مقاومت به رشد ترک را بهبود بخشند.

[ghasem motamedi]

چدن (cast iron) ، آلیاژی از آهن- کربن و سیلیسیم است که همواره محتوی عناصری در حد جزئی (کمتر از 0.1 درصد) و غالبا عناصر آلیاژی (بیشتر از 0.1 درصد) بوده و به حالت ریختگی یا پس از عملیات حرارتی به کار برده می‌شود. عناصر آلیاژی برای بهبود کیفیت چدن برای مصارف ویژه به آن افزوده می‌شود. آلیاژهای چدن در کارهای مهندسی که در آنها چدن معمولی ناپایدار است به کار می‌روند. اساسا خواص مکانیکی چدن به زمینه ساختاری آن بستگی دارد و مهمترین زمینه ساختار چدن‌ها عبارتند از: فریتی ، پرلیتی ، بینیتی و آستینتی. انتخاب نوع چدن و ترکیب آن براساس خواص و کاربردهای ویژه مربوطه تعیین می‌شود.
چدن ها به دو گروه اصلی طبقه‌بندی می‌شوند، آلیاژهایی برای مقاصد عمومی که موارد استعمال آنها در کاربردهای عمده مهندسی است و آلیاژهای با منظور و مقاصد ویژه از جمله چدنهای سفید و آلیاژی که برای مقاومت در برابر سایش ، خوردگی و مقاوم در برابر حرارت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.
چدن های معمولی
این چدن ها چزو بزرگترین گروه آلیاژهای ریختگی بوده و براساس شکل گرافیت به انواع زیر تقسیم می‌شوند:
چدن های خاکستری ورقه ای یا لایه ای
چدن های خاکستری جزو مهمترین چدن های مهندسی هستند که کاربردی زیاد دارند نام این چدن ها از خصوصیات رنگ خاکستری سطح مقطع شکست آن و شکل گرافیت مشتق می‌شود.خواص چدن های خاکستری به اندازه ، مقدار و نحوه توزیع گرافیت‌ها و ساختار زمینه بستگی دارد. خود این‌ها نیز به کربن و سیلیسیم (C.E.V=%C+%⅓Si+%⅓P) و همچنین روی مقادیر جزئی عناصر ، افزودنی‌های آلیاژی ، متغیرهای فرایندی مانند، روش ذوب ، عمل جوانه زنی و سرعت خنک شدن بستگی پیدا می‌کنند. اما به طور کلی این چدن ها ضریب هدایت گرمایی بالایی داشته، مدول الاستیستیه و قابلیت تحمل شوکهای حرارتی کمی دارند و قطعات تولیدی از این چدن ها به سهولت ماشینکاری و سطح تمام شده ماشینکاری آنها نیز مقاوم در برابر سایش از نوع لغزشی است. این خواص آنها را برای ریختگی هایی که در معرض تنش‌های حرارتی محلی با تکرار تنشها هستند، مناسب می‌سازد. افزایش میزان فریت در ساختار باعث استحکام مکانیکی خواهد شد. این نوع حساس بودن به مقاطع نازک و کلفت در قطعات چدنی بدنه موتورها مشاهده می شود دیواره نازک و لاغر سیلندر دارای زمینه‌ای فریتی و قسمت ضخیم نشیمنگاه یا تاقان‌ها زمینه‌ای با پرلیت زیاد را پیدا می‌کند. همچنین در ساخت ماشین آلات عمومی ، کمپرسورهای سبک و سنگین ، قالب‌ها ، میل لنگ‌ها ، شیر فلکه‌هاو اتصالات لوله‌ها و غیره از چدنهای خاکستری استفاده می‌شود.
چدن های مالیبل یا چکش خوار
چدن های چکش خوار با دیگر چدن ها به واسطه ریخته گری آنها نخست به صورت چدن سفید فرق می‌کنند. ساختار آنها مرکب از کاربیدهای شبه پایدار در یک زمینه‌ای پرلیتی است بازپخت در دمای بالا که توسط عملیات حرارتی مناسب دنبال می‌شود باعث تولید ساختاری نهایی از توده متراکم خوشه‌های گرافیت در زمینه فریتی یا پرلیتی بسته به ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی می‌شود. ترکیب به کار برده شده براساس نیازهای اقتصادی ، نحوه باز پخت خوب و امکان جذب و امکان تولید ریخته‌گری انتخاب می‌شود. مثلا بالا رفتن Si بازپخت را جلو انداخته و موجب عملیات حرارتی خوب و سریعی با سیلکی کوتاه می‌شود و در ضمن مقاومت مکانیکی را نیز اصلاح می‌نماید. تاثیر عناصر به مقدار بسیار کم در این چدن ها دست آورد دیگری در این زمینه هستند. Te و Bi تشکیل چدن سفید در حالت انجماد را ترقی داده، B و Al موجب اصلاح قابلیت بازپخت و توام با افزایش تعداد خوشه‌های گرافیت می‌شود میزان Mn موجود و نسبت Mn/S برای آسان کردن عمل بازپخت می‌بایستی کنترل گردد. عناصری از جمله Cu و Ni و Mo را ممکن است برای بدست آوردن مقاومت بالاتر یا افزایش مقاومت به سایش و خوردگی به چدن افزود. دلیل اساسی برای انتخاب چدن های چکش خوار قیمت تمام شده پایین و ماشینکاری راحت و ساده آنهاست. کاربردهای آنها در قطعات اتومبیل قطعات کشاورزی ، اتصالات لوله ها ، اتصالات الکتریکی و قطعات مورد استفاده در صنایع معدنی است.
چدن های گرافیت کروی یا نشکن
این چدن در سال 1948 در فیلادلفیای آمریکا در کنگره جامعه ریخته گران معرفی شد. توسعه سریع آن در طی دهه 1950 آغاز و مصرف آن در طی سال های 1960 روبه افزایش نهاده و تولید آن با وجود افت در تولید چدن ها پایین نیامده است. شاخصی از ترکیب شیمیایی این چدن به صورت کربن 3.7% ، سیلیسیم 2.5% ، منگنز0.3% ، گوگرد 0.01% ، فسفر 0.01% و منیزیم 0.04% است. وجود منیزیم این چدن را از چدن خاکستری متمایز می‌سازد. برای تولید چدن گرافیت کروی از منیزیم و سریم استفاده می‌شود که از نظر اقتصادی منیزیم مناسب و قابل قبول است. جهت اصلاح و بازیابی بهتر منیزیم برخی از اضافه شونده‌هایی از عناصر دیگر با آن آلیاژ می‌شوند و این باعث کاهش مصرف منیزیم و تعدیل کننده آن است. منیزیم ، اکسیژن و گوگرد زدا است. نتیجتا منیزیم وقتی خواهد توانست شکل گرافیتها را به سمت کروی شدن هدایت کند که میزان اکسیژن و گوگرد کم باشند. اکسیژن‌زداهایی مثل کربن و سیلیسیم موجود در چدن مایع این اطمینان را می‌دهند که باعث کاهش اکسیژن شوند ولی فرآیند گوگردزدایی اغلب برای پایین آوردن مقدار گوگرد لازم است. از کاربردهای این چدن ها در خودروسازی و صنایع وابسته به آن مثلا در تولید مفصل‌های فرمان و دیسک ترمزها ، در قطعات تحت فشار در درجه حرارت های بالا مثل شیر فلکه‌ها و اتصالات برای طرحهای بخار و شیمیایی غلتکهای خشک‌کن نورد کاغذ ، در تجهیزات الکتریکی کشتی‌ها ، بدنه موتور ، پمپ‌ها و غیره است.
چدن های گرافیت فشرده یا کرمی شکل
این چدن شبیه خاکستری است با این تفاوت که شکل گرافیت‌ها به صورت کروی کاذب ، گرافیت تکه‌ای با درجه بالا و از نظر جنس در ردیف نیمه نشکن قرار دارد. می‌توان گفت یک نوع چدنی با گرافیت کروی است که کره‌های گرافیت کامل نشده‌اند یا یک نوع چدن گرافیت لایه‌ای است که نوک گرافیت گرد شده و به صورت کرمی شکل درآمده‌اند. ایت چدن ها اخیرا از نظر تجارتی جای خود را در محدوده خواص مکانیکی بین چدن های نشکن و خاکستری باز کرده است. ترکیب آلیاژ موجود تجارتی که برای تولید چدن گرافیت فشرده استفاده می‌شود عبارت است از: Mg%4-5 ،Ti%8.5-10.5 ، Ca% 4-5.5 ، Al%1-1.5 ، Ce %0.2-0.5 ،Si%48-52 و بقیه Fe. چدن گرافیت فشرده در مقایسه با چدن خاکستری از مقاومت به کشش ، صلبیت و انعطاف‌پذیری ، عمر خستگی ، مقاومت به ضربه و خواص مقاومت در دمای بالا و برتری بازمینه‌ای یکسان برخوردار است و از نظر قابلیت ماشینکاری ، هدایت حرارتی نسبت به چدن های کروی بهتر هستند. از نظر مقاومت به شکاف و ترک خوردگی برتر از سایر چدن ها است. در هر حال ترکیبی از خواص مکانیکی و فیزیکی مناسب ، این چدن ها را به عنوان انتخاب ایده آلی جهت موارد استعمال گوناگون مطرح می‌سازد. مقاومت بالا در مقابل ترک‌خوردگی آنها را برای قالبهای شمش‌ریزی مناسب می‌سازد. نشان دادن خصوصیاتی مطلوب در دماهای بالا در این چدن ها باعث کاربرد آنها برای قطعاتی از جمله سر سیلندرها ، منیفلدهای دود ، دیسکهای ترمز ، دیسکها و رینگهای پیستون شده است.
چدن نسوز
اين نوع از چدن ها به گروهي از آلياژهي آهني گفته ميشود كه شرايط كاري آنها در محيط گرم ودر درجات حرارتي تا حدود 1100 درجه سانتي گراد مي باشد در چنين درجات حرارتي چدن ها نبايستي اكسيده شده وتحمل نيرو هاي مكانيكي را نيز دارا باشند. در هنگامي كه حد اكثر درجه حرارت 600 درجه سانتي گراد باشد اين نوع چدن ها حتي ميتوانند تحت شرايط ديناميكي( همان نيروهاي سيكلي يا متحرك بر قطعه ) به خوبي كار كنند نيكل كرم و موليبدن از مهمترين عناصري هستند كه دراين نوع چدن هاوجود دارد دارند . علاوه بر مسئله مقاوم بودن اين نوع چدن ها در مقابل اكسيداسيون بايستي در اثر حرارت ديدن باد نكرده وترك نخورند. ميزان باد كردگي و رشد چدن ها در درجه حرارتي بالاي400 درجه سانتي گراد زياد بوده مي تواند تا 10 درصد نيز برسد علت رشد وباد كردگي چدن ها به دليل تجزيه شدن سمنتيت به آهن وگرافيت در اثر حرارت است كه توام با رشد وباد كردگي قطعات خواهد بود لذا براي جلوگيري از اين مشكل از عناصري نظير موليبدن مس و كرم و فسفر استفاده مي گردد به طور كلي منظور از افزودن عناصر آلياژي حفظ استحكام چدن در درجه حرارت كار قطعه – اكسيده نشدن وعدم رشد و باد كردن چدن مي باشند مهمترين عنصر آلياژي و ارزانترين آن كرم مي باشد. چدن هايي كه داراي 20 درصد كرم هستند مي توانند تا درجات حدود 1000 درجه سانتي گراد كار نموده وچدن هايي كه داراي 35 درصد كرم هستند تا درجه حرارت 1150 درجه سانتي گراد اكسيده نمي شوند.
تر كيبات مربوط به اين نوع چدن ها
كربن 2تا6/2 – سيلسسيم حدود 1 – تا 5/1 در صد نيكل – كرم 18 تا 23 مس حدود5/1 – گوگرد كمتر از 06/0 – فسفر حدود1/0 درصد مقدار كرم در اين نوع چدن ها را مي توان تا 35 درصد نيز افزايش داد نمونه اي ديگر از تركيب اين نوع چدن ها : كربن 1تا 2 – سيليسيم 5/0 تا 2/2 – منگنز حد اكثر 25/0 گوگرد 05/0 – فسفر حد اكثر 1/0 وكرم 30 تا 34 درصد در توليد اين نوع چدن ها از فروتيتا نيم يا فروكرم به عنوان جوانه زا استفاده مي شود انواع ديگر چدن هابژي مقاوم در مقابل حرارت چدن هاي پر سيليسيم مي باشد اين نوع چدن ها در شرايطي مصرف مي گردند كه درجه حرارتي كار بالا تر از 900 درجه سانتي گراد نباشد .
تركيبات نمونه اي از اين نو ع چدن ها : كربن 2/2 تا 3/2- سيليسيم 5/4 ت 5/5 – منگنز 1تا 5/1 نيكل 18 تا 22 كرم 8/1 تا 5/4
چدن های سفید و آلیاژی مخصوص
کربن چدن سفید به صورت بلور سمانتیت (کربید آهن ، Fe3C) می‌باشد که از سرد کردن سریع مذاب حاصل می‌شود و این چدن ها به آلیاژهای عاری از گرافیت و گرافیت‌دار تقسیم می‌شوند و به صورتهای مقاوم به خوردگی ، دمای بالا، سایش و فرسایش می‌باشند.
چدن های بدون گرافیت
شامل سه نوع زیر می باشد:
چدن سفید پرلیتی
ساختار این چدنها از کاربیدهای یکنواخت برجسته و توپر M3C در یک زمینه پرلیتی تشکیل شده است. این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند و هنوز هم کاربرد داشته ولی بی‌نهایت شکننده هستند لذا توسط آلیاژهای پرطاقت دیگری از چدن های سفید آلیاژی جایگزین گشته‌اند.
چدن سفید مارتنزیتی (نیکل- سخت)
نخستین چدن های آلیاژی که توسعه یافتند آلیاژهای نیکل- سخت بودند. این آلیاژها به طور نسبی قیمت تمام شده کمتری داشته و ذوب آنها در کوره کوپل تهیه شده و چدن های سفید مارتنزیتی دارای نیکل هستند. Ni به عنوان افزایش قابلیت سختی پذیری برای اطمینان از استحاله آستنیتی به مارتنزیتی در طی مرحله عملیات حرارتی به آن افزوده می‌شود. این جدن ها حاوی Cr نیز به دلیل افزایش سختی کاربید یوتکتیک هستند. این چدنها دارای یک ساختار یوتکتیکی تقریبا نیمه منظمی با کاربیدهای یکنواخت برجسته و یکپاره M3C هستند که بیشترین فاز را در یوتکتیک دارند و این چدنها مقاوم در برابر سایش هستند.
چدن سفید پرکرم
چدن های سفید با Cr زیاد ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر خوردگی ، حرارت و سایش را دارا هستند این چدنها مقاومت عالی به رشد و اکسیداسیون در دمای بالا داشته و از نظر قیمت نیز از فولادهای ضد زنگ ارزان تر بوده و درجاهایی که در معرض ضربه و یا بازهای اعمالی زیادی نیستند به کار برده می‌شوند این چدنها در سه طبقه زیر قرار می‌گیرند:
چدنهای مارتنزیتی با Cr %12-28
چدنهای فریتی با 34-30% Cr
چدنهای آستنیتی با 30-15%Cr و 15-10% Niبرای پایداری زمینه آستنیتی در دمای پایین. طبقه بندی این چدنها براساس دمای کار ، عمر کارکرد در تنش های اعمالی و عوامل اقتصادی است. کاربرد این چدنها در لوله‌های رکوپراتو ، میله ، سینی ، جعبه در کوره‌های زینتر و قطعات مختلف کوره‌ها، قالب‌های ساخت بطری شیشه و کاسه نمدهای فلکه‌ها است.
چدن های گرافیت دار
چدن های آستنیتی
شامل دو نوع (نیکل- مقاوم) و نیکروسیلال Ni-Si ، که هر دو نوع ترکیبی از خصوصیات مقاومت در برابر حرارت و خوردگی را دارا هستند. اگرچه چدن های غیر آلیاژی به طور کلی مقاوم به خوردگی بویژه در محیط های قلیایی هستند، این چدنها به صورت برجسته‌ای مقاوم به خوردگی در محیط هایی مناسب و مختص خودشان هستند. چدن های نیکل مقاوم آستنیتی با گرافیت لایه‌ای که اخیرا عرضه شده‌اند از خواص مکانیکی برتری برخوردار بوده ولی خیلی گران هستند. غلظت نیکل و کرم در آنها بسته به طبیعت محیط خورنده شان تغییر می‌کند. مهمترین کاربردها شامل پمپهای دنده‌ای حمل اسید سولفوریک، پمپ خلا و شیرهایی که در آب دریا مصرف می‌شوند، قطعات مورد استفاده در سیستم‌های بخار و جابه‌جایی محلول‌های آمونیاکی، سود و نیز برای پمپاژ و جابجایی نفت خام اسیدی در صنایع نفت هستند.
چدن های فریتی
شامل دو نوع زیر می‌باشد: چدن سفید 5% سیلیسیم در سیلال که مقاوم در برابر حرارت می‌باشد و نوع دیگر چدن پرسیلیسیم (15%) که از مقاومتی عالی به خوردگی در محیطهای اسیدی مثل اسید نیتریک و سولفوریک در تمام دماها و همه غلظتها برخوردارند. اما برخلاف چدن های نیکل- مقاوم ، عیب آن ، ترد بودن است که تنها با سنگ‌زنی می‌توان ماشینکاری نمود. مقاومت به خوردگی آنها در برابر اسیدهای هیدروکلریک و هیدروفلوریک ضعیف است. جهت مقاوم سازی به خوردگی در اسید هیدروکلریک می‌توان با افزودن Si تا 18-16% ، افزودن Cr%5-3 یا Mo %4-3 به آلیاژ پایه ، اقدام نمود.
چدن های سوزنی
در این چدنها Al به طور متناسبی جانشین Si در غلظت های کم می‌گردد. چدن های آلیاژهای Alدار تجارتی در دو طبقه بندی یکی آلیاژهای تا Al %6 و دیگری Al%18-25 قرار می‌گیرند. Al پتانسیل گرافیته‌شدگی را در هر دوی محدوده‌های ترکیبی ذکر شده حفظ کرده و لذا پس از انجماد چدن خاکستری بدست می‌آید. این آلیاژ به صورت چدنهای گرافیت لایه‌ای ، فشرده و کروی تولید می‌شوند. مزایای ملاحظه شده شامل استحکام به کشش بالا ، شوک حرارتی و تمایل به گرافیته شدن و سفیدی کم می‌باشند که قادر می‌سازند قطعات ریختگی با مقاطع نازک‌تر را تولید کرد. چدن های با Al کم مقاومت خوبی به پوسته پوسته شدن نشان داده و قابلیت ماشینکاری مناسبی را نیز دارا هستند. محل های پیشنهادی جهت کاربرد آنها منیفلدهای دود ، بدنه توربوشارژرها ، روتورهای دیسک ترمز، کاسه ترمزها ، برش سیلندرها، میل بادامکها و رینگهای پیستون هستند. وجود Al در کنار Si در این نوع چدنها باعث ارائه خواص مکانیکی خوب توام با مقاومت به پوسته‌شدگی در دماهای بالا می‌شود. این آلیاژها مستعد به تخلخل‌های گازی هستند. آلومینیوم حل شده در مذاب می توان با رطوبت یا هیدروکربنهای موجود در قالب ترکیب شده و هیدروژن آزاد تولید کند. این هیدروژن آزاد قابل حل در فلز مذاب بوده و باعث به وجود آوردن مک‌های سوزنی شکل در انجماد می‌شود.

[ghasem motamedi]

آلومینیم با علامت شیمیایی AL و شبکه کریستالی FCC می تواند اتم های عناصری مثل کربن ،نیتروژن،بر ، هیدروژن و اکسیژن را به دلیل شعاع اتمی کوچک که دارد در خود به شکل محلول جامد بین نشین حل نماید. نقطه ذوب 660 درجه سانتیگراد و نقطه جوش آن 2750 درجه می باشد. آلومینیم را در دماهای 1000 درجه و بالاتر از آن استفاده نمی کنند به دلیل اینکه شدیدا اکسید شده و تلفات آن زیاد می باشد. ولی منیزیم و روی این مقدار بیشتری از آلومینیم تلفات دارند. وزن مخصوص 7/2 می باشد و در حالت مذاب 3/2 بنابراین می توان نتیجه گرفت در حالت مذاب انبساط آن زیاد می باشد.در صد انقباض آن در فاز مایع 10% و در حین انجماد 8/6% است و به دلیل انقباض های زیاد به تغذیه در قعات آلومینیم ضرورت می یابد.مهمترین آیاژهای آلومینیم عبارتند از : آلیاژ آلومینیم با منیزیم – مس و سیلیسیم و یا آلیاژهای با ترکیب این سه عنصر لذا در اثر آلیاژ نمودن خواص مکانیکی مقاومت به خوردگی و ماشین کاری آلومینیم افزایش می یابد . به هر حال آلومینیم و آلیاژهای آن به دلیل نقطه ذوب پایین ، سیالیت زیادی که دارد افزایش خواص مکانیکی در اثر آلیاژ سازی و همچنین قابلیت عملیات حرارتی را دارد. منحنی سرد شدن تعادلی مواد فلزی با یکدیگر متفاوت است مثلا یک آلومینیم خاص را با یک آلیاژ دیگر در نظر بگیرید در فلز خاص در یک دمای خاص انجماد صورت می گیرد . در صورتی که در یک آلیاژ انجماد در یک فاصله در جه حرارتی صورت می گیرد. عملیات گاز زدایی با استفاده از گازهای فعال مثل کلر : اگر درجه حرارت 180 درجه برسد ترکیب فوق به شکل حباب در آمده ( فرار می باشد ) و هید روژن به داخل آن نفوذ می کند هر چه عمق مذاب بیشتر باشد گاز زدایی یا بازده ی آن بیشتر می شود. عملا باید 6/0 % گاز کلر مصرف شود که بستگی به نوع آلیاژ نوع کوره و شرایط وارد کردن گاز و روش تهیه قالب و رطوبت هوا دارد. گاز زدایی باکلر نسبت با ازت برتری دارد چون گاز کلر حباب کارید آلومینیم ریز و بیشتری تولید می کند .
کلر معایبی هم دارد که عبارتست از :
1- سمی بودن کلر 2- تلفات آلومینیم
عملیات با کلرید ها قدیمی ترین روش گاز زدایی می باشد و بر اساس واکنش کلر با فلز است . در این روش تر کیبات کلرید تجزیه شده و در انتخاب کلرید بایستی دقت شود تا ناخالصی وارد مذاب نشود.آلیاژ های Mg-Al که تا 2%Mg خالص به مذاب AL تولید می شود. بدیهی است که تلفات این عنصر زیاد می باشد و از این رو اغلب از آمیژن این عنصر با 10 % Mg استفاده می شود.سیالیت آلیاژهای Mg کم بوده و از این سیستم های راهگاهی معمولا از اندازه عادی بزرگتر انتخاب می گردد.
آلیاژهای Si-Al-Mg
دو عنصر آلیاژی Si و Mg قادر به ترکیب بوده و ترکیب بین فلزی را بوجود می آورند این عناصر به عنوان یک سیستم آلیاژی شبه دو تایی عمل می کند. این سیسیتم سه تایی سیستمی است که می توان آن را تحت عملیات حرارتی محلولی و پیر سختی قرار داد . آلیاژهای سه تایی دارای مزیت سیستم شبه دو تایی و همچنین اثرات مفید Si محلول درصد کم Mg تا حدود 3/0 % و درصد های بالای Si یعنی 6-8 %می باشد. افزایش بیشتر Si باعث بهبود خواص ریخته گری این آلیاژ ها می شود . در بعضی از آلیاژها ترکیب سیلیسیم و منیزیم مضر هستند که در نتیجه به عنوان نا خالصی محسوب می شوند . به خاطر این که تمامی آلیاژ Al دارای Si می باشد افزایش سختی در اثر تشکیل می باشد و با افزایش این سختی آلیاژ ترد و شکننده می شود. از خواص قطعات ریخته گری Al می تواند به قابلیت ماشین کاری ، قابلیت پرداخت کاری ، جوش کاری، لحیم کاری و قابلیت عملیات سختی سطحی اشاره کرد . این آلیاژ دارای خواص دیگری مانند استحکام برشی ، استحکام فشاری و مقاومت به خوردگی نیز می باشد.
وزن مخصوص كم:
یك متر مكعب آلومینیوم خالص 8/2827 كیلوگرم وزن دارد و یك متر مكعب از سنگین‌ترین آلیاژهای آلومینیوم (یعنی آلیاژهای حاوی مس و روی) دارای وزنی در حدود 2953 كیلوگرم است. حتی این سنگین‌ترین آلیاژ‌های آلومینیوم نیز حداقل 1978 كیلوگرم در هر متر كعب سبك‌تر از وزن هم حجم سایر فلزات ساختمانی (بجز منیزیم) است.
پوشش سخت دادن Hard Coating
یكی از فرآیندهای آندایزه كردن است كه به تدریج اهمیت پیدا می‌كند و آن را آندایزه كردن سخت یا پوشش سخت دادن می‌نامند. این فرآیند گرچه در اساس مشابه آندایزه كردن معمولی است ولی از چند نقطه نظر با آن تفاوت دارد. در پوشش سخت، محلول مورد استفاده اسید سولفوریك و درجه حرارت عمل پایین‌تر است. فرآیند بقدری ادامه می‌یابد كه لایه اكسیدی به ضخامتی تا حدود 5 برابر ضخامت آندایزه كردن معمولی برسد.
پوشش آلومینیومی دادن Alcladding
بطور كلی آلیاژهای آلومینیوم با استحكام زیاد از نظر خوردگی كم مقاومترین آنها محسوب می‌گردند. این مطلب بخصوص در مورد آلیاژهای حاوی درصدهای زیاد مس یا روی صادق است. از طرف دیگر مقاومت به خوردگی آلومینیوم خالص بسیار زیاد است. پوشش آلومینیومی دادن یكی از روشهای افزایش مقاومت خوردگی به یك آلیاژ با استحكام زیاد است. در این فرآیند یك لایه آلومینیوم خالص به سطح آلیاژ مورد نظر متصل شده و در نتیجه مجموعه حاصل خواص مورد نظر حاصل می‌شود. این روش مخصوصاً در محصولات ورقه‌ای مناسب است.
ریخته گری در قالبهای مختلف
ریخته گری در قالب های فلزی – ریخته گری در قالبهای ماسه در قالبهای فلزی در رابطه با آلیاژهای آلومینیم – سیلیسیم با افزایش درصد سیلیسیم سختی پیوسته افزایش می یابد با افزایش در صد سیلیسیم تا حدود 12% استحکام کششی افزایش و بعد از آن کاهش می یابد و همچنین با افزایش آن تا حدود 6% از دیادطول کاهش می یابد. در رابطه با قالب های ماسه ای با افزایش درصد سیلیسیم تا حدود 22% استحکام افزایش و بعد از آن کاهش می یابد . افزودن سیلیسیم به مذابآلومینیم توسط آلیاژ ساز های آلومینیم-سیلیسیم که دارای 13 تا 23 % سیلیسیم می باشد صورت می گیرد این آلیاژ ساز به دلیل نقطه ذوب پایین یعنی 580 درجه سانتیگراد به راحتی در مذاب آلومینیم قابلیت حل شدن دارند.
روش های مختلف قالبگیری آلیاژهای آلومینیم :
آلیاژهای آلومینیم با کلیه روش های قالبگیری موقت ماسه ای ، گچی پوسته ای ، سرامیکی و قالب های فلزی و قالب های تحت فشار قابلیت ریخته گری دارند. ریخته گری در قالب های ماسه ای از انواع ماسه های سیلیسی ، زیرکنی ، کرومیتی استفاده می شود و در قالب های فلزی جنس قالب های فلزی از چدن خاکستری پر کربن بوده و سطح آن را با گرافیت پوشش می دهند.
نرمی آلومینیم در حالت سرد
اغلب عملیات شکل دادن آلومینیم در حالت سرد انجام می گیرد زیرا وقتی پوفیلی با رویه نازک و روق های نازک حرادت داده می شوند امکان تاب خوردن آنها وجود دارد نیروی لازم برای تغییر شکل آلومینیم کمتر از فولاد است نرمی آلومینیم به خود ماده ( نوع آلیاژ ) و حالت آن بستگی دارد وضعیت آلومینیم مانند هر فلز دیگری در اثر کار سرد تغییر می کند تاثیر کار سرد بر آلومینم از این قرار است ماده مستحکم تر و سخت تر می شود در قطعه تنش تولید می شود اگر تغییر شکل از ظرفیت تغییر شکل پذیری فلز بیشتر شود کار سرد مممکن است باعث ترک خوردن آن شود راحت ترین ماده آلومینیمی از نظر تغییر شکل و نرمی آلویمینم حالص آلومینیم تصفیه شده و آلیاژ Al-Mn در حالت نرم آ« است آلومینیم خالص و آلیاژهای آلومینیم در حالت نیمه سخت و آلیاژهای پیر سختی پذیر در حالت نرم در حال کار پذیر هستند گر چه کارپذیری آن ها کمتر از موادبیشتر شاد شده است آلیاژ های آلومینیم در حالت سخت یا حالات کاملا پیر سهت شده به مقدار کمی کار پذیرند و به طور کلی کارپذیری آنها بسیار مشکل است .

[ghasem motamedi]

مس
مشخصات فيزيكي مس
.مس داراي ساختار FCC بوده و تغيرات آلوتروپيك در آن وجود ندارد .در درجه حرارت 1083 درجه سانتيگراد ذوب شده و دانستيته در حدود 8.9 گرم بر سانتي متر مكعب دارد مس داراي پارامتر شبكه 3.6 آنگسترم بوده و داراي قطر اتمي 2.55 آنگسترم مي باشد همچنين داراي مشخصات ريخته گري به شرح زير مي باشد
1-داراي نقطه ذوب بالايي نسبت به آلياژ هاي غير آهني مي باشد
2-داراي سياليت كم
3- اكسيداسيون بالا
4- آلياژ مس داراي دامنه انجماد طولاني و انجماد خميري مي باشد به خصوص در آلياژ هاي برنج كه اين دامنه انجماد خيلي طولاني مي شود مواد شارژي كه براي ساخت آلياژ هاي مس به كار مي رود شبيه آلياژ هاي آلومينيم مي باشد كه شامل :
1- شمش هاي اوليه
2-شمش هاي ثانويه
3-قراضه ها
4- برگشتي ها
5- هاردنر ها
قابل توجه است كه مس قابليت انحلال اكثر عناصر را دارد بنابراين ساخت آلياژ هاي مس همراه عنصري نظير Ni,Si,Zn امكان پذير مي باشد .
شمش هاي اوليه
در مواد شارژ شمش هاي اوليه مي باشد كه شامل شمش مس قلع سيليسيم روي و سرب مي باشد .نكته : شمش مس به شكل ورق يا مفتول استفاده مي شود كه با درجه خلوص 99.9 تا 99.5 درصد معمولا داراي ناخالصي هاي نظير قلع نيكل آهن آنيتموان سرب بيسموت مي باشد كه معمولا بيشترين ناخالصي در اين آلياژ آهن و نيكل مي باشد .
شمش قلع
اين شمش عموما براي ساخت برنز هاي قلع دار استفاده مي شود كه داراي نقطه ذوب 232 درجه سانتيگراد مي باشد كه وزن مخصوص آن در حدود 7.3 گرم بر سانتي متر مكعب مي باشد . اين عنصر داراي درجه خلوصي در حدود 99.5 تا 99.9 درصد مي باشد كه داراي ناخالصي هايي نظير مس آهن سرب آلومينيم بيسموت آنتيموان مي باشد و عموما به شكل شمش هاي 25 كيلويي و يا مفتول استفاده مي شود .
شمش سيليسيم
كه عموما در ساخت عنوان برنج ها و برنز ها استفاده مي شود و به شكل آميژن و هاردنر به مذاب مس اضافه مي شود .
شمش روي
اين شمش عموما براي ساخت برنج ها استفاده مي شود كه داراي وزن مخصوص 7.1 گرم بر سانتي متر مكعب مي باشد و نقطه ذوب آن 420 درجه سانتي گراد مي باشد د: شمش سرب : اين شمش داراي نقطه ذوب 327 درجه سانتيگراد و وزن مخصوص 11.3 گرم بر سانتي متر مكعب مي باشد و در صنعت به عنوان سنگين ترين عنصر شناخته مي شود اين عنصر عموما در برنز هاي سرب دار و برنج هاي استفاده مي شود
شمش نيكل
نيكل از لحاظ خواص فيزيكي بسيار شبيه مس بوده و داراي نقطه ذوب 1453 درجه سانتيگراد و دانسيته 8.9 گرم بر سانتيمتر مكعب مي باشد . نيكل عموما در برنج هاي مخصوص استفاده مي شود كه در اصطلاح به اين برنج ها ورشو مي گويند .
شمش هاي ثانويه
اين شمش ها از ذوب مجدد و تصويه آلياژ هاي مس به دست مي آيد كه از نظر كنترل تركيب شيميايي مناسبت تر و مرغوب تر مي باشد همچنين داراي عناصر آلياژي مي باشد معمولا شمش هاي ثانويه داراي 2 تا 7 درصد قلع 4 تا 10 درصد روي و 2 تا 6 درصد سرب مي باشد .
قراضه ها
كه معمولا ضايعات مس بوده كه قبل از استفاده بايد پيش گرم شده و عمليات اسيد شويي و چربي گيري بر روي آن ها انجام مي شود .
آميژن ها
دليل استفاده از آميژن ها در آلياژ هاي مس به اين دليل مي باشد كه آلياژ سازي علاوه بر كاهش نقطه ذوب از تبخير عناصر آلياژي و تلفات مذاب جلوگيري مي كند .
انواع هاردنر ها در آلياژ هاي مس
آميژن مس – سيليسيم
جهت توليد اين آلياژ ساز ابتدا مس را ذوب كرده سپس سيليسيم را به شكل ذرات ريز به مذاب اضافه مي شود معمولا تعداد دفعات اضافه كردن 7 تا 8 مرتبه مي باشد كه بعد از هر دفعه اضافه كردن Si به مذاب Cu درجه حرارتش كاهش پيدا مي كند تا از تلفات Si در Cu جلوگيري شود .
آميژن Al-Cu
روش تهيه اين نوع آميژن به اين صورت مي باشد كه در صورت وجود دو كوره Alو Cu را به طور جداگانه ذوب نموده سپس مس را به شكل باركه مذاب به Al اضافه مي كنند اما روش دوم ساخت آميژن به اين صورت مي باشد كه مس را ذوب كرده سپس Al را به مرور به مذاب اضافه مي كنند كه پس از هر بار اضافه كردن Al درجه حرارت را كاهش داده تا از تلفات Alجلوگيري شود
آميژن سه گانه Cu,Al,Ni
براي تهيه اين هاردنر به علت آنكه اضافه كردن Niبه مس هيچ گونه مشكلي ندارد ابتدا هاردنر Cu.Ni را ايجاد كرده و سپس Al را به مرور به مذاب اضافه مي كنند . پس از آماده سازي مواد شارژ و پيش گرم كردن قراضه ها با توجه به نقطه ذوب فشار بخار و درجه حرارت تصفيه عناصر آلياژي به مذاب اضافه مي شود . بهترين نوع كوره ها در ذوب Cu كوره هاي القايي مي باشد اما از كوره هاي و روبربرگ نيز استفاده مي شود . معمولا اين نوع آلياژ ها در صنايع الكترونيك و برق استفاده مي شود كه تا حدود 2 درصد شامل ناخالصي مي باشد و جود ناخالصي باعث كاهش هدايت الكتريكي آلياژ مي شود ناخالصي هاي موجود شامل روي آرسنيك كادميم سيليسيم كرم ونقره مي باشد به علت قابليت اكسيداسيون بالا و انجماد خميري و سياليت پايين ريخته گري اين آلياژ مشكل مي باشد .
مواد قالب گيري در ريخته گري مس
ريخته گري مس هم در داخل قالب هاي دائمي و هم قالب هاي موقت انجام مي شود ريخته گري قالب هاي موقت به روش هاي ماسه اي تر ماسه اي خشك پوسته اي CO2 انجام مي شود كه حسب مورد استفاده آن بنتونيت همراه مواد افزودني مي باشد كه آرد حبوبات به دليل افزايش استحكام، خاك اره به جهت افزايش نفوذ گاز مي باشد در آلياژ هاي مس بايد نفوذ گاز ماسه به دليل انجماد خميري بالا باشد همچنين گرد زغال باعث افزايش مقاومت به ماسه سوزي ماسه استفاده مي شود .
ريخته گري قالب هاي دائمي
به دو روش ريژه وتزريقي انجام مي شود كه عمر قالب هاي دائمي در آلياژ هاي مس در مقايسه با ساير آلياژ هاي غير آهني كوتاه تر مي باشد كه به دليل درجه حرارت ريخته گري بالاي مس ودانسيته بالاي مس مي باشد نكته : چگالي و دانسيته مس 8.4 مي باشد جهت افزايش عمر قالب:
استفاده از انواع پوشش ها به جهت جلوگيري از شوك حرارتي به محفظه قالب جنس محفظه قالب از چدن يا فولاد مي باشد كه در آلياژ هاي مس در داخل فولاد تمركز حرارتي شديدي وجود دارد كه به علت انتقال حرارتي كم فولاد مي باشد به دليل انتقال حرارتي شديد مذاب و انتقال حرارتي كم قالب تمركز حرارتي در قالب هاي فولادي به وجود مي آيد .
سيستم هاي راهگاهي
كه با توجه به سياليت پايين مذاب مس در مقايسه با آلياژ هاي غير آهني ديگر معمولا ابعاد سيستم راهگاهي در آلياژ هاي مس بزرگتر از آلياژ هاي ديگر مي باشد سيتسم راهگاهي در اين نوع قالب ها به دو دسته تقسيم مي شوند .
قطعات كوچك با ابعاد يكنواخت :
در اين گونه قطعات سيستم راهگاهي به گونه اي طراحي مي شود كه كار تغذيه را سيستم راهگاهي انجام مي دهد و عملا نيازي به تغذيه گذاري نداريم نسبت به سيستم راهگاهي در اين حالت 1-9-3 و 1-8-2 مي باشد .
قطعات بزرگ و يكنواخت :
در اين روش نياز به تغذيه گذاري مي باشد كه نسبت سيستم راهگاهي در اين حالت 2-3-2 و 1-8-2 مي باشد تغذيه هاي به كار گرفته شده دراين سيستم هم به صورت گرم و هم به صورت سرد مي باشد .
تغذيه گذاري
تغذيه گذاري در آلياژ هاي مس بسته به نوع انجماد دارد انواع آلياژ هاي مس بسته به نوع انجماد عموما به سه دسته تقسيم مي شوند :
1- آلياژ ها با دامنه انجماد كوتاه و انجماد پوسته اي مانند مس – آلومينيم در اين گونه قطعات ميزان مك و حفرات گازي پراكنده كمتر و بيشترين انقباض در قسمت وسط يا گرمترين نقطه انجماد در نظر گرفته مي شود داراي 4.5 تا 4% انقباض مي باشد
2- آلياژ ها با دامنه و انجماد خميري مانند آلياژ هاي مس – روي ، برنز ها – مس –سرب اين نوع آلياژ ها داراي انجماد شديد خميري مي باشند ميزان مك و حفرات انقباضي پراكنده در اين گونه آلياژ ها زياد مي باشد لذا تعيين محل تغذيه مشكل مي باشد بنابراين بايد با استفاده از مبرد و يا مواد اگزوترم مواد گرما زا انجماد جهت دار در قطعه به وجود آوريم تا حداقل ميزان مك و حفرات انفباضي و گازي در قطعه توليد شوند كه معمولا در اين قطعات از تغذيه گرم استفاده مي شود .
3- آلياژ هايي با دامنه انجاد متوسط مي باشد اين نوع آلياژ ها در حدفاصل دو حالت بالا قرار مي گيرند معمولا در اين نوع قطعات هم انقباضات متمركز و هم غير متمركز ديده مي شود كه اين امر را مي توان با اگزوتر و مبرد برطرف كرد مانند مس – بريليم .
عمليات كيفي تهيه مذاب Cu
كه شامل مرحل :
1-اكسيژن زدايي
2-هيدروژن زدايي
3-كنترل تركيب شيميايي
4- تصفيه
اكسيژن زدايي
اكسيژن يكي از مهمترين عناصري كه ميل تركيبي زيادي با مس و آلياژ هاي مس دارد كه با افزايش درجه حرارت تا حدود 700 درجه مس با اكسيژن توليد اكسيد مس دو ظرفيتي مي كند . در 1050 تا 1100 درجه اكسيد 2 ظرفيتي مس تبديل به اكسيد يك ظرفيتي مي شود . اگر درجه حرارت از 1100 بيشتر شود مجددا اكسيد مس تجزيه مي شود به مس و اكسيژن محلول كه اين اكسيژن در داخل مذاب حل شده و توليد اكسيد مي كند واكنش ديگري را كه انجام مي دهد با هيدروژن مي باشد كه توليد رطوبت و اكسيد فلزات موجود در مذاب را مي كند بخار مرطوب موجود به مرور از مذاب خارج شده و اكسيد هاي موجود نيز به شكل ناخالصي در مذاب به وجود مي آيد براي حذف اكسيژن و اكسيد هاي فلزي در آلياژ هاي مس از سه روش استفاده مي شود :
استفاده از فلاكس هاي پوششي:
اين مواد مانع از ورود اكسيژن و هيدوژن به داخل مذاب Cu مي شود . فلاكس هاي مورد استفاده معمولا تركيبات كربني – خورده شيشه – و براكس مي باشد( براكس كه تركيبات سديم و پتاسيم كريوليت مي باشد )و خورده شيشه نيز تركيبات سيليسي بوده كه علاوه بر مانع شدن ورود اكسيژن به مذاب باعث افزايش سياليت مذاب و سرباره گيري آسان مي شود .
استفاده از مواد غير محلول در مذاب جهت حذف اكسيژن :
مواد غير محلول در سطح مذاب قرار داده كه اين مواد در روي سطح شروع به انجام واكنش شيميايي كرده و در ضمن احياء اكسيد هاي مذاب به عنوان مواد پوششي در سطح مذاب از اكسيد شدن مذاب جلوگيري مي كنند كه مهمترين آن ها عبارتند از كاربيد كلسيم CaO2، پرايد منيزيم Mg3O2 فلاكس هاي مايع نظير اسيد بوريك زغال چوب اين مواد ضمن خاصيت احيايي داراي وزن مخصوص پايين مي باشد و روي مذاب قرار مي گيرند بعضي از واكنش هايي كه اين مواد انجام مي دهند شامل
استفاده از اكسيزن زداهاي محلول در مذاب :
اين نوع اكسيژن زداها در حد فاصل سرباره و مذاب واكنش مي دهند معمولا احياء كننده هاي قوي هستند كه عناصري مانند فسفر روي منگنز سيليسيم ليتيم آلومينيم و در بعضي از مواد سرب شامل اين دسته از اكسيژن زداها مي باشد اين عناصر قابليت انحلال در مذاب مس را دارند و با توجه به قابليت احياء كنندگي قوي اكسيد مس را احياء مي كنند و محصولات واكنش عموما وارد سرباره شده و يا به صورت گاز از مذاب خارج مي شود واكنش هايي كه اين عناصر انجام مي دهند شامل عناصر Al- ليتيم –سيليسيم پس از پايان واكنش محصولات واكنش در آنها باقي مي ماند لذا كمتر استفاده مي شود و بهترين اكسيژن زداي محلول فسفر مي باشد كه پس از واكنش از مذاب خارج مي شود و با كاهش انحلال اكسيژن در مذاب از طرف ديگر انحلال هيدروژن افزايش پيدا مي كند لذا بعد از مرحله اكسيژن زدايي بايد عمليات ريخته گري بلافاصله انجام شود .
هيدروژن زدايي
اين عنصر ماننداكسيژن از اتمسفر محيط و يا رطوبت موجود در مواد شارژ و محيط قالب وارد مواد شارژ مي شود اگر داخل مذاب ميزان اكسيژن بالا باشد باعث كاهش حلاليت هيدروژن مي شود . هيدروژن در مرحله انجماد تبديل به مولكول هيدروژن مولكولي در داخل حفرات انقباضي قرار گرفته و مانع از تغذيه حفرات انقباضي توسط مذاب مي شود در نتيجه حفرات انقباضي تشديد مي شوند .
نكته : حفرات گازي هستند كه در مقطع برشي آن حفرات به صورت گرد و منظم مي باشد اما حفرات انقباضي حفراتي مي باشند كه در مقطع شكست آن شكل حفرات نامنظم و زبر بوده و حفرات سوزني شكلي نيز در دور آن تشكيل شده است
بخار آب موجود به سه شكل در قطعات توليدي اثر مي گذ ارد :
1- مقدار بخار آب توليدي كمتر از حد بحراني باشد در اين شرايط اگر درجه حرارت ذوب و يا فوق ذوب بالا باشد در زمان انجماد نيز بالا باشد بخار آب فرصت خروج از محيط را پيدا مي كند
2- مقدار بخار آب توليدي حدود حد بحراني باشد در اين شرايط در اثر افزايش دما و كاهش چگالي بخار آب و افزايش حجم بخار و همچنين افزايش فشار بخار سرعت خروج بخار از محيط قالب برابر با سرعت توليد گاز توسط مذاب است در اين شرايط ميزان عيوب گازي به حداقل مي رسد .
3- ميزان بخار آب توليدي بيشتر از حد بحراني باشد تشكيل بخار و عدم خروج بخار از محيط باعث افزايش مك تحلخل حفرات گازي و انقباضي در قطعه مي شود .
روش هاي حذف هيدروژن
استفاده از فلاكس و سرباره هاي اكسيدي :
اين نوع سرباره ها با هيدروژن موجود در مذاب واكنش داده و تشكيل بخار آب مي دهد اين بخار از سرباره خارج شده و لذا عمل هيدروژن زدايي تشكيل مي شود اين روش در صنعت كمتر استفاده مي شود كه به دلايل زير مي با شد
1- واكنش هاي ايجاد شده در سرباره باعث كاهش سرباره مي شود .
2- باعث افزايش تلفات مذاب مي شود
3- ممكن است بخار آب موجود در فصل مشترك مذاب و بخار دوباره تجزيه شود و هيدروژن دوباره به داخل مذاب برگشت زده شود .
دمش گاز خنثي :
با دمش گاز خنثي مثل نيتروژن و آرگون مي توان هيدروژن موجود در مذاب را به شكل فيزيكي و مكانيكي به سطح مذاب هدايت كرد علاوه بر گاز هاي هيدروژن و اكسيژن كه ممكن است در مذاب وجود داشته باشد دي اكسيد كربن CO2 و دي اكسيد گوگرد SO2 نيز در مذاب وجود دارد كه منشا اين عناصر محصولات حاصل از احتراق مي باشد CO2 مي تواند با مذاب واكنش داده و تشكيل سولفيد مس دهد : كه سولفيد مس مي تواند به صورت ناخالصي در حفرات باقي بماند .
كنترل تركيب شيميايي
مواد شارژ حين تهيه مذاب داراي تلفات مي باشد اين نوع تلفات باعث بر هم خوردن تركيب شيميايي مذاب مي شود
منشاء تلفات عناصر آلياژي در مذاب
تلفات مذاب و عناصر آلياژي در سرباره :
به علت قابليت چسبندگي مذاب و عناصر آلياژي با سرباره مقداري از مذاب و عناصر آلياژي همراه با سرباره خارج ميشود .
تمايل تركيب عناصر آلياژي با اكسيژن :
درجه حرارت بالاي مذاب كه باعث تصعيد و تبخير عناصر آلياژي مي شود .
تلاطم مذاب :
باعث افزايش سطح تماس مذاب و سرباره مي شود كه اين امر باعث افزايش تلفات مذاب و عناصر آلياژي مي شود .
روش ذوب :
اگر در روش ذوب تقدم و تاخر اضافه كردن عناصر آلياژي در نظر گرفته نشود باعث افزايش تلفات مذاب و عناصر آلياژي مي شود .


برنج
آلياژ مس – روي (برنج)
فاز B و B' داراي سختي و مقاومت به سايش بالا مي باشد و باعث افزايش استحكام و سختي آلياژ مي شود افزايش بيشتر روي در آلياژ باعث تشكيل فاز گاما مي شود Cu5Zn8 اين فاز فوق العاده شكننده بوده و باعث ايجاد ترك و كاهش خواص مكانيكي در آلياژ مي شود وجود ناخالصي ها در برنج ها باعث تشكيل فاز هاي مياني Cu2ZnAl و Cu2ZnSn,Cu5ZnMg اين فاز ها به شكل ناخالصي و آخال باعث كاهش خواص آلياژ مي شود . نوع آلياژ رنگ و مشخصات مس Cu>98 رنگ و مشخصات مسبين 98 تا 90 طلايي تيره زرد تيره بين 85تا 80 رنگ سرخ مس بين 65 تا 70 رنگ زرد – زرد روشن كمتر از 60 رنگ زرد متمايل به سفيد .
آلياژ مس قلع( برنز)
وجود قلع در مس باعث افزايش استحكام و خواص مكانيكي مي شود حد حلاليت قلع در مس در فاز آلفا حدود 13.5 درصد است و در درجه محيط مقادير بسيار كوچك و صفر مي رسد . قلع در مس تشكيل فاز بين فلزي دلتا را مي دهد Cu3Sn8 اين فاز ، فاز سختي بوده و باعث افزايش سختي آلياژ مي شود عموما آلياژ هاي مس قلع زير 20 درصد قلع دارند و آلياژ هايي كه 5 تا 10 درصد قلع دارند داراي فاصله انجماد بسيار طولاني 200درجه و لذا انجماد خميري دارند يكي از آلياژ هاي برنز آلياژ زنگ مي باشد كه داراي 20 تا 23 درصد قلع مي باشد و سختي و شكنندگي زياد دارد وجود سرب باعث افزايش خاصيت ماشين كاري مي شود وجود آلومينيم در آلياژ هاي مس قلع باعث افزايش سختي و شكنندگي اين نوع آلياژ ها مي شود و همچنين وجود آهن در تركيب شيميايي اين نوع آلياژ ها به ريز شدن شبكه كريستالي كمك مي كند . آلياژ هاي برنز در ياتاقان ها و نقاطي كه ميزان خوردگي بالا مي باشد استفاده مي شود مانند اسكله ها و كشتي ها همچنين درجه حرارت ريخته گري برنز 1070 تا 1150 درجه مي باشد .
آلياژ مس-نيكل(ورشو)
ورشو آلياژي از مس و نيكل بوده اين آلياژ جلاي فلزي بالايي دارد و عموما در ساخت صنايع و اشياء هنري و صنايع غذايي استفاده مي شود همچنين اين آلياژ به نقره آلماني نيز معروف مي باشد .
آلياژ مس – قلع- روي
عموما 10 قلع و 20 درصد روي دارد اين نوع آلياژ مقاومت به خوردگي بالايي در آب دريا داشته لذا در صنايع دريايي از آن استفاده مي شود .
آلياژ مس- سرب
حلاليت سرب در مس پايين بوده كه حلاليت 0.002 درصد مي باشد وجود عناصر مانند قلع باعث افزايش حلاليت سرب در مس مي شود حلاليت را تا 0.005 افزايش پيدا مي كند سرب به دليل وزن مخصوص بالايي كه دارد تمايل به جدايي زيادي در آلياژ دارد لذا در حين ريخته گري پايين عمليات مخلوط كردن و هم زدن انجام شود سرب در اكثر برنج ها و برنز ها تا حدود 2 درصد وجود دارد كه بعلت افزايش قابليت ماشين كاري و روغن كاري مي شود اما د رآلياژ هاي ياتاقان ميزان سرب تا 50% افزايش پيدا مي كند معروف ترين آلياژ مس سرب آلياژ 85 % مس 5% روي 5% سرب 5% قلع كه آلياژ معمولا براي ساخت قطعات هيدروليكي استفاده مي شود فوق ذوب در آلياژ هاي مس سرب در حدود 150 درجه بوده كه براي جلوگيري از رسوب در فاز مذاب مي باشد .


روی
روي يكي از فلزات درشت گونه است كه خواص مكانيكي ضعيفي دارد داراي شبكه كريستالي H.C.C بوده و درجه حرارت ذوب آن 419.5 درجه سانتي گراد بوده و داراي دانسيته 7.13 را در درجه حرارت محيط دار و نقطه تبخيري آن 1060 مي باشد داراي فشار بخار زيادي مي باشد اكسيد روي تا 200 درجه مي تواند به عنوان لايه پوششي محافظ عمل كند كه اين دليل به جهت غير متخلخل بودن اين اكسيد تا درجه حرارت 200 مي باشد و در برابر اكسيژن و خوردگي در درجه حرارت محيط مقاومت بالايي را نشان مي دهد اما با افزايش درجه حرارت اين اكسيد متخلخل شده و ناپايدار شده و اكسيداسيون و خوردگي به شدت افزايش پيدا مي كند مهمترين عناصري كه با روي تشكيل آلياژ مي دهند شامل Al-Cu-Mn-Fe- سرب قلع و نيكل و منگنز مي باشد معروف ترين آلياژ روي –آلياژ روي مس آلومينيم مي باشد كه به زاماك موسوم مي باشد .زاماك داراي خواص مكانيكي بالا نسبت به ساير آلياژ هاي روي مي باشد نقطه ذوب پايين و سياليت زيادي دارد اين آلياژ عموما داراي 7%آلومينيم و 3و9% مس و مابقي روي مي باشد و روي داراي دو پارامتر شبكه H=2.6 و C=4.9 آنگستروم مي باشد .
عناصر آلياژي در آلياژ هاي روي
آلومينيم
مقدار آن در آلياژ هاي روي 3.5 تا 4.3 مي باشد كه مقدار بيش از 4.3 باعث كاهش مقاومت آلياژ و افزايش شكنندگي آلياژ مي شود آلياژ داراي سياليت نسبتا بالايي است . اگر مقدار آلومينيم كمتر از 3.5 درصد شود به دليل كاهش درصد تركيب يوتكتيكي سياليت مذاب و قابليت ريخته گري كاهش پيدا خواهد كرد .
مس
مقدار مس مصرفي در آلياژ هاي روي عموما 1.25درصد مي باشد كه تا اين مقدار باعث افزايش خواص مكانيكي و استحكام آلياژ مي شود و افزايش درصد مس بيش ازاين مقدار خواص مكانيكي را تضعيف مي كند و آلياژ را نيز ترد و شكننده مي كند .
منيزيم
معمولا به عنوان اكسيژن زدا در ريخته گري روي استفاده مي شود تا حدود 0.03 % در مذاب وجود دارد بيشتر از اين موجب كاهش خواص مكانيكي و باعث افزايش مقاومت به خوردگي آلياژ مي شود .
آهن
اين عنصر تا حدود 0.02% باعث افزايش خواص مكانيكي مي شود كه اگر بيشتر از اين باشد با آلومينيم موجود در مذاب تشكيل فازFeAl3¬ را مي دهد مقاديري از اين فاز وارد سرباره مي شود و مقاديري نيز به صورت ذرات ريز در ضمينه اتمي مي ماند و باعث كاهش خواص مكانيكي مي شود عنوان ريز كننده هم مي تواندمحلي براي جوانه زني غير يكنواخت باشد را ما خواص آن كمتر از محدوديت هاي آن است .
قلع-سرب
اين دو عنصر باعث تشديد خورندگي آلياژ مي شود سياليت ونقطه ذوب آلياژ را كاهش مي دهد .
نيكل - منگنز - سيليسيم - كرم
به مقدار جزئي باعث افزايش خواص مكانيكي شده اما بيش از حد حلاليت باعث افزايش تلفات مذاب و كاهش قابليت ماشينكاري مي شود كه دليل اين امر ايجاد فاز هاي غير فلزي سخت در آلياژ مي باشد ميزان مصرف آن Maتا حدود 5% Si3% كرم و 2% نيكل مي شود .
ذوب و ريخته گري آلياژ هاي روي
ريخته گري آلياژ هاي روي در كوره هاي روربر كوره هاي زيمنس و كوره هاي الكتريكي انجام مي شود و بوته ي مورد استفاده عموما بوته چدني وفولادي مي باشد فلز روي مذاب در در درجه حرارت ذوب به سرعت اكسيد مي شود و باعث افزايش تلفات روي درسرباره مي شود با توجه به سياليت بالا و نقطه ذوب پايين عموما ريخته گري اين فلز نسبت به ساير آلياژ ها آسان تر مي باشد عموما از منيزيم و ليتيم جهت اكسيژن زدايي مذاب روي استفاده مي شود وجود آلومينيم در مذاب روي باعث تشكيل Al2O3 اكسيد آلومينيم مي شود كه اين اكسيد غير متخلخل بوده وبه علت سبك بودن در سطح مذاب قرار گرفته و به عنوان مايه ي پوششي مانع از اكسيداسيون روي مي شود . عمل ذوب معمولا تحت فلاكس هاي پوششي انجام مي شود و پس از تهيه مذاب عناصر آلياژي به صورت خالص يا آميژن به مذاب اضافه مي شوند عموما عمليات گاز زدايي و اكسيژن زدايي در روي از اهميت كمتري برخرودار است كه به علت وجود آلومينم و منيزيم به عنوان عناصر آلياژي مي باشد عموما براي كاهش تلفات روي ابتدا بوته را تا حدود 500 درجه پيش گرم كرده سپس عنصر روي را اضافه مي كنند تا سرعت ذوب را بيشتر و تلفات را كمتر كنند .
روش تهيه آلياژ ZnAl
جهت تهيه آلياژ ZnAl ابتدا 30 درصد روي را ذوب كرده سپس درجه حرارت را تا 500 درجه افزايش داده و تكه هاي كوچك Al را به مرور به مذاب اضافه مي كنند پس از شارژ كامل Al مابقي روي به مذاب اضافه مي شود پس از تهيه مذاب اكسيژن زدايي توسط منيزيم انجام شده و سرباره گيري اعمال مي شود و عمل تزريق كه عموما توسط ماشين ها محفظه گرم انجام مي شود صورت مي گيرد .جهت تهيه آلياژ زاماك ( روي Cu-Al ) نيز نصف روي مورد نياز را ذوب كرده سپس از آميژن 19.2 مس 80 آلومينيم 1 منيزيم اين آميژن آلومينيم منيزيم روي را جهت اكسيژن زدايي را تامين مي كند سپس باقي مانده روي به مذاب اضافه مي شود و درجه حرارت ريخته گري روي در قالب هاي ماسه اي 475 و در قالب هاي فلزي 420 مي باشد آلياژ هاي روي عموما به علت دانه درشت بودن در قالب هاي آب گرد چدني و فولادي ريخته مي شوند تا با افزايش سرعت سرعت كردن خواص مكانيكي تا جاي ممكن افزايش پيدا كند يكي از مهمترين آلياژ هاي روي آلياژ 85% روي و 5% مس و 5%آلومينيم مي باشد كه با نام آلياژ ياتاقان خوانده مي شود كه كاربرد صنعتي دارد .
انواع قالب هاي ريخته گري آلياژ هاي روي
در آلياژ هاي روي به علت دانه درشت بودن سعي مي شود كه در قالب هاي فلزي ريخته گري شوند قالب هاي چدني و فولادي كه با سيستم هاي آبگرد انجماد جهت دار ايجاد مي شوند تا مك و حفره به تغذيه هدايت شوند . در قالب هاي موقت هم امكان پذير است كه به دو روش پوسته اي و ماسه اي تر و خشك مي شود به علت داشتن دامنه ي انجماد كوتاه تمايل به انجماد پوسته اي داشتند لذا ايجادانجماد جهت دار در اين گونه آلياژ ها به سهولت امكان پذير است در صورت استفاده از قالب هاي چدني و فولادي قبل از استفاده بايستي 210-180 درجه پيش گرم شود تا عمر قابل افزايش يابد همچنين در صورت استفاده از مواد پوششي جهت افزايش عمر و تسهيل خروج قطعه از قالب مي شود . به علت داشتن سياليت بالا در آلياژ هاي روي مقاطع نازك تري نسبت به ساير آلياژ هاي غير آهني قابل ريخته گري مي باشد .
روش هاي مورد استفاده براي خروج ناخالصي ها
نگهداري مذاب در درجه حرارت بالا به صورت طولاني اين روش در صنعت به ندرت استفاده مي شود در اين روش ناخالصي ها فرصت رسيدن به سرباره را پيدا مي كنند كه اين روش باعث تشديد تلفات مذاب و اكسيداسيون مذاب مي شود .
تزريق گاز خنثي:
با تزريق گاز خنثي فشار داخل مذاب افزايش پيدا كرده افزايش فشار باعث خروج گاز هاي بيش از حد انحلال و نيز ناخالصي هاي معلق در مذاب و انتقال آن ها به سرباره مي شود اين روش باعث هيدروژن زدايي نيز مي شود كه در صنعت اين روش متداول تر مي باشد .
استفاده از فلاكس :
فلاكس ها با تشكيل فيلم نازكي در حد فاصل مذاب و ناخالصي ها به وجود مي آورند مانع از چسبندگي ناخالصي ها به مذاب مي شود و باعث انتقال ناخالصي ها به سرباره مي شود فلاكسهاي مورد استفاده در اين روش شامل كريوليت پراكس تركيبات سيليس و تركيبات كربني مي باشد كه در ريخته گري سنتي معمولا از شيشه خورد شده استفاده مي شود.

[ghasem motamedi]

شرح آزمایش فاراده

در سال 1807، شیمیدان انگلیسی همفری دیوی با تجزیه مواد مرکب توسط الکتریسیته، پنج عنصر پتاسیم، سدیم، کلسیم، استرانسیم و باریم را کشف کرد. دیوی با این کار به این نتیجه رسید که عناصر با جاذبه‌هایی که ماهیتاً الکتریکی هستند به هم متصل می‌شوند.
قوانین فاراده: نخستین مقدمه برای پیدایش مفهوم الکترون


مایکل فاراده در حدود سال 1830 و قبل از کشف مفهوم الکترون، آزمایشهای الکترولیز متعددی انجام داد که همراه با محاسبات کمّی بود و حاصل آن دو قانون معروف به قوانین فاراده است. این آزمایشها و قوانین مربوطه عبارتند از:
1. در آزمایشهای الکترولیز برای آزاد کردن یک عنصر، همواره دیده می‌شود که مقدار عنصر آزاد شده متناسب با مقدار جریان الکتریسیته است که از محیط عمل عبور می‌کند. برای مثال از عبور 96500کولن برق (یک فاراد الکتریسیته) از محلول نمکهای جیوه یک ظرفیتی ، همیشه 201 گرم جیوه آزاد می‌شود. این مقدار جیوه معادل یک مول (تعداد ) اتم جیوه است. حال اگر نمک جیوه دو ظرفیتی باشد باید کولن برق عبور کند تا همان یک مول جیوه آزاد شود. بدیهی است اگر فقط 96500 کولن برق از محلول عبور دهیم، مول و یا اتم آزاد خواهد شد.
2. هرگاه مقدار یکسان جریان برق از سه ظرف بگذرد که در اولی نمک فلز یک ظرفیتی (مثل
قوانین فاراده: نخستین مقدمه برای پیدایش مفهوم الکترون


مایکل فاراده در حدود سال 1830 و قبل از کشف مفهوم الکترون، آزمایشهای الکترولیز متعددی انجام داد که همراه با محاسبات کمّی بود و حاصل آن دو قانون معروف به قوانین فاراده است. این آزمایشها و قوانین مربوطه عبارتند از:
1. در آزمایشهای الکترولیز برای آزاد کردن یک عنصر، همواره دیده می‌شود که مقدار عنصر آزاد شده متناسب با مقدار جریان الکتریسیته است که از محیط عمل عبور می‌کند. برای مثال از عبور 96500کولن برق (یک فاراد الکتریسیته) از محلول نمکهای جیوه یک ظرفیتی ، همیشه 201 گرم جیوه آزاد می‌شود. این مقدار جیوه معادل یک مول (تعداد ) اتم جیوه است. حال اگر نمک جیوه دو ظرفیتی باشد باید کولن برق عبور کند تا همان یک مول جیوه آزاد شود. بدیهی است اگر فقط 96500 کولن برق از محلول عبور دهیم، مول و یا اتم آزاد خواهد شد.
2. هرگاه مقدار یکسان جریان برق از سه ظرف بگذرد که در اولی نمک فلز یک ظرفیتی (مثل ( و در دومی نمک فلز دو ظرفیتی (مانند ) و در سومی محلول ترکیبی از فلز سه ظرفیتی (مانند ) قرار داشته باشد، مقدار رسوبهای فلزی که از عبور مقدار یکسان الکتریسیته آزاد می‌شوند، متناسب با جرم اتمی فلز تقسیم بر اعداد صحیحی میباشد که " ظرفیت" نامیده می‌شوند.



سه عمل الکترولیز انجام یافته در یک مدار الکتریکی مطابق شکل بالا، می‌رساند که به ازاء عبور یک فاراد الکتریسیته که تقریباً برابر 96500 کولن است. گرم سدیم در ظرف وسط و گرم جیوه در ظرف سمت چپ و گرم آلومینیوم در ظرف سمت راست آزاد می‌شود. با توجه به جرمهای اتمی ، این مقادیر معادل یک مول سدیم (یا تقریباً اتم ) یا مول جیوه (یا اتم ) و یا مول آلومینیوم ( یا اتم ) هستند.





مقدمه

الکترولیز (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%8 8%D9%84%DB%8C%D8%B2) یا برقکافت (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%8 8%D9%84%DB%8C%D8%B2) ، کاربردی از علم شیمی فیزیک (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B4%DB%8C%D9%85%DB%8C+%D9%81%DB% 8C%D8%B2%DB%8C%DA%A9) است که مبنای آن ، اکسیداسیون و احیا و پتانسیلهای اکسید و احیای عناصر شیمیایی است و در آزمایشگاه و صنعت کاربردهای فراوانی دارد. قوانین حاکم بر الکترولیز ، قوانین فارادی است که با این قوانین آشنا می‌شویم.
قانون اول فارادی در الکترولیز


وقتی که جریان الکتریکی از محلولهایی مثل اسید سولفوریک (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D8%B3%DB%8C%D8%AF+%D8%B3%D9% 88%D9%84%D9%81%D9%88%D8%B1%DB%8C%DA%A9) رقیق می‌گذرد، آب (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D8%A8) به اجزایش یعنی هیدروژن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%87%DB%8C%D8%AF%D8%B1%D9%88%DA%9 8%D9%86) و اکسیژن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%DA%A9%D8%B3%DB%8C%DA%98%D9%8 6) تجزیه می‌شود. آنها در اطراف صفحات متصل به قطبهای منفی و مثبت باتری آزاد می‌شوند. محلولهایی از این نوع که با گذشتن جریان از آنها بطور شیمیائی تجزیه می‌شوند، الکترولیت (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%8 8%D9%84%DB%8C%D8%AA) نامیده می‌شوند و فرایند تجزیه ماده بر اثر جریان الکتریکی به الکترولیز (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%8 8%D9%84%DB%8C%D8%B2) معروف است و رساناهایی را که در الکترولیت فرو می‌برند و جریان را به آن می‌رسانند، الکترود (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%8 8%D8%AF) نام نهاده‌اند. الکترود مثبت به آند (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D9%86%D8%AF+%D9%88+%DA%A9%D8 %A7%D8%AA%D8%AF) و الکترود منفی به کاتد (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D9%86%D8%AF+%D9%88+%DA%A9%D8 %A7%D8%AA%D8%AF) معروف است.
محصولات تجزیه الکترولیت مثل اکسیژن و هیدروژن تا وقتی که جریان عبور می‌کند، بر الکترودها می‌نشینند. جرم ماده ای را که در الکترود آزاد می‌شود، می‌توان اندازه گرفت. اگر محلول چنان انتخاب شود که ماده آزاد شده بر الکترود رسوب کند، این جرم را می‌توان به‌آسانی اندازه گرفت. مثلا اگر از محلول سلفات مس جریان بگذرد، مس (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D8%B3) بر کاتد رسوب می‌کند. این پدیده را در صورتیکه مثلا کاتد از کربن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%A9%D8%B1%D8%A8%D9%86) ساخته شده باشد، می‌توان به‌آسانی مشاهده کرد. لایه نازک مس بر سطح سیاه کربن بوضوح مشاهده می‌شود. با وزن کردن کاتد قبل و بعد از آزمایش می‌توان جرم فلز رسوب کرده را دقیقا معین کرد.
اندازه‌گیری نشان می‌دهد که جرم ماده (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D8%A7%D8%AF%D9%87) آزاد شده در هر الکترود ، به جریان الکتریکی و مدت الکترولیز بستگی دارد. با بستن مدار برای فواصل زمانی متفاوت می‌توان اطمینان یافت که جرم ماده آزاد شده با مدت زمان عبور جریان متناسب است. بنابراین ، جرم آزاد شده در الکترولیز هم با جریان الکتریکی و هم با مدت زمان انجام آزمایش متناسب است. پس به حاصلضرب آنها نیز وابستگی دارد. اما این حاصلضرب مساوی باری است که از الکترولیت گذشته است. در نتیجه جرم ماده آزاد شده در الکترود متناسب است با بار یا مقدار الکتریسته ای که از الکترولیت گذشته است. این قانون مهم را اولین بار ، "فارادی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%81%D8%A7%D8%B1%D8%A7%D8%AF%DB%8 C)" وضع کرد و به قانون اول فارادی در الکترولیتها معروف است.








اگر m جرم ماده رسوب کرده ، I جریان الکتریکی ، t زمان الکترولیز و q بار کلی باشد که در مدت زمان t از الکترولیت گذشته است. قانون اول فارادی به شکل زیر نوشته می‌شود: m=Kq=KIt که در آن ، K ضریب تناسب است. با فرض اینکه q=1 C (با کل یک کولن) باشد، در می‌یابیم که ضریب K مساوی جرم ماده آزاد شده توسط بار 1C ، یا به عبارت دیگر جرم ماده آزاد شده توسط جریان 1A درمدت 1S زمان است.
بررسی‌های فارادی نشان داد که هر ماده مقدار K معینی دارد که مشخصه آن ماده است. مثلا در الکترولیز نیترات نقره ، بار 1C مقدار نقره (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%86%D9%82%D8%B1%D9%87) 1.1180mg را آزاد می‌کند. همین مقدار نقره توسط 1C در الکترولیز هر نمک نقره مثلا کلرور نقره ومانند آن آزاد می‌شود. جرم ماده آزاد شده در الکترولیز نمک هر فلز دیگری با این مقدار ، تفاوت خواهد داشت. کمیت K ، هم‌ارز الکتروشیمیایی ماده داده نامیده می‌شود.
تعریف هم‌ارز الکتروشمیایی

هم‌ارز الکتروشیمیایی یک جسم ، عبارت است از جرم آزاد شده از این جسم در الکترولیز ، وقتی که یک کولن الکتریسته از محلول بگذرد.
قانون دوم فارادی

با توجه به اینکه هم‌ارز الکتروشیمیایی مواد مختلف بسیار متفاوت است، چه خواصی از جسم هم‌ارز الکتروشیمیایی آنرا تعیین می‌کنند؟ پاسخ این سوال در قانون مهم دیگری که آن را نیز فارادی با آزمایش به‌اثبات رساند، نهفته است.


هم‌ارز الکتروشیمیایی اجسام مختلف با جرم مولی آنها متناسب است و با ظرفیت شیمیایی آنها نسبت عکس دارد. ظرفیت شیمیایی هر اتمی را با تعداد اتم‌های هیدروژن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%87%DB%8C%D8%AF%D8%B1%D9%88%DA%9 8%D9%86) تعریف می‌کنند که می‌توانند با آن ، ترکیب یا جانشین آن شوند.
مثال عددی برای توضیح قانون دوم

جرم مولی نقره 0.1079Kg/mol و ظرفیت آن مساوی یک است. جرم مولی روی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B1%D9%88%DB%8C) 0.0651Kg/mol و ظرفیت آن دو است. بنابراین ، مطابق قانون دوم فارادی ، نسبت هم‌ارز الکتروشیمیائی نقره و روی برابر است با: 3.30=(0.0654/2)/(0.1079/1)








اگر هم‌ارز الکتروشیمیایی یک جسم را با [K[Kg/C ، جرم مولی آن را با [M[Kg/mol و ظرفیت آنرا با ( 1,2,3,...) n نمایش دهیم، می‌توان قانون دوم فارادی را به این شکل (K=(1/F)(M/n نوشت. در اینجا F ضریب تناسب و ثابب عمومی است، یعنی برای تمام اجسام مقدار یکسان دارد. کمیت F به ثابت فارادی معروف است. مقدار آن که با آزمایش معین شده برابر است با:


F=96484C/mol




برخی عناصر در ترکیبات مختلف ، ظرفیتهای متفاوتی از خود نشان می‌دهند، مانند مس (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D8%B3) که یک فلز دو ظرفیتی است. بنابراین مس ، دو هم‌ارز الکتروشیمیایی دارد. نسبت جرم مولی هر جسم به (ظرفیت شیمیایی آن ، هم‌ارز شیمیایی آن جسم نامیده می‌شود. این نسبت ، مبین جرم جسمی است که برای جایگزین یک مول هیدروژن در ترکیبات لازم است.
برای اجسام تک‌ظرفیتی هم‌ارز الکتروشیمیایی اجسام با هم‌ارز شیمیایی آنها متناسب است. بنابراین دو قانون فارادی را در هم ادغام می‌کنیم که در آن ، جرم ماده آزاد شده بر اثر عبور مقدار الکتریسته q از الکترولیت است. این فرمول m=(1/F)(M/n) q مفهوم فیزیکی ساده ای دارد. ثابت فارادی F ، به عدد ، مساوی با باری (q) است که باید از هر الکترولیتی بگذرد تا




مقدمه
الکترولیز (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%8 8%D9%84%DB%8C%D8%B2) یا برقکافت (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%8 8%D9%84%DB%8C%D8%B2) ، کاربردی از علم شیمی فیزیک (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B4%DB%8C%D9%85%DB%8C+%D9%81%DB% 8C%D8%B2%DB%8C%DA%A9) است که مبنای آن ، اکسیداسیون و احیا و پتانسیلهای اکسید و احیای عناصر شیمیایی است و در آزمایشگاه و صنعت کاربردهای فراوانی دارد. با برخی از این کاربردها آشنا می‌شویم.
اندازه گیری جریان الکتریکی
الکترولیز ، روش مناسبی برای اندازه گیری باری است که از بخش معینی از مدار می‌گذرد. برای این منظور ، باید یک ظرف الکترولیتی را به این جزء مدارمتصل کرد ( مانند بدست آوردن نقره (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%86%D9%82%D8%B1%D9%87) ) و جرم ماده رسوب کرده بر الکترودها را اندازه گرفت. از تقسیم جرم رسوب بر هم‌ارز الکتروشیمیایی آن ، مقدار باری که از این قسمت مدار گذشته است، بدست می‌آید.

برای تعیین جریان الکتریکی در مدار ، کافی است که جرم رسوب کرده روی الکترودها در زمانی را که طول کشیده است، اندازه بگیریم. اگر در این مدت زمان ، جریان تغییر نکرده باشد، نسبت جرم رسوب به زمان و هم‌ارز الکتروشیمیایی بر طبق قوانین الکترولیز فارادی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%82%D9%88%D8%A7%D9%86%DB%8C%D9%8 6+%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%88%D9%84%DB%8C %D8%B2+%D9%81%D8%A7%D8%B1%D8%A7%D8%AF%DB%8C) جریان مدار را بدست می‌دهد.
مدرج کردن آمپرسنج‌ها
با استفاده از مقادیر اندازه گیری شده برای هم‌ارزهای شیمیایی می‌توان آمپرسنج‌ها ( گالوانومترها ) با هر مبنای ساختمانی را با دقت بالایی مدرج کرد. برای این منظور کافی است ظرف الکترولیت و آمپرسنج را بطور متوالی به هم بسته و جریان ثابتی را درمدت زمان معین از آنها بگذرانیم ( ثابت بودن جریان را می‌توان از ثابت بودن عقربه به آمپرسنج کنترل کرد ) و سپس بوسیله وزن کردن ، جرم جسم رسوب کرده را معین نماییم. اگر هم‌ارز الکتروشیمیایی ماده مربوط را بدانیم، می‌توانیم مقدار الکتریسیته ای را که از مدار گذشته است، بر حسب کولن معین نماییم و از تقسیم مقدار بار بر زمان دایر بودن جریان (t) ، جریان بر حسب آمپر (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D9%85%D9%BE%D8%B1) بدست می‌آید.

طبیعی است که این روش در عمل برای مدرج کردن آمپرسنج های استاندارد بکار می‌رود. اگر یک چنین آمپرسنج را بدقت مدرج کرده باشیم، با اتصال این آمپرسنج به هر سیستم آمپرسنجی بطور متوالی می‌توانیم با آمپرسنج استاندارد ، آن را مدرج نماییم. با این روش ، دقت آمپرسنج‌ها را نیز تست می‌کنند.
روش الکترولیتی بدست آوردن فلزات خالص
مس (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D8%B3) ، مثال گویایی از این خالص سازی یا تصفیه الکترولیتی است. سنگ معدن مس ، حاوی ترکیبی از مس با گوگرد (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%AF%D9%88%DA%AF%D8%B1%D8%AF) ، اکسیدها و نیز ناخالصی‌هایی از فلزات بیگانه ( Ni ، Pb ، Sb ، As ، Bi و غیره ) است. مسی را که مستقیما از سنگ معدن بدست آمده و دارای ناخالصی‌هایی است، به شکل تیغه‌هایی قالب‌ریزی و به‌عنوان آند (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D9%86%D8%AF+%D9%88+%DA%A9%D8 %A7%D8%AA%D8%AF) در محلول سولفات مس قرار می‌دهند.

با انتخاب ولتاژ مناسب (o.2v تا o,25 ولت ) در الکترودهای الکترولیت می‌توان اطمینان یافت که فقط فلز مس در کاتد رسوب می‌کند. ناخالصی‌های بیگانه یا به داخل محلول می‌روند ( بدون رسوب در کاتد ) یا در کف قرار می‌گیرند و فلز خالص مس در کاتد ایجاد می‌گردد.
آبکاری الکتریکی
با استفاده از الکترولیز (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%8 8%D9%84%DB%8C%D8%B2) ، فلزی را می‌توان با لایه ای از فلزات دیگر پوشانید ( لایه نشانی ). این فرایند به آبکاری الکتریکی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D8%A8%DA%A9%D8%A7%D8%B1%DB%8 C) معروف است. از نظر فنی ، مهمترین کاربرد آبکاری با فلزات خاصیت اکسایش (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%DA%A9%D8%B3%DB%8C%D8%AF%D8%A 7%D8%B3%DB%8C%D9%88%D9%86-%D8%A7%D8%AD%DB%8C%D8%A7) ضعیف است ( بخصوص ، آبکاری نیکل و کرم (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D8%A8%DA%A9%D8%A7%D8%B1%DB%8 C+%D8%A8%D8%A7+%D9%81%D9%84%D8%B2%D8%A7%D8%AA)). همینطور ، آبکاری نقره و طلا برای محافظت فلزات از خوردگی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%AE%D9%88%D8%B1%D8%AF%DA%AF%DB%8 C+%D9%81%D9%84%D8%B2%D8%A7%D8%AA) در هوا است.

برای بدست آوردن پوشش لازم ، جسم را بطور مکانیکی ، کاملا تمیز و چربی‌زدایی می‌کنند و آن را به‌عنوان کاتد (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D9%86%D8%AF+%D9%88+%DA%A9%D8 %A7%D8%AA%D8%AF) در محلول الکترولیتی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%8 8%D9%84%DB%8C%D8%AA) حاوی نمک فلزی قرار می‌دهند که جسم باید با آن آبکاری شود. برای اینکه آبکاری یکنواخت‌تر باشد، بهتر است دو تیغه به‌عنوان آند بکار گرفته شود و جسم بین آن دو قرار گیرد.




شکل‌سازی الکتریکی

قالب‌سازی الکتریکی ، نمونه ای از کاربردهای ویژه الکترولیز در صنعت می‌باشد. با استفاده از الکترولیز نه فقط می‌توان اشیا را با لایه ای از فلزات پوشش داد، بلکه می‌توان نمونه‌های فلزی برجسته ای از آنها تهیه کرد (مثل سکه‌ها ، مدال‌ها و غیره). این فرایند را در سالهای 1840 ، "یاکوبی" (B.S.Yakobi) فیزیکدان و مهندس برق روسی تکامل بخشید و آن را شکل‌سازی الکتریکی نام نهاد.

برای ساختن یک نمونه برجسته از یک شیء ابتدا قالب شیء با ماده پلاستیکی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%BE%D9%84%D8%A7%D8%B3%D8%AA%DB%8 C%DA%A9) مثل موم ساخته می‌شود. این قالب با پوشش خود بوسیله گرافیت (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%AF%D8%B1%D8%A7%D9%81%DB%8C%D8%A A) ، رسانای الکتریسیته می‌شود و سپس به‌عنوان کاتد (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D9%86%D8%AF+%D9%88+%DA%A9%D8 %A7%D8%AA%D8%AF) در محلول الکترولیت کار گذاشته می‌شود. در خلال الکترولیز ، لایه ای از فلز با ضخامت مورد نظر بر قالب می‌نشیند.

قالب‌سازی الکتریکی ، کاربرد مهمی در چاپ ، یعنی چاپ الکتریکی دارد. در این فرایند ، یک متن از پیش نوشته معمولی تهیه می‌شود. سپس قالبی از موم یا پلاستیک برای آن ساخته می‌شود. پس از پوشش قالب با گرافیت ، آن را در محلول الکترولیت قرار می‌دهند و در آنجا لایه کلفتی از مس روی آن می‌نشیند. برای استحکام این لایه ، پشت نمونه را با فلز چاپ آلیاژی با نقطه ذوب پایین با ماده اولیه سرب (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B3%D8%B1%D8%A8)) پوشانده می‌شود. نمونه بدست آمده از پیش نوشته بعدا برای چاپ بکار می‌رود. مقدار جسم آزاد شده در الکترودها با هم‌ارز شیمیایی آن جسم (M/n) برابر باشد.
قوانین فارادی در الکترولیز



مقدمه
الکترولیز (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%8 8%D9%84%DB%8C%D8%B2)یابرقکافت (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%8 8%D9%84%DB%8C%D8%B2)، کاربردی از علمشیمیفیزیک (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B4%DB%8C%D9%85%DB%8C+%D9%81%DB% 8C%D8%B2%DB%8C%DA%A9) است که مبنای آن ، اکسیداسیون و احیا و پتانسیلهای اکسید و احیای عناصرشیمیایی است و در آزمایشگاه و صنعت کاربردهای فراوانی دارد. قوانین حاکم برالکترولیز ، قوانین فارادی است که با این قوانین آشنا می‌شویم.
قانون اول فارادی در الکترولیز
· وقتی که جریان الکتریکی از محلولهایی مثلاسیدسولفوریک (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D8%B3%DB%8C%D8%AF+%D8%B3%D9% 88%D9%84%D9%81%D9%88%D8%B1%DB%8C%DA%A9) رقیق می‌گذرد،آب (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D8%A8) به اجزایش یعنیهیدروژن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%87%DB%8C%D8%AF%D8%B1%D9%88%DA%9 8%D9%86) واکسیژن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%DA%A9%D8%B3%DB%8C%DA%98%D9%8 6) تجزیه می‌شود. آنها در اطراف صفحات متصل به قطبهای منفی و مثبت باتری آزاد می‌شوند. محلولهایی از این نوع که با گذشتن جریان از آنها بطور شیمیائی تجزیه می‌شوند،الکترولیت (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%8 8%D9%84%DB%8C%D8%AA) نامیده می‌شوند و فرایند تجزیه ماده بر اثر جریان الکتریکی بهالکترولیز (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%8 8%D9%84%DB%8C%D8%B2) معروف است و رساناهایی را که در الکترولیت فرو می‌برند و جریان را به آن می‌رسانند،الکترود (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%8 8%D8%AF) نام نهاده‌اند. الکترود مثبت بهآند (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D9%86%D8%AF+%D9%88+%DA%A9%D8 %A7%D8%AA%D8%AF) و الکترود منفی بهکاتد (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D9%86%D8%AF+%D9%88+%DA%A9%D8 %A7%D8%AA%D8%AF) معروف است.
· محصولات تجزیه الکترولیت مثل اکسیژن و هیدروژن تا وقتی که جریان عبور می‌کند،بر الکترودها می‌نشینند. جرم ماده ای را که در الکترود آزاد می‌شود، می‌توان اندازهگرفت. اگر محلول چنان انتخاب شود که ماده آزاد شده بر الکترود رسوب کند، این جرم رامی‌توان به‌آسانی اندازه گرفت. مثلا اگر از محلول سلفات مس جریان بگذرد،مس (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D8%B3) برکاتد رسوب می‌کند. این پدیده را در صورتیکه مثلا کاتد ازکربن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%A9%D8%B1%D8%A8%D9%86) ساختهشده باشد، می‌توان به‌آسانی مشاهده کرد. لایه نازک مس بر سطح سیاه کربن بوضوحمشاهده می‌شود. با وزن کردن کاتد قبل و بعد از آزمایش می‌توان جرم فلز رسوب کرده رادقیقا معین کرد.
· اندازه‌گیری نشان می‌دهد که جرمماده (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D8%A7%D8%AF%D9%87) آزاد شده در هرالکترود ، به جریان الکتریکی و مدت الکترولیز بستگی دارد. با بستن مدار برای فواصلزمانی متفاوت می‌توان اطمینان یافت که جرم ماده آزاد شده با مدت زمان عبور جریانمتناسب است. بنابراین ، جرم آزاد شده در الکترولیز هم با جریان الکتریکی و هم بامدت زمان انجام آزمایش متناسب است. پس به حاصلضرب آنها نیز وابستگی دارد. اما اینحاصلضرب مساوی باری است که از الکترولیت گذشته است. در نتیجه جرم ماده آزاد شده درالکترود متناسب است با بار یا مقدار الکتریسته ای که از الکترولیت گذشته است. اینقانون مهم را اولین بار ، "فارادی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%81%D8%A7%D8%B1%D8%A7%D8%AF%DB%8 C)" وضع کرد و بهقانون اول فارادی درالکترولیتهامعروف است.




· اگر m جرم ماده رسوب کرده ، I جریان الکتریکی ، t زمان الکترولیز و q بار کلیباشد که در مدت زمان t از الکترولیت گذشته است. قانون اول فارادی به شکل زیر نوشتهمی‌شود: m=Kq=KIt که در آن ،Kضریب تناسب است. با فرض اینکهq=1 C (با کل یک کولن) باشد، در می‌یابیم که ضریبKمساوی جرم ماده آزاد شدهتوسط بار1C، یا به عبارت دیگر جرم ماده آزاد شده توسط جریان1Aدرمدت1Sزمان است.
· بررسی‌هایفارادینشان داد که هر ماده مقدار K معینی دارد که مشخصه آنماده است. مثلا در الکترولیز نیترات نقره ، بار 1C مقدارنقره (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%86%D9%82%D8%B1%D9%87) 1.1180mg را آزاد می‌کند. همین مقدار نقره توسط 1C در الکترولیز هر نمک نقره مثلاکلرور نقره ومانند آن آزاد می‌شود. جرم ماده آزاد شده در الکترولیز نمک هر فلزدیگری با این مقدار ، تفاوت خواهد داشت. کمیتK،هم‌ارز الکتروشیمیایی ماده دادهنامیده می‌شود.
تعریف هم‌ارز الکتروشمیایی
هم‌ارز الکتروشیمیایی یک جسم ، عبارت است ازجرم آزاد شده از این جسم در الکترولیز ، وقتی که یک کولن الکتریسته از محلول بگذرد.
قانون دوم فارادی
با توجه به اینکه هم‌ارز الکتروشیمیایی مواد مختلف بسیارمتفاوت است، چه خواصی از جسم هم‌ارز الکتروشیمیایی آنرا تعیین می‌کنند؟ پاسخ اینسوال در قانون مهم دیگری که آن را نیزفارادیبا آزمایش به‌اثبات رساند،نهفته است.


هم‌ارز الکتروشیمیایی اجسام مختلف با جرم مولی آنها متناسباست و با ظرفیت شیمیایی آنها نسبت عکس دارد. ظرفیت شیمیایی هر اتمی را با تعداداتم‌هایهیدروژن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%87%DB%8C%D8%AF%D8%B1%D9%88%DA%9 8%D9%86) تعریف می‌کنند که می‌توانند با آن ، ترکیب یا جانشین آن شوند.
مثال عددی برای توضیح قانون دوم
جرم مولی نقره 0.1079Kg/mol و ظرفیت آنمساوی یک است. جرم مولیروی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B1%D9%88%DB%8C) 0.0651Kg/mol و ظرفیت آندو است. بنابراین ، مطابق قانون دوم فارادی ، نسبت هم‌ارز الکتروشیمیائی نقره و رویبرابر است با: 3.30=(0.0654/2)/(0.1079/1)




· اگر هم‌ارز الکتروشیمیایی یک جسم را با[K[Kg/C، جرم مولی آن را با[M[Kg/molو ظرفیت آنرا با( 1,2,3,...) nنمایش دهیم، می‌توان قانوندوم فارادی را به این شکل(K=(1/F)(M/nنوشت. در اینجاFضریب تناسبو ثابب عمومی است، یعنی برای تمام اجسام مقدار یکسان دارد. کمیتFبهثابت فارادیمعروف است. مقدار آن که با آزمایش معین شده برابر است با:


F=96484C/mol

· برخی عناصر در ترکیبات مختلف ، ظرفیتهای متفاوتی از خود نشان می‌دهند، مانندمس (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D8%B3) کهیک فلز دو ظرفیتی است. بنابراین مس ، دو هم‌ارز الکتروشیمیایی دارد. نسبت جرم مولیهر جسم به (ظرفیت شیمیایی آن ، هم‌ارز شیمیایی آن جسم نامیده می‌شود. این نسبت ،مبین جرم جسمی است که برای جایگزین یک مول هیدروژن در ترکیبات لازم است.
· برای اجسام تک‌ظرفیتی هم‌ارز الکتروشیمیایی اجسام با هم‌ارز شیمیایی آنهامتناسب است. بنابراین دو قانون فارادی را در هم ادغام می‌کنیم که در آن ، جرم مادهآزاد شده بر اثر عبور مقدار الکتریستهqاز الکترولیت است. این فرمولm=(1/F)(M/n) qمفهوم فیزیکی ساده ای دارد. ثابت فارادیF، به عدد ،مساوی با باری (q) است که باید از هر الکترولیتی بگذرد تا مقدار جسم آزاد شده درالکترودها با هم‌ارز شیمیایی آن جسم(M/n)برابر باشد.


الکترولیز بدون نیاز به جریان برق


شايد بسيار عجيب باشد كه عمليات الكتروليز را بدون جريان برق انجام داد.اما اين كار انجام پذير است.هر چند اين نوع دستگاه الكتروليز به علت وزني كه دارد براي هر نوع استفاده اي مناسب نيست اما نظر به اينكه از جريان برق بي نياز است قابل توجه مي باشد........
استفاده از الكتروليز امروزه بهترين راه براي توليد سوخت پيل ميباشد. اين برتري به دلايل زير است:
1- الكتروليز علاوه بر توليد هيدروژن، اكسيژن مورد نياز پيل را نيز توليد مي كند.
2-الكتروليز بسيار ساده و با خلوص بالا هيدروژن توليد ميكند
3-هزينه هاي آن در مقايسه با روش هاي ديگر بسيار كمتر است و...
در واقع تنها مشكلي كه براي استفاده از الكتروليز وجود دارد نيازمند بودن آن به برق است. ديگر اينكه در صورت استفاده پيل براي وسايل نقليه حمل آب نا مناسب به نظر ميرسد كه اين مشكل با ذخيره سازي هيدروژن قابل حل است.
اما در مورد مشكل اول بايد گفت كه تحقيقات بسياري براي انجام الكتروليز بدون نياز به جريان الكتريسيته انجام گرفته است. كه در اينجا به اين مسٌله ميپردازيم:
شايد بسيار عجيب باشد كه عمليات الكتروليز را بدون جريان برق انجام داد.اما اين كار انجام پذير است.هر چند اين نوع دستگاه الكتروليز به علت وزني كه دارد براي هر نوع استفاده اي مناسب نيست اما نظر به اينكه از جريان برق بي نياز است قابل توجه مي باشد.
در اين دستگاه از خاصيت مغناطيسي براي تبديل آب به يون هاي سازنده استفاده مي شود به اين صورت كه آب را از مسيرهايي با ديواره هاي مغناطيسي عبور مي دهند. آب در حين عبور از اين مسير ها به يون هاي سازنده تبديل ميشود و به الكترود هاي موجود منتقل مي شود تا يونهاي هيدروژن اكسيده و اكسيژن كاهيده شود. به اين طريق جرياني از الكترون بين الكترود کاتد و آند ايجاد ميشود. در واقع به جاي اينكه جريان برق يون ها را مجبور به الكترون دادن يا گرفتن كنند،خود يون ها داوطلبانه به سمت الكترود ها ميروند و جرياني از الكترون را برقرار مي كنند.البته بايد به اين مطلب هم توجه داشت كه اين جريان ايجادي صرف اكسايش هيدروژني ميشود كه جفت اكسيژنش آن را ايجاد كرده. بنا بر اين جهت ادامه الكتروليز نمي توان از اين جريان استفاده كرد.
همانطور كه اشاره شد، استفاده از اين روش به دليل وجود تجهيزات مغناطيسي به نسبت سنگين است. و نيز براي توليد هيدروژن مطلوب هزينه بر نيز ميباشد. اما با توجه به عدم وابستگي آن به جريان برق به نظر مناسب مي آيد.

[ghasem motamedi]

فرآیند جوش نقطه‌ای RESISTANCE SPOT WELDING:

الكترودها در جوشكاری مقاومتی نقطه ای:
الكترود در فرآیندهای مختلف مقاومتی می تواند به اشكال گوناگونی باشد كه دارای چندین نقش است از جمله هدایت جریان الكتریكی به موضع اتصال، نگهداری ورق ها بر روی هم و ایجاد فشار لازم در موضع مورد نظر و تمركز سریع حرارت در موضع اتصال. الكترود باید دارای قابلیت هدایت الكتریكی و حرارتی بالا و مقاومت اتصالی یا تماسی (contact resistance) كم و استحكام و سختی خوب باشد، علاوه بر آن این خواص را تحت فشار و درجه حرارت نسبتاً بالا ضمن كار نیز حفظ كند. از این جهت الكترودها را از مواد و آلیاژهای مخصوص تهیه می كنند كه تحت مشخصه یا كد RWMA به دو گروه A آلیاژهای مس و B فلزات دیرگداز تقسیم بندی می شوند، در جداول صفحه بعد مشخصات این دو گروه درج شده است. مهمترین آلیاژهای الكترود مس ـ كروم، مس ـ كادمیم و یا برلیم ـ كبالت ـ مس می باشد. این آلیاژها دارای سختی بالا و نقطه آنیل شدن بالایی هستند تا در درجه حرارت بالا پس از مدتی نرم نشوند، چون تغیر فرم آنها سبب تغییر سطح مشترك الكترود با كار می شود كه ایجاد اشكالاتی می كند. قسمت هایی كه قرار است به یكدیگر متصل شوند
باید كاملاً بر روی یكدیگر قرار داشته و در تماس با الكترود باشند تا مقاومت الكتریكی تماسی R2, R1 كاهش یابد. مقاومت الكتریكی بالا بین نوك الكترود و سطح كار سبب بالا
رفتن درجه حرارت در محل تماس می شود كه اولاً مرغوبیت جوش را كاهش می دهد ثانیاً مقداری از انرژی تلف می شود.
روش های مختلفی برای اعمال فشار پیش بینی شده است كه دو سیستم آن معمول تر است:
الف) سیستم مكانیكی همراه با پدال، فنر و چند اهرم
ب) سیستم هوای فشرده با درجه های اتوماتیك مخصوص كه در زمان های معین هوای فشرده وارد سیستم می شود. این فشار و زمان قابل تنظیم و كنترل است.
درسیستم اول به علت استفاده از نیروی كارگر ممكن است فشار وارده غیر یكنواخت و در بعضی موارد كه دقت زیادی لازم است مناسب نباشد ولی در سیستم هوای فشرده دقت و كنترل میزان فشار بیشتر است.
جوش مقاومتی برای اتصال فلزات مختلف بكار گرفته می شود. مسئله مهم این است كه چگونگی خواص فیزیكی این فلزات ممكن است بر روی خواص جوش یا موضع اتصال تأثیر بگذارد. همان طور كه اشاره شد حرارت برای بالا بردن درجه حرارت موضع اتصال توسط عبور جریان الكتریكی و مقاومت الكتریكی به دست می آید و یا به بیان دیگر مقاومت الكتریكی بزرگتر در زمان و شدت جریان معین تولید حرارت بالاتری می‌كند و برعكس. مقاومت الكتریكی یك هادی بستگی به طول و نسبت عكس با سطح مقطع دارد. البته جنس هادی هم كه میزان ضریب مقاوت الكتریكی است مهم می باشد.
بنابراین خصوصیت جوشكاری مقاومتی با تغییر ضخامت ورق، تغییر مقطع تماس الكترود با قطعه و جنس قطعه تغییر می كند.
البته چگونگی حالت های تماس الكترود با قطعات و تماس خود قطعات عوامل دیگر هستند كه فشار الكترودها و ناخالصی ها در بین این سطوح می توانند بر روی این مقاومت ها موثر باشند.
مواد الكترودها :
مس وآلیاژهای آن موادی هستند كه عموما برای الكترودهای جوش نقطه ای انتخاب می شوند .انواع مختلف این مواد در جدول زیر آمده است :
انتخاب یك آلیاژ برای الكترود بطوریكه برای تمام موادی كه جوش می شوند قابل استفاده باشند بدلایل مختلف امكانپذیر نیست .برای مثال آلومینیوم كه دارای ضریب هدایت بالایی می باشد احتیاج به الكترودی با ضریب هدایت بالا دارد تا از چسبیدن جلوگیری شود و مس سخت كشیده شده
Hard drawn ) ) یا مس تلوریوم دار علیرغم سختی پایین آن برای این منظور مورد استفاده قرار میگیرد .مس تلوریوم دار دارای این خاصیت است كه براحتی ماشینكاری و پولیش میگردد و سطح تمام شده خوبی را پدید می آورد .مس كرومدار برای جوشكاری همه نوع فولاد مناسب است .زیرا از آلیاژ مس- كادمیوم سخت تر است ودارای یكنواختی دمایی بیشتری است بدون آنكه از هدایت آن زیاد كاسته شده باشد .دلیل اینكه مس-كادمیوم برای جوشكاری ورقهای نازك پیشنهاد میشود این است كه ارزان تر از مس-كروم است و قادر است كه گرمای كمتری را كه در جوشكاری ورقهای نازك بیرون داده میشود را تحمل كند .ورق های ضخیم تر باعث گرم شدن بیشتر نوك الكترود میشوند .اگر دما به 250 درجه سلسیوس برسد دیگر آلیاژ می-كادمیوم مناسب نمیباشد .آلیاژ مس-تنگستن معمولا بصورت بوش مورد استفاده قرار میگیرند كه مساحتی بزرگتر از مقدار لازم برای تامین دانسیته جریان صحیح جوشكاری دارد .دانسیته جریان برای ایجاد نقطه جوش با یك الكترود معمولی در یك طرف اتصال و بوش مس-تنگستن با مساحت بزرگتر در طرف دیگر قرار دارد .نمونه هایی از الكترودها ی نقطه جوش و انبر دستگاه نقطه جوش (گان) در شكل زیر آمده است
فلزات و آلیاژهایی كه در ساخت الكترودها بكار میروند به گروههای زیر كلاسه میشوند :
كلاس 1 :
در این مواد عملیات حرارتی انجام نگرفته و بوسیله كار سرد استحكام پیدا كرده اند .اینكار روی هدایت الكتریكی و گرمایی اثری ندارد .مواد این كلاس برای فولادهای كم كربن كه با لایه نازك سرب و كروم و یا روی پوشیده شده –فولادهای نورد گرم شده و بعضی از فلزات غیر آهنی مانند آلومینیوم و منیزیوم توصیه میشود .
كلاس 2 :
این مواد دارای خواص مكانیكی بالاتر از كلاس 1 هستند ولی هدایت حرارتی و الكتریكی آنها كمتر از كلاس 1 میباشد .خواص فیزیكی و مكانیكی اپتیمم با عملیات حرارتی یا تركیبی از عملیات حرارتی و كار سرد پدید می آید .مواد كلاس 2 بهترین ماده برای الكترودهایی برای كارهای عمومی با یك رنج وسیعی از مواد و شرایط مختلف می باشد .این مواد در الكترودهای نقطه جوش فولادهای كم كربن نورد سردشده و فولادهای ضد زنگ و فولاد با پوشش نیكل و غیره استفاده میشود.
همچنین برای شافتها-بازوها-قالب و بندكها-فكهای تفنگی دستگاه جوش و بقیه اعضا عبور دهنده جریان در تجهیزات جوشكاری مقاومتی مناسب است .
كلاس 3 :
مواد این كلاس آلیاژهای سختی پذیر با خواص مكانیكی بهتری از مواد كلاسهای 1 و 2 میباشد اما دارای هدایت الكتریكی و حرارتی پایین تری میباشد .سختی بالا-مقاومت به سایش خوب و دمای آنیل شدن بالای الكترودهای كلاس 3 همراه با هدایت الكتریكی متوسط آن باعث میشود كه این مواد برای الكترودهاییكه در نقطه جوشهایی كه در آنها فشار مقاومت قطعات بالا است استفاده میشود .این مواد برای فولادهای كم كربن با سطح مقطع بالا و فولادهای ضد زنگ بكار میرود .
انواع الكترود و شكل آنها :
نوك الكترودهای نقطه جوش باید پروفیل خود را تا آنجا كه ممكن است در شرایط تولید حفظ كند .
پروفیل صحیح باعث عمر طولانی الكترود میشود .دو شكل استاندارد در موارد عمومی وجود دارد .این دو نوع عبارتند از :
1 – نوك تخت به شكل یك مخروط وارونه
2 – نوك گنبدی شكل
واضح است كه نوكهای گنبدی لازم نیست كه دقیقا با سطح كار همراستا قرار گیرند .بنابراین برای جاهاییكه الكترود بر روی سطح منحنی در قطعه كار قرار میگیرند مناسبند و معمولا در جوشكاری آلومینیوم بكار میروند .نوع نوك تخت در مواردیكه بتواند با قطعه كار همراستا گردد ترجیح داده میشود .زیرا ماشینكاری و شكل دادن و بازرسی آن در ضمن بكارگیری آسان است .پروفیلهای الكترود در شكل زیر نشان داده شده است
معمولا الكترود را بصورت یك میله استوانه ای شكل با قطر مورد نظر نمیسازند بلكه آنرا بزرگتر ساخته و نوك آن را با زاویه 30 درجه بصورت مخروطی می تراشند .
افزایش مساحت نوك الكترود در اثر فشار وارده باعث كاهش فشار الكترود و دانسیته جریان می گردد كه هر دو از اهمیت حیاتی برخوردار هستند .پهن شدن الكترود را میتوان با استفاده از سختترین ماده مناسب و بكارگیری ضربه كوتاه و یا به بیان دیگر كاهش بارهای ضربه ای و با خنك كردن مؤثر الكترود در كمترین مقدار خود نگه داشت .پروفیل ساده الكترود نشان داده شده در شكل 6-2 برای بسیاری از كاربردها مناسب است اما همواره قابل انتخاب برای جوشكاری در گوشه ها نمیباشد .انواع دیگر الكترود برای اینگونه از كاربردها قابل دسترس میباشند و در موارد بخصوص میتوان آنها را ساخت تا احتیاجات استفاده كننده را مرتفع سازد
روش تعویض نوك الكترودها:
به علت گرما دیدن نوك الكترودها در هنگام جوشكاری و زیر فشار بودن این ناحیه گرما دیده، پس از زدن چند نقطه جوش، قطعه نامبرده تغییر شكل می دهد. در نتیجه سطح مشترك نوك الكترودها بزرگتر و ناصافتر می شود. بنابراین پس از حدود 250 بار نقطه جوش زدن، لازم است كه نوك الكترودها تراشیده شود تا شكل اولیه شان بازیابی شود. این قطعات در اثر تراشیده شدن، كوتاه تر می شوند. بنابراین لازم است پس از آن كه هر قطعه به اندازه مشخصی رسید با قطعه نو تعویض شود. این جایگزینی بسته به شكل قطعه، جنس آن و نیز روش ساخت آن (تراشكاری شده یا آهنگری شده) ممكن است پس از اعمال 1200 یا 2500 نقطه جوش، مورد نیاز باشد.
برای تعویض این قطعه (نوك الكترود) روش های گوناگون وجود دارد:
یك روش آن است كه با نصب تجهیزات تمام خود كار، كل فرآیند تعویض قطعه بدون دخالت انسان انجام پذیرد. روش دیگر استفاده از یك ابزار ساده دستی است كه كاربر با اهرم كردن شاخك های آن در زیر قطعه و در محل شیار موجود می تواند آن را از جایش درآورد و پس از جازدن قطعه نو به كمك گردی سطح زیرین ابزار، قطعه را درمحل خود محكم كند. روش سوم استفاده از شكل هندسی مخروطی نگهدارنده نوك الكترود است بدین معنی كه سطح تماس قطعه نوك الكترود با نگهدارنده آن، سطح جانبی یك مخروط ناقص است. این ویژگی هندسی باعث می گردد تا با اعمال چند ضربه آرام در دو سوی قطعه نوك الكترود، این قطعه به تدریج درموضع خود لق شود تا این كه به راحتی و با دست از جای خود بیرون آید. پس از نصب قطعه نو، با اعمال چند ضربه آرام به سر قطعه، می‌توان آن را در جای خود محكم كرد.
زمانی كه كارگر متوجه شود كه گان خوب جوش نمی‌زند، شاید یكی از علت‌های آن احتیاج بهTip dress نوك الكترود باشد. در این روش نوك الكترود بوسیلهTip dress برای جوشكاری آماده می شود البته نحوه Tip dress خیلی مهم می‌باشد و نیاز به مهارت و آموزش دارد.
Tip dress در دو نوع بادی و برقی می باشد كه در گان ها از نوع برقی آن استفاده می شود و این نوع، محدودیت فشاری دارد (با هر فشار و نیرویی نمی توان استفاده كرد) البته در این نوع Tip dress یك لوله برای باد هم وجود دارد. یكی دیگر از كارهایی كه برای بهتر شدن كیفیت جوش بر روی الكترود انجام می‌شود سمباده زدن آن می‌باشد.
تكنیك های جوشكاری نقطه ای:
نكاتی را در عملیات جوشكاری نقطه ای باید در نظر داشت كه اهم آنها عبارتند از:



الف) تمیزی سطوح تماس:
سطح كار و سطح الكترودها باید همواره تمیز نگهداشته شوند. گرد و غبار روی فلز در اثر ایجاد حوزه مغناطیسی، ضمن كار، به اطراف محل جوش متمركز شده و ممكن است در سطح مشترك دو ورق یا سطح تماس الكترودها و كار قرار گیرند، گرد و غبار و ناخالصی های دیگر اولاً باعث بالا بردن مقدار مقاومت تماسی و اتلاف انرژی می شوند و ثانیاً در فصل مشترك دو ورق وارد مذاب شده و خواص دكمه جوش را كاهش می دهند. تمیز كردن نوك الكترودها باید با كاغذ سمباده ظریف یا پارچه و با دقت شود تا از تلفات نوك الكترود بصورت براده جلوگیری شود.
اگر الكترودها به وسیله سیستم سرد كننده آبگرد خنك می شوند باید توجه شود كه آب از الكترود به خارج نفوذ نكند. در مورد فلزاتی كه ایجاد لایه اكسیدی دیر گداز می كنند (نظیر آلومینیوم، تیتانیوم) لازم است علاوه بر تمیزكردن سطح كار، اكسیدهای سطحی نیز توسط محلول های اسیدی مخصوص حذف شده و بدیهی است كه آثار محلول یا اسید نیز باید از روی كار كاملاً تمیز شود تا از تشدید عمل خوردگی در این سطوح جلوگیری شود.
ب) تنظیم كردن ماشین و محل جوش بر روی كار:
میزان كردن محل جوش بر روی كار توسط جوشكار یا بطور خودكار با ماشین انجام می گیرد. اگر قرار است این عمل توسط كارگر انجام گیرد باید حتی الامكان از الكترود ثابت استفاده شود. ولی معمولاً در تولیدهای سری و انبوه تنظیم محل جوش بر روی كار توسط ماشین انجام می گیرد.
یكی از متداول ترین روش برای تنظیم كردن دستگاه جوش انجام چند نمونه جوش نقطه ای بر روی دو ورقه قراضه با مشخصات شبیه قطعه كار (جنس و ضخامت) می باشد. پس از انجام جوش های نمونه بر روی این ورق ها آنها را از یكدیگر جدا یا پاره كرده و محل جوش را مطالعه می كنند، بنابراین :
1ـ اگر شدت جریان كافی نباشد دكمه جوش براحتی از ورق ها جدا شده و اثر چندانی بر روی ورق باقی نمی ماند.
2ـ شدت جریان خیلی زیاد باعث نفوذ دكمه جوش تا سطح كار می شود كه در این حالت نیز استحكام جوش ایده آل نخواهد بود. اصولاً عمق نفوذ دكمه جوش نباید از 60 درصد ضخامت ورق بیشتر باشد.
البته عدم تنظیم صحیح زمان نیز منجر به اثر گذاشتن جوش در سطح كار می شود و چنانچه جریان الكتریكی قبل از فشرده شدن كامل ورق ها عبور كند جرقه ای در سطح تماس الكترود و كار ایجاد می شود.
آزمایش جوش را از طریق استانداردهایی نیز می توان انجام داد از جمله دو قطعه به پهنای 5/7 سانتی متر و طول 10 سانتیمتر بریده و لبه های آنها را به اندازه 5/2 سانتیمتر بر روی هم سوار كرده و سه نقطه جوش در مركز مربع های مبانی مطابق شكل ایجاد می كنند. سپس جوش اول كه جریان الكتریكی فقط از آن عبور كرده و دارای شرایط متفاوتی با آنچه كه در عمل اتفاق می افتد است را جدا كرده و جوش های دوم و سوم را به صورت نواری به پهنای 5/2 سانتیمتر و طول 5/17 سانتیمتر جدا كرده و تحت آزمایش كشش قرار می دهند. نیروی لازم برای پاره كردن جوش محاسبه شده و با جداول مخصوص كه نشان دهنده استاندارد مشخصات فنی جوش اتس مقایسه می شود . ازجداول عملی بعنوان راهنما نیز برای انتخاب و تنظیم شرایط كار، اندازه الكترود و پارامترهای دیگر مورد استفاده قرار می گیرند.
ج) ظاهر جوش:
معمولاً ظاهر جوش شامل یك فرورفتگی و یك حلقه رنگی حرارتی در اطراف تماس الكترود و كار می باشد در مواردی كه سطح كار باید تمیز باشد فرورفتگی های محل جوش نقطه ای را می توان از طریق استفاده الكترود مسطح نوع C و مخروط نوع E اهش داد. واضح است كه الكترود مسطح را در طرفی كه نیاز به تمیزی فوق العاده است قرار می دهند. استفاد از یك الكترود مسطح و یك الكترود مخروط ناقص در جوشكاری ورق های نازك به كلفت نیز مفید است، در این شرایط الكترود مسطح بر روی ورق نازك قرار می گیرند. در حالت های معمولی جوشكاری مقاومتی نقطه ای فاصله جوش ها نباید از میزان معینی كمتر باشد چون مدار بسته ای با جوش مجاور ایجاد كرده و جریان الكتریكی به اندازه كافی از موضع جوش در بین الكترودها نمی گذرند.
بهسازی در جوشكاری مقاومتی نقطه‌ای:
بنا به نیاز و شرایط كار، بهسازی و تغییراتی در نحوه جوشكاری نقطه ای ساده بعمل آمده است كه به چند نمونه آن در زیر اشاره می شود:
الف) جوش با الكترود چندتایی Multiple Electrode:
همانطور كه از نام آن استنباط می شود در این فرآیند از چندین الكترود استفاده می شود و همزمان چندین جوش نقطه ای بر روی كار انجام می گیرد. در این فرآیند از دو نوع طرح برای تامین انرژی استفاده می شود. مستقیم (موازی) و غیر مستقیم (سری). در سیستم مستقیم از یك ترانسفورماتور استفاده می شود كه مدار ثانویه بصورت های مختلف مطابق شكل می تواند چندین جوش را همزمان انجام دهد. در سیستم سری از تعدادی ترانسفورماتور استفاده می شود كه مطابق شكل با طرح های مختلف می تواند همزمان چندین نقطه جوش را بر روی كار بوجود آورد. مزیت روش دوم آنست كه می توان ولتاژ بالایی رادر موضع جوش بوجود آورد و یا برای ایجاد ولتاژ معین از ترانسفورماتورهای كوچكتری استفاده كرد. اما در مقابل باید شرایط ترانسفورماتورها و مقاومت ها در الكترودها و كیفیت سطوح كاملاً یكسان باشد تا خواص جوش هایی كه همزمان ایجاد شده مشابه باشد.
ب) جوش دكمه ای یا دیسكی Button or disk welding:
در جوشكاری ورق های سنگین و كلفت، به فشار و انرژی الكتریكی زیادی نیاز است، با استقرار قطعات كوچك فلزی بین سطح مشترك ورق ها، عبور جریان الكتریكی را موضعی تر كرده و سطح تماس را كاهش می دهند و با ذوب این دكمه ها دو ورق با انرژی الكتریكی و فشار كمتری به همدیگر متصل می شوند.
ج) جوش پل واره Bridge welding:
مطابق شكل از ورق های اضافی برای بالا بردن استحكام اتصال دو قطعه استفاده می شود.
د) جوش له كردنی Mash welding:



این روش درتولید شبكه های سیمی نظیر سبد یا محافظ های توری لامپ های مختلف یا اسكلت مفتولی برای بتن های مسلح و یا سیم به ورق نظیر چرخ های بعضی از انواع اتومبیل به میزان فراوان بكار گرفته می شود. سیم ها با طرح لازم بر روی فك ها با الكترودی كه به صورت مسطح با شكاف های پیش بینی شده قرار می گیرند و با یك فشار و پایین آوردن الكترود جریان الكتریكی از محل تماس سیم های روی هم قرار داده شده عبور كرده و بر اساس جوش مقاومتی ذوب موضعی در این محل ها بوجود آمده و پس از پایان عبور جریان الكتریكی عمل اتصال انجام می گیرد.
پارامتر های دستگاه٫ مؤثر بر جوش نقطه‌ای:
PRSO: مدت زمان بر حسب سیكل كه دو الكترود بر قطعه مماس گردند.
SQ: مدت زمانی است كه قطعه توسط دو الكترود به هم فشرده می‌شود تا نیروی وارده بر قطعه كار تثبیت گردد.
Weld1: مدت زمان انجام پبش‌جوش می‌باشد. مدت زمانی است كه جریان متناسب با Heat1 و یا Current1 از قطعه عبور می‌كند.
Cool: فاصله زمانی بین Weld1 و Weld2 است كه در آن دو سر الكترودها خنك می‌گردد.
Up Slope: مدت زمانی است كه طول می‌كشد جریان (Heat) از صفر به مقدار تعیین شده در Current2 (Heat2) برسد.
Weld2: مدت زمانی است كه جریان جوش اصلی از قطعه متناسب با Current2 و یا Heat2 از قطعه عبور می‌كند.
PU: تعداد تكرار جوش اصلی می‌باشد.
Down Slope: مدت زمانی است كه طول می‌كشد جریان از مقدار اصلی خود در Weld2 به مقدار صفر برسد.
Hold: مدت زمانی است كه دو قطعه بعد از پایان عمل جوش توسط دو الكترود به هم فشرده می‌شود.
Off: مدت زمانی است كه طول می‌كشد الكترودها از یكدیگر فاصله گرفته و به حالت اولیه خود باز گردند.
Heat: كه بر حسب درصد بیان می‌گردد و نشان دهنده درصد توان خروجی از ترانس می‌باشد.
Current: پارامتری بر حسب كیلو آمپر است كه مقدار جریان در پیش جوش و جوش اصلی را تعیین می‌كند.
تأثیر پارامترهای جوش بر كیفیت:
PRSO: این پارامترها بایستی به گونه‌ای تنظیم شود كه بعد از پایان زمان PRSO با تنظیم SQ دو الكترود به هم برسند، در غیر این صورت جرقه خواهیم داشت.
SQ: جهت تأمین نیروی مورد نیاز جوش بایستی این پارامتر به درستی تنظیم شود. با افزایش نیروی الكترودها، سطح تماس دو فلز در نقطه اعمال نیرو افزایش می‌یابد و افزایش سطح تماس منجر به كاهش مقاومت الكتریكی در نقطه تماس می‌شود.
نكته: زمان SQ بایستی به حدی باشد كه نیروی الكترودها قبل از زمان شروع Weld به یك حد ثابتی رسیده باشد. اگر مقدار SQ كم باشد، با پاشش مذاب یا جرقه مواجه خواهیم بود.
Weld1: این پارامتر مخصوصاً در مواردی كه ورق پوشش (Coating) داشته باشد و یا ضخامت ورق زیاد باشد، حائز اهمیت است.
در مورد ورق‌های پوشش دار، در صورتی كه Weld1 استفاده نشود، باعث جرقه و چسبیدن سره‌ها خواهد شد.
در مورد ورق‌های با ضخامت زیاد، عدم استفاده از Weld1 موجب چسبیدن سره و عدم جوش مناسب می‌گردد.
Cool: در صورت عدم استفاده از Cool، مقاومت سطحی روی سره و ورق مقابل، مقاومت سطحی بین ورق‌ها قابل ملاحظه بوده و باعث تلفات بیشتر در ناحیه بین ورق و سره می‌شود كه نهایتاً موجب چسبیدن سره خواهد شد. در ضمن استحكام جوش مناسب نخواهد بود.
Up Slope: به منظور رسیدن به جوش‌های با كیفیت بالا استفاده می‌شود. در صورت اعمال جریان ناگهانی، ورق‌ها خواص اصلی خود را ازدست می‌دهند و استحكام مناسبی حاصل نخواهد شد. به همین دلیل از Up Slope استفاده می‌شود.
Weld2: در مورد اثر زمان جوش به نكات زیر می‌توان اشاره كرد:
در صورتی كه زمان Weld2 ازحد مورد نیاز بیشتر گردد، دمای ناحیه بین دو ورق از نقطه جوش بالاتر می‌رود و باعث پدید آمدن حباب‌های گاز در این ناحیه می‌شود كه درنتیجه موجب انفجار و پاشیدن ذرات فلز و یا جرقه زدن می‌شود.
در صورت زیاد بودن زمان Weld2 از حد مورد نیاز، عدسی جوش به سمت سطوح الكترود رشد كرده و باعث آسیب شدید به الكترودها می‌شود.
طبق رابطه Q = RTI2 تولید حرارت تابعی از جریان می‌باشد. به این معنی كه تغییر در میزان حرارت می‌تواند با تغییر جریان یا با تغییر زمان تأمین شود.
باید توجه داشت كه نمی‌توان در قبال افزایش جریان، زمان را خیلی كوتاه كرد. اولین اثر زمان ناكافی این است كه تولید حرارت سریع در سطوح تماس، باعث تولید جرقه، فرورفتگی و سوختگی سطح مخصوصاً سطوح الكترودها می‌شود.
PU: وقتی ورق‌های ضخیم جوش داده می‌شوند، از جوش چند مرحله‌ای استفاده می‌شود. مزیت اصلی این روش این است كه در خلال زمان سرد شدن، بین مراحل تكرار، به كمك الكترودها كه با آب خنك می‌شوند و قابلیت هدایت گرمایی بالایی دارند، می‌توان حرارت بیشتری را از سطوح خارجی قطعه كار پراكنده كرد. بنابراین اختلاف دما بین ناحیه جوش و سطوح خارجی قطعه كار زیاد شده و در مقایسه با زمانی كه جوش در یك مرحله انجام می‌شود، می‌توان حرارت بیشتری را به قطعه ك

[ghasem motamedi]

تنش، كشش و قابليت الاستيكي Stress, Strain, and Elasticity
خواص ميكانيكي فلزات شامل عكس العمل هاي الاستيكي فلزات بواسطه ي اعمال نيرو يا ارتباط بين تنش و تغيير طول نسبي آنان مي باشد.
قبل از اين كه به بحث خواص مكانيكي بپردازيم، سه اصطلاح را كه براي درك دانشجو مهم هستند تعريف مي كنيم اين اصطلاحات عبارتند زا: تغيير طول نسبي والاستيسيته، اگر چه مردم تنش و تغيير طول نسبي را به جاي يكديگر بكار مي برند، ولي حقيقت اين است كه دو كميت را كاملاً با يكديگر متفاوتند.
تنش
تنش مقدار نيروئي است كه بر واحد سطح وارد مي شود و بر حسب پوند بر اينچ مربعي اندازه گيري مي گردد.
تنشي كه باعث مي شود تا جسم كشيده شود به تنش كششي موسوم است. تنشي كه موجب كوتاهتر شدن طول جسم مي شود، به تنش فشاري و تنشي كه جسم را به لايه هاي متناوب تقسيم مي كند، به تنش برشي مشهور مي باشد. نيروهاي خمشي و نيروهاي پيچشي تنشهائي ايجاد مي كنند كه تركيبي از سه تنش فوق مي باشد.
كشش (تغيير بعد)
تغيير طول نسبي، مقدار درصد تغييراتي است كه در واحد طول به هنگام ازدياد يا كاهش طول نمونه رخ مي دهد و اندازه ي تغيير شكل حاصل از اثر نيرو را نشان مي دهد.
تغيير طول نسبي را برابر است با:
الاستيسيته (قابليت ارتجاعي)
الاستيسيته در سال 1678 بوسيله رابرت هوك دانشمند معروف انگليسي بر اساس آزمايشهائي بصورت يك تئوري بيان گرديد. امروزه اين تئوري به قانون هوك معروف است. اين قانون را بدين صورت مي توان بيان كرد: مقداري كه يك جسم الاستيك خم و يا كشيده مي شود. ازدياد طول جسم (تغيير طول نسبي) با نيروي وارد بر آن (تنش) نسبت مستقيم دارد. بعداً دريافتند كه اين قانون فقط در حدود مشخص از تنشها صادق است. بالاتر از اين تنش نقطه اي وجود دارد كه حد الاستيك موسوم است. اگر ميزان بار از اين نقطه تجاوز كند جسم به طور دائم تغيير شكل مي دهد. در حقيقت حتي بارهاي كم نيز كاملاً اسلاستيك نيستند لذا بايستي از يك روش دلخواه براي تعيين حد الاستيك تجارتي استفاده كرد.
استحكام (تاو) Strength
استحكام همواره با قابليت پلاستيكي شايد مهمترين تركيب خواص يك فلز باشد. استحكام عبارتست از مقاومت جسم در برابر تغيير شكل ولي قابليت پلاستيكي به قابليت تغيير شكل جسم بدون آنكه بشكند گفته مي شود. براي اين كه كاملاً به ويژگي هاي استحكام فلز واقف باشيم، بايستي تعدادي از انواع استحكام يك فلز را بشناسيم. از انواع استحكام
مي توان مقاومت كششي، مقاومت فشاري، مقاومت خستگي و مقاومت تسليم (رواني) را نام برد.
استحكام كششي (تاوكششي)Tensie strength
مقاومت كششي بيشترين نيروي كششي است كه جسم قبل از شكست تحمل خواهد كرد. اين مقدارمعمولاً براي استحكام يك ماده داده مي شود و واحد آن بر حسب پوند بر اينچ مربعن بيان مي شود. مقاومت كششي ماده را مي توان با آلياژي كاري، سردكاري، و گاهي اوقات بوسيبله ي عمليات حرارتي، افزايش داد.
استحكام تراكمي (مقاومت فشاري) Compressive strength
مقاومت فشاري، بيشتريين فشاري است كه يك ماده قبل از مقدار فشار تعيين شده جهت تغيير شكل تحمل مي كند. مقاومت هاي فشاري چدن و بتون بزرگتر از مقاومت هاي كششي شان هستند در صورتي براي اكثر مواد، اين موضوع كاملاً برعكس است.
مقاومت (تاو) خستگي Fatigue strength
مقاومت خستگي بيشترين باري است كه يك جسم مي تواند بدون شكست در برابر ضربه هاي متعدد برگشت بار تحمل كند. مثلاً يك ميله ي چرخان كه وزنه اي را نگهداري مي كند، نيروهاي كششي روي قسمت بالائي ميله و نيروهاي فشاري روي قسمت پائيني­اش وارد مي شوند.
وقتي ميله مي چرخد، تنش هاي كششي و فشاري بطور متناوب تغيير مي كنند. از مقاومت خستگي در طرح بالهاي هواپيما و ساير قطعات اسكلتي كه در معرض بارهاي نوساني قرار دارند، استفاده مي كنند مقاومت خستگي به عواملي نظير ساختمان ميكروسكپي، حالت سطحي، محيط خورنده، كار سرد و غيره بستگي دارد.
استحكامل تسليم (مقاومت رواني) Yield strength
مقاومت تسليم حداكثر باري است ماده تغيير فرم معيني را از خود بروز مي دهد. اكثر محاسبات مهندسي ساختمانها براساس مقادير مقاومت تسليم استوارند تا مقادير مقاومت كششي. استحكام يك فلز به ساختمان داخلي آن، تركيب، عمليات حرارتي و درجه ي كار سرد مربوط مي شود.
سختي Hardness
سختي خاصيت اصلي يك ماده نيست ولي به خواص الاستيك و پلاستيك آن مربوط
مي شود. بطور كلي، سختي جسم عبارتست از مقاومت به نفوذ آن. هر چه سختي بيشتر باشد مقاومت نفوذ نيز بيشتر مي شود. اين آزمايش سختي به سبب سادگي آن و نيز به اين علت كه چون مي توان آن را به سهولت به مقاومت كششي و تسليم فولادها ارتباط داد كاربرد وسيعي پيدا كرده است. آزمايشهاي سختي خراشي و يا سايشي گاهي اوقات براي موارد بخصوصي مانند آزمايش هاي سختي الاستيكي و يا ارتجاعي بكار مي روند.
سفتي (چقرمگي) Toughness
اگرچه روش مستقيم و صحيحي براي اندازه گيري سفتي فلزات وجود ندارد، ولي سفتي هر دو خاصيت قابليت كشش (قابليت مفتول شدن) و استحكام را در بر دارد و مي توان تعريف كرد كه سفتي عبارتست از قابليت يك فلز به جذب انرژي بدن آنكه بشكند.
سفتي را مي توان بصورت سطح زير منحني تنش- تغيير طول نسبي بيان كرد. غالباً مقاومت به ضربه اي يك ماده را بعنوان نشانه اي از سفتي آن بحساب مي آورند.
قابليت پلاستيكيPlasticity
يكي از خواص بسيار مهم فلزات پلاستيكي آنها است. قابليت پلاستيكي عبارتست از قابليت تغيير شكل بسيار زياد يك فلز بدون آنكه بكشند.
قابليت مفتول شدن يا انعطاف پذيري Ductility
قابليت مفتول شدن عبارتست از قابليت پلاستيكي كه بوسيله ي يك ماده تحت نيروي كششي نمايش داده مي شود. اين خاصيت را با مقداري كه ماده مي تواند بطور دائم ازدياد طول پيدا كند، اندازه گيري مي كنند. اين قابليت به ازدياد طول موجب مي شود تا بتوان يك فلز را از يك اندازه ي بزرگتر بصورت يك سيم با اندازه ي كوچكتر كشيد. مس و آلومينيم قابليت كشش زيادي دارند.
قابليت چكشخواري (چكش كاري) Malleability
قابليت چكش كاري كه شكل ديگري از قابليت پلاستيكي است به قابليت تغيير شكل دائم يك فلز تحت نيروي فشاري بدون آنكه گسيخته شود، گفته مي شود. بخاط همين خاصيت است كه مي توان فلزات را به صورت ورقهاي نازك چكش كاري و نورد كرد. طلا، نقره، قلع و سرب از جمله فلزاتي هستند كه قابليت چكش خواري بالائي از خود نشان مي دهند. طلا قابليت چكشخواري استثنائي دارد و مي تواند بصورت ورقهاي نازكي كه براي عبور نور كافي است نورد شود.
شكنندگي Brittleness
شكنندگي خاصيتي است كه بر عكس قابليت پلاستيكي مي باشد يك فلز شكننده فلزي است كه نمي تواند بنحو قابل ملاحظه اي تغيير شكل دادئم بدهد، بعبارت ديگر، فاقد قابليت پلاستيكي است. فلزات شكننده، مانند فولاد كاملاً سخت شده، ممكن است قابليت پلاستيكي بسيار اندكي را از خود نشان دهند، لذا مي توان آنها را جزو گروه فلزات شكننده بحساب آورد، با وجود اين سختي مقياسي از قابليت پلاستيكي نيست. فلزات شكننده مقاومت به برخورد يا ضربه ي بسيار كمي دارند و بدون هيچگونه اخطار و علائم قبلي
مي شكنند.
ضريب انبساط خطي گرمايي Expansion Coefficient of Linear Thermal
خواص فيزيكي فلزات خامي هستند كه به ساختمان اتم بستگي دارند و عبارتند از: وزن مخصوص، قابليت هدايت الكتريكي و گرمائي، ذوب، قابليت مغناطيسي، قابليت انعكاس و ضريب انبساط خطي.
به استثناء بعضي موارد، جامدات وقتي گرم مي شوند، انبساط و وقتي سرد مي شود انقباض حاص مي كنند. جامدات نه تنها از لحاظ طول بلكه از لحاظ عرض و ضخامت نيز افزايش مي يابند. هر گاه يك جامد را يك درجه گرم كنيم ميزان افزايش واحد طول را ضريب انبساط خطي آن مي گويند.
وزن مخصوص Specific Gravity
بعضي مواقع لازم است كه زون مخصوص يك فلز را با فلز ديگر مقايسه كنيم. براي اين منظور، به يك استاندارد احيتاج داريم. آب استانداردي است كه فيزيكدانها براي مقايسه وزن مخصوص هاي جامدات و مايعات انتخاب كرده اند. بنابراين وزن يك ماده نسبت به وزن حجم مساوي از آب دانسيته ي مخصوص يا چگالي آن ناميده مي شود.
نقطه ذوب Melting Point
نقطه ي ذوب درجه حرارتي است كه يك ماده از حالت جامد به حالت مايع تبديل
مي شود. براي يخ، اين نقطه 32 درجه ي فار نهايت است. موارد خالص نقطه ي مشخص دارند يعني آنها از حالت جامد به حالت مايع، بدون تغيير درجه ي حرارت تبديل مي شوند، به هنگام ذوب مقداري گرما جذب و به هنگام انجماد مقداري گرما آزاد مي كنند.
وقتي ماده تغيير حالت مي دهد، جذب يا آزادي گرما به گرماي نهان آن معروف است.
تبديل از يك مقياس درجه حرارت به مقياس ديگر بوسيله ي رابطه ي زير امكان پذير است.

قابليت رسانايي الكتريكي و گرمايي Electrical and Thermal Conductivity
قابليت يك فلز به سهولت هدايت الكتريسيته و گرما يكي از خصوصيات بارز آن محسوب مي شود.
مقاومت به جريان برق از درون يك سيم به مقاومت آن سيم معروف است.
بايستي در نظر داشت كه چندين عامل وجود دارند كه مي توانند مقاومت فلزات را اصلاح كنند. برخي از آنها عبارتند از:
1-مقاومت فلزات نسبت به جريان الكتريكي و گرمائي با درجه ي حرارت زياد
مي شود.
2-مقاومت به جريان الكتريكي با ناخالصي ها و آلياژ كردن افزايش مي يابد.
3-سردكاري (تعيير شكل) فلز مقاومت الكتريكي را زياد مي كند.
4- رسوب از محلول جامد به هنگام عمل پير سختي مقاومت الكتريكي را زياد مي كند.
5- فلزات يك ظرفيتي (مس، نقره، طلا) و فلزات قليائي (ليتيم، سديم، پتاسيم، روبيديوم، سزيم) داراي مقاومت پائين و فلزات قليايي خاكي دو ظرفيتي (بريليوم، منيزيم، كلسيم، باريم، راديم) داراي مقاومت بالاتر و فلزات انتقالي (واسطه)، (نظير كبالت، نيكل، راديوم، روبيديم، سرب، اوسميوم، اريديوم و پلاتين) مقاومت بالائي دارند.
هنگام عبور جريان از داخل يك هادي، مقاومت موجب آزاد شدن گرما مي شود و هر چه مقاومت بزرگتر باشد، حرارت بيشتري به ازاي عبور يك جريان معين آزاد مي گردد. براي گرم كردن الكتريكي به فلزات با مقاومت الكتريكي بالا مانند آلياژهاي نيكل و كروم نياز داريم. يك هادي خوب حرارت، مانند مس، اغلب براي مبدل هاي گرمائي، سيم پيچيهاي گرم كننده و آهن هاي لحيم كاري مصرف مي شود. ظروف آشپزخانه را معمولاً از آلومينيم مي سازند زيرا هدهايت گرمايي زياد داشته و در مقابل خوردگي ناشي از مواد غذايي مقاومت مي كند.
حساسيت مغناطيسي Magnetic Susceptibility
هر گاه جسمي را در ميدان مغناطيسي قرار دهيم، نيرويي بر روي آن اعمال مي شود. در اين حالت مي گويند كه جسم مغناطيسي مي شود. شدت مغناطيسي شدن به حساسيت K بستگي دارد و آن خاصيتي از فلز است كه به جنس ماده وابسته مي باشد. اكثراً مقدار K يك فلز با فلز ديگر فرق مي كند و بر حسب علامت و مقدار K آنرا به سه دسته تقسيم
مي كنند:
فلزات ديامانيتيك (دي مغناطيس):
فلزهاي ديامانيتيك، فلزهائي هستند كه در آنها K كوچك و منفي است بنابراين بوسيله ي يك مغناطيسي خيل ضعيف دفع مي شود. نمونه هائي از اين فلز عبارتند از: مس، نقره، طلا و بيسموت.
فلزهاي پارامانيتيك (فلزهاي پارامغناطيس):
فلزهاي پارامغناطيس، فلزهائي هستند كه در آنها K كوچك و مثبت است. اكثر فلزها پارامغناطيس هستند كه از آن جمله مي تونان ليتيم، سديم، پتاسيم، كلسيم، استرنسيم، منيزيم، موليبدن، و تانتالم را نام برد.
فلزهاي فرومانيتيك (فرومغناطيس):
فلزهاي فرومغناطيس، فلزهائي هستند كه در آنها K بزرگ و مثبت است و شامل آهن، كبالت، نيكل و گادولينيم مي شوند. يكي از خصوصيات ويژه ي مواد فرومغناطيس اين است كه بعد از آنكه ميدان مغناطيسي برطرف شد، خاصيت مغناطيسي شان را حفظ
مي كنند، لذا اين مواد قابليت مغناطيسي دائم شدن را دارند.
قابليت بازتابش Reflectivity
يكي زا خصوصيات برجسته ي فلز، جلاي فلزي آن است. اين رنگ سطحي ظاهراً به سبب انعكاس خاص نوري است كه به سطح آزاد فلز تابيده شده است. قابليت انعكاس (نسبت نور منعكس شده به نور تابيده شده) يك سطح فلز نه فقط به نوع ماده بلكه به خشني و صافي آن نيز بستگي دارد.
قابليت مقاومت اكسيداسيون عالي و خصوصيات ويژه ي انعكاس گرمائي آلومينيم و فولادهاي باروكش آلومينيم، آنها را براي مصارفي نظير آسترهاي اجاق، بازتابنده حرارتي و المنت هاي حرارتي مطلوب ساخته اند.

[ghasem motamedi]

دیرگدازهای مصرفی در کوره بلند
تا چند سال پيش، آسترهاي مقاوم دردرجه حرارتهاي بالا در كوره ها و ديگر وسائل مشابه صنعتي با درجه حرارتهاي بالا كار مي كردند، تقريبا همگي به صورت آجرهاي از پيش ريخته و پخته شده با ابعاد نسبتا كوچك و طرحهاي مختلف ساخته مي شد. مهمترين استثناء در اين زمينه استفاده محدودي از بتن ها بود كه به عنوان ملات، بتن كوبيدني، بتن پاششي و پوشش جهت كارهاي تعميراتي و سطحي به كار مي رفت . تا پنجاه سال پيش هيچ كوشش جدي در مورد اين نوع مواد ديرگداز صورت نگرفته بود تا آنكه c.platzman ساخت بتن ديرگداز بر اساس سيمان پرتلند، با افزودن سيليس فعال را به ثبت رسانید . در سالهاي اخير استفاده از اين بتن ها رواج بسيار زيادي يافته است، به عنوان نمونه در آمريكا بتن هاي مقاوم در درجه حرارت هاي بالا تقريبا 19% تمامي مواد مقاوم در درجه حرارت بالا را تشكيل مي دهد .
امروزه بتن هاي ديرگداز نه تنها در صنايع متالوژيكي و سراميكي مثل توليد آهن و فولاد و فلزات غير آهني، ريخته گری،كك سازي و ... كار برد وسيع دارند، بلكه جاي خود را به نحو وسيعي در صنايع شيميائي، برق هسته اي، هواپيمائي و حتي مصارف خانگي باز نموده است . دامنه وسيع كاربرد استحكام حرارتي بتن هاي ديرگداز و وسعت كارآيي آنها نشان مي دهد امروزه حتي بتن هاي مقاوم در برابر درجه حرارتهاي تا2000درجه سانتیگراد با اتصال فسفاتي با موفقيت به كار گرفته مي شود . در حال حاضر مزاياي بتن هاي ديرگداز بر مواد ديگر دیرگداز معمولي بر كسي پوشيده نيست . جاذبه هاي مختلف از قبيل صرفه جويي در هزينه ساخت، توليد فراوان تر وسعت كم تر كارخانه جات مربوطه، سهولت استعمال، امكان استفاده به صورتهاي متنوع و مختلفي چون ريخته گري بصورت آجر، بلوک، ستونهاي يكپارچه، ملاط، مواد كوبيدني، مواد پاششي و ... استحكام بالا حتي در حالت خام، امكان به كار گيري اجزاء بزرگ در ساختمان كوره ها، كاهش زمان تعمير آستر كوره ها، مقاومت سايشي بهتر در برابر حملات شيميايي شوكهاي حرارتي، دوام و پايداري پوششها، سهولت در حمل و نقل و ... همه و همه در گسترش روز افزون استفاده از نوع بتن ها تاثير داشته است .
با وجود اينكه اطلاعات و تحقيقات انجام شده راجع به خواص و مسائل مختلف در رابطه با انواع بتن ها بسيار محدود، و فقط در بعضي از كشورها صنعتي انجام شده است . بعيد نيست كه همين جاذبه ها، كشورهاي ديگر به ويژه دارندگان مواد اوليه طبيعي را به سمت بهره گيري بيشتر از اين مواهب در زمينه هاي ياد شده را به تحرك و تلاش وا دارد.
توليد نسوز در دنيا از قدمت زيادي برخور دار است و از زماني كه صنعت آهن و فولاد پا گرفته است تهيه و توليد نسوز و مصرف آن متداول گرديده است. تهيه نسوز ها به صورت صنعتي در دنيا مربوط به قرن هفده و اوايل قرن هيجده ميلادي مي باشد، ولي در ايران كار خانه جات ساخت آجر هاي نسوز از اين قدمت بالا برخوردار نيست .اولين كارخانه توليد نسوز همزمان با راه اندازي كارخانه سيمان تهران و در جهت بر طرف نمودن نيازهاي قسمتي از نسوزهاي مورد نياز اين صنعت در امين آباد بنيان نهاده شد .اين كارخانه تا سالهاي اخير به صورت سنتي و با همان كوره هاي اوليه مشغول به كار بود و براي چندين سال پس از آن كارخانه ديگري كه توليد كننده اين محصول باشد، ايجاد نگرديد. تا اين كه در حدود 30 سال پيش اولين كارخانه توليد نسوز در شهر اصفهان تحت عنوان كارخانه فرآورده هاي نسوز ايران آغاز به كار نمود و بيشترين توليد اين كارخانه آجر نسوز مي باشد . بعد از انقلاب با توجه به اينكه كارخانه جات متعددي در زمينه سيمان، فولاد و چيني و كاشي ايجاد و راه اندازي گرديد، لذا در جهت تامين نسوزهاي مورد نياز اين كارخانه جات تصميمات جدي گرفته شد و تعداد 6 كارخانه بزرگ توليد نسوز راه اندازي شد . تمام اين كارخانه جات در درجه اول توليد كننده آجرهاي نسوز هستند و توليد جرمهاي نسوز آنها يك محصول فرعي و محدود مي باشد. البته در حال حاضر جرم نسوز در تمام دنيا نمي تواند يك محصول فرعي باشد، زيرا توانسته است در بازار مصرف براي خود جايي پيدا نمايد و بتدريج جانشين آجر نسوز گردد و با قيمت بسيار ارزانتر از آجر نسوز قابل عرضه گردد .
تعريف، تاريخچه و تقسيم بندي ديرگدازها
1-1 تعريف ديرگداز
منابع مختلف تعاريف متفاوتي براي ديرگداز ها ذكر كرده اندكه هر يك جنبة خاصي از ديرگداز ها را در نظر گرفته است . به عنوان مثال به چند مورد اشاره مي شود . تعاريف قديم تر ، مواد نسوز را موادي مي دانستند كه دماهاي بيشتر ازC15000را تحمل كنند . تعريفي كامل تر چنين است : مواد ديرگداز موادي هستند كه به عنوان مصالح ساختماني كوره ها به كار مي روند و مي توانند خواص فيزيكي خود را در دماهاي بالا و شرايط محيطي كوره حفظ كنند. بديهي است كه اهميت يك ديرگداز فقط در پايداري حرارتي آن نيست، بلكه پايداري فيزيكي و شيميايي آن در مقابل آثار مخرب محيط در دماي بالا نيز مطرح است. مثلاً ممكن است نقطة ذوب دير گدازي حدودC0 2000 هم باشد، ولي نتواند مدت زيادي را در مقابل اثر سايشي و يا خوردگي مواد يا گازهاي داغ دوام بياورد .
در تعريف جامع تر مواد دير گداز حفظ خواص شيميايي، فيزيكي و مكانيكي در محيط كوره مطرح است. به عبارت ديگر، ديرگدازها موادي با نقطة ذوب و نقطة خميري شدن زياد می باشند كه قادر به حفظ خواص شيميايي، فيزيكي و مكانيكي و ترمومكانيكي ( خمشي، سايشي، شوك حرارتي و ... ) در شرايط كاربردي و در دماي بالا هستند . مطابق با يك تعريف بين المللي محصولات ديرگداز، مواد سراميكي غير فلزي هستند (سراميكهايي كه حاوي يك جزء فلزي مي باشند نيز مشمول اين تعريف می شوند).
1-2 تاريخچة ديرگداز ها
به لحاظ تاريخي كاملاً معلوم نيست كه ساخت مواد ديرگداز براي نخستين بار به دست چه كسي و در كدام كشور صورت گرفته است، اما احتمال مي رود فينيقيها و يا چينيها پايه گذار اين بخش از صنعت سراميك باشند . بر طبق مدارك تاريخي، در ابتدا براي ساخت ديرگداز ها بيشتر از خاكهاي رسي معمولي استفاده مي شد . از اوايل قرن نوزدهم ميلادي به تدريج انديشة افزودن مواد غير پلاستيك به مواد اوليه مطرح شد كه تأثير بسزايي در كيفيت نهايي محصولات داشت . از اين رو، با گذشت زمان محصولات بهتري وارد بازار شد. دستيابي به مواد اوليه مرغوب تر و خالص تر و استفاده از آنها در صنايع ديرگداز گام بعدي در اين راه بود و همزمان فنون ساخت نيز بهبود يافت كه اين دو در كنار هم به ارائة محصولات مناسب و مورد نياز صنايع ديگر، از جمله صنايع توليدي مادر، منجر شد، ونقش تعيين كننده اي در رشد اين صنايع بر جاي گذاشت . در چهار دهة اخير نياز مبرم مصرف كنندگان مواد ديرگداز به استفاده از محصولات جديد ومرغوب تر، موجب افزايش كميت و كيفيت توليد انواع محصولات نوين ديرگداز شده است. گسترش تحقيقات همراه با مطالعات پيشرفتة علمي – كاربردي باعث شد تا يافته هاي جديد محققان علم مواد وارد صنايع دير گداز شود . تلفيق اين عوامل باعث جهشي در گسترش صنايع ديرگداز، مخصوصاً در چند كشور صنعتي شد .
صنعت نسوز در ايران در مقايسه با ديگر كشورهاي صنعتي بسيار جوان است . براي مثال، شركت سهامي ديدير آلمان در 1834 ميلادي ساخت مواد نسوز و ديرگداز را شروع كرد، در حالي كه صنعت دير گداز در ايران همراه با ورود صنعت سيمان به كشور شروع شد و براي اولين بار در 1318 (1937-1938 ميلادي ) كارخانة نسوز امين آباد تهران با ظرفيت روزانه 5 هزار تن نسوز آغاز به كار نمود . با تأسيس كارخانة ذوب آهن اصفهان در سال 1350 كه براي توليد فولاد به مقدار زيادي مواد نسوز احتياج داشت، نخستين كارخانة بزرگ و مكانيزة توليد نسوز (كارخانة نسوز آذر فعلي) در كارخانة ذوب آهن اصفهان با ظرفيت اولية توليد سالانه 40 هزار تن آجر و جرم در سال 1352 راه اندازي شد. اكنون ظرفيت توليد نسوز در كشور، از حدود 60 هزار تن در سال 1357، با رشدي بيش از چهار برابر نسبت به قبل از پيروزي انقلاب اسلامي، به سالانه 250 هزار تن افزايش يافته است. شايان ذكر است كه امروزه كل نياز صنايع كشور به انواع فرآورده هاي نسوز سالانه250 هزار تن براورد شده است. با وجود واردات مقداري از نسوزهاي مصرفي، پتانسيل صادرات سالانه چندين هزار تن انواع فرآورده هاي نسوز در داخل نيز فراهم شده است . اگر در سالهاي گذشته راه حلهاي اصولي ارائه نشده بود، اكنون براي تأمين فراورده هاي نسوز بايد بيش از100 ميليون دلار ارز پرداخت می شد. البته، اين بدان معنا نيست كه در صنعت نسوز به وضعیت مطلوبي رسيده ايم، زيرا توليدات داخل از نوع نسوز هاي ارزان قيمت است و واردات از نوع بسيار گران قيمت و مرغوب مي باشد . براي رسيدن به حالت آرماني و كسب توان رقابت جهاني، راهي طولاني در پيش رو داريم .
1-3 كاربرد و اهميت صنعتي ديرگدازها
عملكرد كوره هاي صنعتي متأثر از نوع نسوز ها و ديرگداز هايي است كه در آن به كار رفته است . مرغوبيت و خواص ديرگدازهاي مصرفي به همراه نصب صحيح آنها، عواملي هستند كه عمر مفيد و بازدهي كوره ها را مشخص مي كنند. بررسي و شناخت دقيق و علمي ديرگداز ها به عنوان يك شاخص اصلي در صنايع ما دركشور، كه مصرف كنندة اصلي آنهااست، امري ضروري میباشد. البته به كار گيري و نصب صحيح دير گداز در كوره ها، طراحي دقيق و مهندسي، در بازدهي كوره ها حائز اهميت است . ارزيابيها نشان مي دهد كه حتي اگر ديرگداز هاي عالي و مناسب هم در دسترس باشند، ولي به طور صحيح از آنها استفاده نشود باز دهي مناسبي نخواهد داشت .
مطالعاتي كه بر روي مواد اولية مصرفي و تكنولوژي توليد، خصوصاً تكنولوژيهاي نوين وكاربرد فراورده هاي نسوز، انجام شده، نشانگر اين است كه كشور ما به اين بخش از صنعت سراميك وابستگي شديدي دارد. از طرف ديگر، با توجه به مشكلات ارزي و خريدهاي خارجي، بدون تأمين ديرگدازها در داخل، بسياري از صنايع داخلي كه بدون مواد نسوز نمي توانند به كار ادامه دهند، با مشكلات جدي مواجه خواهند شد. حساسيت نسوز در بسياري صنايع به حدي است كه در دسترس نبودن آن موجب توقف كامل توليد مي شود . با توجه به تحريمهايي كه از طرف كشورهاي صنعتي اعمال شده است، چه در بعد تكنولوژي و چه در بعد علمي – كاربردي، بعيد نيست در آينده اين تحريمها شامل نسوزهايي نيز بشود كه در صنايع حساس فولاد، سرب، روي، مس، شيشه و حتي برق كاربرد دارند .
يكي از مشكلات اصلي اين صنعت، كمبود تحقيقات و دسترسي نداشتن به دانش فني مربوط به آن است، هر چند كه در سالهاي اخير، گامهايي در اين جهت برداشته شده است. نكتة بعدي، استفاده از نسوزهاي جديد با كيفيت برتر در صنايع مي باشد، كه در بهبود عمر و كاركرد كوره ها، خوردگي كمتر و توليد محصولات برتر داراي اهميت است. در حقيقت، شرايط كاركرد به گونه است كه فقط چند نوع نسوز خاص براي آن مناسب می باشند. پس ضرورت دارد كه اهميت بيشتري براي اين بخش از صنعت سراميك قائل شويم، صنعتي كه مي توان آن را گلو گاه چرخة توليد صنايع مادر دانست .
1-4 تقسيم بندي دير گداز ها


سوپر آلياژها
سوپر آلياژها داراي خواص متنوعي بوده و به منظور برآورده کردن نيازمنديهاي گسترده و متنوع مصرف کنندگان، بوجود آمده اند يك سوپر آلياژ ، آلياژي است كه براي كار در دماي بالا توسعه يافته، معمولاً زمينة آن روي عناصر گروه VII ست در جائي كه تنشهاي مكانيكي شديد حادث مي‌شوند و صافي و يكنواختي سطحي مورد نياز است. اين آلياژها معمولاً از فرمولهاي مختلفي كه از عناصر زير در آنها بهره برده‌اند تشكيل شده است. آهن، نيكل، كبالت و كروم همينطور مقدار بسيار كمي تنگستن موليبدن، تانتاليم، نيوبيوم، تيتانيم و مقاومت در برابر خوردگي كرم و سائيدگي مي‌باشد. انواع بسياري از آلياژها در دستة وسيعي از سوپر آلياژها قرار مي‌گيرند. اينها عبارتند از: آلياژهاي پاية اهن، تشكيل شده از كروم و نيكل، و تركيبي از مخلوط Fe – Ni – Cr – Co ، آلياژهاي با زمينة كبالت كه به وسيلة كاربيد تقويت شده‌اند .
كاربردها
كاربردهاي سوپر آلياژها در دماي بالا بسيار زياد است و شامل اجزاء فضاپيماها، تجهيزات كارخانه‌هاي شيميايي و تجهيزات پتروشيمي مي باشد. سوپر آلياژهاي كارشده به وسيلة انواع متداول ماشينهاي موجود در صنايع فلزي ساخته مي‌شوند. سوپر آلياژهاي پايه آهن، پاية كبالت و پاية نيكل به صورت استاندارد به شكل شمش،تختال، اكستروژن، ورق، نوار، لوله و قطعات فورج شده به وسيلة ماشيهاي ساده توليد مي‌شوند. سوپر آلياژها همچنين به شكل ميله، شمش ، تيوپ، لوله‌ها، قالبها، واير، قطعات آهنگري شده و موارد ويژه كار شده به وسيلة مبّدل‌هاي ثانويه در دسترس هستند. شكل دادن سوپر پلاستيكهاوپرسكاري ضد استاتيكي گرم در تركيباتي از اين قبيل. ريختگي سوپر آلياژها در عملياتهاي فضايي براي فويلهاي هوايي توربين و قسمتهاي بزرگ ساختمان آن كاربرد زيادي دارند .
سوپر آلياژهاي ريختگي
دو نوع طبقه بندي سوپر آلياژ ريختگي به شكل مشخص وجود دارند . اول غلظتهاي آهن ـ كروم ـ نيكل كه به عنوان مقاوم در برابر حرارت شناخته مي شوند . دوم پايه هاي نيكلي و پايه هاي كبالتي مي باشند . در طبقه بندي مقاوم در برابر حرارت بعضي از غلظتها به درستي فولادهاي ضد زنگ مي باشند . اين آلياژها به شكل وسيعي در اين فصل توصيف نمي شوند . آلياژهاي مقاوم در برابر حرارت كه مقادير عمده اي از كروم و نيكل بيشتر از آنچه كه معمولا در فولادهاي زنگ نزن ديده مي شوند دارند در طبقه سوپر آلياژها قرار مي گيرند و در اينجا مورد بحث قرار مي گيرند.
فولادهای حاوی سیلیکون و بور
سیلیکون هم مثل منگنز در همه فولادها به عنوان یک اکسیژن زدای ارزان حضور دارد .وقتی یک فولاد شامل بیش از 0.6% باشد آنرا سیلیکونی می گوییم .
تاثیر سیلیسیم بر فولاد
1- مثل نیکل میل به تشکیل کاربید ندارد .
2- در فریت به راحتی حل می شود .
3- استحکام و سختی را بالا می برد .
کاربردها
1- فولادی با 1 تا 2% سیلیکون فولاد navy گفته می شود که برای مصالح که نیاز به نقطه تسلیم بالایی دارند مورد استفاده قرار می گیرد .
2- فولادهای سیلیکونی هادفیلد با کمتر از 0.01% کربن و حدود 3% سیلیکون خواص مغناطیسی عالی دارند و برای هسته های ماشین های الکتریکی استفاده می شوند .
3- ترکیب مساوی از Mn و Si فولادی با استحکام بالا و انعطاف پذیر و سخنی خوب تولید می کند.این فولاد کاربرد زیادی در سیم پیجها ، فنرها و پانچها دارد .
فولادهای بور دار
مقدار بسیار کمی از بور سختی فولاد را افزایش می دهد . اگر مقدار بور 0.15 تا 0.45% باشد سختی پذیری از بقیه حالت ها بیشتر است . به طور کلی فولادهی بور دار خواص گرم کاری و سرد کاری خوبی دارند و سختی پذیری بالائی دارند.
فولاهای حاوی تنگستن و وانادیم
تنگستن
در سختی پذیری اثر زیادی دارد و نیز قابلیت تشکیل کاربید را دارد .به عبارت دیگر اثر تنگستن در فولاد مثل اثر مولیبدن می باشد . به عنوان مثال اثر 2 تا 3% تنگستن مثل اثر 1% مولیبدن می باشد . اما به دلیل گران بودن تنگستن در فولادهای مهندسی کاربرد کمی دارد و بیشتر در فولادهای ابزار کاربرد دارد .
وانادیم
یک عنصر گران است خواص :
1- اگسیژن زدای عالی است .
2- تشکیل دهنده کاربید می باشد.
3- در حالت حل شده در فولاد، در سختی پذیری و افزایش خواص مکانیکی اثر بسزائی دارد.
کاربرد
1- فولادهای C-V برای لوکوموتیوهای سنگین و ماشین های فورج بزرگ استفاده می شود.
2- فولادهای Cr-V کم کربن برای ساخت پینها و میل لنگ ها استفاده می شوند.
3- فولادهای Cr-V کربن متوسط سختی بالائی دارد و برای اکسلها و فنر ها استفاده می شوند .
4- فولادهای Cr-V کربن بالا دارای سختی و مقاومت سایش بالا هستند و برای ابزارها و بلبرینگها استفاده می شوند .
فولادهای مولیبدن دار
مولیبدن یک عنصر آلیاژی گران است که میل به تشکیل کاربید زیادی دارد و در عوض میل ترکیبی کمی با گاما و آلفا دارد.
اثر مولیبدن بر خواص فولاد
1- اثر زیادی بر سختی پذیری می گذارد .
2- متل کروم سختی در دمای بالا و استحکام فولاد را بالا می برد .
3- مقاومت حرارت فولاد را بالا می برد .
4- با افزودن مولیبدن فاز مارتنزیت پایدار می شود و مقاومت به نرم شدن در اثر حرارت در آن بالا می رود.
5- این عنصر معمولاً به صورت ترکیبی از نیکل یا کروم یا هردوی آنها استفاده می شود .
6- اگر روی قطعه مربوطه کربورایزینگ انجام گیرد مقاومت سایشی سطح و سختی مغز افزایش می یابد.
کاربردها
1- فولادهای مولیبدن دار با کربن کم برای شفتها و چرخ دنده ها استفادهمی شوند.
2- اگر درصد کربن افزایش یابد برای سیم پیچ ها و فنرها استفاده می شود .
3- فولادهای Cr-Mo ارزان هستند و قابلیت جوشکاری و انعطاف پذیری خوبی دارند. به همین جهت در مخازن تحت فشار ، قطعات هواپیما ، اکسل های اتومبیل و... کاربرد دارند.
4- فولادهای نیکل مولیبدن دارای استحکام و انعطاف پذیری بالائی هستند و قابلیت ماشینکاری خوبی دارند. همچنین دارای سختی خوب ،استحکام خستگی بالا و مقاومت سایش می باشند. به همین جهت شفتها و بلبرینگها کاربرد دارند.
5- فولادهای Ni-Cr-Mo سختی پذیری خوب دارند .به همین جهت در صنایع هواپیما سازی برای قطعات مختلف آن کاربرد دارند.
فولادهای منگنزدار
منگنز یکی از عناصر آلیاژی است که در اکثر فولادها به عنوان اکسیژن زدا استفاده می شود .هم به طور مستقیم و هم به طور غیر مستقیم اثر مفیدی در فولاد دارد .هنگامی که درصد منگنز در فولاد 0.8% به بالا باشد فولاد منگنزی داریم .
اثر منگنز بر خواص فولاد
1- با گوگرد ، آهن و کربن تشکیل پیوند می دهد .
2- تمایل به (Hot-shortness) راکاهش مش دهد .


hot-shortness
هنگامی که در فولاد منگنز وجود داشته باشد گوگرد با آهن واکنش می دهد و FeS تشکیل می دهد .در این شرایط یک فیلم پیوسته در حین انجماد به دور کریستالها ایجاد می شود .هنگامی که فولاد برای شکل دهی یا نورد حرارت داده می شود این فیلم ذوب می گردد و موجب می شود تا در خلال شکل دهی در مرز دانه ها ترک ایجاد شود .اما MnS چون نقطه ذوب بالائی دارد از این اتفاق جلوگیری می کند.
3- قابلیت تشکیل کاربید کمی دارد و این در سختی پذیری موثر است.
4- فولادهای منگنزی با دانه های ریز سختی و استحکام خوبی دارند.
5- در این فولادها تبدیل آستنیت باقیمانده به مارتنزیت راحت است. به همین دلیل سختی بالائی دارند.
کاربردها
1- فولاد با 1.5% منگنز به فولاد تغییر شکل ناپذیر معروف است و در ابزار و حدیده ها استفاده می شود .
2- حضور 10 تا15% منگنز در فولاد با 1 تا 1.5% کربن فولاد منگنز دار آستنیتی درست می کند که به فولاد هادفیلد معروف است .با کنترل عملیات حرارتی این فولاد استحکام بالا ، انعطاف پزیری بالا و مقاومت سایش عالی پیدا می کند .در ماشین های سنگ شکن و خردکن و سنگ زن و ریل های راه آهن کاربرد دارند.اگر همین فولاد از دمای 1750درجه فارنهایت به آهستگی سرد شود کاربیدها ی ترد در اطراف دانه های آستنیت تشکیل می شود و باعث می گردد که استحکام و انعطاف پذیری کاهش پیدا کند .
3- سختی بالای فولادها .
فولادهای حاوی کروم
کروم در فولاد موجب تشکیل کاربید ساده (Cr7C3 & Cr4C ) یا کاربید مرکب ((FeCr)3C)) می گردد .این کاربیدها دارای سختی بالایی هستند و مقاومت سایش خوبی دارند. کروم دزر درصد بالاتر از 13% در آهن آلفا حل می شود و در فریت نیز حلالیت دارد . در فولادهای کم کربن وجود کروم باعث افزایش استحکام و سختی فاز فریت می شود .در درصد بالاتر از 5% خواص خوردگی و حرارتی فولاد بهبود می یابید. فولادهای کربنی متوسط با کروم برای فنر و محور و... مورد استفاده قرار می گبرند. فولادهای با 1%کربن و 2 تا 4%کروم خواص مغناطیسی عالی دارند و برای مغناطیسهای دائمی بکار می روند.
فولادهای حاوی نیکل و کروم
در این فولادها نسبت نیکل به کروم حدود 2.5 می باشد . نیکل موجب افزایش سختی و انعطاف پذیری می گردد و در مقابل کروم سختی پذیری و مقاومت سایشی را افزایش می دهد .
کاربرد
1- آلیاژهائی با 1.5%نیکل و 0.6%کروم برای چرخ دنده های حلزونی ،گژن پین و ابزار ماشین به کار می رود .
2- آلیاژهائی با 4.5%نیکل و 1.5% کروم برای چرخدنده های هواپیما ،شفتها و بادامکها به کار می روند.
3- فولادهای نیکل کروم محتوی 0.4 تا 0.5% کربن در ساخت شاتونهای خودرو و شفتهای مته ای بکار می روند
فولادهای نیکل دار و تاثیر نیکل بر فولاد
نیکل یکی از عناصر آلیاژی است که از قدیم مورد استفاده قرار گرفته است،در فاز آلفا به راحتی حل می شود و در فریت بسیار حل شدنی است . فولادهای نیکلی به سه صورت می تواند وجود داشته باشد :پرلیتی ، آستنیتی ، مارتنزیتی .
پرلیتی
از 0.5%تا 6% نیکل داشته و به علت سختی ،استقامت و خوردگی بالا درکارهای ساختمانی مورد استفاده زیادی دارند .
مارتنزیتی
بعلت شکنندگی و سختی ،کمتر مصرف دارند این فولادها دارای 10تا22%نیکل می باشند . به طور کلی وجود نیکل در فولاد موجب رنج دمائی گسترده ای برای عملیات حرارتی می گردد . فولادهای کم کربن می توانند تا حدود 10%نیکل و شبکه پرلیتی داشته باشند. فولادهای پرکربن می توانند 9%نیکل و شبکه پرلیتی داشته باشند .
تاثیر نیکل بر خواص فولاد
1- سرعت رشد دانه ای را در درجه حرارتهای بالا به تعویق می اندازد .
2- کاهش سرعت تبدیل از آستنیت به پرلیت .
3- افزایش مقاومت به خستگی.
4- افزایش مقاومت به خوردگی .
5- افزایش سختی و خواص ضربه ای
کاربردها
1- فولادهای نیکلی با 1.5تا 3% نیکل در کارهای ساختمانی کاربرد زیادی دارند.
2- فولادهای نیکلی با 5% نیکل برای ساختن چرخدنده ها استفاده می شود.
3- فولادهای با 25 تا 30%نیکل برای مقاومت به خوردگی مناسب اند .
4- فولادهای با 20 تا 30% نیکل و با سرد کردن معمولی غیر مغناطیسی هستند ولی به وسیله سردکردن تا درجه حرارت هوای مایع آنها را مغناطیسی کرد .
5- فولادهای با 30 تا40% نیکل ، ضریب انبساط کمتری دارند و به فولادهای اینوار معروف اند .
6- فولادهای با 50% نیکل، خواص مغناطیسی زیادی دارند.
سوپر آلياژهاي پايه نيكل
آلياژهاي پايه نيكلي درصد در حدود 50% نيكل دارند و مقادير قابل ملاحظه اي كروم ،كبالت و فلزات نسوز دارا مي باشند اما آهن يا ندارند يا بسيار اندك دارند . آنها ممكن است همچنين آلومينيم و تيتانيم داشته باشند . ابتداعا آلياژهاي پايه نيكلي با مقدار كروم بالا براي مقاومت در برابر اكسيداسيون توسعه يافت و آنهايي كه داراي موليبدون زياد مي باشند براي مقاومت در برابر محيط هاي خورنده شيميايي توسعه يافته اند وقتي كه آلومينيم و تيتانيم به سوپر آلياژها افزوده مي شوند استحكام دماي بالا به شدت افزايش مي يابد .
در سوپر آلياژهاي پايه نيكل چيزي در حدود 5% تا 22 % وزن كروم وجود دارد در حاليكه از مشخصات سوپر آلياژهاي پايه كبالت وجود 20 % تا 30 % وزني كروم مي باشد . مقداري بين 15 % تا 25 % كروم در سوپر آلياژهاي آهن ـ نيكل مشاهده مي شود . ممكن است تا 6 % وزن AL نيز در سوپر آلياژهاي پايه نيكل وجود داشته باشد .
بحث در مورد عملكرد عناصر آلياژي روي ريز ساختارها بدون ذكر كردن عناصر ناخواسته كامل نمي گردد . عناصري همچون Si ، P ، S ، Pb ، Bi ، Te ، Se و Ag اغلب در حجم چند در ميليون استفاده مي شوند كه با كاهش ميزان خصوصيت ها همراه است ، ولي آنها با چشم غير مسلح و يا حتي با ميكروسكوپ الكتروني قابل رويت نيستند
سوپر آلياژهاي پايه نيكل به هر دو صورت جامد محلولي و رسوبي استحكام مي‌يابند. Hastloy x ، كه مثالي از سوپر آلياژ پايه نيكل جامد محلولي با استحكام كمتر مي‌باشد شامل Fe8.5%, 22%Cr, 9%Mo, 1.5%Co, 0.6%W مي‌باشد كه بطور گسترده اي در مشعل و كاربردهاي مربوط به احتراق در موتورهاي توربين گازي دارد . اين محصول مقاومت به خوردگي و فرسايش در حرارت بالا را از خود نشان مي دهد همراه با قابليت فيبر شدن و جوشكاري بسيار عالي. براي كاربردهاي كه در آنها به استحكام در دماهاي بالا نياز دارد هم معمولاً از سوپر آلياژ پايه نيكل استحكام مي‌يابند، پيچيده ترين و البته قابل توجه‌ترين انواع سوپر آلياژها هستند. متالورژي فيزيكي اين آلياژها بسيار دقيق و پيچيده است به دليل ارتباطي كه بين خواص و ريز ساختار آن درك شده است. اين آلياژها ارائه مي‌دهد يك شبكه جامد محلولي fcc آستنيني يا فلز پايه با تركيب ته نشيني Ti-Al-Ni بعنوان فاز تقويتي اصلي. عبارت آستنيت، اصطلاحي است كه به محلول جامد فلزات يا بين فلزي‌ها و فلز پايه يك ساختار كريستالي fcc اطلاق مي‌گردد. هر كريستال فلزي بصورت يك مكعب با يك رقم در هر گوشه و همينطور در مركز هر كدام از شش وجه مكعب نيكل و كبالت از اين دسته فلزات هستند چهار سوپر آلياژ مهم نيكل تشكيل شده‌اند از Fe وجود دارد ( INCO 718، INCO 705، Rene¢ 62 ،)Udimet 630 كه اصولا مرتبطند با استحكام بخشي ته نشيني فاز g² به جاي ، يا پيوستگي با g¢ استحكام بخش. اين آلياژها شامل Nb 2% - 6% و مقدار قابل توجهي آهن در اين چهار آلياژ INCO 718 بيشترين كاربرد واقعي را دارد.
استحكام بخشي پراكندگي ديگر مكانيزمي است كه اهميت مخصوصي دارد. براي كاربرد در دماي خيلي خيلي بالا. اين مكانيزم بكار گرفته مي‌شود در حضور فاز پراكنده شده در ساختار اين مكان يا در افزايش اين فازهاي ته نشين شده. اين اجزاء تشكيل دهنده ، همچون اكسيد Y(ايتريم) يا دي اكسيد Th (توريم) ، متفاوتند از فازهاي كاربيدي يا g¢ يا g² كه در آن، آنها خود را در تركيب نگه مي‌دارند. در طول مرحله جامد تا رسيدن به نقطه ذوب در مورد فاز پراكنده شده هيچ دماي محلول جامدي وجود ندارد كه آنرا متفاوت از ديگر فازها سازد. بديهي است كه حضور فاز استحكام بخش در دماهاي بالا استحكام را بهبود مي‌بخشد. عمليات حرارتي براي آلياژهاي رسوب سختي شده عموما تشكيل شده است از عمل انحلال در دماي 970°c تا 1175°c بوسيله يك يا چن عمليات سوبي در دماي 600°c تا 815°c دنبال ميشود .
در بيشتر اين آلياژها براي جلو انداختن رسوب سختي بوسيله شكل‌گيري تركيب بين فلزيكه g¢ يا Ni3(Ti , Al) ، Ti , Al مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در برخي از آلياژها ، Nb به كار مي‌رود همراه با مقادير كمي از Ti , Al بنابراين تركيب بين فلزي g² يا Ni3Nb. آليژهاي سخت شده توسط Nb براي Inconel 718 در مقابل دماي رسوب سختي با تأخير عمل مي‌كند. يك چنين آلياژهاي قابليت جوشكاري مهمتري دارند، زيرا گرما در جوشكاري آن را وادار به سخت شدن نمي‌كند و تركب بعد از جوش را مي‌دهد.
سوپرآلياژهاي پايه آهن و آلياژهاي سخت شده به وسيله فاز دوم ضعيفترين سوپر آلياژها در دماهاي بالا هستند. زيرا اين مشخصات استحكام، سوپرآلياژهاي پايه آهن به كار رفته است در كمتر كاربردي در دماي بالا رفته اين صدق نمي‌كند براي آلياژ پايه نيكل، آلياژ INCO 718 شامل آهن، كه تداوم دارد در كاربردهاي وسيع فايده اصلي سوپرآلياژهاي پايه آهن ناشناخته است. آلياژهاي با محلوليت جامد ، البته كاربرد دارند. در جائي كه نيازمندي در استحكام، خيلي مهم نباشد، اما اكسيداسيون و مقاومت به خوردگي گرم همچنين قابليت فيبره شدن نياز دارند. استفاده سوپر آلياژهاي پايه كبالت كم شده است تا حد زيادي چون با فلزي واكنش مي‌دهند. آلياژهاي كبالت همچون MAR-M 509 كاربرد وسيعي دارند براي ريخته‌گري تيغه توربين موتور فضاپيما و آلياژ كبالت Haynes 188 يك ماده كامپوزيتي رايج است.
به طور كلي سه تكنيك عمده براي كنترل خواص سوپر آلياژهابه كار مي روند. كار ترمو مكانيكي در آلياژهاي آهن ـ نيكل و نيكلي كار شده براي توليد ساختار زير دانه وكنترل دانسيتة نابجايي ها انجام مي گيرد . بهبود در خواص كششي و مقاومت خستگي در فركانس پائين نتيجه گرديده است . فرآيند ديگري شامل استفاده از تكنولوژي پودر براي توليد قطعاتي كه با يكنواختي بيشتر و ابعاد ذرات كاربيد ريزتر كاربرد دارد كه باعث بهبود در مقاومت به خستگي مي گردد .
مقاومت به خوردگي و اكسيداسيون
سوپر آلياژ ها بايد بتوانند در مقابل مشكلات ناشي از هوا ، خوردگي ، خوردگي گرم و اكسيداسيون مقاومت نمايد. براي بالا بردن نقطة پايداري در برابر خوردگي محيطي مهمترين عنصر آلياژي ، كروم مي باشد كه به طور قابل توجه اي در سوپر آلياژ ها استفاده مي‌شود. سوپرآلياژها به دليل وجود كروم معمولاً قابليت مقاومت در برابر خوردگي خوبي از خود نشان می دهند . مقاومت داشتن در محيط های خورنده در دماهاي بالا ،خاصيت مهمي براي سوپر آلياژها به شمار مي رود.
پايداري آلياژ
بديهي است که پايداري آلياژ و توانايي يک ماده براي مقاومت در برابر اثرات مخرب وابسته به فوق گداز، از اهميت ويژه اي براي سوپر آلياژهايي که براي استفاده در دماهاي بالا به کار مي روند ، برخوردار است . به طور آشکار ، سوپر آلياژهاي پايه نيکل مستحکم شده توسط يک فاز ثانويه رسوبی، بسيار پيچيده و در حقيقت بين همه سوپر آلياژها قابل توجه تر می باشند. اين آلياژ ها در مواردي سخت که مربوط به تنش و دما مي باشند ، مورد استفاده قرار مي گيرند . ثابت شده است که اين آلياژها از استحکام خوبي در بالاترين گستره هاي دمايی نقطه ذوب فلز پايه، «در ميان کليه سيستم هاي رشد يافته»، برخوردار هستند.
همانطور که در بالا مطرح شد، يکي از خصوصيات کاربردی در دماهای بالا ناپايداري متالوژيکي مي باشد . تنش، زمان، دما و محيط ممکن است موجب تغيير در ساختار متالوژيکي در طول عمليات شوند و به موجب آن با کاهش استحکام يا داکتيليتي سبب شکست گردند.
قابل ذکر است که در برخی موارد ممکن است استحکام بالا برود. اين تغييرات ساختاري يا ناپايداري هاي متالوژيکي را مي توان به بهترين شکل هنگامي كه آنها روي خواص تنش پارگي تاثير مي گذارند ، بررسي کرد. يک تغيير شديد نزولی در شيب منحني تنش پارگي اين مسئله را خاطر نشان مي کند که شکست ها در زمانهاي کوتاه تري و در تنش های کمتر از مقدار پيش بيني شده روي مي دهد. ناپايداري ها همراه با پير سازي «رسوب فاز» بيش پير سازي « به هم آميختگي و بزرگ شدن » ، تجزيه فاز «معمولا کاربيد ها و بوريد ها و نيترات ها »، رسوب فازي بين فلزي ، اکسيداسيون داخلي و تنش خوردگي مي باشند.
رسوب سختي كربيد /مرز دانه سختي
كربيدها يك نفوذ عميق بر روي خواص اعمال مي كنند بوسيله رسوبشان بر روي مرز دانه ها . در بيشتر سوپر آلياژهاي به شكلهاي M23 C6 در مرز دانه ها بعد از ريخته گري يا سيكل حرارتي عمليات محلولي مانندپير سختي . يك مجموعه از دانه هاي مجزاي كربيدهاي M23 C6 ريخته مي شوند در بهينه سازي عمر شكست خزش ممانعت بوسيله لغزش مرزدانه هاي مجاور براي رخ دادن آرامش تنش بيرون ازشكست نا بهنگام صورت می پذيرد. در مقابل ،اگر كربيدهاي رسوب كنند به عنوان يك غشاء نازك (‌فيلم ) مرزدانه اي پيوسته ، خواص مي تواند شديداً كاهش يابند فيلم هاي M23C6 معرفي شده بودند در كاهش مقاومت به ضربة M 252 و از فيلمهاي MC انتقاد مي شد بدليل كاهش عمر شكست و داکتيليتي در Waspaloy فورج شده به زبان ديگر ، وقتي كه هيچ رسوب كاربيدي درمرز دانه ها وجود نداشته باشد شكست نابهنگام اتفاق مي افتد چرا كه جابجايي مرز دانه را به طور اساسي نمي توان محلول كرد كه متعاقباً باعث شكستگي كه در نقطة سه گانة مرز دانه خواهد شد .
خواص ماشين كاري Machinig Properties
سوپر آلياژها معمولاً با قابليت ماشين كاري ضعيف طبقه بندي مي شوند اين مسئله غير منتظره اي نيست، چرا كه همان مشخصاتي كه مقاومت در دماي بالا در سوپر آلياژها را باعث مي گردند باعث قابليت ماشينكاري ضعيف در سوپر آلياژ ها مي شوند.
برداشتن اكسيدهاي احياء شده و پوسته ها REMOVAL OF REDUCED OXIDE AND SCALE
اسيد شويي ، تميز كاري با ذرات ساينده ، ساچمه پاشي و پوسته كني در حمام نمك به شكل متداولي براي برداشتن اكسيدهاي احيا شده يا پوسته ها از روي سوپر آلياژها استفاده مي شوند(بر اساس فاكتورهاي اقتصادي به ترتيب با كاهش ترجيح ارائه شده اند) پوسته هاي قليايي ممكن است به راحتي با اين روش ها برداشته شوند . وقتي كه پوسته هاي اكسيدي بسيار سنگيني وجود دارند لازم است اين پوسته ها توسط عمليات سنگ زني برداشته شوند تركيبي از2 يا چند متد نيز ممكن است به كار رود .
برس كاري Wire Brushing
برس كاري اغلب براي حذف پوسته ها ي بسيار نازك و سبك يا تغيير رنگ سطحي استفاده مي شود . برس ها لازم است براي استفاده در مورد سوپر آلياژها لازم است از نوع فولاد زنگ نزن باشند .
پوسته برداري در حمام نمك Salt Bath Descaling
پوسته برداري در حمام نمك يك روش بسيار مؤثر در برداشتن پوسته ها از روي سوپر آلياژها مي باشد اين فرآيند معمولاً گرانتر از اسيد شويي است ، بخصوص اگر توليد به شكل منفصل و ناپيوسته باشد كه هزينه نگهداري حوضچه ها به شكل بيكار را نيز در بر دارد . حمام نمك الكتروليتي به كار رفته براي پوسته برداري سوپر آلياژها هيدروكلريك سديم ندارد اما حاوي سود مذاب است. قطعات و تانك به شكل متناوب از نظر قطبهاي الكتريكي با جريان مستقيم تغيير مي كنند .
عمر ابزار TOOL LIFE
در ماشين كاري سوپر آلياژها دليل معمول شكست ابزار سايش بيش از حد ـ تشكيل شيار عميق در لبه هاي براده و عدم پرداخت كافي ـ و صيقلي بودن سطح مي باشد . ديگر فاكتورهاي مشاركت كننده در شكست ابزار شامل عمق بيش از حد در بار برداري ـ خراب شدن لبه تيز ابزار . تغبير فرم پلاستيكي يا ذوب شدن ابزار مي باشد سرعت بار برداري مهمترين فاكتور در تعيين طول عمر ابزار مي باشد در مقابل در مورد ديگر مواد تحت باربرداري مقدار باربرداري و مقدار عمق برش نيز در ماشين كاري سوپر آلياژها براي عمر ابزار بسيار مفيد مي باشد


فولاد ابزار
دسته بندی ابزارهای برشی از نظر مواد ساخت :
چنان که بیان شد جنس ابزارهای براده برداری را به 7 دستهً متداول تقسیم می کنند:
1-1فولادهای تندبر
این فولادها دارای پایه آهن به اضافه عناصر کربن،کرم،وانادیم،مولیبدن یا تنگستن یا ترکیبی از این دو و در بعضی موارد کبالت می باشد . فولادهای تندبر شامل دو خانوادهً مولیبدنی و تنگستنی هستند، از انواع مولیبدنی مثل فولادهای M1،M2،M41،و از انواع تنگستنی TI،TIS و غیره . با توجه به اینکه عنصر مولیبدن نسبت به تنگستن فراوانتر و ارزانتر است، ساخت فولادهای تندبرمولیبدنی و استفاده از آنها گسترش بسیار بیشتری یافته است از طرفی مقاومت به سایش گروه M نیز بیشتر از گروه Tمی باشد. اصولا مهمترین خاصیت فولادهای تندبر، قابلیت برش کاری آنهاست، که این قابلیت به ترکیبی از عوامل مختلف بستگی دارد که مهمترین آنها چهار عامل زیر هستند:
a) سختی
b) سختی سرخ
c) مقاومت به سایش
d) تافنس
سختی در فولادهای تندبر معمولی 65-62 راکول C می باشد و در بعضی موارد مثل سری M40 و در بعضی از انواع M30 و T12 تا 69 راکول C نیز می رسد.
2- 1فولادهای تندبر متالورژی پودر
فولادهای تندبر ساخته شده به روش متالورزی پودر(P/M) بطور بسیار گسترده ای در ساخت مته ها، قلاویز ها، برقورها فرزها و سایر ابزارهای برشی بخاطر خصوصیات بسیار عالی تولیدی و بالا بودن کارائی بکار می روند. فولادهای معمولی تندبر ساختار خشن و غیر یکنواخت دارند و معایبی نظیر قابلیت سنگ زنی پائین و غیر یکنواختی در سختی نسبت به فولادهای تندبر متالورژی پودردارند، در حالی که در روش PM ذرات بسیار ریز یک ساختار بسیار یکنواخت را با یک توزیع یکنواخت بوجود می آورند . مهمترین روش PM در تولید فولادهای تندبر، تافنس عالی و استحکام فوق العاده ناشی از توزیع یکنواخت ذرات فولاد است، همچنین بهبود قابلیت سنگ زنی ناشی از ریز بودن ذرات و همچنین بهبود کنترل اندازه ها در هنگام تولید و ابعاد در عملیات حرارتی که ناشی از عدم وجود پدیده جدایش ذرات است نیز از محاسن دیگر این روش هستند . مهمترین و معروفترین روش ساخت فولادهای ابزار به روشPM روش ASP(Anti-Segregetion Process)است .
3-1آلیاژهای ریخته گری شده کبالت
این آلیاژها بدون پایه آهن(حداکثر 0.05-0.02 ( و با پایه کبالت ساخته میشوند و دارای عناصر زیر هستند:
عنصر %عنصر
کبالت 47-42
کرم 32-25
تنگستن 21-14
عنصر % عنصر
کربن 4-2
تانتالیوم 8-2
منگنز 3-1
آهن 5-2
نیکل 7
این مواد در حقیقت پلی بین فولادهای تندبر و کاربیدهای سمانته هستند . سختی خود را در هنگام کار تا دمای خیلی بالاتری نسبت به HSS حفظ می کنند و در سرعتهای برش بالاتری تا 20% بیشتر نیز کار می کنند و بر عکس فولادهای تندبر که سختی خود را براساس عملیات حرارتی بدست می آورند، این آلیاژها در هنگام ریخته گری سختی خود را بدست می آورند و قابلیت نرم شدن وسخت شدن مجدد را ندارند . همانطور که گفته شد موارد کاربرد این مواد، در شرایط کاری ما بین کاربرد فولادهای تندبر و کاربیدهای سمانته است . نظیر سرعت های برشی، جنس قطعه کار، خشن تراشی یا پرداخت و ....
4-1کاربيدهای سمانته Comented Carbile
کاربیدهای سمانته شامل یک خانواده از مواد سخت، مقاوم به سایش و مقاوم در مقابل درجه حرارت های بالا هستند که در آنها ذرات کاربیدی سخت بوسیله یک فلز واسطه نرم به یکدیگر چسبانیده می شوند . اولین کاربید ساخته شده، کاربید تنگستن WC با بایندر(Binder) کبالت بوده است. کبالت به عنوان بهترین بایندر در تولید کاربیدهای سمانته شناخته شده است و پایه WC-CO در تولید بیشتر کاربیدهای سمانته بکار می رود . بیش از 50%کاربیدهای تولید شده در ساخت ابزارهای برشی بکار می رود . نوع پر مصرف دیگر کاربیدها، کاربید تیتانیم با بایندر نیکل است . کاربیدهای سمانته، به روش متالورژی پودر و تحت مراحل بسیار دقیق وکنترل شده تولید می گردد تا در نهایت، از ساختار کارائی مطلوب برخوردار باشند. سیستم طبقه بندی کاربیدهای تنگستن که امروزه بیشترین مصرف را در صنعت ابزار برشی دارند بر طبق استانداردISO به صورت زیر است:
· گروه های کاربید تنگستن پر آلیاژبرای ماشینکاری فولاد با حرف Pو به رنگ آبی
· گروه های کاربید تنگستن کم آلیاژ برای ماشینکاری فولادهای سوپر آلیاژ با پایه نیکل (فولادهای زنگ نزن) و چدن داکتیل با حرف M و به رنگ زرد
· گروه های کاربید تنگستن بدون عناصر آلیاژی (کاربیدی) برای ماشینکاری چدن خاکستری ، فلزات غیر آهنی و مواد غیر فلزی با حرف K و به رنگ قرمز
· هر گروهی دارای اعدادی است که از ماگزیمم سختی به سمت ماگزیمم تافنس انتخاب کننده را راهنمائی می کنند:
P01 ****A P50
M10 ****A M40
K01 ****A K40
5-1سرمتها Cermets
سرمتها یک گروه از محصولات متالورژی پودر هستند که شامل ذرات سرامیک با یک چسب فلزی می باشند . ذرات سرامیک در این ترکیب سختی سرخ را بالا میبرند و مقاومت در مقابل سایش در حد بالائی را تامین می کنند و جزء فلزی ترکیب مقاومت در مقابل ضربه یا تافنس و مقاومت در مقابل شوک ها ی حرارتی را تضمین می کند. یک سرامیک در حقیقت یک اکسید فلزی، یک کاربید و یا مخلوطی از این مواد است. سرمتها مقاومت به سایش بسیار بالاتری نسبت به کاربیدهای سمانته دارند در کنار اینکه در سرعتهای برش خیلی بالاتری نیز کار می کنند اما از طرف دیگر استحکام سرمتها در حدود 15% تا 25% کمتر از استحکام کاربیدهای سمانته است . تافنس سرمتها نیز در مقایسه با کاربیدهای سمانته کمتر است و این کاربرد سرمتها در خشن تراشی را محدود می کند.
6-1سرامیک ها Ceramics
سرامیکها جدیدترین خانواده مواد ساخت ابزار هستند که برای استفاده در یک رنج وسیع عملیات پرداخت کاری و همچنین براده برداری زیاد از موادی که به سختی ماشینکاری می شوند بکار می روند . سرامیک هائی که در ساخت ابزار برش از آنها استفاده می شوند یا بر پایه اکسید آلومینیوم AL2O3 و یا بر پایه نیترید سیلسیم SC3N4 قرار دارند . سرامیکها سختی سرخ عالی و همچنین مقاومت در مقابل اکسیداسیون که مقدار خوردگی لبه ها را در دمای بالا کاهش می دهد در ساخت ابزار برشی مورد استفاده قرار گرفته اند. که این خواص سرامیکها را قادر می سازد که در سرعت های بالای ماشینکاری بالاتر از 300 m/min کار کنند، حتی بر روی فلزاتی که به سختی ماشین کاری می شوند.
اولین مشکل سرامیک ها در مقایسه با کاربیدهای سمانته، تافنس بسیار پائین آنهاست، علاوه بر این سرامیک ها مقاومت کمتری در مقابل شوک حرارتی دارند و همچنین دلایل کاربرد گسترده آنها را محدوده می سازد.
7-1مواد فوق سخت Ultnahand Materials
الماس و CBN دو تا از بیشترین موادی هستند که تاکنون شناخته شده اند . هر دوی این مواد کاربردهای بی شماریدر صنایع دارند نظیر ساخت ساینده ها و ابزارهای برش فوق سخت . از ویژگی های الماس ماشینکاری مواد غیرآهنی است .

[ghasem motamedi]

آماده سازی نمونه
آماده سازی نمونه متالوگرافی را تا حد زیادی می توان یک هنر دانست معمولا در آزمایشگاه های مختلف از شیوه های متفاوتی برای آماده سازی نمونه استفاده می شود با توجه به اینکه فلزات از نظر سختی و بافت با یکدیگر متفاوت هستند از این رو با توجه به نوع فلز مورد آزمایش روش آماده سازی نمونه ممکن است کمی متفاوت باشد ولی بصورت کلی عملیات آماده سازی نمونه ها مشابه مي باشد. برای آشنایی با فرایند آماده سازی یک نمونه متالوگرافی روش رایج در مورد آهن و فولاد مورد بررسی قرار می گیرد.
شرح
یک نمونه کوچک که از یک قطعه فولادی جدا شده را در نظر بگیرید که یک سطح تخت مناسب در یک طرف این نمونه بوسیله اره کردن و سنگ زنی آمده شده است روش معمول اینست که این نمونه در یک قرص پلاستیکی با قطر یک اینچ 25 میلیمتر و ضخامت یک دوم اینچ نصب می شود به طوری که سطحی از نمونه که قرار است پولیش شود در یک طرف دیسک قرار بگیرد .دریک روش برای تولید این قرص نمونه در داخل یک قالب ساده استوانه ای قرار داده شده و سپس رزین اپوکسی مایع در داخل قالب ریخته می شود این مراحل به چهار مرحله مختلف طبقه بندی می شود :
1) سایش نرم
2) پرداخت خشن
3) پرداخت نهایی
4) اچ کردن
در سه قسمت اول هدف اصلی کاهش ضخامت لایه تغییر شکل یافته زیر سطح نمونه است عملیّات برش سنگ زنی و سایش فلز نزدیک به سطح را به شدت تغییر شکل می دهند ساختار واقعی فلز تنها زمانی آشکار می شود که لایه تغییر شکل یافته کاملا از روی سطح برداشته شود چون هر مرحله از آماده سازی نمونه نیز به خودی خود باعث تغییر شکل در سطح می شود ، بنابراین در هر مرحله باید از ساینده های نرم تر از قبلی استفاده شود هر ساینده سبب جدا شدن لایه تغییر شکل یافته ناشی از مرحله قبل می شود در حالی که همین ساینده ، یک لایه اعوجاج یافته با عمق کمتر نیز تولید می کند
سایش نرم
در این مرحله سطح نمونه با استفاده از پودر های کاربید سیلیسیم که بر ریو کاغذ های مخصوص تعبیه شده اند ساییده می شود ممکن است نمونه بصورت دستی روی کاغذ سنباده ای که روی یک سطح تخت نظیر یک تکه شیشه تخت قرار دارد ساییده شود همچنین ممکن است کاغذ سنباده روی سطح یک چرخ دوار افقی و تخت چسبانیده شده و سپس نمونه متالوگرافی روی آن قرار داده شود در هر دو روش معمولا از آب به عنوان یک روانساز استفاده می شود که باعث حمل ذرات جدا شده از سطح نیز می شود سه نوع ساینده با شماده های 320 ،400، 600 که در آنها به ترتیب اندازه ذرات کاربید سیلیسیم برابر 33 ، 23 ، 17 میکرون است مورد استفاده قرار می گیرند در هر یک از مراحل سایش اولیه نمونه بصورتی روی یک سطح حرکت داده می شود که خراش ها فقط دریک جهت تشکیل شود هنگام تعویض یک کاغذ سنباده نمونه به اندازه تقریبی 45 درجه دوران داده می شود که در نتیجه خراش های جدید تشکیل شده در روی سطح با خراش های قبلی زاویه می سازند سایش تا زمانی ادامه می یابد که خراش های تشکیل شده از مراحل قبل ناپدید شوند.
پرداخت خشن
این مرحله بسیار حساس است در حال حاضر ماده ساینده مورد استفاده برای عملیات پرداخت خشن پودر الماس با اندازه دانه تقریبی 6 میکرون است پودر الماس در خمیری قابل حل در روغن نگه داری و حمل نقل می شود در این مرحله مقدار کمی از این خمیر بر روی سطح یک چرخ دوار که با یک پارچه نایلونی پوشیده است قرار می گیرد روانساز مورد استفاده در حین عملیات پرداخت روغنی مخصوص است نمونه روس چرخ دوار با فشار قابل ملاحظه ای فشار داده می شود در طول این مرحله نمونه در یک محل خاص و ثابت روی چرخ دوار با فشار قابل ملاحظه ای فشار داده می شود در طول این مرحله نمونه در یک محل خاص ثابت روی چرخ پرداخت نگه داشته نمی شود و د حول چرخ و در جهت مخالف دوران چرخ حرکت داده می شود در نتیجه عمل پرداخت با یکنواختی بالایی انجام می شود ذرات الماس خاصیت داده می شود در نتیجه عمل پرداخت با یکنواختی بالایی انجام می شود ذرات الماس خاصیت برش شدیدی داشته و در جدا کردن لایه عمیق تغییر شکل یافته ناشی از عملیات سایش اولیه بسیار موثرند پودر الماس 6میکرون قادر به جدا سازی لایه تغییر شکل یافته حاصل از ساینده کاربید سیلیسیم 17 میکرونی در مرحله آخر سایش اولیه است.
پرداخت نهایی
در این مرحله خراش های ظریف و لایه های اعوجاج یافته بسیار ریز که از مرحله پرداخت خشن باقی مانده اند جدا می شوند ماده پرداخت مورد استفاده اغلب پودر آلومینا از نوع گاما با اندازه دانه 05/0 میکرون است این پودر روی یک چرخ دوار پوشیده شده با پارچه ریخته شده و از آب مقطر به عنوان رونساز استفاده می شود بر خلاف پارچه نایلونی بدون پرز استفاده شده در پولیش خشن ، پارچه مورد استفاده در مرحله عموما پرزدار است چنانچه این مرحله و مرحله قبلی با دقت کافی انجام شوند ، سطحی عاری از خراش و تقریبا بدون هیچ لایه فلزی اعوجاج یافته قابل تشخیص تشکیل می شود.
اچ کردن
معمولا در نمونه متالوگرافی ساختار داده ها پس از پایان عملیات پرداخت نهایی در زیر میکروسکوپ مشخص نیست ضخامت مرز دانه های یک فلز در بهترین حالت در حد ضخامت چند اتم است در حالی که توان آشکار سازی یک میکروسکوپ بسیار کمتر از حد لازم برای تشخیص آنهاست تنها در فلزی که بلور هایی با رنگ های مختلف در تماس با یکدیگر باشند ، قابل رویت ساختن مرز دانه ها نمونه های متالوگرافی اچ می شوند که این عملیات با فرو بردن سطح نمونه پولیش شده در یک محلول اچ ضعیف اسیدی یا قلیایی انجام می شود رایج ترین محلول مورد استفاده برای فولاد های نایتال نام دارد که محتوی محلول 2% اسید نیتریک در الکل است در بعضی حالات می توان عمل اچ را توسط مالش ملایم یک تکه پنبه آغشته به محلول اچ بر روی سطح انجام داد در هر صورت در نتیجه این عمل مقداری از سطح فلز حل شده و از سطح خارج می شود چنانچه محلول اچ مورد استفاده مناسب باشد سطح فلز بصورت یکنواخت حل نمی شود گاهی عامل اچ کننده به مرز دانه ها سریع تر از سطح دانه ها حمله می کند سایر محلول سایر محلول های اچ ، دانه های مختلف را بر اساس جهت گیری آن ها حل خواهند کردپس از اچ کردن مرز ها به صورت پله هایی کم عمق در سطح ظاهر می شوند جداره های عمودی این پله ها نور را همانند سطوح بلوری نسبتا صاف به عدسی های شیئ میکروسکوپ منعکس نمی کنند و در نتیجه محل مرز بلوری در زیر میکروسکوپ قابل رویت می شوند.
پرداخت الکتریکی و اچ الکتریکی
در فلزاتی نظیر فولاد زنگ نزن تیتانیم و زیر کونیم که از بین بردن لایه های سطحی اعوجاج یافته بسیار مشکل است پولیش مکانیکی مناسب نیست بنابراین اغلب این مواد توسط روش پرداخت الکتریکی در آخرین مرحله پرداخت می شوند در این حالت نمونه به عنوان آند و یک ماده غیر قابل حل به عنوان کاتد در یک حمام الکترولیتی به صورت مناسب قرار می گیرند چنانچه از دانسیته جریان مناسب استفاده شود می توان سطح نمونه را به صورتی حل کرد که یک سطح پرداخت مناسب تولید شود در روش پرداخت الکتریکی حمام و دانسیته جریان باید به صورت مجزا طوری کنترل شوند که سطحی صاف و بودن پستی و بلندی تولید شود همچنین با تغییر ترکیب شیمیایی حمام و دانسیته جریان می توان سطحی با پستی بلندی های مناسب عملیات اچ را تولید کرد به این مراحل پرداخت الکتریکی گویند.
شرح هر یک از مراحل آماده سازی قطعه :
نمونه برداری
سنباده زنی
پرداخت کاری
اچ کردن
نمونه برداري
مقوله نمونه برداري که تابع زمان ، مکان ، تعداد نمونه لازم براي دستيابي به يک نتيجه تکرار پذير و . . . است ، از زمره کارهايي است که امروزه در اکثر نقاط جهان به صورت دستورالعمل درآمده و لازم الاجرا است . در متالورژي بحث نمونه برداري در دو بخش پژوهشي و صنعتي خلاصه مي شود . مقصود پژوهشگر از تهيه يک نمونه در يک کار پژوهشي ، بررسي خواص آن قبل از ساخت و توليد انبوه است ، در حالي که نمونه برداري صنعتي به منظور بررسي خواص و حصول اطلاعات لازم و کافي در مورد محصولات يک فرآيند توليد خاص قابل کنترل مي باشد ، مانند يافتن علل عيوب در قطعات ريختگي .در اين صورت نمونه برداري از آنجا اهميت بسزايي مي يابد که مي بايد نماينده شايسته اي ازکل محصولات توليدي باشد که با شرايط يکسان توليد شده اند .
نمونه متالوگرافي
يک نمونه متالوگرافي مطلوب براي مطالعات ميکروسکوپي و ماکروسکوپي ساختار ، به درستي و با دقت انتخاب شده و از سطح مناسبي برخوردار است به منظور بررسي دقيق تر جزئيات ساختاري ، لازم است که سطح نمونه عاري از هر گونه تغيرات ناشي از عمليات نمونه برداري و آماده سازي نمونه بوده ، فاقد هر گونه لکه ، خراش و تغيير شکل باشد . در مواردي خاص نيز بايد لبه يا نوک نمونه ها محافظت گردد . تهيه و آماده سازي نادرست و نامناسب مي تواند به نتايج غلط منجر گردد.
برش و مقطع زدن
جدا سازي يک تکه کوچک ( نمونه) از قطعه اولين مرحله از فرآيند آماده سازي نمونه بوده و از اهميت شاياني برخوردار است . بريدن نمونه از قطعه مي بايد از مکاني صورت گيرد که سطحي مناسب و واقعي از قطعه را نمايان ساخته و بتواند نماينده قطعه و مبين ساختار عمومي آن باشد . اين امر به مشخصات قطعه ، روش پژوهش و اهداف مورد نظر نيز بستگي دارد . در اين ميان به مواردي چون فشار ، دما ، سرعت بريدن ، توسعه ترک ، توليد گرما ( و در نتيجه تبلور مجدد ، باز پخت موضعي و گاهي ذوب موضعي ) ، دقت عمل و غيره ، که هر يک به نوعي مي توانند بر خواص قطعه تاثير بگذارند نيز توجه خواهد شد . کمک گرفتن از يک روانکار و يا خنک کننده مي تواند اين اثرات را به حداقل برساند.
انواع روش هاي برش به سه دسته تقسيم مي شوند :
برش مکانيکي
برش با قوس الکتريکي
برش الکتروشيميايي
برش مکانيکي
برش مکانيکي به طرق مختلف امکان پذير است . در روش برشي سايشي – که يکي از روش هاي برش مکانيکي است – با استفاده از يک صفحه گردنده با دور بالا در زمان کوتاهي ، با دقت مناسبي نمونه بريده مي شود . در بسياري موارد با استفاده از سيم و يا اره الماسه ، با حرکت گردشي مناسب ، مي توان عمل بريدن نمونه را در حد مطلوب به انجام رساند . گاهي نيز با يک قلم تيز که با امواج مافوق صوت عمل مي کند ، مي توان عمليات نمونه برداري در شرايط خاص را آسان نمود.
برش با قوس الکتريک
ماشيني که براي اين نوع برش ساخته شده است ، به نام اسپارک سيمي و يا اسپارک صفحه اي خوانده مي شود . در اين روش به منظور جلوگيري از افزايش دما هنگام برش ، عمليات برش داخل روغن انجام مي گيرد . اين روش اغلب براي آلياژهاي بسيار سخت استفاده مي شود . سطح بريده شده با اين روش بسيار صاف بوده و عمليات بعدي آماده سازي نمونه را تسهيل مي نمايد . شايان ذکر است از اين روش اخير براي بريدن لايه هاي بسيار نازک از قطعه به عنوان نمونه نيز استفاده مي شود.برش الکتروشيميايي :
در اين روش ضمن بريدن با فرز يا اره ، مايع خنک کننده اسيد خورنده اي است که در يک مدار الکتريکي ، بريدن نمونه را سرعت بخشيده و کار بريدن نمونه در زمان کوتاهي به اتمام مي رسد . گاهي اوقات با استفاده از يک افشانه ( جت ) محلول خورنده را با شتاب بر روي قسمتي که بايد بريده شود پرتاب مي کنند . در اين صورت جريان الکتريسته موجود نيز کمک نموده و خوردگي چنان سرعت مي گيرد که مي توان نمونه را به راحتي و سريع از قطعه مورد نظر جدا ساخت.
نمونه گير
نمونه تهيه شده براي مطالعات متالوگرافي با ميکروسکوپ، کوچک بوده وتا قبل از رسيدن به بررسي هاي ميکروسکوپي کارهاي زيادي بر روي آن صورت مي گيرد . بنا بر اين لازم است که نمونه توسط يک نمونه گير طوري تحت کنترل و ثابت باشد که کار کردن بر روي آن با سهولت انجام شود . جنس نمونه گير ها معمولا از فولاد نرم ، فولاد ضد زنگ ، آلياژهاي آلومينيوم و آلياژهاي مس مي باشد.
مانتينگ
در بيشتر موارد ترجيح داده مي شود که نمونه در يک ماده غير فلزي مانند شيشه ، پلاستيک و يا رزين جاي داده شود . اين عمل مانتينگ نام دارد و به روش هاي گوناگوني صورت مي پذيرد . مانتينگ نمونه زماني که نمونه نا منظم ، کوچک ، خيلي نرم ، خيلي ترد و يا متخلخل باشد و يا اينکه نياز به حفظ لبه هاي آن احساس شود ، لازم و ضرورري است . فرو بردن نمونه در مواد پلاستيک پر کاربرد ترين روش مانتينگ در متالوگرافي مي باشد که به دو روش مانت گرم و سرد انجام مي پذيرد :
مانت گرم = رزين + فشار + گرما
مانت سرد = رزين ( مونومر ) + کاتاليستدر
روش مانت گرم از دستگاهي استفاده مي شود که بتواند پس از قرار دادن نمونه در داخل مواد ، دمايي در حدود 150 درجه سانتي گراد و فشاري حدود 29 مگاپاسکال ايجاد نمايد . در اثر فشار و گرما ، پودر رزين سفت شده و نمونه را در خود حبس مي کند .
رزين هاي گرما سخت (Thermosetting)
مانند فنل ها ، با گذشت زمان به طور يک طرفه سخت مي شوند .
رزين هاي گرما نرم ( Thermoplastic)
با کاهش درجه حرارت و تحت فشار منجمد و سخت مي گردند ، اما قابليت ذوب مجدد را دارا مي باشند.
علامت گذاري بر روي نمونه
نمونه ها در صورتي قابل استفاده دوباره مي باشند که علامت گذارده شده بر روي آنها در تمام مدت آماده سازي و مطالعه ميکروسکوپي به وضوح قابل رويت بوده و هويت آنها گم نشود . علامت گذاري بر روي نمونه مي بايست بر روي سطحي انجام شود که مورد متالوگرافي قرار نميگيرد . در مورد نمونه هايي که مانت مي شوند ، مي توان روي ماده مانت علامت گذاري نمود . در هنگام استفاده از مانت هاي شفاف ( شيشه اي ) نيز مشخصات نمونه روي يک تکه کاغذ نوشته شده و طوري همراه نمونه قالب گيري مي شود که نوشته قابل خواندن باشد.
سنباده زني و پرداخت
در تهيه نمونه هاي متالوگرافي از نمونه هاي نا هموار ، استفاده از سنباده هاي درشت تا ريز مطلوب مي باشد . سنباده زني موجب صاف شدن سطح ، از بين رفتن لايه هاي نا خواسته و هويدا شدن لايه هاي مورد نظر مي شود . سنباده خشن باعث از بين رفتن سطوح و برجستگي هاي نا مطلوب شده و يک سطح صاف با زبري 10 تا 100 ميکرومتر را به وجود مي آورد . زبري اين سطح با استفاده از سنباده هاي نرم تر به حدود 1تا 10 ميکرو متر مي رسد . اگرچه عمليات سنباده زني يک سطح صاف ايجاد مي کند اما اين سطح فقط براي آزمايش هاي ماکروسکوپي ( نظير سختي سنجي ) و يا ماکرواچ مناسب مي باشد . به دليل عدم وجود يک مرز مشخص ميان سنباده زني و پرداخت کاري ، همواره يک ارتباط نزديک و قابل توجه بين سنباده زني نرم و پرداخت کاري سخت وجود دارد و به همين علت دو بحث سنباده زني و پرداخت کاري با هم مورد بحث قرار مي گيرند.
سنباده زني و پرداخت کاري مکانيکي
متداول ترين روش سنباده زني و پرداخت کاري روش مکانيکي است . اين عمل با استفاده از سنباده ثابت ، سنباده متحرک ، صفحه گردان و يا تسمه هاي چرخشي انجام مي شود . هدف از سنباده زني که عموما مرحله به مرحله زبري سنباده را کاهش مي دهند ، به دست آوردن يک سطح صاف بدون شيار و تغيير شکل در سطح نمونه است . تنوع مکان ها در سطح نمونه موجب اختلاف هايي در خواصي نظير پتانسيل الکتروشيميايي مي گردد . به عنوان مثال مناطقي که بيشترين ميزان تغيير شکل را دارند ، بيشترين واکنش را با محلول هاي اچ نشان مي دهند. در نتيجه با سرعت بيشتري حل مي شوند . اين ناصافي ها به دليل وجود خراش هايي در سطح نمونه پرداخت شده بعد از اچ بوده و مبين يک آماده سازي نامناسب است . مجموع عمق خراش ها و منطقه تغيير شکل يافته ، معادل عمق کل منطقه معيوب در نمونه مي باشد .از بين برد خراش هاي ظاهري از سطح نمونه به تنهايي کافي نيست ، بلکه بايد به همان ميزان لايه هاي تغيير شکل يافته نيز از ميان برداشته شوند . به جاي سنباده هاي خشن بايد از سنباده هاي نرو و دانه ريز استفاده نمود ، زيرا با سنباده زني خشن تمايل به تغير شکل بيشتر مي باشد .
سنباده زني و پرداخت کاري تر
در برخي از موارد ، آماده سازي نمونه در هوا يا در محيط گاز خنثي و بدون حضور مايعات صورت مي گيرد . اما اين موارد نادر بوده و در آماده سازي نمونه به مايعاتي چون آب ، به عنوان خنک کننده و پراکنده کننده ذرات نياز است تا موجب سنباده زني و پرداخت کاري راحت تر و يکنواخت تري گردد . سنباده زني و پرداخت کاري تر مزاياي زيادي دارد که از جمله آنها مي توان به موارد زير اشاره نمود :
کنترل حرارت در فصل مشترک نمونه با سنباده
دور ساختن ذرات نامناسب از روي نمونه
افزايش طول عمر براي سنباده هاي ثابت
فشار ، زمان و سرعت سنباده زني و پرداخت کاري
افزايش فشار ، زمان و سرعت عموما به کنده شدن سريعتر مواد منجر مي شوند .تاثير اين عوامل بر تغيير شکل به صورت زير متغير است :افزايش فشار ممکن است به توليد گرما منجر گشته و در نتيجه اثرات و تغييراتي بر ريز ساختار بر جاي گذارد . فشار ، به خصوص در هنگام پرداخت کاري ، نبايد بيش از حد زياد باشد. به طور کلي هرچه زمان سنباده زني کوتاه تر وزمان پرداخت کاري بلند تر باشد ، بهتر است.
با افزايش سختي نمونه ، از سرعت کمتر سنباده زني و پرداخت کاري استفاده به عمل مي آيد . البته اين نکته عموميت نداشته و براي برخي مواد مانند سراميک ها ، ترکيبات بين فلزي و کاربيدهاي سيماني ، عمدتا سرعت پرداخت کاري بالاتر ترجيح داده مي شود. به دليل آن که افزايش سرعت سنباده زني و پرداخت کاري موجب توليد گرماي زيادي در سطح مي گردد ، مواد حساس به گرما بايد با سرعت هاي پايين تري پرداخت گردند و يا در حين عمل از خنک کننده بيشتري استفاده شود.
حرکت نمونه بر روي سطح ساينده
براي دريافت بهترين نتيجه ، بايد سطح پهن تر نمونه انتخاب گشته ، در تمام مدت عمليات ثابت نگه داشته شده و روي سطح ساينده قرار گيرد. به منظور جلوگيري از تشکيل شيار هاي جهت دار ناشي از سنباده و پرداخت بر روي نمونه ، بهترين کار اين است که نمونه بعد از هر مرحله به اندازه 90 درجه چرخانده شود . در مواقع استفاده از سنباده يا پرداخت کنده چرخان ، چرخش نمونه در خلاف جهت چرخش چرخ ، موجب جلوگيري از تشکيل اثرات جهت دار چرخ سنباده يا پرداخت بر روي سطح نمونه مي گردد.
سنباده زني و پرداخت کاري
در زمينه سنباده زني و پرداخت کاري نمونه هاي متالوگرافي ، توجه به نکات زير مفيد است:در مراحل مختلف سنباده کاري ، نمونه متالوگرافي در هر مرحله نسبت به مرحله قبل 90 درجه چرخانده شود و عمليات سنباده زني در هر مرحله تا زمان از بين رفتن کامل اثر و امتداد خطوط مرحله قبلي ادامه مي يابد. کاغذ سنباده از جنس SiC براي فلزات نرم و کاغذ سنباده ازجنسAl2O3 براي فلزات سخت و پايه آهني به کار مي رود. براي سنباده زدن سراميک ها ازصفحات الماسه استفاده مي شود.
در سنباده زني نرم براي فلزات نرم از عدد ريزي بالاي سنباده SiC استفاده مي شود ، ولي براي فلزات سخت تر ، صفحات سنباده الماسه يا نمونه هاي مخصوص همراه با خمير الماسه (با اندازه ذرات 9 الي 45 ميکرون) مورد استفاده قرار مي گيرد. در مرحله صيقل کاري و پرداخت کردن ، که مقدار تغيير شکل سطح به حداقل مي رسد ، دو روش با علايم اختصاري OP و DP اعمال مي شود .
روش DP
صيقل کاري با استفاده از خمير الماسه و نمونه مخصوص است . در اين روش به دليل اصطکاک بالاي ناشي از سختي خمير الماسه ، از مواد خنک کننده مناسب استفاده مي شود .
روش OP
در نمونه هاي نرم تر که شکل پذيري بالا دارند به کار مي رود . پودر هاي اکسيدي MgO و SiO2 ، Al2O3 با دانه بندي حدود 0,04 ميکرون همراه با محلول امولسيوني در دو گروه مورد استفاده قرار مي گيرند .
در گروه اول ( OP-U ) پودر SiO 2 با يک محلول به Ph حدود 9,8 براي از بين بردن لايه تغيير شکل يافته و در گروه دوم ( OP-S) پودر اکسيدي با دانه بندي 0,04 ميکرون به صورت مخلوط سوسپانسيون و محلول H به کار مي رود.
نمد مورد استفاده در روش OP به دليل بالا بودن Ph در محلول امولسيون و پايين بودن آن در مخلوط سوسپانسيون بايد مقاومت خوردگي خوبي در اين محيط ها ( بازي و اسيدي ) داشته باشد.
در روش DP ماده ساينده همراه با محلول خنک کننده با گرانروي و چسبندگي بالا به کار مي رود (خمير الماسه در سرنگ هاي با حجم محدود سي سي در دسترس است).
در پرداخت اوليه از آب در پرداخت نهايي از مخلوط آّب و صابون يا محلول آب و الکل (به نسبت 50 تا 70 درصد الکل) و در پرداخت هاي مراتب بالاتر از محلول هاي آب – صابون – الکل يا الکل – گليسيرين ، به عنوان ماده خنک کننده ، استفاده به عمل مي آيد. روش سنباده زني و صيقل کاري بسته به جنس ماده موردنظر ، متغير است.
تميز کردن نمونه
تميز نگه داشتن نمونه در متالوگرافي الزامي بوده و لازم است نمونه ها پس از هر مرحله تميز شوند. آلودگي هاي ناشي از سنباده زني و پرداخت کاري بايد از بين بروند تا موجب کاهش بازده مراحل بعدي نشوند. وجود آثار انگشت ، لايه هاي نازک چربي و يا مواد کمرنگ و ناپيدا بر روي سطح نمونه ممکن است موجب اخلال در عمل اچ کردن گردد. به اين ترتيب که موجب ايجاد مناطق گوناگوني مي گردند که سرعت اچ شدن در اين مناطق متفاوت است. شستشو با آب متداول ترين روش براي تميز کردن نمونه است. در اين روش نمونه را زير جريان ملايم آب نگه داشته و با يک برس بسيار نرم ، پارچه کتان و يا پنبه سطح آن را تميز مي کنند.تميزکاري مافوق صوت (اولتراسونيک) موثرترين روش تميزکاري است. در اين روش نه تنها آلودگي هاي سطحي از بين مي روند ، بلکه ذرات ريز موجود در ترکها ، حفره ها و شکافهاي سطح نمونه نيز خارج مي شوند. عمل تميزکاري به اين روش معمولا بين تا 30 ثانيه زمان مي خواهد.بعد از تميزکاري لازم است نمونه توسط الکل ، بنزن و يا ساير محلول هايي که نقطه جوش پايين دارند ، شسته شده و سپس سريعا خشک گردد. ماندن مايعات بر روي نمونه باعث ايجاد لک مي شود.
مفهوم اچ کردن
اگر يک نمونه فلزي پس از آماده سازي زير ميکروسکوپ نوري قرار داده شود ، انعکاس و بازتابش نور به گونه اي خواهد بود که رويت ريزساختار ، که هدف اصلي متالوگرافي است، امکان پذير نمي گردد. به همين دليل ، جهت ايجاد يک زمينه قابل رويت از ريزساختار نمونه ، عمل اچ کردن (به شيوه هاي گوناگون ) انجام مي شود. شايان ذکر است که اگر منظور مطالعه مواردي مانند ترک مويي ، تخلخل ، حفره ، آخال غير فلزي و برخي فازهاي خاص (نظير گرافيت در چدن خاکستري و سرب در برنج سرب دار) باشد ، اچ کردن نمونه آماده شده ضرورت ندارد.اچ کردن به مفهوم ايجاد خوردگي بسيار ضعيف در قسمت هاي ناپايدار سطح نمونه آماده شده و پرداخت شده است. در بسياري از موارد ، نمونه پرداخت شده ريزساختار خود را نمايش نمي دهد. زيرا نورهاي معمولي به صورت يکسان و متحد منعکس مي شوند. از آنجايي که اختلاف هاي ناچيز در انعکاس پذيري توسط چشم انسان قابل تشخيص نيست ، روشهايي براي تصويرگيري از طريق تباين نوري مورد نياز مي باشد. اگرچه اين روشها به نام اچ کردن معروف هستند ، اما هميشه اچ کردن مرتبط با انتخاب محلول هاي شيميايي خاص براي ساختارهاي مختلف نمي باشد. اين امر مي تواند با استفاده از روشهاي نوري ، شيميايي ، الکتروشيميايي و يا فيزيکي به انجام برسد. اچ کردن روشهاي گوناگوني دارد که هر يک براي ساختارها و مواد مختلف مفاهيم متفاوتي را در بر خواهد داشت. در واقع در هر شيوه اي براي يک ماده خاص مي توان ظرايفي را به کار گرفت که به بهترين و مطلوب ترين نتايج دست يافت.
انواع روشهاي اچ کردن :
اچ نوري (Optical Etching)
اچ نوري بر مبناي استفاده از روشهاي خاص روشن سازي و بر اساس اصول روشن سازي کوهلر(Kohler) بنا گرديده است. اين روشها که شامل ميدان تاريک ، نور قطبي ، تباين فازي ، تباين تداخلي و... مي باشند ، در اغلب ميکروسکوپهاي تجاري موجود بوده و يا به سادگي قابل نصب و به کارگيري هستند.روش اچ کردن نوري يک مزت قابل توجه نسبت به ساير روشهايي که موجب تغييرات در سطح نمونه مي شوند ، دارد و آن مبتني بر اين نکته است که روشهاي فيزيکي و شيميايي اچ کردن نيازمند زمان قابل توجهي است و همواره خطر ايجاد قسمت هايي که نتوان در مورد آنها تفسير صحيحي ارايه نمود وجود دارد.
اچ الکتروشيميايي ((Electrochemica (Chemical Etching)
در طول اين فرآيند نمونه هاي فلزي ، عمليات اکسيداسيون و احيا اتفاق مي افتد.همه فلزات در تماس با محلول ها تمايل به يونزه شدن از طريق آزاد کردن الکترون دارند. کميتي که مي تواند مشخص کننده انجام اين تحول باشد ، پتانسيل الکتروشيميايي است. اين کميت با مقايسه پتانسيل فلز نسبت به پتانسيل استاندارد يک الکترود مرجع سنجيده و اندازه گيري مي شود.فهرست عناصر زير ترتيب قرارگرفتن فلزات گوناگون را بر حسب سري الکتروموتيو آنها نشان مي دهد:Li , Na , K , Ca , Ba , Be , Mg , Al , Mn , Zn , Cr , Cd , Tl , Au , Pt , Co , Ni , Pb , Fe , H , Sn , Sb , Bi , As , Cu , Ag, Hg عناصر فوق الذکر براساس ميل ترکيبي با الکترون مرتب شده اند. با حرکت از چپ به راست ، قدرت اکسيد کنندگي (يا احيا شوندگي) افزايش يافته ، قدرت احيا کنندگي (يا اکسيد شوندگي) کاهش مي يابد. در اين رديف ، عناصر قبل از هيدروژن ، با اسيد خورده شده و2 Hآزاد مي کنند. بالعکس ، عناصر بعد از هيدروژن بدون عامل اکسيد کننده خورده نشده و با اسيد و آب ، هيدروژن توليد نمي نمايند. بنابراين به دليل وجود پتانسيل هاي شيميايي مختلف براي عناصر و وجود عناصر و آلياژهاي گوناگون در يک ساختار ، سرعت خوردگي ريزساختار در مناطق مختلف ، متفاوت بوده ، اچ کردن در محلول هاي گوناگون ، نتايج متنوعي را به همراه خواهد داشت. وجود اختلاف پتانسيل در مناطق مختلف يک ساختار ، باعث ايجاد منطقه هاي کوچک آندي – کاتدي مي شود. گاهي اين سلولهاي الکتروشيميايي کوچک ناشي از اختلاف ترکيب نيستند ، بلکه از بي قاعدگي ساختار بلوري ناشي مي شوند. از جمله اين نا همگني هاي ساختاري و عدم مساوات ها مي توان به موارد زير اشاره کرد:
نا همگني هاي حاصل از تغيير شکل که داراي مقاومت به خوردگي کمتري نسبت به قسمت ها تغيير شکل نيافته هستند.
نا همواري در اثر تشکيل لايه هاي اکسيد. (نواحي صيقلي و مناطق پرداخت شده مقاومت کمتري دارند.)
افت و خيز غلظت در الکتروليت. (غلظت کمتر داراي مقاومت کمتري است.)
تفاوت در سرعت حرکت الکتروليت. (سرعت گردش بالاتر ، مقاومت خوردگي را کاهش مي دهد.)
تفاوت در ميزان اکسيژن الکتروليت. محلول هاي گازدار مقاوم ترند.
تفاوت در شدت تابش نور که منجر به تغير پتانسيل مي گردد.
به علت وجود اختلاف پتانسيل بين ريزساختارها ، انحلال سطح با سرعت هاي مختلف صورت مي گيرد و در نتيجه تباين ، تضاد و اختلاف سطح ايجاد مي شود. ايجاد اين اختلاف ، تنها با انحلال مواد نيست ، بلکه با روشهايي چون اچ کردن رسوبي Precipitation Etching)) و رنگ آميزي حرارتي (Heat Tinting) نيز مي توان اين مهم را به انجام رساند.
اچ کردن رسوبي
ماده ابتدا حل شده و با مقدار معين محلول اچ واکنش مي دهد تا مواد نا محلولي را تشکيل دهد. اين مواد و ترکيبات نامحلول ، به طور انتخابي بر روي سطح نمونه رسوب کرده ، رنگ هاي تداخلي يا لايه هاي ضخيم از رنگ هاي مشخصي را به وجود مي آورند.
اچ کردن به روش رنگ آميزي حرارتي
با اعمال شرايط معين دمايي و فشاري خاص صورت مي گيرد. در اين شيوه ، سطح بر اساس خواص گوناگون ريزساختاري با سرعت هاي مختلف اکسيد شده و رنگ هاي متنوعي اجاد مي نمايد.محدوده وسيعي از محلول هاي اچ در دسترس هستند که شامل اسيدها ، بازها ، محلول هاي خنثي ، مخلوطي از محلول ها ، نمکهاي مذاب و گازها مي باشند. اغلب اين فرمول ها به صورت تجربي بدست آمده ، ترکيب و شيوه به کارگيري هر يک مي تواند تغيير يافته يا بهبود پيدا کند. سرعت خوردگي عمدتا با درجه تجزيه محلول اچ و هدايت الکترکي آن تعيين مي گردد که هر يک از اين موارد مي تواند با افزودن مواد افزودني شيميايي تحت کنترل درآيد. دامنه زماني اچ کردن از چند ثانيه تا چند ساعت متغير است اما هيچ دستورالعمل خاصي در اين زمينه وجود ندارد. زيرا سطح نمونه و کدر شدن آن تعين کننده زمان اچ هستند. زمان و دماي اچ به هم وابسته اند. با افزايش دما ، زمان اچ کردن کاهش مي يابد. اگر چه افزايش دما توصيه نمي شود. زيرا هنگامي که سرعت خوردگي بالاست ، تباين غير منتظره اي ايجاد مي نمايد.
اغلب عمليات اچ در دماي محيط صورت مي گيرد.در فرآيند اچ کردن ، خصوصا اچ شيميايي ، خطاهاي فراواني امکان بروز دارند. اين خطاها اغلب به تفسير نا درست ريزساختار منجر مي شوند. به عنوان مثال ، رسوب محلول اچ يا محلول شوينده بر روي سطح مي تواند به عنوان يک فاز اضافي تفسير شود.
اچ کردن شيميايي
قديمي ترين و مرسوم ترين روش کاربردي براي ايجاد تباين ميکروسکوپي و ريزساختاري است. در اين روش ، محلول اچ بدون استفاده از جريان الکتريسيته از خارج ، با سطح نمونه واکنش مي دهد.در اچ کردن الکتروشيميايي (اچ کردن الکتروليتي يا آندي) پتانسيل الکتريکي براي نمونه به وسيله يک مدار خارجي تامين مي گردد. در طي اچ کردن آندي ، يونهاي مثبت فلزي ، سطح نمونه را ترک نموده و وارد الکتروليت مي شوند و معادل اين مقدار يون مثبت ، الکترون در نمونه باقي مي ماند. انحلال ماده بدون تشکيل لايه در اين فاصله صورت مي گيرد. اگر يونهاي فلزي که از ماده خارج مي شوند با يونهاي غير فلزي الکتروليت واکنش داده و ترکيبات لاينحل تشکل دهند ، لايه هاي رسوبي ، با ضخامت هاي گوناگون بر روي سطح نمونه ايجاد خواهد شد. ضخامت اين لايه ها تابعي از ترکيب جهت ريزساختار در نزديکي مايع اچ مي باشد. تغيير ضخامت اين لايه ها رنگ هاي متنوعي ايجاد مي کند که منجر به شناسايي ساختار مي گردد. از اين نوع تغييرات در اچ الکتروليتي با عنوان آندايزينگ (Anodizing) هم ياد مي شود.
پس از انجام اچ شيميايي يا الکتروشيميايي لازم است که نمونه بلافاصله در آب کاملا تميز و شسته شود تا مواد شيميايي خارج شده و از ادامه واکنش جلوگيري شود. البته در برخي روشها مانند اچ کردن براي جدايش ها به روش اوبرهوفر (Oberhoffer) توصيه شده است که نمونه پس از اچ در الکل شسته شود تا از رسوب مس بر روي سطح نمونه ممانعت به عمل آيد.پس از اينکه نمونه ها در آب شسته شدند ، مي بايست در الکل نيز شسته شده و سپس در جريان هواي گرم ، خشک گردند. استفاده از الکل بر عمل خشک کردن سرعت بخشيده و از تشکيل لکه روي نمونه جلوگيري مي کند. نمونه هاي مانت شده بايد کاملا تميز شوند تا از تاثير مخرب محلول اچ و حلال ، که از شيارها و ترک ها نفوذ مي کنند ، جلوگيري به عمل آيد. در چنين حالتي به کارگيري دستگاه تميزکننده مافوق صوت (اولتراسونيک) مفيد و مشکل گشاست. اگر نمونه داراي تخلخل هاي فراوان بود و يا اسيد به کار رفته براي اچ کردن غلظت زيادي داشت (مثلا در اچ عميق Deep Etching) ، توصيه شده است که قبل از عمليات تميز و خشک کردن ، عمل خنثي سازي صورت پذيرد.
اچ فيزيکي ( Physical Etching)
در موادي که اچ شيميايي يا الکتروشيميايي نتيجه بخش نيست ، پديده هاي فزيکي را مي توان براي ظاهر ساختن ساختار به کار برد. اچ کردن فيزيکي داراي اين مزيت است که سطح نمونه را از هر گونه پسماند شيميايي عاري مي نمايد. به عنوان مثال هنگامي که اختلاف پتانسيل الکتروشيميايي بسيار زياد بين عناصر ريزساختار وجود دارد و يا وقتي که محلول اچ شيميايي لکه هاي مخرب يا باقيمانده ايجاد مي نمايد ، استفاده از اچ فيزيکي توصيه مي شود. از زمره نمونه هاي مناسب براي اچ فيزيکي مي توان به سطوح صاف ، اتصالات جوشکاري ، مواد نامتشابه ، مواد متخلخل و سراميکها اشاره نمود.
اچ کاتدي
در اچ کاتدي (Cathodic Etching) تحت خلا ، که تحت عنوان اچ کردن يوني (Ion Etching) هم بيان مي شود ، با بيرون آوردن انتخابي اتم ها از سطح نمونه ، تباين ساختاري ايجاد مي گردد. اين روش با استفاده از يونهايي مانند آرگون ، که در ولتاژ 1 تا 10 کيلوولت شتاب مناسبي مي گيرند ، انجام مي شود. در سرعت هاي مختلف پرتاب يون ، بر اساس جزيييات ريزساختار مانند جهات بلوري دانه ، مرز دانه و... اتم هاي مشخصي خارج مي گردند.
اچ حرارتي
يکي ديگر از انواع اچ فيزيکي ، اچ حرارتي (Thermal Etching) است که در ميکروسکوپ ها حالت گرم (Hot-Stage) يا دماي بالا (High-Temperature) به کار مي رود. اين روش بر اساس جدا شدن اتم ها از سطح ماده به دلل جذب انرژي بنا شده است. اين امر باعث مي شود که فازها و دانه هاي گوناگون داراي رنگ هاي متفاوتي گشته و از هم قابل تميز باشند.گاهي بر خلاف روش اچ حرارتي که از برداشتن لايه سطحي نمونه براي ايجاد تباين استفاده مي شود ، از ترسيب مواد بر روي سطح نمونه استفاده به عمل مي آيد. در اين روش موادي مانند TiO و ZnSeرا بخار نموده و تحت خلا بر روي نمونه متالوگرافي رسوب مي دهند. اين مواد که قابليت انعکاس نور بالايي دارند ، بنا به خواص متفاوت فازها و دانه هاي سطح نمونه ، در جاها گوناگون با ضخامت هاي مختلفي رسوب نموده و قابليت تشخيص ساختار در ميکروسکوپ هاي نوري را افزايش مي دهند.
نگهداري نمونه
پس از پرداخت و اچ کردن نمونه ها ، لازم است که آنها احيانا براي مدت زيادي نگهداري و انبار شوند. در اين صورت مي بايست در مقابل خوردگي اتمسفري محافظت گردند. دسيکاتورها و دسيکاتورهاي کابينتي وسايل بسيار معمولي براي نگهداري نمونه ها هستند. اگر چه به کارگيري پوشش هاي پلاستيکي و يا نوارهاي سلوفاني نيز مي توانند تا مدتي نمونه ها را حفظ کنند.
قابليت تکرارپذيري در اچ کردن
هر چند اچ کردن معمولي روش ساده اي است ، اما تکرار آن مشکل مي باشد. البته اين وضع در اچ کردن الکتروشيميايي نمود بيشتري دارد. در اين نوع اچ مواردي مانند تغيير در الکتروليت يا باز داشتن واکنش ها در سطح نمونه که منجر به قطبي شدن ، پتانسيل اضافي و... مي گردند ، بايد به حساب آيند.به منظور رسيدن به تکرارپذيري و دسترسي به نمونه هاي مناسب و قابل مقايسه در متالوگرافي ، در سالهاي اخير روش هاي بي شماري توسعه يافته اند. اچ کردن يوني و تبخير لايه هاي مزاحم از جمله روشهاي مذکورند.بهبود و توسعه روش هاي اچ کردن با تضاد و تباين ساختاري مناسب و قابليت تکرارپذيري بيشتر در تجزيه کمي تصاوير از اهميت ويژه اي برخوردار است. اين روش هاي مذکور براي تشخيص مثلا مقطع شکست يک ماده چند فازي مناسبند ، اما براي اختلاف هاي ريز دقت چنداني ندارند. بنابراين به طور کلي مي توان گفت حصول تباين تکرارپذير در ساختارهاي متالوگرافي ، در عمل اچ کردن ، براي بدست آوردن نتايج دقيق ضروري است.

[ghasem motamedi]

متالورژی پودر روشی برای ساخت و تولید قطعات فلزی و سرامیک است که اساس آن بر فشردن پودر مواد به شکل مورد نظر و تف‌جوشی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D9%81%E2%80%8C%D8%AC%D9%88%D8%B4%DB%8C) آن است. تف جوشی در درجه حرارتی زیر نقطه ذوب صورت می‌‌پذیرد.
متالورژی پودر بخشی کوچک ولی بسیار مهم از صنایع فلزگری می‌‌باشد. اولین کاربرد متالورژی پودر برای تولید پلاتین (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D9%84%D8%A7%D8%AA%DB%8C%D9%86) با دانسیته کامل بود که در قرن ۱۹ میلادی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%82%D8%B1%D9%86_%DB%B1%DB%B9_%D 9%85%DB%8C%D9%84%D8%A7%D8%AF%DB%8C&action=edit&redlink=1) صورت گرفت چون در آن زمان امکان ذوب پلاتین به دلیل نقطه ذوب بالا وجود نداشت. در اوایل قرن بیستم فلزهای دیر گدازی مانند تنگستن، مولیبدن توسط روش متالورژی پودر شکل داده شدند. کاربیدهای سمانیت و یاتاقانهای برنزی متخلخل نسل بعدی قطعات متالورژی پودر بودند. به این صورت قطعات متالورژی پودر در انواع صنایع مانند لوازم خانگی، اسباب بازی سازی و الکترونیک کاربرد پیدا نمود. آخرین کاربردهای قطعات متالورژی پودر در صنایع خودرو سازی می‌‌بود که موازی با رشد صنایع اتومبیل سازی رشد نمود به صورتی که امروزه بقای صنعت متالورژی پودر در کشورهای صنعتی بسیار وابسته به صنعت خودرو سازی می‌‌باشد.
در سال‌های ۱۹۵۰-۱۹۶۰ روشهای نوین مانند فُرج پودر و ایزو استالیک گرم در صنعت متالورژی پودر بکار گرفته شد. این روشها با تولید قطعات با دانسیته بالا توان رقابتی قطعات متالورژی پودر را افزایش دادند.
گرچه روش متالورژی پودر امکانات ویژه‌ای را جهت تولید بعضی قطعات خاص فراهم ساخته است، که تولید آنها از طریق روشهای دیگر غیر ممکن یا بسیار مشکل می‌‌باشد ولی زمینه‌هايی که باعث فراگیر شدن استفاده از این روش گردیده است، عبارت‌اند از :

زمینه‌های اقتصادی
بهره‌وری انرژی
انطباق زیست محیطی
ضایعات بسیار پائین
متالورژی پودر تکنولوژیی است، پویا. در طول سالها عوامل موثر بر این فن آوری بهبود داده شده‌اند به علاوه، تولید آلیاژهایی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D9%84%DB%8C%D8%A7%DA%98) جدید و مستحکمتر و فرآیندهای تولید قطعات با دانسیته بالا مانند (Warm compaction، ایزو استالیک گرم (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A7%DB%8C%D8%B2%D9%88_%D8%A7%D8 %B3%D8%AA%D8%A7%D9%84%DB%8C%DA%A9_%DA%AF%D8%B1%D9% 85&action=edit&redlink=1)، فرج پودر (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D8%B1%D8%AC_%D9%BE%D9%88%D8%AF%D8%B1)، extrusion، Powders rolling، Incretion mounding Powders ) همراه با کنترل عالی بر زیر ساختار هم چنین خصوصیت ذاتی فن آوری متالورژی پودر در تولید مواد مرکب، امکان ساخت محصولاتی از مواد ویژه و سنتی را در طیف و تولیدی و هم چنین گران بودن ابزار و تجهیزات تولید که ظرفیتهای تولید کم را غیر اقتصادی می‌‌نماید، از نقاط ضعف این فن آوری در رقابت با دیگر فرآیندهای تولید است. توجیه استفاده از روش متالورژی پودر بر اساس تیراژ تولید می‌باشد. این امر در استفاده از متالورژی پودر در صنایع اتومبیل سازی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
با وجود اینکه از نظر تاریخی متالوژی پودر از قدیمی‌ترین روشهای شکل دادن فلزات است، اما تولید در مقیاس تجارتی با این روش، از جدیدترین راههای تولید قطعات فلزی است. در دوران باستان از روشهای متالوژی پودر برای شکل دادن فلزاتی با نقطه ذوب بالاتر از آنچه در آن زمان داشتند، استفاده می‌شد. اولین بار در اوایل قرن نوزدهم بود که پودر فلزات با روشی مشابه آنچه امروزه بکار می‌رود، با متراکم نمودن به صورت یکپارچه در آورده شد.
متالوژی پودر فرایند قالب گیری قطعات فلزی از پودر فلز توسط اعمال فشارهای بالا می‌باشد. پس از عمل فشردن و تراکم پودرهای فلزی، عمل تف جوشی در دمای بالا در یک اتمسفر کنترل شده، انجام پذیرفته که در آن فلز متراکم، جوش خورده و به صورت ساختمان همگن محکمی ‌پیوند می‌خورد. با توجه به گفته های بالا تکنیک برتر در متالورژی پودر از mim میتوان نام برد. در روش MIM قطعاتی که تحت اعمال فشار شکل پذیر نیستند،به صورت تزریق پودرو پلیمر شکل میگیرد

[ghasem motamedi]

از نظر علمی ‌، آهک همان اکسید کلسیم است که از حرارت دادن شدید سنگ آهک (کربنات کلسیم طبیعی) بدست می‌آید.

نگاه اجمالی

آهک و گچ ، از جمله موادی هستند که کارآیی آنها از دوران باستان ، توسط بشر شناخته شده است و از آنها در ساختن انواع بناها ، استفاده می‌شد. موادی مانند آهک ، ساروج و سیمان برای اتصال محکمتر قطعات سنگ و یا چوب بکار گرفته می‌شد.
مفاهیم آهک مرده و آب آهک
هرگاه بر روی اکسید کلسیم (آهک زنده) ، آب ریخته شود، بر اثر واکنش با آب ، گرما ایجاد می‌کند که موجب بخار شدن قسمتی از آب می‌شود. در این عمل ، آهک بر اثر جذب آب ، متورم شده ، سپس به‌صورت گرد سفیدی در می‌آید که اصطلاحا «آهک مرده» نامیده می‌شود، (زیرا در تماس با آب ، دیگر واکنشی از خود نشان نمی‌دهد) و این عمل را شکفته شدن آهک نیز می‌گویند.
هر گاه مقداری آب به آهک مرده اضافه شود، به شیر آهک تبدیل می‌شود که اگر آن را صاف کنیم، محلول زلالی که در حقیقت محلول سیرشده هیدروکسید کلسیم در آب است، حاصل می‌شود که به آب آهک موسوم است. آب آهک کاربردهای بسیاری در صنایع شیمیایی دارد. مثلا در تهیه هیدروکسید سدیم ، آمونیاک ، هیدروکسید فلزات ، پرکلرین و به‌ویژه در استخراج منیزیم از آب دریا بکار می‌رود.

انواع آهک

معمولا از سه نوع آهک در کارهای ساختمانی استفاده می‌شود.

آهک چرب یا پر قوه

این نوع آهک ، حدود چهار درصد ناخالصی همراه دارد و مهمترین ویژگی آن این است که در تماس با آب به‌شدت شکفته می‌شود و حجم آن تا حدود ۲.۵ برابر مقدار اولیه‌اش افزایش می‌یابد. مخلوط آن با شن در تماس با گاز کربنیک به‌سرعت خود را می‌گیرد و سفت می‌شود، (به مدت ۱۵ روز در مجاورت هوا). از اینرو ، آهک چرب را آهک هوایی نیز می‌گویند
.
آهک‌های کم قوه

این نوع آهک از سنگ آهک‌هایی که ۵ تا ۶ درصد آهک دارند، تولید می‌شود و ناخالصی‌های عمده آن را اکسید آهن (ii) (گل اُخری) ، اکسید سیلیسیم (سیلیس) و اکسید آلومینیوم (آلومین) تشکیل می‌دهد. از ویژگیهای این نوع آهک آن است که به‌کندی شکفته می‌شود و ملاط حاصل از مخلوط آن با شن ، به‌آرامی‌ در هوا سفت می‌شود.

آهک‌های آبی

این نوع آهک ، معمولا از سنگ آهک‌هایی که حدود ۶ تا ۲۲ درصد گل رس دارند، تهیه می‌شود. از ویژگیهای مهم این نوع آهک آن است که دور از هوا و حتی در زیر آب ، به آهستگی سفت می‌شود، در تماس با آب خیلی شکفته می‌شوند و با آب خمیر کم‌چسب تولید می‌کند. بطور کلی ، می‌توان این نوع آهک‌ها را حد واسط بین آهک‌های هوایی و سیمان دانست.

روشهای تهیه آهک‌

روش تهیه کلی آهک ، همان حرارت دادن سنگ آهک (کربنات کلسیم) تا دمای ۱۰۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد است. البته ، هر چه دما بالاتر باشد و گاز دی‌اکسید کربن حاصل ، بهتر از محیط خارج شود، عمل تجزیه سنگ آهک بهتر صورت می‌پذیرد. اما بطور کلی ، تهیه انواع آهک متفاوت است که در اینجا به چند نمونه اشاره می‌شود.

تهیه آهک معمولی

برای تهیه این نوع آهک ، از کوره‌های ثابت و غیره پیوسته یا از کوره‌های مکانیکی استفاده می‌شود.
* کوره‌های ثابت و غیر پیوسته: در این کوره‌ها که به روش سنتی کار می‌کنند، خرده‌های سنگ آهک را در اندازه‌های تقریبی ۱۰ سانتیمتر روی هم می‌چینند و سطح آن را با کاه گل می‌پوشانند. سپس از قسمت پایین با کمک سوخت (بوته ، چوب ، زغال یا نفت سیاه) تا دمای ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد به آن گرما می‌دهند، پس از زمان معینی گرما دادن را قطع کرده ، بعد از آنکه کوره سرد شد، آهک زنده حاصل را خارج می‌کنند (چون در زمان خالی کردن ، آهک کوره کار نمی‌کند، از اینرو ، آن را کوره ثابت و غیر پیوسته می‌گویند).
* کوره‌های مکانیکی و پیوسته: این کوره‌ها نیز انواع مختلف دارند. کوره آلبرگ که در قسمت پایین آن ، شبکه فلزی ضخیمی ‌تعبیه شده است و بر روی آن ، مخلوط زغال (به‌عنوان سوخت) و سنگ آهک را قرار می‌دهند. گرمای سوختن زغال ، دمای کوره را بالا می‌برد و سنگ آهک را تجزیه و به آهک تبدیل می‌کند. آهک حاصل از پایین شبکه فلزی و گاز دی‌اکسید کربن نیز از بالای کوره خارج می‌شود. عیب عمده استفاده از این نوع کوره آن است که مقداری خاکستر زغال در آهک وارد می‌شود. بازدهی این روش بین ۱۲ تا ۱۴ تن آهک در روز است.
* کوره شماتولا : این کوره شبیه کوره آلبرگ است، با این تفاوت که قسمت آتشدان آن در خارج از محفظه کوره قرار دارد و از اینرو ، عیب مخلوط شدن آهک با خاکستر زغال را ندارند.
* کوره‌های گردان : این کوره‌ها مشابه کوره پخت سیمان هستند. بازدهی این نوع کوره‌ها از انواع دیگر بالاتر است.

مرحل تهیه آهک‌های آبی

برای تهیه این نوع آهک مراحل زیر به ترتیب انجام می‌گیرد.
تجزیه سنگ آهک
در این مرحله ، به روشی که برای تهیه آهک گفته شد، عمل می‌شود. با این تفاوت که سنگ آهک انتخاب شده است، باید مقدار قابل ملاحظه‌ای خاک رس همراه داشته باشد.
شکفته کردن
در این مرحله با دقت و مهارت کافی ، آن اندازه آب به آهک زنده اضافه می‌شود که فقط اکسید کلسیم هیدراته شود و سیلیکات‌ها و آلومینات کلسیم آب جذب نکنند و به صورت بلورهای هیدراته در نیایند. برای این منظور اضافه کردن آب را باید در دمای ۲۵۰ تا ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد انجام داد، زیرا در این دما ، سیلیکات‌ها ، آب جذب نمی‌کنند.

الک کردن

آهک را پس از شکفته شدن باید از الکهای ویژه‌ای عبور داد و بر اساس اندازه ذرات ، آن را به صورت زیر دسته‌بندی کرد:
* آهک سبک : که نرم‌ترین قسمت آن است و درجه خلوص آن نیز بالا است.
* آهک هیدرولیک معمولی : که از الک رد نشده است و باید آن را دوباره آسیاب و بوجاری کرد.
* آهک‌های سنگین : که دانه‌های آنها دارای ماهیت سیمان است و مقدار سیلیکات آن زیاد است.
* نخاله آهک : شامل سنگ آهک‌های نپخته است که در برابر آب شکفته نمی‌شود و حاوی مقدار زیادی سیلیکات است.

کاربردهای مهم آهک

آهک کاربردهای زیادی در کارهای ساختمان‌سازی و تهیه فرآورده‌های صنعتی و شیمیایی دارد که به بسیاری از آنها اشاره می‌کنیم:
* تهیه ظرفهای چینی : چینی‌ها در واقع از انواع سرامیک محسوب می‌شوند و به دو دسته چینی‌های اصل یا چینی‌های سخت و چینی‌های بدلی تقسیم می‌شوند.
* تهیه شیشه‌های معمولی : عمدتا شامل سیلیس ، کربنات کلسیم (یا آهک) ، کربنات سدیم و زغال کک است.
* تهیه سیمان : در ابتدا از سنگ آسیاب برای پودر کردن مخلوط و از کوره‌های ثابت استفاده می‌شد.
* تهیه ساروج : ساروج یا ملاط ، مخلوطی از آهک ، ماسه و آب است که بر خلاف سیمان در داخل آب خود را نمی‌گیرد و سفت نمی‌شود، ولی در مجاورت هوا به علت جذب گاز دی‌اکسید کربن و تشکیل سنگ آهک ، به‌تدریج سفت می‌شود.
* قندسازی : می‌توان از ریشه گیاه چغندر ، قند استخراج کرد.
* دباغی پوست : قبل از دباغی پوست باید عملیات آماده‌سازی را به منظور حذف ضایعات باقیمانده بر روی پوست ، بر روی آن انجام داد.
* یکی دیگر از مصارف عمده آهک در صنایع شیمیایی و در آزمایشگاه‌های شیمی ، تهیه هیدروکسید سدیم از کربنات سدیم و هیدروکسید آمونیوم از کلرید آمونیم است.

[ghasem motamedi]

كريستالوگرافي علم بررسي بوجود آمدن و رشدو مطالعه خارجي و ساختمان داخلي كريستال است
لغت كريستال كه مبدا يوناني دارد به معناي قنديل سرد است.
كريستال به معناي كلي به معناي يك جامد همگن است كه در سه جهت فضايي در امتداد طولاني داراي نظم باشد .


تشكيل كريستالها
كريستالها معمولا از حالتهاي مذاب ،بخار و محلول مواد تشكيل مي شوند كه در اين حالات توده اي بي نظم از اتمها را داريم و با تغيير 3 عامل مهم دما فشار و غلظت اتمها در آرايشي منظم در كنار هم قرار مي گيرند . و جامد كريستالي به صورت رسوب تشكيل مي شود.
مثلا وقتي ذرات يك ماده به صورت آزادانه در حركت اند با سرد كردن آرام اتمها در فاصله اي مشخص در كنار هم قرار مي گيرند و اصطلاحا كريستاله مي شوند.
حال اگر فرصت كافي براي ايجاد اين جامد كريستالي نباشد اتمها فرصت كافي براي قرار گرفتن در جاي خود را ندارند و فرم حاصل نظم دور برد را نخواهند داشت.و اين ماده را آمورف( بي شكل) مي گوييم
براي تشخيص مواد آمورف از مواد كزيستالي مي توان ماده را ذوب كرد و سپس سرد كرد مواد آمورف در اين حالت به صورت خميري در مي آيند و سپس جامد مي شوند ولي مواد كريستالي اينطور نيست اين حالت به خاطر اين است كه در انجماد مواد آمورف تغيير حالت كريستالي نداريم و نقطه مشخصي براي انجماد نمي توان تعريف كرد .


تعاريف بنيادين كريستالو گرافي
براي مشخص كردن و بررسي هندسي كريستالها بهترين راه ،تعريف محورهايي است كه در سه جهت فضايي تعريف مي شوند
a برداري است به طرف ناظر ( جهت x در رياضيات)
B برداري است از چپ به راست (محور y ها )
C برداري است از پايين به بالا(محور Z ها)
α ( آلفا) زاويه بين B , C
β (بتا) زاويه بين A, C
¥( گاما) زاويه بين A,B
يك شبكه كريستالي از انتقال يك نقطه ( اتم و يا يون و ... ) در سه جهت كريستالي ساخته مي شوند كه فاصله اين نقاط در جهت A را و در B را B0 و در جهت C را C0 مي ناميم
به¥,α ,βA0,B0 , C0 ,ثوابت شبكه مي گوييم.و اولين شكلي را كه از انتقال مكرر اين نقاط به دست مي آيند را واحد شبكه يا همان UNIT CELL مي گوييم
اين انتقالها و اشكال بدست آمده بايد داراي شرايطي باشند
1. اشكال بوجود آمده در كنار هم كه ناشي ازانتقال مكرر اين نقاط در جهات كريستالي اند بايد همه يك شكل باشند مثلا مكعب و مكعب مستطيل كنار هم قرار نگيرند.
2. فضاي خالي بين آنها وجود نداشته باشد( كه اين مهمترين تفاوت چند وجهي هاي كريستالي و كئوردينانسي است) مثلا شما با 5 ضلعي نمي توانيد يك سطح را بپوشانيد
بر اساس اين قوانين در سال 1848 آقاي براوه اثبات كرد كه از اين راه فقط 14 شكل فضايي امكان بوجود آمدنشان است
كه اين 14 شكل را به عنوان شبكه 14 گانه براوه مي شناسيم و آنها را به شكلهاي ساده، قوائد مركز دار ، مركز دار و سطوح مركزدار دسته بندي مي كنيم




نكته بسيار جالب اين اين است كه از تلفيق اشكال ساده با هم مي توان بقيه شكلها را بوجود آورند. مثلا اگر يك مكعب ساده را يك شبكه مكعبي ساده ديگر كه ثوابت آنها مانند يكديگر است را يكي را به اندازه ½ A و ½ B و 1/2C انتقال دهيم و با هم تلفيق كنيم مي توان مكعب مركز دار bcc را بسازيم و.... .
در جدول بالا 28 جايگاه وجود دارد كه فقط 14 تا از آنها پر است و آن بخاطر شرطهايي است كه در ابتدا ذكر كرديم( براي ديدن مثال ر.ج .ك . به كتاب كريستالوگرافي آقاي حسين آشوري ص 12 )
نكته بسيار جالب ديگر اين است كه ما مي توانيم با تداخل سطوح موازي در فضا 7 شكل ساده جدول بالا را بدست آورد و بقيه اشكال هم كه از تداخل آنها بوجود مي آيد.






حال از تداخل اين 14 شكل با پرينسيپ هاي تقارن(عناصر تقارن) مي توان 230 شكل بوجود آورد كه در 32 كلاس تبلور دسته بندي مي شوند.


نتيجه
شكال كريستالي ساده 7 تا اند كه از تداخل آنها شبكه اي 14 گانه بوجود مي آيد كه از تركيب اين 14 شبكه با عناصر تقارن به 230 شكل مي رسيم كه آنها را در قالب 32 كلاس دسته بندي مي كنيم و اين اشكال را مي توان از دو راه بدست آورد
· انتقال نقاط در جهات كريستالي
· تداخل سطوح موازي در فضا


جهات كريستالي
امتداد ها يا جهات را در كريستالوگرافي با سه عدد نشان مي دهند كه هر كدام از اين اعداد نمايشگر تصوير آن امتداد بر روي محورهاي كريستالوگرافي هستند
و بنا بر قرارداد آن اعداد را داخل كروشه مي گذارند مانند [111] اين امتداد ها را مي توان در يك عدد ضرب يا تقسيم نمود در حاليكه امتداد مورد نظر هيچ تغييري نمي كند پس امتدادهاي [111] ,[222], [ ½ ½ ½ ] همگي نمايانگر يك امتدادندلازم به ذكر است كه هيچگاه اين اعداد را به صورت گسري نمايش نمي دهند و همواره سعي مي شود آنها را به صورت ساده ترين شكل ممكن نمايش دهيم پس [111] بهترين راه نمايش اين امتداد است.


صفحات كريستالي
براي مشخص كردن صفحات كريستالي روش هاي مختلفي وجود دارد كه هم اكنون بيشترين موارد كاربرد را روش هاي ميلر و وايس و روش كسينوس ها دارند
· روش ميلر
سه محور فضايي a, b, c را در نظر بگيريد حال صفحه اي را فرض كنيد كه با اين محورها تلاقي دارد
به فاصله مبدا تا نقطه تلاقي با محور a را p
به فاصله مبدا تا نقطه تلاقي با محور b را q
و به فاصله مبدا تا نقطه تلاقي با محور c را r مي ناميم
حال اين اعداد را معكوس كنيد و در عددي ضرب كنيد تا از صورت كسري خارج شود
حال آنها را بدون هيچ علامتي در داخل پرانتز قرار دهيد (1/p 1/q 1/r)
· روش وايس
تنها تفاوت اين روش با روش ميلر در اين است كه اينجا از p, q , rبه صورت مستقيم استفاده مي كنيم ( p q r )
در بلور شناسي چون صفحات موازي داراي خواص مشابهي هستند نماد ( p q r ) نمايانگر تمام صفحات مرازي در آن راستا هستند
به همين خاطر پارامترهاي جديدي از جمله فاصله بين صفحات مطرح مي شوند كه در پست هاي ديگر به تفصيل در رابطه با آنها صحبت خواهم كرد.

[ghasem motamedi]

معرفي فولاد هاي رايج در کشور

در اکثر کاربرد هاي مهندسي ، فولاد سهم بسزايي دارد.يکي از دلايل کاربرد وسيع فولاد ها ، تحمل نيروهاي بسيار سنگين و توانايي انتقال نيروهاست.

فولاد چيست ؟
اگر به آهن مذاب کربن اضافه شود پس از انجماد آلياژي بدست مي آيد که فولاد نام دارد.مقدار کربن موجود در فولاد هاي مهندسي 9/1-1/. است.البته در فولاد هاي کربني علاوه بر کربن عناصر ديگري نظير سيليسيم ، گوگرد و منگنز نيز به مقدار کم وجود دارند براي بدست آوردن خواص مطلوب تر ،عناصر ديگري نظير کرُم ، نيکل ، تنگستن ، تيتانيم ،واناديم و مولدين به فولاد ها اضافه مي شود.

روشهاي طبقه بندي فولاد ها :

1- توليد :

روشهاي توليد فولاد عبارتند از : روش کوره اجاقي ، روش کوره الکتريکي و روش کوره بوته اي

2- ترکيب شيميايي

الف ) فولاد هاي ساده کربني :
فولاد هاي هستند که عنصر اصلي تشکيل دهنده آنها کربن است .

فولاد هاي ساده کربني به سه گروه تقسيم مي شوند :
- فولاد هاي کم کربن (حداکثر25/. کربن )
- فولاد هاي کربن متوسط (5/.-25/. کربن )
- فولاد هاي پرکربن (بيش از 55/. کربن )

ب) فولاد هاي کم آلياژ:
فولاد هاي هستند که مجموع مقادير عناصر آلياژي درآن حداکثر 5 درصد است .

پ) فولاد پرآلياژ:
مجموع عناصرآلياژي در اين فولادها بيش از 5 درصد مي باشد.
در صد کربن در فولادهاي کم آلياژي و پرآلياژي 9/1-1/. مي باشد.

3- کاربرد و روشهاي عمليات حرارتي :
بر اين اساس فولاد به انواع زير تقسيم مي شود:
فولاد هاي سمانتاسيون – عمليات حرارتي شونده – نيتروره – بلبرينگ – زنگ نزن و ...

گروه يک : فولادهاي سمانتاسيون
درصد کربن اين فولادها پايين و حداکثر3/.است.اين فولادها علاوه بر کربن عناصر آلياژي ديگرنظير: منگنز، سيليسيم ، کرُم ، موليبدن و نيکل دارا مي باشند و تحت عمليات حرارتي کربن دهي توليد مي شوند . به دليل درصد پايين کربن بعد از عمليات حرارتي سخت کاري سختي بالايي نخواهند داشت.اگر سطح فولاد با عمليات کربن دهي پرکربن شود سختي سطح بالا مي رود .حداکثر نفوذ کربن 2 ميليمتر زير سطح خواهد بود. فولادهاي سمانته سطحي سخت و مغزي نرم و چقرمه و مقاومت به سايش بالايي خواهند داشت و در عين حال مقاومت به ضربه بالايي نيز دارند .

گروه دوم : فولادهاي عمليات حرارتي پذير
درصد کربن اين فولادها بيش از 3/. است پس در نتيجه عمليات حرارتي در روغن يا آب به خوبي سخت مي شوند . براي اصلاح و بهبود خواص مکانيکي در اين فولادها مقداري عناصر آلياژي به آنها اضافه مي شود . اين فولادها تا مغز سخت مي شوند (مخصوصا قطعاتي که نازک بوده و نيز در آب سرد مي شوند.)
پس از عمليات حرارتي بايستي بلافاصله تمپر شوند تا از ترک خوردن احتمالي آنها جلوگيري شود.اين فولادها به دودسته آلياژي و کربني تقسيم مي شوند . فولادهاي ساده کربني فولادهايي هستند که مقادير کمي از عناصر آلياژي مانند منگنز (حداکثر9/.)به آنها اظافه مي شود.دراثرعمليات حرارتي مغز قطعه ساخته شده از اين فولاد چندان سخت نمي شود.

دلايل کلي افزودن عناصر آلياژي به فولادها عبارتند از :
1- افزايش سختي پذيري
2- افزايش استحکام قطعه در دماهاي بالا و پايين
3- افزايش مقاومت به سايش
4- افزايش خواص مغناطيسي
5- افزايش انرژي لازم براي شکستن قطعه

گروه سوم : فولادهاي فنر
وقتي يک قطعه تحت نيروهاي خارجي قرار مي گيرد قبل از شکستن دو نوع تغيير شکل از خود نشان مي دهد.
1- تغيير شکل الاستيک (کشسان)
تحت اين شرايط چنانچه نيرو از روي جسم برداشته شود جسم به حالت اوليه خود باز مي گردد.
2- تغيير شکل پلاستيک (مومسان )
تحت اين شرايط اگر نيرو از روي جسم برداشته شود جسم به ابعاد اوليه خود باز نمي گردد.فنرها اجسامي هستند که در اثر اعمال نيرو و بعد از برداشتن آن ، دوباره به شکل و ابعاد اوليه خود باز مي گردند . به دليل بالا بودن نيروها و تغيير شکلهايي که به فنرهاي مورد استفاده در صنعت وارد مي شود لازم است که حد الاستيک قطعه را بالا برد يعني فولاد تحت تنشهاي بالا(21000 kg/mm2 ) بتواند از خود تغيير شکل الاستيک نشان دهد از طرفي فنر ها تحت نيروهاي متغير مي باشند و بنابراين فولاد مورد نياز براي اين قطعات بايد از مقاومت به خستگي بالايي برخوردار باشد در نتيجه براي ساخت فنرها از فولادهايي استفاده مي شود که داراي مقادير مناسبي از سيليسيم ، منگنز ، کرُم ، واناديم و موليبدن باشند.فولادهايي که در برابر حرارت مقاوم باشند حاوي کرُم ، واناديم و تنگستن هستند . فولادهاي مقاوم در برابر خوردگي حاوي کرم ، نيکل و موليبدن (فولادهاي زنگ نزن ) هستند.

گروه چهارم :فولادهاي خوش تراش
مقدار گوگرد در فولاد بايد پايين باشد چون فولاد در حين عمليات آهنگري (فورج ) و نورد گرم از خود رفتار تردي نشان مي دهد و قطعه کار ترک مي خورد با وجود اين در مواردي که لازم است قابليت ماشين کاري فولاد افزايش يابد و به جاي براده هاي طويل براده هاي کوتاه تشکيل شود تا حد معيتي به فولاد (35/.-08/.)گوگرد اضافه مي کنند.
براي افزايش قابليت ماشين کاري فولاد مي توان از فولادهاي سرب دار و فسفردارنيز همرا ه با گوگرد (2/.-15/.) استفاده کرد.
فولادهاي خوش تراش براي عمليات آهنگري و نورد گرم که در دماي بالا انجام مي گيرد مناسب نمي باشد . فسفر نيز اگر مقدارش بيش از 2/. باشد مقاومت ضربه فولاد کاهش مي يابد .به طور کلي کاهش هزينه ماشين کاري در استفاده از فولادهاي خوش تراش ممکن است به دلايل زير باشد :
1- عمر طولاني ابزار به دليل اصطکاک پايين
2- سرعتهاي برش بالا
3 - قدرت مورد نياز پايين
4 - دقت بالا در قطعات ماشين کاري شده
5- سطح صاف قطعات بعد ازماشين کاري از عمليات بعدي جلوگيري مي کند
6- حداقل dressing ابزار به علت سايش بسيار پايين .

گروه پنجم: فولادهاي بلبرينگ و رولبرينگ
بلبرينگها و رولبرينگها قطعاتي هستند که تحت سايش و نيروهاي فشاري شديدي قرار دارند لذا بايستي از فولادهاي ساخته شوند که ضمن داشتن مقاومت به سايش بالا ، در اثر نيروهاي فشاري نيز لهيده نشوند.فولادهاي مناسب براي اين منظور بايستي حاوي کربن بالا (حدود يک درصد) و کرُم نسبتا بالا (حدود5/1 درصد ) باشند که پس از عمليات حرارتي سختي آنها تا 64HRC افزايش يابد.

گروه ششم : فولادهاي نيتروراسيون
با انجام عمليات حرارتي نيتروراسيون بر روي فولادها ، نيتروژن (ازت ) در سطح فولاد نفوذ داده مي شود اين عمليات در يک محيط حاوي نيتروژن در دماي 580-480 درجه سانتيگراد بر روي فولادهاي خاصي که در زير به آنها اشاره خواهد شد انجام مي شود.براي انجام اين عمليات قطعات ابتدا عمليات حرارتي ، تمپر و در صورت نياز ماشين کاري مي شوند.همچنين بعد از عمليات لازم نيست که قطعه از دماي بالا در محيطهاي سرد کننده قوي مانند آب يا روغن سرد شود لذا خطر ترک خوردن قطعه نيز کم خواهد بود. از مزاياي ديگر آن مي توان به ارزان بودن و عدم تغيير ساختار کريستالي اشاره کرد.سختي حاصله در اين عمليات نسبت به سختي حاصل از سمانتاسيون بيشتر و نفوذ آن کمتر است. فولادهاي حاوي آلومينيوم مهمترين نوع فولادهاي نيتروره شونده هستند.ازاين دسته فولادها مي توان به فولادهاي ابزار گرم اشاره کرد.

گروه هفتم:فولادهي زنگ نزن
اين فولادها در مواردي که نياز به مقاومت به خوردگي بالا باشد مورد استفاده قرار مي گيرند . عامل اصلي مقاومت به خوردگي اين فولادها ، کرُم است . کرُم در مقاديرنسبتا کم (1/.) موجب مقاوم شدن فولاد درمقابل خوردگي مي شود . ميزان کرُم در فولادهاي زنگ نزن بيش از 10درصد است.هر فولادي که درصد کرن آن زياد است در برابر خوردگي مقاوم نيست . پس فولادهاي زنگ نزن حاوي مقادير کم کرين هستند .براي بهبود ساير خواص فولادهاي زنگ نزن به اين فولادها نيکل ،موليبدن و آلومينيوم اضافه مي کنند.

فولادهاي زنگ نزن به 4 دسته تقسيم مي شوند:

1- فولادهاي زنگ نزن آستنيتي
2- فولادهاي زنگ نزن فريتي
3- فولاهاي زنگ نزن مارنزيتي
4- فولادهاي زنگ نزن سختي رسوبي شونده

1 ) فولادهاي زنگ نزن آستنيتي(نگير)
درصد کرم اين فولادها (26-16)و درصد نيکل (20-6)است . اين مقدار نيکل موجب مي شود که فولاد حاصل غير مغناطيسي (نگير) شود. در برخي از فولادهاي اين گروه منگنز جانشين نيکل مي شود و اين فولادها عمليات حرارتي پذير نيستند. تنها عمليات حرارتي که بر روي اين فولادها انجام مي گيرد عمليات حرارتي تنش گيري و آنيل کامل است . اين گروه در ميان ساير گروههاي فولادهاي زنگ نزن مقاومت به خوردگي بالاتري دارد و در بسياري از محيطهاي خورنده غير فعال است.

2 ) فولادهاي زنگ نزن فريتي (بگير)
اين فولادها کم کربن (1/.) و حاوي 10الي 27درصد کرُم هستند. اين فولادها نيز عمليات حرارتي نمي شوند.اين فولادها مغناطيس شونده (بگير )هستند و تنها عمليات حرارتي که بر روي اين فولادها انجام مي گيرد عمليات آنيل است . مقاومت به خوردگي اين فولادها نسبت به گروه آستنيتي کمتر و نسبت به گروه مارتنزيتي بيشتر است.

3 ) فولادهاي زنگ نزن ماتنزيتي ( بگير )
مقدار کربن اين گروه 4/.-1/.درصد و حاوي 14-11درصد کرُم هستند. اين فولادها بعلت داشتن کربن نسبتا زياد مي توانند همانند ساير فولادهاي کربني و آلياژي سخت شونداما درجه سخت کاري اين فولادها بالا تر است.دراين فولادها لزوما با افزايش کرُم مقاومت به خوردگي افزايش نمي يابد زيرا همانطوري که مي دانيم ميل ترکيبي کربن با کرُم زياد است و کاربيدهاي درشت کرُم خود ممکن است منبع خورندگي باشد به همين دليل مقاومت به خورندگي با افزايش زياد کرم ممکن است کاهش يابد.

4 ) فولادهاي زنگ نزن سختي رسوبي شونده
سختي اين فولادها را مي توان با عمليات حرارتي تا 42HRC افزايش داد.اما روش سخت کاري اين فولادها متفاوت با ساير فولادها بوده و اساسا شبيه سخت کاري آلياژهاي غير آهني است.

[ghasem motamedi]

فلزات غیر آهنی یا فلزات رنگی به فلزاتی گفته می شود که فاقد آهن و یا آلیاژهای آن باشند مانند مس – برنج برنز- آلومینیوم- منگنز- روی و سرب. تمام فلزات رنگین را با کمی دقت و مهارت و آشنائی با اصول جوشکاری می توان جوش داد و برای جوشکاری این نوع فلزات بایستی خواص فلز را در نظر گرفت.






◄ جوشکاری مس با گاز :
بهترین طریقه برای جوشکاری مس جوشکاری با اکسیژن است( جوش اکسیژن = اتوگن= استیلن= کاربید اصطلاحات مختلف متداول می باشند) ضمناً می توان جوشکاری مس را با قوس الکتریک یا جوش برق نیز انجام داد.
ورقه های مس را مانند ورقه های آهنی برای جوشکاری آماده می کنند یعنی سطح بالائی را تمیز نموده و از کثافات و روغن پاک نموده و در صورت لزوم سوهان می زنند. ولی چون خاصیت هدایت حرارت مس زیادتر است باید مقدار آمپر را قدری بیشتر گرفت. بهتر است همیشه با قطب مستقیم جوشکاری را انجام داد ( با جریان مستقیم و الکترود مثبت) زاویه الکترود نسبت به کار مانند جوشکاری فولاد است. طول قوس حداقل باید 10 تا 15 میلی متر باشد, برای جوشکاری مس می توان از الکترودهای ذغالی استفاده کرد. الکترودهای جوشکاری مس بیشتراز آلیاژ مس و قلع و فسفر ساخته شده اند و گاهی نیز از الکترودهای که دارای فسفر- برنز- سیلکان یا آلومینیوم هستند استفاده می کنند چون انبساط مس در اثر گرم شدن زیاد است فاصله درز جوش را در هر 30 سانتیمتر در حدود 2 تا 3 سانتیمتر زیادتر در نظر می گیرند. خمیر روانساز مس معمولاً در حرارت 700 تا 1000 درجه ذوب می شود و به صورت تفاله (گل جوش) سبکی روی کار قرار می گیرد و از تنه کار به علت کف کردن در روی کار نباید استفاده شود. بدون روانساز هم می توان مس را جوش داد و معمولاً از براکس استفاده می گردد. مس را به وسیله شعله خنثی جوش دهیم تا تولید اکسید مس نکند چون ضریب هدایت حرارت مس زیاد است باید پستانک جوشکاری مشعل 1 تا 2 نمره بیشتر از فولاد انتخاب شود. بهتر است مس را قبل از جوشکاری گرم نمائیم و با سیم جوشکاری مخصوص جوش داد برای جوشکاری صفحه 5 میلیمتری سیم جوش 4 میلیمتری کافی است و از وسط ورق شروع به جوشکاری می نمائیم و وقتی فلز هنوز گرم است روی آن چکش کاری می شود تا استحکام درز جوش زیاد شود.

◄ جوشکاری سرب :
در این نوع جوشکاری بیشتر از گاز هیدروژن و اکسیژن استفاده می گردد. در جوشکاری سرب احتیاج به گرد مخصوص نیست ولی باید قطعات کار را قبل از جوشکاری کاملاً صیقلی نموده سیم جوش سرب باید کاملاً خالص باشد چون سرب مذاب بسیار سیال می باشد. لذا جوشکاری درزهای قطعات سربی که به وضع قائم قراردارند بسیار دشوار و مستلزم مهارت و تجربه زیاد است.

◄ جوشکاری چدن با برنج یا لحیم سخت برنج :
چدن را می توان با برنج جوش داد. قطعات چدنی را باید همان طوری که برای جوشکاری با سیم جوش چدنی آماده می شوند برای برنج جوش آماده ساخت. لبه های درز جوش را باید به وسیله سوهان یا ماشین تراشید و هیچگاه لبه های درز قطعات چدنی را با سنگ سمباده پخ نزنید. زیرا ذرات گرافیت روی ذرات آهن مالیده می شوند و لحیم سخت خوب به چدن نمی چسبد. قطعات چدنی را قبل از شروع به جوش دادن حدود 210 تا 300 درجه سانتی گراد گرم کنید و گرد جوشکاری مخصوص چدن به کار برید تا بهتر به هم جوش بخورد.
نقطه ذوب سیمهای برنجی باید در حدود 930 درجه سانتی گراد باشد. سیمهای برنجی که برای جوش دادن قطعات چدنی به کار می روند دارای مقدار زیادی مس است و کمی نیکل نیز دارند . نیکل اتصال لحیم را به چدن آسان می کند و نقطه ذوب زیاد آن موجب سوختن گرافیت درز جوش می شود . در جوشکاری چدن با برنج از شعله ملایم پستانک بزرگ با فشار کم استفاده کنید. اگر فشار شعله زیاد باشد گرد جوشکاری از درز خارج می شود و در نتیجه قطعات چدنی خوب به هم جوش نمی خورند. قطعات چدنی را باید پس از جوشکاری در محفظه یا جعبه ای پر شن یا گرد آسپست قرار داد تا بتدریج خنک شود و سبب شکنندگی و ترک و سخت شدن چدن نگردد.

◄ جوشکاری منگنز :
از منگنز به صورت خالص استفاده نمی شود در جهت عکس از آلیاژهای ماگنزیوم استفاده می شود که برای ریختگی فشاری از آن استفاده می گردد . به جای آلیاژهای Mg. Mn و Mg. Al و Mg AlZn امروزه از آلیاژهای مخصوصاً محکم Zr و Th استفاده می شود.
برای جوشکاری ماگنزیوم و آلیاژهای آن از همان شرایط جوشکاری آلومینیوم استفاده می گردد.
قابلیت هدایت حرارت زیاد و انبساط سبب پیچش زیاد کار می شود. ماگنزیوم در درجه حرارت محیط به سختی قابل کار کردن است و در 250 درجه می توان به خوبی کار گرد.

◄ جوشکاری برنج با گاز :
برنج مهمترین آلیاژ مس است و از مس و روی و گاهی قلع و مقداری سرب تشکیل می شود، این فلز در مقابل زنگ زدگی و پوسیدگی مقاوم است. چون روی در حرارت نزدیک ذوب برنج تبخیر می گردد بنابراین جوشکاری با این فلز مشکل می باشد. برنج از 60 درصد مس و 40% روی و گاهی مقداری سرب تشکیل شده است. درموقع جوشکاری روی به علت بخار شدن و اکسید روی محل جوش را تیره کرده و عمل جوشکاری را مشکلتر می نماید. ضمناً گازهای حاصله خطرناک بوده و باید از محل کار تخلیه گردند. درموقع جوشکاری روی حرکت دست بسیار مهم است و باید حتی الامکان سرعت دست را زیاد کرده وگرده جوش کمتری ایجاد نمود تا فرصت زیادی برای تبخیر روی نباشد. برنج را می توان با الکترودهای گرافیتی و معمولی جوشکاری نمود، درجوشکاری برنج از قطب معکوس استفاده می شود.
فاصله قوس الکتریکی باید حداقل 5 تا 6 میلیمتر باشد. برنج ساده تر از فولاد و چدن و مس جوش داده می شود و استحکام و قابلیت انبساط آن درمحل درز جوش بسیار خوب است. توجه شود چون انقباض و انبساط برنج زیاد است نمیتوان به وسیله چند نقطه جوش به هم وصل کرد بلکه بایستی به کمک بست هائی که در حین جوشکاری می توان آنها را به هم متصل نمود از پیچیدگی جلوگیری شود.
توجه شود که در جوشکاری از سیمهای مخصوص جوشکاری برنج که مقدار مس آن 42 تا 82 درصد است استفاده نمائید و برای جلوگیری از اکسیداسیون از گرد جوشکاری استفاده می شود و از استعمال تنه کار در جوشکاری برنج باید خودداری شود زیرا درز جوش را خورده سوراخ سوراخ و متخلخل می سازد و شعله را باید طوری تنظیم کرد که اکسیژن آن از استیلن بیشتر باشد زیرا روی در حرارت 419 درجه ذوب و در 910 درجه تبخیر می شود و رسوبی از روی و اکسید روی در کنار درز جوش به وجود می اید. مقدار اکسیژن شعله بستگی به نوع آلیاژ دارد و می توان قبلاً قطعه ای از آن را به طور آزمایشی جوش داد و اگر درز جوش سوراخ و خورده نشد خوب است. و اکسیژن زیاد هم باعث کثیف شدن جوش می شود . ورقهای نازکتر از 4 میلیمتر را از راست به چپ و ورقهای ضخیم تر از 4 میلیمتر را از چپ به راست جوش می دهند. به چکش کاری و خروج دود خطرناک و استفاده از ماسک مخصوص وباز نمودن پنجره وهواکش باید توجه نمود.

◄ جوشکاری فولاد زنگ نزن با گاز :
قابلیت هدایت حرارت فولاد زنگ نزن کمتر از فولاد معمولی می باشد و می توان سر مشعل را کوچکتر انتخاب کرد. شعله جوشکاری باید برای جوش فولاد زنگ نزن خنثی باشد زیرا اکسیژن یا استیلن اضافی با عناصر تشکیل دهنده فولاد زنگ نزن ترکیب شده و درز جوش خورده پس از مدتی زنگ می زند . روانساز جوشکاری فولاد زنگ نزن را به صورت خمیر در آورده روی درز جوش می مالیم . سیم جوش باید حتی المقدور از نوع خود فولاد زنگ نزن انتخاب شود و بهتر است تسمه باریکی از جنس همان فولادی که باید جوش داده شود را بریده و به جای سیم جوشکاری استفاده کرد.
در روش جوشکاری این فولاد مشعل را باید طوری نگهداشت که زاویه آن نسبت به کار بین 80 تا 90 درجه باشد . زاویه سیم جوش در حدود 20 تا 40 درجه است وسیم جوشکاری را جلوی مشعل نگذارید تا همزمان با لبه کار ذوب شود و نوک مخروطی باید با ناحیه مذاب تماس داشته باشد تا از اکسیده شدن فلز جلوگیری کند. و شعله را نباید یک دفعه از کار دور نمود زیرا درجه انبساط فولاد زنگ نزن بیشتر از فولاد معمولی است و بابست های مخصوص از پیچیدن و کج شدن آن در موقع جوشکاری باید جلوگیری کرد فاصله لبه کار را باید برای هر 30 سانتیمتر 3 الی 4 میلیمتر بیشتر در نظر گرفت. پس از تمام شدن کار جوشکاری به وسیله برس و شتشو مواد اضافی تفاله و روانساز و یا گرد جوشکاری اضافی را باید کاملاً تمیز کرد و بر طرف نمود.

◄ جوشکاری فولادهای مولیبدونی :
وقتی که به فولاد مولیبدون اضافه شود مقاومت آن را بالا می برد مخصوصاً در حرارتهای زیاد ، بنابراین موارد استعمال این نوع فولاد بیشتر در لوله هائی که تحت فشار و حرارت زیاد باشد بیشتر است. بعضی از فولادهای مولیبدونی دارای مقداری کرم نیز هستند این آلیاژ را که مولی کرم می نامند بیشتر در ساختن قطعات مقاوم هواپیما به کار برده می شوند. جوشکاری این فولاد مانند جوشکاری آهن می باشد با این تفاوت که برای مقاوم بودن جوش باید از الکترود نوع E_7010 و E_7012 و E_7020 استفاده شود و برای قطعات ضخیم که گرده های پهن مورد احتیاج است می توان از فولادهای قلیائی (E_7016 ، E_7015 (LOWHYDROGE استفاده نمود. در مورد جوشکاری ورقهای 5 میلیمتر و ضخیمتر لازم است بعد از جوشکاری 1200 الی1250 درجه فارنهایت گرم کرده و برای ضخامت 5/12 میلیمتر به مدت یک ساعت گرم نگهداشت و بعد از آن باید قطعه به آهستگی سرد نمود به طوری که در هر ساعت 200 الی 250 درجه فارنهایت از حرارت آن کاسته شود وقتی که قطعه به 150 درجه فارنهایت رسید بعد می توان قطعه را در هوای معمولی سرد کرد.

◄ جوشکاری مونل واینکونل :
فلز مونل آلیاژی است از 67 % نیکل 30% مس و مقدار کمی آهن و آلومینیوم ومنگنز.
فلز اینکونل آلیاژی است از 80% نیکل ، 15% گرم و 5% آهن.
این دو فلز به علت مقاومت زیادی که در مقابل زنگ زدگی دارند برای ساختن تانکر و ظروف حامل مایعات به کار می روند.
مونل و اینکونل را می توان با الکترودهای پوشش دار به آسانی آهن جوشکاری کرد.
بنابراین جوشکاری این فلزات در تمام حالتها امکان پذیر است ولی بهتر است که درحالت تخت عمل انجام گیرد. قطعاتی که ضخامت آنها کمتر از 5/1 میلیمتر است نباید با قوس الکتریکی جوشکاری نمود. برای جوشکاری مونل واینکوئل باید عملیات زیر را انجام داد.
قشر نازک اکسید تیره رنگ را از نقاطی که باید جوشکاری کرد به وسیله برس یا سمباده پاک نمائید.
به گرم کردن قبلی احتیاجی نیست.
از الکترودهای با پوشش ضخیم استفاده به عمل اید.
درمورد جوشکاری حالت تخت زاویه الکترود نسبت به خط قائم درجه و در مورد حالتهای دیگر الکترود عمود بر صفحه باید باشد.
– گرده های باریک ایجاد گردد.

◄ جوشکاری طلا :
جوشکاری طلا به طریقه DC باجریان مستقیم انجام میگرد. الکترود را به قطب منفی وصل می نمائیم و یا با جریان فرکانس زیاد جریان متناوب کار میکنیم . ضمناً می توان برای جوشکاری طلا از طریقه جوشکاری نقطه جوش استفاده کرده که با الکترود و لفرامی عمل می نماید و پس از جوشکاری به وسیله صیقل نمودن با الکل کار را براق می نمائیم . ضمناً به وسیله جوشکاری کند پرسی نیز می توان طلا راجوش داد. جوش دادن متداول با شعلهای ریز و دقیق شبیه جوشکاری نقطه جوش می باشد.

[ghasem motamedi]

شکل دادن
عمل شکل دادن فلز نظیر کشش عمیق عبارتست از امتداد وکشیدن ورقه های مسطح برای تولید اشکال با سطح مرکب . عملیات شکل دادن ساده ، از قبیل شکل دادن نوردی یا شکل دادن با ترمز پرسی تنها شامل عمل خمکاری می شوند، در صورتیکه سایر عملیات شکل دادن نظیر شکل دادن چرخشی برشی به جریان فلزی و تغییر ضخامت فلزی قابل ملاحظه ای نیاز دارند.
شکل دادن نوردی پیوسته
شکل دادن نوردی پیوسته به روش شکل دادن تسمه نوارها گفته می شود.این فرایند عملا ً اتوماتیک است.عمل ساخت ابزار و آماده سازی مناسب ماشین آلات تنها یک بار انجام می شود. در شکل دادن نوردی پیوسته هزینه های حمل،قدرت وآزمایشگاهی به نحو قابل توجهی کمتر از هزینه های شکل دادن با اهرم پرسی است.
با این وجود،به علت ابزارکاری گران شکل دادن نوردی اقتصادی نیست مگراینکه تولید مورد لزوم بزرگتر از حدود 25000 فوت طولی باشد. هنگام شکل دادن نوردی پیوسته،تسمه نوار بایستی از درون تعدادی از غلتکها عبور کند.هر کدام از غلتکها نقش مهمی در ایجاد شکل نهایی بازی می کنند. برای اینکه تسمه نوار اندکی کشیده شود ،قطر غلتکها که معمولاً حدود 5 اینچ است ، به هنگام پیشرفت نوار به اندازه 5/0 تا 1 در صد افزایش می یابد. بازگشت فنری به وسیله زیاد خم کردن وسپس بازگشت خمشی به شک مورد نظر کنترل می شود.
غلتکها باید طوری طرح شوند تا از سختکاری مفرط تسمه در هر عبور (کالیبر)
جلوگیری شود.
نمونه هایی از قطعات نوردی پیوسته عبارتند از:
لوله درزدار،اجزاء قاب پنجره و غربال،کناره های چرخ دوچرخه ، قالب فلزی
کشیدن
کشیدن فرایندی است که برای تولید مفتولهای فلز ورقی و قطعات فلز ورقی انحناء دار مرکب به کار می رود.
به عنوان مثال می توتن قطعات زیر را نام برد:
لوله های بدون درز،ماهی تابه ها ،طشت ها،ظروف حلبی،قطعات سقف اتومبیل،پوکه های فشنگ
ورق فلزی حداقل در یک جهت کشیده شده ودر جهات دیگر فشرده می شود .
شکل دادن با بستر لاستیکی
در شکل دادن با تشک لاستیکی، قطعه کار را بین ماتریس پایینی و یک تشک لاستیک لایه ای در یک ظرف متصل به کوبه بالایی نگهداری می شود. تحت فشار 1000تا 2000 psi،لاستیک باسانی جریان پیدا می کند ،و با اعمال نیروی هیدرو دینامیکی صفحه خام در اطراف ماتریس شکل می گیرد .
مارفرمینگ
مارفرمینگ، برای کشش های عمیق تر از فرایند تشک لاستیکی و دارای چین خوردگیکمتر به کار می رود.فشار نگه دارنه قطعه خام بطور اتوماتیک بوسیله سیال هیدرولیکی تنظیم می شود.
فرایندهیدرو فرم
فرایند هیدروفرم برای کشیدن عمیق قطعات دارای اجزاءتیز مناسب است.
در این فرایند از یک دیافراگم پلاستیکی خم شویی استفاده می شود که بوسیله فشار روغن تقویت می شود.سر پوش گنبدی شکل پایین آورده می شود تادیا فراگم بتواند قطعه کار نشده را بپوشاند و سپس فشار اولیه روغن اعمال می شود. وقتی سنبه بال آورده می شود فشار روغن فلز را شکل می دهد.
شکل دادن هیدرو دینامیکی
شکل دادن هیدرو دینامیکی ،همراه با مارفرمینگ و هیدرو فرمینگ فرایند های انحصاری هستند.
شکل دادن هیدرو دینامیکی ،از فشار روغن یا آب استفاده کرده بر قطعه کار نشده نیرو اعمال می کند و آن را به شکل محفظه قالب در می آورد.این فرایند تنها برای شکل دادن قطعات تو خالی بکار می رود ولی آنچه را که در سایر روشها ممکن است به چندین مرحله نیاز داشته باشد ، این فرایند در یک عمل تمام می کند.
شکل دادن کششی
بوسیله شکل دادن کششی ،می توان اشکال تو خالی دارای سطوح بزرگی را تولید کرد.کشیدن به تنهایی فلز را به اندازه کافی تغییر شکل نمی دهد که تنش آن را از حد الاستیک تجاوز کند وشکل دائم مورد نظر را به قطعه بدهد.
این مشکل به وسیله شکل دادن کششی فلز حل شده، بدین صورت که بمنظور تجاوز فلز از حد الاستیک آن،در همان موقع که سنبه سنبه برای شکل دادن فلز نیرو وارد می کند،یک نیروی دیگراز قسمت جلو بوسیله گیره های هیدرولیکی برآن وارد می شود.در شکل دادن کششی مقدار بازگشت فنری حاصل مینیمم است.حدیده ممکن است از جنس چوب،روی،مازونیت،چدنیا سایر مواد آسان کار باشد.
شکل دادن خیلی سریع
شکل دادن خیلی سریع در سالهای اخیر بنحو بسیار موفقیت آمیزی برای فلزاتی که شکل دادنشان دشوار است،اشکال بزرگ متجاوز از توانائی پرس های بزرگ،و برای بهبود تلورانس ها و خواص مکانیکی قطعه بکار رفته است .
سه فرایند شکل دادن سریع فلزات عبارتند از:
شکل دادن انفجاری،شکل دادن الکترو مغناطیسی و شکل دادن الکترو هیدرولیکی
شکل دادن انفجاری
شکل دادن انفجاری از انرزی ذخیره شده در مواد منفجره شیمیایی استفاده می کند.
در فرایند مذکور یک بار منفجره در تانک آبی که محتوی قطعه کار وا ماتریس است منفجر می شود.
موجهای ضربه ای حاصل از انفجار در سراسر مایع منتشر می شوند و با نیروی کافی به قطعه کار ضربه وارد کرده آن را درون ماتریس داخلی یا مادگی می رانند .
شکل دادن الکترو مغناطیسی
شکل دادن الکترو مغناطیسی از نیروئی که بر روی قطعه کار به وسیله یک میدان مغناطیسی مضمحل کننده سریع ایجاد شده استفاده می کند.نیروی الکتریکی ذخیره شده در یک بانک خازن به درون یک کویل الکترومغناطیسی تخلیه شده و اطراف کویل کار یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود . این میدان مغناطیسی متغیر جریانهای گردابی را در قطعه کار واقع در میدان القاء می کند . جریانهای گردابی ،میدان مغناطیسی ثانویه ایجاد می کنند که در برابر میدان اولیه مقاومت نموده ودر نتیجه نیرویی بر روی قطعه کار ایجاد می کند .به ازای میدان مغناطیسی 000ر500 گوس،فشاری در حدود 0000ر90 psi برروی قطعه کار اعملا می شود .
شکل دادن الکترو هیدرولیکی
شکل دادن الکتروهیدرولیکی از خیلی جهات شبیه به شکل دادن انفجاری است با این تفاوت که نیرو از تخلیه یک گرو خازن دارای ولتاز زیاد واقع در زیر آب به دست می آید.این تخلیه بین دو الکترودی صورت میگیرد که ممکن است در بعضی موارد به وسیله یک سیم تحت کشش قرار داشته باشند. هنگام تخلیه سیم یا آب یونیزه
می شود.انبساط بخار فلز یا مایع یونیزه شده یک ضربه فشاری قوی ایجاد می کند
که بطور شعاعی به طرف خارج حرکت کرده ،قطعه کار را تغییر شکل می دهد .
کشیدن با قالب(حدیده)
کشیدن با ماتریس شبیه فرایند اکستروزن است با این تفاوت که ماده به جای آنکه به درون ماتریس فشار داده شود از درون آن کشیده می شود. برای کاهش معینی در قطر یک زاویه ماتریسی وجود دارد که نیروی کشیدن تحت آن زاویه مینیمم است . بسته به نوع جنس ماتریس و قطعه کار، زوایای ماتریسی معمولاً تا حدود 15 در صد قرار دارند. همچنین یک حداکثر کاهشی وجود دارد که بعد از آن،میله تحت نیروی کشش خواهد شکست .توزیع تنش باقیمانده در یک میله کشیده شده نیرو های کششی را در سطح و نیرو های فشاری را در مرکز نشان می دهد.مقدار تنشهای باقیمانده تابع کاهش، شکل هندسی ماتریس ، و درجه حرارت است.
شکل دادن چرخشی (منگنه کاری چرخشی )
شکل دادن چرخشی عبارت است از شکل دادن قطعاتی که روی یک سنبه یا شاه میله همراه با یک ابزار یا غلتک دارای تقارن چرخشی هستند.
شکل دادن چرخشی مرسوم
شکل دادن چرخشی مرسوم ضخامت دیواره ماده را تغییر نمی دهد. این ماده در معرض تنشهای کمپرس سختکاری قرار می گیرد .بسیاری از قطعاتی که باش کل دادن چرخشی مرسوم تولید می شوند ممکن است با کشیدن نیز ساخته شوند ، انتخاب بین این دو فرایند به خواص ماده،کمیت تولید ، هزینه های ابزار،و پرداخت سطحی نیاز دارد.
شکل دادن چرخشی برشی
شکل دادن چرخشی برشی از تکنیک شکل دادن چرخشی استفاده می کند ولی متضمن فشردن و اکسترود کردن شدید فلز نیز می شود . کاهش ضخامت صفحه خام در فولاد کم کربن تا 90 درصد گزارش شده است . کاهش ضخامت با سرد کاری و تغییرات بعضی از خواص فلز همراه است.مزیت اصلی این فراین آن است که قطعات بزرگ وسنگین دارای متقارن چرخشی میتوانند در یک زمان کوتاه با اتلاف فلز کم وبا خواص مکانیکی بهتر تولید شوند. از موارد استعمال اصلی شکل دادن برشی می توان تولید قطعات فضایی نظیر قطعات ریختگی برشی در تولید ریختگی موتورراکت و مخروطهای دماغه موشک را نام برد.
اوسفرمنیک(شکل دادن اوستنتی )
نوعی عمل گرم کاری جدید که نوید بیشتری برای تولید قطعات فولادی پر استقامت می دهد،فرایند اوسفرمینک باشکل دادن اوستنیتی است .
اوسفرمینک ترکیبی از فرایندهای گرمکاری و عمل آوردن حرارتی است که برای بهبود سفتی، مومت کششی ،قابلیت انعطاف و سختی فولادهای معین طرح شده اند.اصولاً فرایند اوسفرمینک عبارت است از گرم کردن قطعه کار تا درجه حرارت اوستنتی شدن ،کار کردن برروی آن در فاز اوستنتی تاشکل مورد نظر ،و به دنبال آن آب دادن برای تکمیل عمل تبدیل به مارتیزیت . به طور کلی دمای اوسفرمینک اولیه حول F1000 دور می زند.چون فلز در حال عمل تغییر شکل سرد می شود لذا قبل از اینکه عمل تبدیل مارتنزیتی شروع شود بایستی همه عملیات کار کردن کامل شده باشند. فرایند فلزهای فلزکاری که در عملیات اوسفرمینک بکار می روند عبارتند از :
نورد ،اکستروزن ،شکل دادن چرخشی برشی،شکل دادن انفجاری،و غیره
فولادهایی که میتوانند بنحو موفقیت آمیزی به روش اوستنیتی تغییر شکل حاصل کنند آنهایی هستند که دیاگرام T_I دارای یک منطقه اوستنتی هستند. به طور کلی فولادی که اوسفرم می شود بایستی حد اقل 10/0 درصد کربن داشته باشد.از عواملی که مربوط به شیمی فولاد می شوند می توان پارامترهای زمان و درجه حرارت را نام برد. تبدیل ازاوستنیت به پرلیت در بالاتر از F 1100 نسبتاً سریع رخ می دهد . بنابراین، عمل گرمکاری بایستی نسبتاًبه سرعت کامل شود. درجه حرارت اوسفرمینک بر اساس نسبتهای مقاومت سیلان و مقاومت کششی که به نوبه خود به درجه حرارت مربوط می شوند ،انتخاب می گردد .
درجه حرارت های بالا ترنیرو های گرمکاری و نیز مقدار زمان مجاز برای تکمیل عمل را کاهش می دهد. وقتی که فولاد در درجه حرارت های اوسفرمینک پایین تر تغییرشکل زیادی می یابد،افزایش بسیار شدیدی در مقاومت فولاد ایجاد می شود .
اوسفرمینک برای قطعاتی که نسبتهای استحکام_به_ وزن بالائی دارند مانند:
پیچ ها،اجزاء موتور و فنر تخت اتومبیل استعمال فراوانی پیدا کرده است .
اکستروزن Extrusion
اکستروزن فرایندی است که بوسیله آن می توان قطعات واشکالی را تولید کرد که تقریباً با هر روش ساخت دیگر غیر ممکن است .
در اکستروزن، بیلتی (شمشال) با سطح مقطع مدور را وارد استوانه ای جدار ضخیم کرده و به وسیله یک پتک یا سنبه پرس می کنند .سپس این فلز را تحت تاثیر نیروی زیاد وارد سوراخ حدیده ماشین کاری شده نموده و به شکل دلخواه بیرون می آورند. بسیاری از فلزات آهنی که اکسترود می شوند عبارتند از:


آلومینیم ، سرب ، روی و قلع. بعضی از فولاد ها نیز اکسترود می شوند ولی به علت بالا بودن دماهای مورد نیاز ، حدیده و مواد آستری مخصوصی نیاز دارند. فولاد گرم را اکثراً قبل از اکستروزن در شیشه پودر شده نورد می کنند و میگذارند تا شیشه ذوب شده بصورت یک ماده روان کننده ( ضد اصطحکاک )از سایش حدیده بکاهد.

[ghasem motamedi]

سختی را می‌توان به صورت مقاومت کانی در برابر خراشیده شدن تعریف کرد. در کانی شناسی ، سختی یک جسم را با جسم دیگر می‌سنجند. طبق تعریف اگر جسمی ، جسم دیگر را مخطط کند از آن سخت تر است. برای سنجش سختی کانی‌های مختلف 10 کانی را به عنوان مبنای سختی انتخاب کرده‌اند و سختی سایر کانی‌ها را نسبت به آنها می‌سنجند. این مقیاس به نام مقیاس موس معروف است.

کانی
تالک
ژیپس (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%98%DB%8C%D9%BE%D8%B3+%D9%88+%D8 %A7%D9%86%DB%8C%D8%AF%D8%B1%DB%8C%D8%AA&PHPSESSID=0fdacaf9544fd4ae430dd009a8e54dc9)
کلسیت (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%A9%D9%84%D8%B3%DB%8C%D8%AA&PHPSESSID=0fdacaf9544fd4ae430dd009a8e54dc9)
(فلوئورین
آپاتیت
ارتوز
کوارتز
توپاز
کرندوم
الماس (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%A7%D8%B3&PHPSESSID=0fdacaf9544fd4ae430dd009a8e54dc9)
درجه سختی
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

[ghasem motamedi]

(http://fa.wikipedia.org/wiki/پرونده:Atomic_absorption_spectro scopy.jpg)
طیف‌سنج جذب اتمی


استفاده عمومی


آنالیز کمی حدوداً هفتاد عنصر (http://fa.wikipedia.org/wiki/عنصر).
موارد کاربرد


آنالیز ناخالصی‌های ناچیز در آلیاژها (http://fa.wikipedia.org/wiki/آلیاژ) و معرف‌های مورد استفاده در پروسه تولید.
آنالیزهای مربوط به آب
آنالیز نمونه‌های تهیه شده در تماس مستقیم با هوا.
آنالیز مستقیم جامداتی چون سنگ معدن‌ها و فلزات (http://fa.wikipedia.org/wiki/فلز) .
نمونه‌ها


از لحاظ فرم: جامدات (http://fa.wikipedia.org/wiki/جامد)، محلول‌ها و گازها (http://fa.wikipedia.org/wiki/گاز)
از لحاظ سایز و اندازه: بستگی به تکنیک مورد استفاده دارد که از یک میلی‌گرم (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%DB%8C%D9%84%DB%8C%E2%80%8C% DA%AF%D8%B1%D9%85&action=edit&redlink=1) (در آنالیز جامدات توسط طیف سنجی به روش جذب اتمی در کوره‌های گرافیتی) گرفته تا ۱۰ میلی‌گرم (محلولهایی که کار توسط شعله به روش‌های مرسوم روی آنها انجام می‌گیرد.
از لحاظ آماده‌سازی: آماده‌سازی نمونه‌ها به نوع اتمایزر (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A7%D8%AA%D9%85%D8%A7%DB%8C%D8% B2%D8%B1&action=edit&redlink=1) مورد استفاده بستگی دارد که معمولاً باید یک محلول از نمونه آماده شود.
محدودیت‌ها


حوزه تشخیص از حدود قسمت در بیلیون (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%82%D8%B3%D9%85%D8%AA_%D8%AF%D8 %B1_%D8%A8%DB%8C%D9%84%DB%8C%D9%88%D9%86&action=edit&redlink=1) تا قسمت در میلیون (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%82%D8%B3%D9%85%D8%AA_%D8%AF%D8 %B1_%D9%85%DB%8C%D9%84%DB%8C%D9%88%D9%86&action=edit&redlink=1) می‌باشد.
توانائی آنالیز مستقیم (بدون واسطه) گازهای نجیب (http://fa.wikipedia.org/wiki/گازهای_نجیب)، هالوژنها (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%87%D8%A7%D9%84%D9%88%DA%98%D9% 86%D9%87%D8%A7&action=edit&redlink=1)، گوگرد (http://fa.wikipedia.org/wiki/گوگرد)، کربن (http://fa.wikipedia.org/wiki/کربن) یا نیتروژن (http://fa.wikipedia.org/wiki/نیتروژن) را ندارد.
حساسیت آن در حد مورد اکسیدهای دیرگداز یا عناصر موجود در کربیدها نسبت به روش طیف سنجی از طریق نشر پلاسمائی اتمی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B7%DB%8C%D9%81_%D8%B3%D9%86%D8 %AC%DB%8C_%D8%A7%D8%B2_%D8%B7%D8%B1%DB%8C%D9%82_%D 9%86%D8%B4%D8%B1_%D9%BE%D9%84%D8%A7%D8%B3%D9%85%D8 %A7%D8%A6%DB%8C_%D8%A7%D8%AA%D9%85%DB%8C&action=edit&redlink=1) ضعیف می‌باشد.
اساساً یک روش تک جزئی (تک منظوره) می‌باشد.
زمان پیش‌بینی شده برای آنالیز


این زمان بسیار متغیر بوده و به نوع تکنیک و اتمایزر مورد استفاده بستگی دارد.
برای تجزیه (جدایش) نمونه ممکن است حدود ۴-۸ ساعت یا زمان کمتری در حدود ۵ دقیقه صرف شود.
زمان اصلی آنالیز از حدود ۱ دقیقه (در نوع شعله‌ای) تا حدود چندین دقیقه (در نوع کوره‌ای) متغیراست
طیف‌سنجی جرمی


طیف‌سنجی جرمی (به انگلیسی (http://fa.wikipedia.org/wiki/زبان_انگلیسی): Mass Spectroscopy, MS) یکی از روش‌های طیف‌سنجی (http://fa.wikipedia.org/wiki/طیف‌سنجی) است که شامل جداسازی یون‌های (http://fa.wikipedia.org/wiki/یون) یک یا چند اتمی (http://fa.wikipedia.org/wiki/اتم) بر پایه‌ی نسبت جرم به بار (m/z) و اندازه‌گیری m/z و فراوانی یون‌ها در فاز (http://fa.wikipedia.org/wiki/فاز_(ماده)) گازی است

طرز کار

اجزای اصلی طیف‌سنج جرمی شامل ورودی نمونه، منبع یون، سیستم اندازه‌گیری و آشکارساز یونی تحت خلاء است.


نمونه‌های فرار را می‌توان مستقیماً وارد جانمونه کرد اما نمونه‌هایی که فراریت کمتری دارند، بایستی وارد اتاقک یونیزاسیون شوند. یونیزاسیون برخورد الکترونی توسط الکترون‌های با انرژی بالا در حدود 70eV انجام می‌شود. کاتیون‌های حاصل توسط پتانسیلی در حدود keV 4-8 شتاب گرفته و از میدان مغناطیسی قدرتمندی با زاویه‌ی ۹۰ درجه نسبت به پرتو عبور می‌کنند. یون‌ها بر اساس نسبت جرم/بارشان از مسیر خود منحرف شده و بر روی یک آشکارساز متمرکز می‌شوند. داده‌های بسیاری را می‌توان از طیف‌سنجی جرمی بدست آورده که معمول‌ترین آنها طیف جرمی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B7%DB%8C%D9%81_%D8%AC%D8%B1%D9 %85%DB%8C&action=edit&redlink=1) است. این طیف نمودار فراوانی نسبی یون‌ها بر حسب نسبت m/z است. پیک مبنا فراوان‌ترین یون مشاهده‌شده است که به عنوان فراوانی نسبی ۱۰۰٪ در نظر گرفته می‌شود.

[ghasem motamedi]

علم و مهندسی مواد به بررسی انواع ماده‌ها، ساختار آنها، خواص و کابردشان می پردازد. در علم مواد، ماده‌ها به طور جامع به سه بخش اصلی فلزات (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D9%84%D8%B2)، سرامیک‌ها (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B3%D8%B1%D8%A7%D9%85%DB%8C%DA%A9) و پلیمرها (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D9%84%DB%8C%D9%85%D8%B1) تقسیم‌بندی می‌شوند.
به مواد (معمولاً جامد (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AC%D8%A7%D9%85%D8%AF))ی که بخش عمدهٔ تشکیل دهندهٔ آنها غیرفلزی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D9%84%D8%B2) و غیرآلی باشد، سرامیک گفته می‌شود.
این تعریف نه‌تنها سفالینه‌ها (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B3%D9%81%D8%A7%D9%84%DB%8C%D9%86%D9%87)، پرسلان (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D8%B1%D8%B3%D9%84%D8%A7%D9%86)(چینی)، دیرگدازها (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AF%DB%8C%D8%B1%DA%AF%D8%AF%D8%A7%D8%B2)،مح� �ولات رسی سازه‌ای، ساینده‌ها، سیمان (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B3%DB%8C%D9%85%D8%A7%D9%86) و شیشه (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B4%DB%8C%D8%B4%D9%87) را در بر می‌گیرد، بلکه شامل آهنرباهای سرامیکی، لعاب‌ها (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%84%D8%B9%D8%A7%D8%A8)، فروالکتریک‌ها، شیشه-سرامیک‌ها (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B4%DB%8C%D8%B4%D9%87-%D8%B3%D8%B1%D8%A7%D9%85%DB%8C%DA%A9)، سوخت‌های هسته‌ای و ... نیز می‌شود.
تاریخچه
برخی آغاز استفاده و ساخت سرامیک‌ها را در حدود ۷۰۰۰ سال ق.م. می‌دانند [۱] (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B3%D8%B1%D8%A7%D9%85%DB%8C%DA%A9#cite_note-0) در حالی که برخی دیگر قدمت آن را تا ۱۵۰۰۰ سال ق.م نیز دانسته‌اند.[۲] (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B3%D8%B1%D8%A7%D9%85%DB%8C%DA%A9#cite_note-1) ولی در کل اکثریت تاریخ‌نگاران بر ۱۰۰۰۰ سال ق.م اتفاق نظر دارند.[۳] (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B3%D8%B1%D8%A7%D9%85%DB%8C%DA%A9#cite_note-2) (بدیهی است که این تاریخ مربوط به سرامیک‌های سنتی است.)
ریشه لغوی
واژهٔ سرامیک از واژهٔ یونانی کراموس (κεραμικός) گرفته شده‌است که به معنی سفال یا شیء پخته‌شده‌است.
طبقه‌بندی سرامیک‌ها
سرامیک‌ها از لحاظ کاربرد به شکل زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

سرامیک‌های سنتی (سیلیکاتی)
سرامیک‌های مدرن (مهندسی)

سرامیک های اکسیدی
سرامیک های غیر اکسیدی

سرامیک‌های اکسیدی را از لحاظ ساختار فیزیکی می‌توان به شکل زیر طبقه‌بندی کرد:

سرامیک‌های مدرن مونولیتیک (یکپارچه)
سرامیک‌های مدرن کامپوزیتی
انواع سرامیک‌ها
سرامیک‌های سنتی
این سرامیک‌ها همان سرامیک‌های سیلیکاتی هستند. مثل کاشی، سفال، چینی، شیشه، گچ، سیمان و ...
سرامیک‌های مدرن
این فرآورده‌ها عمدتاً از مواد اولیهٔ خالص و سنتزی ساخته می‌شوند. این نوع سرامیک‌ها اکثراً در ارتباط با صنایع دیگر مطرح شده‌اند.
سرامیک‌های اکسیدی
برخی از پرکاربردترین این نوع سرامیک‌ها عبارت‌اند از:

برلیا (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A8%D8%B1%D9%84%DB%8C%D8%A7&action=edit&redlink=1) (BeO)
تیتانیا (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%DB%8C%D8%AA%D8%A7%D9%86%DB%8C%D8%A7) (TiO2)
آلومینا (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D9%84%D9%88%D9%85%DB%8C%D9%86%D8%A7) (Al2O3)
زیرکونیا (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B2%DB%8C%D8%B1%DA%A9%D9%88%D9%86%DB%8C%D8%A7) (ZrO2)
منیزیا (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D9%86%DB%8C%D8%B2%DB%8C%D8%A7) (MgO)
سرامیک‌های غیراکسیدی
این نوع سرامیک‌ها با توجه به ترکیبشان طبقه‌بندی می‌شوند که برخی از پرکاربردترین آنها در زیر آمده‌اند:
1. نیتریدها
o BN
o TiN
o Si3N4
o GaN
2. کاربیدها
o SiC
o TiC
o WC
و....
صنعت سرامیک
بازار سرامیک‌های پیشرفته در ایالات متحده امریکا در سال ۱۹۹۸ نزدیک به ۷۰۵ میلیون دلار بود که در سال ۲۰۰۳ به ۱۱ بیلیون دلار رسید.

خواص برتر سرامیک‌ها نسبت به مواد دیگر

دیرگدازی بالا
سختی زیاد
مقاومت به خوردگی بالا
استحکام فشاری بالا
کاربردهای مختلف مواد سرامیکی
در زیر کاربردهای رایج مواد سرامیکی به همراه چندنمونه از مواد رایج در هر کاربرد آورده شده‌است:
1. الکتریکی و مغناطیسی
o عایق‌های ولتاژ بالا (AlN- Al2O3)
o دی الکتریک (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%AF%DB%8C_%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8 %AA%D8%B1%DB%8C%DA%A9&action=edit&redlink=1) (BaTiO3)
o پیزوالکتریک (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%DB%8C%D8%B2%D9%88%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D 8%B1%DB%8C%DA%A9) (ZnO- SiO2)
o پیروالکتریک (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%DB%8C%D8%B1%D9%88%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D 8%B1%DB%8C%DA%A9) (Pb(ZrxTi1-x)O3))
o مغناطیس نرم (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%D8%BA%D9%86%D8%A7%D8%B7%DB% 8C%D8%B3_%D9%86%D8%B1%D9%85&action=edit&redlink=1) (Zn1-xMnxFe2O4)
o مغناطیس سخت (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D8%BA%D9%86%D8%A7%D8%B7%DB%8C%D8%B3_%D8%B3% D8%AE%D8%AA) (SrO.6Fe2O3)
o نیمه‌رسانا (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%86%DB%8C%D9%85%D9%87%E2%80%8C%D8%B1%D8%B3%D8%A 7%D9%86%D8%A7) (ZnO- GaN-SnO2)
o رسانای یونی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B1%D8%B3%D8%A7%D9%86%D8%A7%DB% 8C_%DB%8C%D9%88%D9%86%DB%8C&action=edit&redlink=1) (β-Al2O3)
o تابانندهٔ الکترون (LaB6)
o ابررسانا (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D8%A8%D8%B1%D8%B1%D8%B3%D8%A7%D9%86%D8%A7) (Ba2LaCu3O7-δ)
2. سختی بالا
o ابزار ساینده، ابزار برشی و ابزار سنگ‌زنی (2O3TiN-Al)
o مقاومت مکانیکی (SiC- Si3N4)
3. نوری
o فلورسانس (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%81%D9%84%D9%88%D8%B1%D8%B3%D8% A7%D9%86%D8%B3&action=edit&redlink=1) (Y2O3)
o ترانسلوسانس (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%AA%D8%B1%D8%A7%D9%86%D8%B3%D9% 84%D9%88%D8%B3%D8%A7%D9%86%D8%B3&action=edit&redlink=1)(نیمه‌شفاف) (SnO2)
o منحرف کنندهٔ نوری (PLZT)
o بازتاب نوری (TiN)
o بازتاب مادون قرمز (SnO2)
o انتقال دهندهٔ نور (SiO2)
4. حرارتی
o پایداری حرارتی (ThO2)
o عایق حرارتی (CaO.nSiO2)
o رسانای حرارتی (AlN - C)
5. شیمیایی و بیوشیمیایی
o پروتزهای استخوانی P3O12(Al2O3.Ca5(F,Cl))
o سابستریت (TiO2- SiO2)
o کاتالیزور (http://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%A9%D8%A7%D8%AA%D8%A7%D9%84%DB%8C%D8%B2%D9%88%D 8%B1) (KO2.mnAl2O3)
6. فناوری هسته‌ای
o سوخت‌های هسته‌ای سرامیکی
o مواد کاهش‌دهنده‌ی انرژی نوترون
o مواد کنترل کننده‌ی فعالیت راکتور

[ghasem motamedi]

آزمونهای غیر مخرب ((Non-destructive Testing (NDT) به مجموعه‌ای از روش‌های ارزیابی و تعیین خواص دستگاه‌ها و قطعات ساخته شده گفته می‌شود که هیچ‌گونه آسیب یا تغییر در سیستم ایجاد نکنند
‫کاربردها
آزمون‌های غیر مخرب دارای ‫کاربرد وسیعی در بسیاری از صنایع هستند. از آن جمله می‌توان موارد زیر را ذکر نمود:

‫خودروسازی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%E2%80%AB%D8%B5%D9%86%D8%B9%D8%AA_ %D8%AE%D9%88%D8%AF%D8%B1%D9%88%D8%B3%D8%A7%D8%B2%D B%8C&action=edit&redlink=1)

‫قطعات موتور (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D9%88%D8%AA%D9%88%D8%B1)
‫بدنه

‫مهندسی عمران (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D9%87%D9%86%D8%AF%D8%B3%DB%8C_%D8%B9%D9%85% D8%B1%D8%A7%D9%86)

سازه (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B3%D8%A7%D8%B2%D9%87)
‫پی
شبکه های انتقال آب
راه (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B1%D8%A7%D9%87) و راه سازی

صنایع نفت (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%86%D9%81%D8%AA) و گاز (http://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%AF%D8%A7%D8%B2)

لوله‌های نفت و گاز

‫هوانوردی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%87%D9%88%D8%A7%D9%86%D9%88%D8%B1%D8%AF%DB%8C)
روش‌ها
‫در این بخش متداول‌ترین روش‌های مورد استفاده در آزمون‌های غیرمخرب معرفی می‌شوند.
‫آزمون بصری و نوری
‫این روش پایه‌ای‌ترین، ابتدایی‌ترین و معمولاً ساده‌ترین روش آزمون کنترل کیفیت و پایش تجهیرات می‌باشد. در این روش مسئول کنترل کیفیت می‌بایست مواردی را بطور بصری چک کند. البته گاهی اوقات از دوربین‌هایی استفاده می‌شود که تصاویر را به رایانه (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B1%D8%A7%DB%8C%D8%A7%D9%86%D9%87) فرستاده و رایانه عیوب را تشخیص می‌دهد.
رادیوگرافی
نوشتار اصلی: آزمون ‫رادیوگرافی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%E2%80%AB%D8%B1%D8% A7%D8%AF%DB%8C%D9%88%DA%AF%D8%B1%D8%A7%D9%81%DB%8C )
آزمون ‫رادیوگرافی به استفاده از امواج گاما (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D8%B1%D8%AA%D9%88_%DA%AF%D8%A7%D9%85%D8%A7) و ایکس (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D8%B1%D8%AA%D9%88_%D8%A7%DB%8C%DA%A9%D8%B3) ، که قابلیت نفوذ در بسیاری از مواد را دارا می‌باشند، برای بررسی مواد و تشخیص عیوب محصولات گفته می‌شود. در این روش اشعه ایکس (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D8%B1%D8%AA%D9%88_%D8%A7%DB%8C%DA%A9%D8%B3) و یا رادیواکتیو (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B1%D8%A7%D8%AF%DB%8C%D9%88%D8%A7%DA%A9%D8%AA%D B%8C%D9%88) به سمت قطعه هدایت می‌شود و پس از عبور از قطعه بر روی فیلم منعکس می‌شود. ضخامت و مشخصه‌های داخلی باعث می‌شوند نقاطی در فیلم تاریکتر و یا روشن‌تر دیده شوند.
‫آزمون ذرات مغناطیسی
نوشتار اصلی: آزمون ذرات مغناطیسی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%D8%B0%D8%B1%D8%A7% D8%AA_%D9%85%D8%BA%D9%86%D8%A7%D8%B7%DB%8C%D8%B3%D B%8C)
‫در این روش ذرات آهن بر روی ماده‌ای با خاصیت آهنربایی ریخته می‌شود و میدان مغناطیسی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%DB%8C%D8%AF%D8%A7%D9%86_%D9%85%D8%BA%D9%86% D8%A7%D8%B7%DB%8C%D8%B3%DB%8C) در آن القا می‌شود. در صورت وجود خراش و یا ترکی بر روی سطح و یا در نزدیکی سطح، در محل عیب قطب‌های مغناطیسی تشکیل می‌شود و یا میدان مغناطیسی در آن ناحیه دچار اعوجاج می‌گردد. این قطب‌های مغناطیسی باعث جذب ذرات آهن (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D9%87%D9%86) می‌شوند. در نتیجه وجود عیب را می‌توان از تجمع ذرات آهن تشخیص داد.
‫آزمون فراصوت
نوشتار اصلی: آزمون فراصوت (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%D9%81%D8%B1%D8%A7% D8%B5%D9%88%D8%AA)
‫در این روش امواج فراصوت (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D8%B1%D8%A7%D8%B5%D9%88%D8%AA) با فرکانس (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D8%B1%DA%A9%D8%A7%D9%86%D8%B3) بالا و با دامنه کم به داخل قطعه فرستاده می‌شوند. این امواج پس از برخورد به هر گسستگی بازتابیده می‌شوند و قسمتی از این امواج به سمت حسگر رفته و حسگر آن را دریافت می‌کند. از روی دامنه و زمان بازگشت این امواج می‌توان به مشخصه‌های این گسستگی پی برد. از کاربردهای این روش می‌توان به اندازه‌گیری ضخامت و تشخیص عیوب موجود در قطعات نام برد.
‫آزمون مایعات نافذ
نوشتار اصلی: آزمون مایعات نافذ (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%D9%85%D8%A7%DB%8C% D8%B9%D8%A7%D8%AA_%D9%86%D8%A7%D9%81%D8%B0)
‫در این روش سطح قطعه با مایعی رنگی قابل مشاهده و یا فلورسنت (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%81%D9%84%D9%88%D8%B1%D8%B3%D9% 86%D8%AA&action=edit&redlink=1) پوشیده می‌شود. پس از مدتی این مایع در درون شکاف‌ها و حفره‌های سطحی قطعه نفوذ می کند. پس از آن مایع از سطح جسم زدوده می‌شود و ماده ظاهر کتتده به روی سطح پاشیده می‌شود. اختلاف روشنایی مایع نافذ و ظاهر کننده باعث می‌شود که عیوب سطحی به راحتی مشاهده شوند.
‫آزمون ‫الکترومغناطیس
نوشتار اصلی: آزمون ‫الکترومغناطیس (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%E2%80%AB%D8%A7%D9% 84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%88%D9%85%D8%BA%D9%86%D8%A7 %D8%B7%DB%8C%D8%B3)
‫در این روش با استفاده از یک میدان مغناطیسی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%DB%8C%D8%AF%D8%A7%D9%86_%D9%85%D8%BA%D9%86% D8%A7%D8%B7%DB%8C%D8%B3%DB%8C) متغیر در یک ماده رسانا (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B1%D8%B3%D8%A7%D9%86%D8%A7) جریان الکتریکی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AC%D8%B1%DB%8C%D8%A7%D9%86_%D8%A7%D9%84%DA%A9% D8%AA%D8%B1%DB%8C%DA%A9%DB%8C) گردابی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AC%D8%B1%DB%8C%D8%A7%D9%86_%D8%A7%D9%84%DA%A9% D8%AA%D8%B1%DB%8C%DA%A9%DB%8C_%DA%AF%D8%B1%D8%AF%D 8%A7%D8%A8%DB%8C) القا می‌شود و این جریان الکتریکی اندازه‌گیری می‌شود. وجود گسستگی‌هایی مانند ترک در ماده باعث ایجاد وقفه در این جریان می‌شود و بدین طریق می‌توان به وجود چنین عیبی پی برد. در ضمن مواد مختلف دارای رسانایی الکتریکی نفوذپذیری متفاوتی هستند. بنابراین می‌توان بعضی از مواد را با این روش رده‌بندی نمود.
‫آزمون نشتی
نوشتار اصلی: آزمون نشتی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%D9%86%D8%B4%D8%AA% DB%8C)
‫روش‌های مختلفی برای تشخیص نشتی در مخازن تحت فشار (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D8%AE%D8%A7%D8%B2%D9%86_%D8%AA%D8%AD%D8%AA_ %D9%81%D8%B4%D8%A7%D8%B1) و مانند آن، استفاده می‌شود که مهم‌ترین آنها عبارت‌اند از: گوشی‌های الکتریکی، گیج فشار (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D8%B4%D8%A7%D8%B1)، گاز و یا مانع نافذ و همینطور تست حباب صابون (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B5%D8%A7%D8%A8%D9%88%D9%86).
‫انتشار امواج صوتی
نوشتار اصلی: آزمون انتشار امواج صوتی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%D8%A7%D9%86%D8%AA% D8%B4%D8%A7%D8%B1_%D8%A7%D9%85%D9%88%D8%A7%D8%AC_% D8%B5%D9%88%D8%AA%DB%8C)
وقتی که ماده‌ای جامد (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AC%D8%A7%D9%85%D8%AF) تحت تنش (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D9%86%D8%B4) می‌باشد، عیوب موجود در آن باعث ایجاد امواج صوتی با فرکانس (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D8%B1%DA%A9%D8%A7%D9%86%D8%B3) بالا می‌گردند. این امواج در ماده منتشر شده و می‌توان توسط حسگرهای خاصی آنها را دریافت کرد و با تجزیه و تحلیل این امواج می‌توان نوع عیب، مکان و شدت آن را تعیین نمود.
‫مقایسه روش‌ها



روش

‫کاربردها

‫معایب و محدودیت‌ها

مایعات نافذ (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%D9%85%D8%A7%DB%8C% D8%B9%D8%A7%D8%AA_%D9%86%D8%A7%D9%81%D8%B0)

‫مواد غیر متخلخل
‫برای بازرسی جوش (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AC%D9%88%D8%B4%DA%A9%D8%A7%D8%B1%DB%8C)، لحیم (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%84%D8%AD%DB%8C%D9%85&action=edit&redlink=1)، مواد ریخته‌گری (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B1%DB%8C%D8%AE%D8%AA%D9%87%E2%80%8C%DA%AF%D8%B 1%DB%8C) شده، مواد آهنگری (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D9%87%D9%86%DA%AF%D8%B1%DB%8C_(%D9%85%D8%AA %D8%A7%D9%84%D9%88%DA%98%DB%8C)) شده، قطعات آلومینیومی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D9%84%D9%88%D9%85%DB%8C%D9%86%DB%8C%D9%88%D 9%85)، دیسک و پره‌های توربین، چرخ‌دنده‌ (http://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%86%D8%B1%D8%AE%E2%80%8C%D8%AF%D9%86%D8%AF%D9%8 7%E2%80%8C)


‫نیاز به دسترسی به سطح مورد آزمایش
‫عیوب حتماً باید در سطح، شکستگی ایجاد کرده باشند.
‫ممکن است سطح نیاز به تمیزکاری داشته باشد
عیوب ترک مانند که بسیار باریک هستند، خصوصاً زمانی که تحت تأثیر نیرویی قرار گیرند که موجب بسته شدن آنها گردد و همچنین عیوب بسیار کم عمق به سختی قابل تشخیص هستند.
‫عمق عیب قابل اندازه‌گیری نیست.


ذرات مغناطیسی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%D8%B0%D8%B1%D8%A7% D8%AA_%D9%85%D8%BA%D9%86%D8%A7%D8%B7%DB%8C%D8%B3%D B%8C)

‫مواد دارای خاصیت آهنربایی
‫عیوبی سطحی و عیوب نزدیک به سطح با این روش قابل تشخیص می‌باشند.
قابل استفاده برای جوش، لوله، میله‌ها، مواد ریخته‌گری (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B1%DB%8C%D8%AE%D8%AA%D9%87%E2%80%8C%DA%AF%D8%B 1%DB%8C)، مواد آهنگری (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D9%87%D9%86%DA%AF%D8%B1%DB%8C_(%D9%85%D8%AA %D8%A7%D9%84%D9%88%DA%98%DB%8C))، مواد اکستروژن (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A7%DA%A9%D8%B3%D8%AA%D8%B1%D9% 88%DA%98%D9%86&action=edit&redlink=1) شده، قطعات موتور، محورها و دنده‌ها


تشخیص عیوب تحت تأثیر عواملی مانند شدت میدان و جهت آن می‌باشد.
‫نیاز به سطحی تمیز و نسبتاً هموار
‫نیاز به بست نگهدارنده برای دستگاه ایجاد کننده میدان
‫قطعه مورد آزمایش باید قبل از آزمون غیرآهنربایی شود که انجام این کار برای بعضی از قطعات و مواد دشوار است.
‫عمق عیوب را نمی‌توان اندازه گرفت.


فراصوت (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%D9%81%D8%B1%D8%A7% D8%B5%D9%88%D8%AA)

مواد فلزی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D9%84%D8%B2) و غیر فلزی و کامپوزیت‌ها (http://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%A9%D8%A7%D9%85%D9%BE%D9%88%D8%B2%DB%8C%D8%AA)� ��
‫عیوب سطحی و غیر سطحی
قابل استفاده برای جوش (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AC%D9%88%D8%B4%DA%A9%D8%A7%D8%B1%DB%8C)، اتصالات، میله‌ها، مواد ریخته‌گری، مواد آهنگری‫ (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D9%87%D9%86%DA%AF%D8%B1%DB%8C_(%D9%85%D8%AA %D8%A7%D9%84%D9%88%DA%98%DB%8C))‫، قطعات موتور (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D9%88%D8%AA%D9%88%D8%B1) و هواپیما (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%87%D9%88%D8%A7%D9%BE%DB%8C%D9%85%D8%A7)، اجزای ساختمانی، بتن (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A8%D8%AA%D9%86)، و همچنین بصورت گسترده‌ای برای تشخیص عیوب مخازن تحت فشار و لوله‌های انتقال نفت (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%86%D9%81%D8%AA) و گاز (http://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%AF%D8%A7%D8%B2_%D8%B7%D8%A8%DB%8C%D8%B9%DB%8C)
‫همچنین برای تعیین ضخامت و خواص مواد
‫برای پایش فرسودگی


‫عموماً تماسی است، گاهی بصورت مستقیم و گاه بواسطه محیط واسط
‫نیاز به حسگرهای متفاوت برای کاربردهای مختلف؛ عموماً به لحاظ بازه فرکانسی
‫حساسیت تابعی از فرکانس مورد استفاده است و بعضی از مواد به خاطر ساختارشان باعث پخش شدن قابل ملاحظه امواج فراصوت می‌گردند. امواج بازگشتی از این گونه امواج عموماً به سختی از نویز قابل تمیز است.
اعمال این روش ‫برای قطعات بسیار نازک دشوار است.


رادیوگرافی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%E2%80%AB%D8%B1%D8% A7%D8%AF%DB%8C%D9%88%DA%AF%D8%B1%D8%A7%D9%81%DB%8C ) ‫نوترونی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%86%D9%88%D8%AA%D8%B1%D9%88%D9%86)

مواد فلزی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D9%84%D8%B2) و غیر فلزی و کامپوزیت‌ها (http://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%A9%D8%A7%D9%85%D9%BE%D9%88%D8%B2%DB%8C%D8%AA)
‫پایروتکنیک (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%E2%80%AB%D9%BE%D8%A7%DB%8C%D8%B1% D9%88%D8%AA%DA%A9%D9%86%DB%8C%DA%A9&action=edit&redlink=1)، رزین‌ها (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B1%D8%B2%DB%8C%D9%86&action=edit&redlink=1)، پلاستیک‌ها (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D9%84%D8%A7%D8%B3%D8%AA%DB%8C%DA%A9)، سازه‌های لانه زنبوری (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%84%D8%A7%D9%86%D9%87_%D8%B2%D9 %86%D8%A8%D9%88%D8%B1%DB%8C&action=edit&redlink=1)، مواد رادیواکتیو (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B1%D8%A7%D8%AF%DB%8C%D9%88%D8%A7%DA%A9%D8%AA%D B%8C%D9%88)، مواد دارای چگالی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%86%DA%AF%D8%A7%D9%84%DB%8C) زیاد و مواد حاوی ئیدروژن (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A6%DB%8C%D8%AF%D8%B1%D9%88%DA%98%D9%86)


باید ‫قطعه مورد آزمون بین منبع ساطع کننده اشعه و دریافت کننده آن قرار گیرد.
‫اندازه راکتور (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B1%D8%A7%DA%A9%D8%AA%D9%88%D8%B1) تولید کننده اشعه بسیار بزرگ است.
‫موازی قرار دادن اجزای آزمایش دشوار می‌باشد.
‫خطرات تشعشع (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B4%D8%B9%D8%B4%D8%B9)
‫ترک‌ها باید به موازات اشعه‌ها قرار گسرند تا قابل تشخیص باشند.
‫کاهش حساسیت (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AD%D8%B3%D8%A7%D8%B3%DB%8C%D8%AA) با افزایش ضخامت قطعه


رادیوگرافی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%E2%80%AB%D8%B1%D8% A7%D8%AF%DB%8C%D9%88%DA%AF%D8%B1%D8%A7%D9%81%DB%8C )اشعه ایکس (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D8%B4%D8%B9%D9%87_%D8%A7%DB%8C%DA%A9%D8%B3)

مواد فلزی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D9%84%D8%B2) و غیر فلزی و کامپوزیت‌ها (http://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%A9%D8%A7%D9%85%D9%BE%D9%88%D8%B2%DB%8C%D8%AA)
‫برای تمامی اشکال و فرمها به کار می‌رود؛ ریخته‌گری (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B1%DB%8C%D8%AE%D8%AA%D9%87%E2%80%8C%DA%AF%D8%B 1%DB%8C)، جوش، قطعات الکترونیکی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%88%D9%86%DB%8C%D A%A9)، صنایع هوایی، دریایی و ‫خودروسازی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%E2%80%AB%D8%B5%D9%86%D8%B9%D8%AA_ %D8%AE%D9%88%D8%AF%D8%B1%D9%88%D8%B3%D8%A7%D8%B2%D B%8C&action=edit&redlink=1)


‫باید به هر دو وجه قطعه دسترسی داشت.
‫نتایج آزمون تا حد زیادی وابسته به تعیین فاصله کانونی، ولتاژ و زمان قرارگیری در معرض تشعشع است.
‫خطرات تشعشع (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B4%D8%B9%D8%B4%D8%B9)
‫ترک‌ها باید به موازات اشعه‌ها قرار گسرند تا قابل تشخیص باشند.
‫کاهش حساسیت (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AD%D8%B3%D8%A7%D8%B3%DB%8C%D8%AA) با افزایش ضخامت قطعه


رادیوگرافی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%E2%80%AB%D8%B1%D8% A7%D8%AF%DB%8C%D9%88%DA%AF%D8%B1%D8%A7%D9%81%DB%8C ) گاما (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D8%B4%D8%B9%D9%87_%DA%AF%D8%A7%D9%85%D8%A7)

‫عموماً برای مواد ضخیم و با چگالی بالا استفاده می شود.
‫برای تمامی اشکال و فرمها به کار می‌رود؛ ریخته‌گری (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B1%DB%8C%D8%AE%D8%AA%D9%87%E2%80%8C%DA%AF%D8%B 1%DB%8C)، جوش، قطعات الکترونیکی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%88%D9%86%DB%8C%D A%A9)، صنایع هوایی، دریایی و ‫خودروسازی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%E2%80%AB%D8%B5%D9%86%D8%B9%D8%AA_ %D8%AE%D9%88%D8%AF%D8%B1%D9%88%D8%B3%D8%A7%D8%B2%D B%8C&action=edit&redlink=1)
‫معمولاً در جایی استفاده می‌شود که به علت ضخامت زیاد نمی‌توان از اشعه x (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D8%B4%D8%B9%D9%87_x) استفاده کرد.


‫باید به هر دو وجه قطعه دسترسی داشت.
‫حساسیت این روش به اندازه اشعه x (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D8%B4%D8%B9%D9%87_x) نیست.
‫خطرات تشعشع (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B4%D8%B9%D8%B4%D8%B9)
‫ترک‌ها باید به موازات اشعه‌ها قرار گسرند تا قابل تشخیص باشند.
‫کاهش حساسیت (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AD%D8%B3%D8%A7%D8%B3%DB%8C%D8%AA) با افزایش ضخامت قطعه


‫الکترومغناطیس (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%E2%80%AB%D8%A7%D9% 84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9%88%D9%85%D8%BA%D9%86%D8%A7 %D8%B7%DB%8C%D8%B3)

فلزات، آلیاژها و مواد هادی الکتریسیته
برای رده‌بندی (Sorting) مواد
عیوب سطحی و نزدیک به سطح با این روش قابل تشخیص می‌باشند.
قابل استفاده برای لوله، سیم، یاتاقان (http://fa.wikipedia.org/wiki/%DB%8C%D8%A7%D8%AA%D8%A7%D9%82%D8%A7%D9%86)، ریل (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B1%DB%8C%D9%84)، آبکاری (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A2%D8%A8%DA%A9%D8%A7%D8%B1%DB% 8C&action=edit&redlink=1) غیر فلزی، قطعات هواپیما (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%87%D9%88%D8%A7%D9%BE%DB%8C%D9%85%D8%A7)، دیسک و پره‌های توربین (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D9%88%D8%B1%D8%A8%DB%8C%D9%86)، محور اتومبیل


‫نیاز به حسگرهای متفاوت برای کاربردهای مختلف
‫علی‌رغم آنکه حسگرهای این روش غیر تماسی هستند اما می‌بایست حسگر در مجاورت قطعه در فاصله بسیار نزدیکی از آن قرار گیرد.
‫نفوذ کم (معمولاً حدود ۵ میلی‌متر)

آزمون انتشار امواج صوتی (Acoustic Emission) یکی از روش‌های آزمون‌های غیر مخرب (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86%E2%80%8C%D9%87%D8%A 7%DB%8C_%D8%BA%DB%8C%D8%B1_%D9%85%D8%AE%D8%B1%D8%A 8) است. وقتی که ماده‌ای جامد (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AC%D8%A7%D9%85%D8%AF) تحت تنش (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D9%86%D8%B4) می‌باشد، عیوب موجود در آن باعث ایجاد امواج صوتی با فرکانس (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D8%B1%DA%A9%D8%A7%D9%86%D8%B3) بالا می‌گردند. این امواج در ماده منتشر شده و می‌توان توسط حسگرهای خاصی آنها را دریافت کرد و با تجزیه و تحلیل این امواج می‌توان نوع عیب، مکان و شدت آن را تعیین نمود.

آزمون ذرات مغناطیسی یکی از روش‌های آزمون‌های غیر مخرب (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86%E2%80%8C%D9%87%D8%A 7%DB%8C_%D8%BA%DB%8C%D8%B1_%D9%85%D8%AE%D8%B1%D8%A 8) برای تشخیص عیوب قطعات آهنی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D9%87%D9%86) است. ‫در این روش ذرات آهن بر روی ماده‌ای با خاصیت آهنربایی ریخته می‌شود و میدان مغناطیسی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%DB%8C%D8%AF%D8%A7%D9%86_%D9%85%D8%BA%D9%86% D8%A7%D8%B7%DB%8C%D8%B3%DB%8C) در آن القا می‌شود. در صورت وجود خراش و یا ترکی بر روی سطح و یا در نزدیکی سطح، در محل عیب قطب‌های مغناطیسی تشکیل می‌شود و یا میدان مغناطیسی در آن ناحیه دچار اعوجاج می‌گردد. این قطب‌های مغناطیسی باعث جذب ذرات آهن (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D9%87%D9%86) می‌شوند. در نتیجه وجود عیب را می‌توان از تجمع ذرات آهن تشخیص داد.
عموماً قبل از انجام آزمایش، خاصیت آهنربایی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D9%87%D9%86%D8%B1%D8%A8%D8%A7) قطعات مورد آزمایش می‌بایستی زدوده شود. بطور کلی این روش اقتصادی بوده و انجام آن از آزمون فراصوت (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%D9%81%D8%B1%D8%A7% D8%B5%D9%88%D8%AA) و آزمون مایعات نافذ (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%D9%85%D8%A7%DB%8C% D8%B9%D8%A7%D8%AA_%D9%86%D8%A7%D9%81%D8%B0) آسان‌تر می‌باشد.
آزمون فراصوت (به انگلیسی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B2%D8%A8%D8%A7%D9%86_%D8%A7%D9%86%DA%AF%D9%84% DB%8C%D8%B3%DB%8C): (Ultrasonic Testing (UT) یکی از روش‌های آزمون‌های غیر مخرب (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86%E2%80%8C%D9%87%D8%A 7%DB%8C_%D8%BA%DB%8C%D8%B1_%D9%85%D8%AE%D8%B1%D8%A 8) است. ‫در این روش امواج فراصوت (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D8%B1%D8%A7%D8%B5%D9%88%D8%AA) با فرکانس (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D8%B1%DA%A9%D8%A7%D9%86%D8%B3) بالا و با دامنه کم به داخل قطعه فرستاده می‌شوند. ‫امواج فراصوت ارتعاشات مکانیکی هستند که توسط ترنسدیوسرهای پیزوالکتریک در ماده الاستیک ایجاد می‌شوند. فرکانس امواج فراصوت عموماً بین ۰/۱ مگاهرتز (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%DA%AF%D8%A7%D9%87%D8%B1%D8%AA%D8%B2) تا ۵۰ مگاهرتز است. در اکثر کاربردهای صنعتی از فرکانس ۰/۵ مگاهرتز تا ۱۵ مگاهرتز استفاده می‌شود.[۱] (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%D9%81%D8%B1%D8%A7% D8%B5%D9%88%D8%AA#cite_note-0) این امواج پس از برخورد به هر گسستگی بازتابیده می‌شوند و قسمتی از این امواج به سمت حسگر رفته و حسگر آن را دریافت می‌کند. از روی دامنه و زمان بازگشت این امواج می‌توان به مشخصه‌های این گسستگی پی برد. از کاربردهای این روش می‌توان به اندازه‌گیری ضخامت و تشخیص عیوب موجود در قطعات نام برد. ‫یکی از امتیازات مهم این روش توانایی آن در تشخیص عیوب بسیار کوچک به علت استفاده از فرکانس (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D8%B1%DA%A9%D8%A7%D9%86%D8%B3) بالا و در نتیجه طول موج (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B7%D9%88%D9%84_%D9%85%D9%88%D8%AC) بسیار کوچک است [۲] (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%D9%81%D8%B1%D8%A7% D8%B5%D9%88%D8%AA#cite_note-1).
‫اجزای سیستم آزمون فراصوت
‎

(http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B5%D9%88%DB%8C%D8%B1:Ultrasonic_testig_s ystem_elements.PNG)
(http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B5%D9%88%DB%8C%D8%B1:Ultrasonic_testig_s ystem_elements.PNG)
‫اجزای سیستم آزمون فراصوت
‫اجزای سیستم آزمون فراصوت در شکل روبرو نمایش داده شده‌اند. در این سیستم، محرک(Pulser) موجی الکتریکی را به ترانسدیوسر (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B1%D8%A7%D9%86%D8%B3%D8%AF%DB%8C%D9%88%D 8%B3%D8%B1) فرستنده می‌فرستد.‫این امواج بسیار کوتاه (معمولاً حدود ۰/۱µsec)، تکرار شونده (با تناوب حدود ۱ میلی ثانیه) و دارای دامنه‌ای در اندازه صدها ولت هستند. ترانسدیوسر این موج الکتریکی را به موج صوتی تبدیل می‌کند. موج صوتی در داخل ماده منتشر شده و در صورت وجود هر گونه ناپیوستگی در ماده منعکس می‌شود. موج منعکس شده توسط ترانسدیوسر گیرنده دریافت می‌شود و به موج الکتریکی تبدیل می‌شود. این امواج، سپس بر روی اسیلسکوپ نمایش داده می‌شوند و همچنین برای تحلیل دقیقتر ممکن است به کامپیوتر (http://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%A9%D8%A7%D9%85%D9%BE%DB%8C%D9%88%D8%AA%D8%B1) فرستاده شوند.
واحد محرک−گیرنده
واحد محرک−گیرنده (به انگلیسی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B2%D8%A8%D8%A7%D9%86_%D8%A7%D9%86%DA%AF%D9%84% DB%8C%D8%B3%DB%8C): Pulser-Receiver) در کاربردهای میدانی و کارگاهها استفاده می‌شود و معمولاً دارای یک اسیلوسکوپ (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A7%D8%B3%DB%8C%D9%84%D9%88%D8%B3%DA%A9%D9%88%D 9%BE) برای نمایش داده‌ها نیز می‌باشد. وظیفه اصلی این واحد فرستادن سیگنال محرک به ترنسدیوسر (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B1%D9%86%D8%B3%D8%AF%DB%8C%D9%88%D8%B3%D 8%B1) فرستنده و دریافت سیگنال از ترنسدیوسر گیرنده می‌باشد. این واحد همچنین معمولاً دارای میکروپروسسورهای متعددی برای مقاصد کالیبره کردن و تحلیل داده‌ها نیز می‌باشد.
ترنسدیوسرهای فراصوت
‫ترنسدیوسرهای مورد استفاده در آزمون فراصوت از جنس کریستال‌های پیزوالکتریک می‌باشند. انواع مختلفی از این ترنسدیوسرها موجود است که هر یک ویژگی‌های خاص خود را دارا است. مهمترین این ویژگی‌ها که باعث تمایز بین آنها می‌شود عبارتند از:

‫همگرا: ترنسدیوسرهایی که شکل مقعری داشته‌اند و پرتوهای موج در کانون متمرکز می‌شوند.
تخت: سطح این ترنسدیوسرها تخت می‌باشد.
گیرنده−فرستنده: ترنسدیوسرهایی که هم به عنوان گیرنده و هم به عنوان فرستنده استفاده می‌شوند.
طولی: ترنسدیوسرهایی که امواج فراصوت طولی را فرستاده و یا دریافت می‌کنند.
‫برشی: ترنسدیوسرهایی که امواج فراصوت برشی را فرستاده و یا دریافت می‌کنند.
آرایه فازی: در واقع این ترنسدیوسرها متشکل از تعدادی ترنسدیوسر می‌باشند که می‌توان هر کدام از این ترنسدیوسرها را جداگانه تحریک نمود.
‫چیدمان ترنسدیوسرها
(http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B5%D9%88%DB%8C%D8%B1:Pitch-catch.PNG)
(http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B5%D9%88%DB%8C%D8%B1:Pitch-catch.PNG)
روش بفرست و بگیر
نوشتار اصلی: چیدمان ترنسدیوسرها در آزمون فراصوت (http://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%86%DB%8C%D8%AF%D9%85%D8%A7%D9%86_%D8%AA%D8%B1% D9%86%D8%B3%D8%AF%DB%8C%D9%88%D8%B3%D8%B1%D9%87%D8 %A7_%D8%AF%D8%B1_%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%D 9%81%D8%B1%D8%A7%D8%B5%D9%88%D8%AA)
در آزمون فراصوت چیدمان ترنسدیوسرها به یکی از حالات زیر است:
1. پژواک (به انگلیسی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B2%D8%A8%D8%A7%D9%86_%D8%A7%D9%86%DA%AF%D9%84% DB%8C%D8%B3%DB%8C): Pulse-Echo): در این روش از یک ترنسدیوسر هم به عنوان فرستنده و هم به عنوان گیرنده استفاده می‌شود. ترنسدیوسر پالسی را به داخل نمونه می‌فرستد و سیگنال مزبور در صورت برخورد با عیوب موجود منعکس می‌شود و بخشی از این سیگنال منعکس شده بار دیگر توسط ترنسدیوسر دریافت می‌شود.
2. بفرست و بگیر (به انگلیسی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B2%D8%A8%D8%A7%D9%86_%D8%A7%D9%86%DA%AF%D9%84% DB%8C%D8%B3%DB%8C): Pitch-Catch): در این روش ترنسدیوسر فرستنده سیگنالی می‌فرستد و ترنسدیوسر گیرنده آن را دریافت می‌کند.
3. فرافرستادن (به انگلیسی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B2%D8%A8%D8%A7%D9%86_%D8%A7%D9%86%DA%AF%D9%84% DB%8C%D8%B3%DB%8C): Through Transmission): مشابه روش بفرست و بگیر است با این تفاوت که ترنسدیوسر گیرنده در سوی دیگر نمونه قرار می‌گیرد و سیگنالی را دریافت می‌کند که از نمونه عبور کرده باشد و نه آنکه در درون آن انعکاس یافته باشد.
‫نمایش داده‌های آزمون
‫اِی‌اسکن
(http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B5%D9%88%DB%8C%D8%B1:A-Scan.PNG)
(http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B5%D9%88%DB%8C%D8%B1:A-Scan.PNG)
‫یک نمونه ‫‫اِی‌اسکن
‫اگر توسط ترنسدیوسر (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B1%D9%86%D8%B3%D8%AF%DB%8C%D9%88%D8%B3%D 8%B1) فرستنده سیگنالی فرستاده شود و توسط گیرنده دریافت شود، سیگنال حاصله سیگنالی است بر حسب زمان (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B2%D9%85%D8%A7%D9%86) و در نتیجه سیگنالی است یک بعدی. به این سیگنال، سیگنال ای اسکن (A-Scan) گویند.
بی‌اسکن
(http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B5%D9%88%DB%8C%D8%B1:B-Scan.PNG)
(http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B5%D9%88%DB%8C%D8%B1:B-Scan.PNG)
‫یک نمونه ‫بی‌اسکن دوبعدی
‫اگر ترنسدیوسر را بر روی نمونه مورد آزمون حرکت دهیم و در هر نقطه سیگنالی فرستاده و دریافت شود، مجموعه‌ای از سیگنال‌های یک بعدی نتیجه خواهد شد. در نتیجه سیگنال حاصله ماتریسی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D8%A7%D8%AA%D8%B1%DB%8C%D8%B3_(%D8%B1%DB%8C %D8%A7%D8%B6%DB%8C)) دو بعدی است که می‌توان آن را به صورت یک تصویر دو بعدی نمایش داد. به این گونه نمایش سیگنال فراصوت بی اسکن (B-Scan) گویند. گاهی سیگنال بی اسکن به صورت سیگنالی یک بعدی نمایش داده می‌شود، بدین صورت که از هر ای اسکن زمانی که سیگنال دارای حداکثر دامنه است تعیین می‌گردد، پس برای هر موقعیت ترنسدیوسر مقداری زمانی خواهیم داشت و می‌توان این مقدار زمانی را بر حسب مکان ترسیم نمود.
سی‌اسکن
حال اگر پویش دو بعدی صورت گیرد، یعنی یکی از سطوح نمونه پویش شود، آنگاه سیگنال حاصله تصویری سه بعدی از نمونه مورد آزمایش می‌دهد‫ که به آن سی اسکن (C-Scan) گویند. البته همانطور که بی اسکن را می‌توان بصورت سیگنالی یک بعدی نمایش داد، سیگنال سی اسکن را نیز می‌توان به صورت دو بعدی نمایش داد.
‫تحلیل داده‌های فراصوت
نوشتار اصلی: ‫پردازش سیگنال آزمون فراصوت (http://fa.wikipedia.org/wiki/%E2%80%AB%D9%BE%D8%B1%D8%AF%D8%A7%D8%B2%D8%B4_%D8% B3%DB%8C%DA%AF%D9%86%D8%A7%D9%84_%D8%A2%D8%B2%D9%8 5%D9%88%D9%86_%D9%81%D8%B1%D8%A7%D8%B5%D9%88%D8%AA )
علی‌رغم این که روش فراصوت دارای مزایای زیادی است و می‌تواند به لحاظ نظری عیوب بسیار کوچک را تشخیص دهد، اما در عمل به علت وجود نویز (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%86%D9%88%DB%8C%D8%B2) قدرت تشخیص این روش بسیار پایین‌تر از مقادیر نظری است. نکته حائز اهمیت آن است که ‫امروزه با وجود ترنسدیوسرهای (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B1%D9%86%D8%B3%D8%AF%DB%8C%D9%88%D8%B3%D 8%B1) با حساسیت‌های بالا که در این آزمون‌ها استفاده می‌شود، نمی‌توان انتظار بهبود قابل توجهی به لحاظ سخت‌افزاری (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B3%D8%AE%D8%AA%E2%80%8C%D8%A7%D9%81%D8%B2%D8%A 7%D8%B1) در این زمینه داشت. در واقع برخلاف بسیاری از آزمون‌های دیگر در این روش محدودیت نه بر روی سخت‌افزار بلکه بر روی روش‌های مورد استفاده در پردازش سیگنال‌های (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D8%B1%D8%AF%D8%A7%D8%B2%D8%B4_%D8%B3%DB%8C% DA%AF%D9%86%D8%A7%D9%84) فراصوت (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D8%B1%D8%A7%D8%B5%D9%88%D8%AA) می‌باشد [۳] (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%D9%81%D8%B1%D8%A7% D8%B5%D9%88%D8%AA#cite_note-2)
‫کاربردها

مواد فلزی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D9%84%D8%B2) و غیر فلزی و کامپوزیت‌ها (http://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%A9%D8%A7%D9%85%D9%BE%D9%88%D8%B2%DB%8C%D8%AA)� ��
‫عیوب سطحی و غیر سطحی
قابل استفاده برای جوش (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AC%D9%88%D8%B4%DA%A9%D8%A7%D8%B1%DB%8C)، اتصالات، میله‌ها، مواد ریخته‌گری، مواد آهنگری‫ (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D9%87%D9%86%DA%AF%D8%B1%DB%8C_(%D9%85%D8%AA %D8%A7%D9%84%D9%88%DA%98%DB%8C))‫، قطعات موتور (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D9%88%D8%AA%D9%88%D8%B1) و هواپیما (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%87%D9%88%D8%A7%D9%BE%DB%8C%D9%85%D8%A7)، اجزای ساختمانی، بتن (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A8%D8%AA%D9%86)، و همچنین بصورت گسترده‌ای برای تشخیص عیوب مخازن تحت فشار و لوله‌های انتقال نفت (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%86%D9%81%D8%AA) و گاز (http://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%AF%D8%A7%D8%B2_%D8%B7%D8%A8%DB%8C%D8%B9%DB%8C)
‫همچنین برای تعیین ضخامت و خواص مواد
‫برای پایش فرسودگی
مزایا و معایب
مزایا:

قدرت نفوذ بالا که باعث می‌شود عیوبی که در عمق ماده هست را بتوان تشخیص داد.
تشخیص عیوب بسیار کوچک مانند ترک‌ها: بدلیل بالا بودن فرکانس و در نتیجه پایین بودن طول موج امواج مورد استفاده در این روش می‌توان عیوب با ابعاد بسیار کوچک را تشخیص داد. به عنوان یک قاعده سرانگشتی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%82%D8%A7%D8%B9%D8%AF%D9%87_%D8%B3%D8%B1%D8%A7% D9%86%DA%AF%D8%B4%D8%AA%DB%8C) در تئوری اندازه کوچکترین عیب قابل تشخیص به این روش برابر با ۲ برابر طول موج مورد استفاده است.
‫دقت بالا در تعیین مکان و اندازه عیوب
معایب:

‫عموماً تماسی است، گاهی بصورت مستقیم و گاه بواسطه محیط واسط
‫نیاز به حسگرهای متفاوت برای کاربردهای مختلف؛ عموماً به لحاظ بازه فرکانسی
‫حساسیت تابعی از فرکانس مورد استفاده است و بعضی از مواد به خاطر ساختارشان باعث پخش شدن قابل ملاحظه امواج فراصوت می‌گردند. امواج بازگشتی از این گونه امواج عموماً به سختی از نویز قابل تمیز است.
اعمال این روش ‫برای قطعات بسیار نازک دشوار است.
‫کارکرد دستی دستگاه فراصوت نیازمند مهارت بالای کاربر است.
تفسیر داده‌ها نیازمند دانش فنی بالایی است.
اعمال این روش برای ‫قطعات نامنطم، دارای سطح زبر، خیلی کوچک و نازک، و ناهمگن دشوار است.
· آزمون مایعات نافذ یکی از روش‌های آزمون‌های غیر مخرب (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86%E2%80%8C%D9%87%D8%A 7%DB%8C_%D8%BA%DB%8C%D8%B1_%D9%85%D8%AE%D8%B1%D8%A 8) است. ‫در این روش سطح قطعه با مایعی رنگی قابل مشاهده و یا فلورسنت پوشیده می‌شود. پس از مدتی این مایع در درون شکاف‌ها و حفره‌های سطحی قطعه نفوذ می کند. پس از آن مایع از سطح جسم زدوده می‌شود و ماده ظاهر کتتده به روی سطح پاشیده می‌شود. اختلاف روشنایی مایع نافذ و ظاهر کننده باعث می‌شود که عیوب سطحی به راحتی مشاهده شوند.
· مراحل انجام آزمون‫
· (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B5%D9%88%DB%8C%D8%B1:Ressuage_principe_2 .svg)
· (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AA%D8%B5%D9%88%DB%8C%D8%B1:Ressuage_principe_2 .svg)
· 1. ‫سطح قطعه دارای ترک غیر قابل مشاهده با چشم غیر مسلح.
2. ‫سطح قطعه با مایع نافذ پوشیده شده.
3. ‫مایع از سطح جسم زدوده شده است.
4. ‫ماده ظاهر کتتده به روی سطح پاشیده شده است.
· کاربردها
· این روش هزینه کمی در بر دارد و می‌توان از آن برای تشخیص ترک در مواد غیر متخلخل به آسانی استفاده نمود. این روش را می‌توان برای تمامی مواد غیرآهنی اعم از فلزات (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D9%84%D8%B2%D8%A7%D8%AA)، سرامیک (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B3%D8%B1%D8%A7%D9%85%DB%8C%DA%A9) و پلاستیک (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D9%84%D8%A7%D8%B3%D8%AA%DB%8C%DA%A9) بکار برد ولی در مورد قطعات آهنی آزمون ذرات مغناطیسی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%D8%B0%D8%B1%D8%A7% D8%AA_%D9%85%D8%BA%D9%86%D8%A7%D8%B7%DB%8C%D8%B3%D B%8C)، بخاطر قابلیت‌های بسیار بالاتر آن نسبت به روش مایعات نافذ، ارجحیت دارد.

· آزمون نشتی یکی از روش‌های آزمون‌های غیر مخرب (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86%E2%80%8C%D9%87%D8%A 7%DB%8C_%D8%BA%DB%8C%D8%B1_%D9%85%D8%AE%D8%B1%D8%A 8) است. ‫روش‌های مختلفی برای تشخیص نشتی در مخازن تحت فشار (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%D8%AE%D8%A7%D8%B2%D9%86_%D8%AA%D8%AD%D8%AA_ %D9%81%D8%B4%D8%A7%D8%B1) و مانند آن، استفاده می‌شود که مهم‌ترین آنها عبارت‌اند از: گوشی‌های الکتریکی، گیج فشار (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D8%B4%D8%A7%D8%B1)، گاز و یا مانع نافذ و همینطور تست حباب صابون (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B5%D8%A7%D8%A8%D9%88%D9%86).
آزمون ‫الکترومغناطیس یکی از روش‌های آزمون‌های غیر مخرب (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86%E2%80%8C%D9%87%D8%A 7%DB%8C_%D8%BA%DB%8C%D8%B1_%D9%85%D8%AE%D8%B1%D8%A 8) است. ‫در این روش با استفاده از یک میدان مغناطیسی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%DB%8C%D8%AF%D8%A7%D9%86_%D9%85%D8%BA%D9%86% D8%A7%D8%B7%DB%8C%D8%B3%DB%8C) متغیر در یک ماده رسانا (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B1%D8%B3%D8%A7%D9%86%D8%A7) جریان الکتریکی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AC%D8%B1%DB%8C%D8%A7%D9%86_%D8%A7%D9%84%DA%A9% D8%AA%D8%B1%DB%8C%DA%A9%DB%8C) گردابی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AC%D8%B1%DB%8C%D8%A7%D9%86_%D8%A7%D9%84%DA%A9% D8%AA%D8%B1%DB%8C%DA%A9%DB%8C_%DA%AF%D8%B1%D8%AF%D 8%A7%D8%A8%DB%8C) القا می‌شود و این جریان الکتریکی اندازه‌گیری می‌شود. وجود گسستگی‌هایی مانند ترک در ماده باعث ایجاد وقفه در این جریان می‌شود و بدین طریق می‌توان به وجود چنین عیبی پی برد. در ضمن مواد مختلف دارای رسانایی الکتریکی نفوذپذیری متفاوتی هستند. بنابراین می‌توان بعضی از مواد را با این روش رده‌بندی نمود.

آزمون ‫رادیوگرافی (به انگلیسی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B2%D8%A8%D8%A7%D9%86_%D8%A7%D9%86%DA%AF%D9%84% DB%8C%D8%B3%DB%8C): Radiographic testing (RT)) یکی از روش‌های آزمون‌های غیر مخرب (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86%E2%80%8C%D9%87%D8%A 7%DB%8C_%D8%BA%DB%8C%D8%B1_%D9%85%D8%AE%D8%B1%D8%A 8) است. آزمون ‫رادیوگرافی به استفاده از امواج گاما (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D8%B1%D8%AA%D9%88_%DA%AF%D8%A7%D9%85%D8%A7) و ایکس (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D8%B1%D8%AA%D9%88_%D8%A7%DB%8C%DA%A9%D8%B3) ، که قابلیت نفوذ در بسیاری از مواد را دارا می‌باشند، برای بررسی مواد و تشخیص عیوب محصولات گفته می‌شود. در این روش اشعه ایکس (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D8%B1%D8%AA%D9%88_%D8%A7%DB%8C%DA%A9%D8%B3) و یا رادیواکتیو (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B1%D8%A7%D8%AF%DB%8C%D9%88%D8%A7%DA%A9%D8%AA%D B%8C%D9%88) به سمت قطعه هدایت می‌شود و پس از عبور از قطعه بر روی فیلم منعکس می‌شود. ضخامت و مشخصه‌های داخلی باعث می‌شوند نقاطی در فیلم تاریکتر و یا روشن‌تر دیده شوند.
نشتی شار مغناطیسی، آزمونی است غیرمخرب (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%D8%BA%DB%8C%D8%B1% D9%85%D8%AE%D8%B1%D8%A8) که برای تشخیص خوردگی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AE%D9%88%D8%B1%D8%AF%DA%AF%DB%8C) در لوله‌ها و مخازن بکار گرفته می‌شود. در این روش با استفاده از یک میدان مغناطیسی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%DB%8C%D8%AF%D8%A7%D9%86_%D9%85%D8%BA%D9%86% D8%A7%D8%B7%DB%8C%D8%B3%DB%8C) قوی فولاد مغناطیسی می‌شود. در صورت وجود عیبی همچون خوردگی، مقداری از این میدان مغناطیسی نشت پیدا می‌کند. یک حسگر مغناطیس بین دو قطب میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد تا این نشتی شار را دریافت کند. بدین ترتیب می‌توان به وجود عیب پی برد.
نشتی شار مغناطیسی، آزمونی است غیرمخرب (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D8%B2%D9%85%D9%88%D9%86_%D8%BA%DB%8C%D8%B1% D9%85%D8%AE%D8%B1%D8%A8) که برای تشخیص خوردگی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%AE%D9%88%D8%B1%D8%AF%DA%AF%DB%8C) در لوله‌ها و مخازن بکار گرفته می‌شود. در این روش با استفاده از یک میدان مغناطیسی (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%DB%8C%D8%AF%D8%A7%D9%86_%D9%85%D8%BA%D9%86% D8%A7%D8%B7%DB%8C%D8%B3%DB%8C) قوی فولاد مغناطیسی می‌شود. در صورت وجود عیبی همچون خوردگی، مقداری از این میدان مغناطیسی نشت پیدا می‌کند. یک حسگر مغناطیس بین دو قطب میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد تا این نشتی شار را دریافت کند. بدین ترتیب می‌توان به وجود عیب پی برد.

[ghasem motamedi]

بررسی تاثیر عناصر آلیاژی بر خواص فولاد

کربن
کربن مهمترین و موثرترین عنصر آلیاژی در فولادها می باشد و بالاترین تاثیر را در ساختار آن دارد.هر فولاد آلیاژ شده علاوه بر کربن عناصر آلیاژی دیگری نظیر سیلیسیم – منگنز-فسفر و گوگرد را به همراه خواهد داشت بطوریکه این عناصر به شکلی ناخواسته به هنگام فرایند تولید در فولاد باقی خواهند ماند.اضافه کردن عناصر آلیاژی برای بدست آوردن نتایج مشخص و منحصر بفرد و افزایش کنترل شده منگنز و سیلیسیم در فولاد , فولاد آلیاژی را بوجود خواهد آورد. با افزایش میزان کربن استحکام . سختی پذیری فولاد فولاد بیشتر میشود اما چکش خواری و قابلیت جوشکاری و ماشینکاری (با استفاده از ماشینهای برش) کاهش می یابد.این عنصر عملا هیچ تاثیری بر مقاومت خوردگی در آب, اسید و گازهای گرم ندارد.

کلسیم
در ترکیب با سیلیسیم به شکل سیلیسیم –کلسیم در رکسیژن زدایی فولادها به کار می رود.کلسیم, مقاومت در برابر پوسته شدن مواد هادی حرارت را افزایش می دهد.

سدیم
این عنصر یک اکسیژن زدای مسلم و نیرومند است و گوگرد زدایی را نیز سرعت و شتاب می دهد.به همین دلیل یک عنصر پالایشی در فولادها محسوب می گردد. وجود این عنصر در فولادهای پرآلیاژ باعث گستردگی دامنه فرآیند شکل گیری گرم می شود.همچنین مقاومت فولادهای نسوز را در برابر پوسته شدن بهبود می بخشد.آلیاژهای آهن-سدیم با مقادیر تقریبی 70% سدیم دارای خواص آتش دهندگی(مانند سنگ چخماق) هستند و در تولید چدنهایی با گرافیت کروی مورد استفاذه قرار می گیرد.

کبالت
کبالت هیچ کاربیدی را تشکیل نمی دهد. در دمای بالا از رشد دانه ها جلوگیری می کند.مقاومت در برابر تنشهای ناشی از بازپخت را افزایش می دهد و موجب بهبود استحکام مکانیکی فولاد در برابر دمای بالا می شود.لذا به عنوان یک عنصر آلیاژی در فولادهای ابزاری گرم کار,فولادهای مقاوم در برابر خزش و فولادهای دیرگداز به کار می رود.وجود کبالت شکل گیری گرافیت کروی را تسریع می کند.در کمیتها و مقادیر بالا, پایداری مغناطیسی,نیروی مغناطیس زدایی و هدایت حرارتی را افزایش می دهد.لذا به عنوان یک عنصر پایه در آلیاژها و فولادهای مغناطیسی دایم مرغوب به کار می رود. این عنصر تحت تاثیر تابش نوترونی, رادیوایزوتوپ 60 کبالت را شکل می دهد. به همین دلیل برای فولادهایی که در راکتورهای اتمی بکار برده میشوند مناسب نمی باشد.

کرم
وجود عنصر فوق باعث سختی پذیری فولاد در هوا و روغن می باشد. کرم با کاهش سرعت خنک سازی بحرانی, به وسیله شکل دادن ساختار مارتنزیتی, قابلیت سخت کاری را افزایش می دهد.بنابراین سبب بهبود حساسیتهای سخت کاری و بازپخت می شود.اما در هر صورت چقرمگی کاهش می یابد.و از انعطاف پذیری یا شکل پذیری فولاد به مقدار کمی کاسته می گردد با افزایش کرم در فولادهای ساده کرم دارجوش پذیری کاهش می یابد.با اضافه نمودن هر واحد 1% کرم به عنوان یک عنصر کاربید سازاستحکام کششی فولاد به میزان 100_80نیوتن بر میلیمتر مربع افزایش می یابد.کرم به عنوان یک عنصر کاربید ساز بکار برده می شود.کاربیدهای این عنصر کیفین نگهداری لبه ها و مقاومت سایشی را افزایش می دهد. کرم موجب مقاومت فولاد در دماهای بالا می شود و در برابر هیدروژن تحت فشارخواص مواد را افزایش می دهد.با افزایش کرم مقاومت در برابر پوسته شدن فولادها نیز بهبود می یابد.به طور تقریب حداقل 13% کرم مورد نیاز است تا مقاومت خوردگی فولادها نیز بهبود یابد.این مقدار کرم باید در قابل فلزی حل شود.این عنصر موجب محدودین دامنه فاز گاما می شود و باالعکس ئامنه فاز فریتی را افزایش می دهد.همچنین باعث پایداری آستنیت در فولادهای آستنیتی کرم-منگنزیا کرم-نیکل شده و سبب کاهش هدایت الکتریکی و حرارتی می شود و انبساط حرارتی را نیز کاهش می دهد.(آلیاژهایی برای آببندی شیشه)با افزایش همزمان میزان کربن و کرم تا میزان 3% پایداری مغناطیسی و شدت نیروهای پسماند زدا افزایش می یابد.

مس
مس بعنوان یک فلز آلیاژی به تعداد بسیار کمی از فولادها اضافه می شود.زیرا این فلز به زیرلایه های سطحی فولاد تمرکز یافته و در فرآیند شکل دهی گرم با نفوذبه مرز دانه ها ,حساسیت سطحی را در فولادها بوجود می آورد.لذا به عنوان یک فلز مخرب در فولادها محسوب می گردد.به واسطه حضور مس نقطه تسلیم و نسبت نقطه تسلیم به استحکام نهایی افزایش می یابد.این عنصر در مقادیر بالای 30%موجب سختی رسوبی میشود و بدین ترتیب سختی پذیری نیزبهبود می یابد.اما قابلیت جوشکاری به واسطه حضور مس تغییری نمی کند.در فولادهای آلیاژی ساده و پرآلیاژ مقاومت جوی به میزان کافی بهبود می یابد.مقادیر بالاتر از 1% مس موجب بهبود مقاومت در برابر واکنشهای اسید کلریدریک و اسید سولفوریک می شود.

هیدروژن
هیدروژن یک عنصر مخرب در فولاد تلقی می گردد. زیرا بدون آنکه نقطه تسلیم و استخکام کششی فولاد را افزایش دهد,موجب تردی و شکنندگی فولاد می گردد.انعطاف پذیری را کم کرده و باعث کاهش سطح مقطع می باشد. هیدروژن سبب پوسته شدن ناخواسته سطح فولاد میگردد و ایجاد خطوط رنگین ناشی از ترکیبات را شتاب می دهد.هیدروژن اتمی ایجاد شده ,در خلال فرایند اکسیژن زدایی در فولاد نفوذ کرده و حفره هایی را تشکیل می دهد(مک)که در فرآیند جوشکاری(پروزیتی) نام دارد.هیدروژن مرطوب در دمای بالا باعث کربن زدایی فولاد می باشد.

منیزیم
این عنصر موجب تشکیل گرافیت کروی در چدن می باشد.

منگنز
منگنز یک اکسیژن زداست.این عنصر با گوگرد ترکیب شده و تشکیل سولفید منگنز می دهد.بر همین اساس اثرات نامطلوب اکسید آهن را از بین می برد.وجود این عنصر در فولادهای خوش تراش بسیار مهم است.زیرا خط قرمز شکنندگی را کاهش می دهد.منگنز سرعت خنک شدن بخرانی را نیز به شدت کم می کند به همین دلیل سختی پذیری و نقطه تسلیم و استحکام نهایی را افزایش می دهد.با اضافه نمودن منگنز تاثیرات مطلوبی در قابلیتهای آهنگری و جوشکاری فولاد بوجود می آید و بطور قابل ملاحظه ای عمق سختی فولادها را بیشتر می کند.اگر سطح این نوع فولادها در معرض تنشهای ضربه ای قرار گیرد به مقدار بسیار زیادی کارسخت حواهد شد در حالیکه مغز فولاد چقرمگی اولیه خود را حفظ میکند لذا این گروه از فولادها تحت تاثیر نیروهای ضربه ای(کارسختی) مقاومت سایشی مطلوبی از خود نشان می دهند.با افزایش منگنز ضریب انبساط حرارتی افزایش یافته در حالیکه هدایت الکتریکی کاهش می یابد. منگنز باعث افزایش خاصیت فنری می شود.

مولیبدن
این عنصر به طور معمول با عناصر دیگر آلیاژ می شود.در فولاد کرم-نیکل دار و فولاد منگنز دار سبب ریز دانه سازی می شود.و باعث بهبود قابلین جوشکاری می شود و نقطه تسلیم و استحکام نهایی را بالا می برد. با ازدیاد درصد مولیبدن جوش پذیری کاهش می یابد.و سازنده مسلم فاز کاربید است و در فولادهای تند بر خواص برشکاری را بهبود می بخشد.مقاومت خوردگی را بالا می برد.

نیتروژن
این عنصر به دو صورت ظهور می کند
1-بصورت یک عنصر مخرب که به دلیل کاهش چقرمگی در خلال فرآیند ته نشینی رسوبی است که موجب ایجاد حساسیت در برابر پیری و شکنندگی آبی(تغییر شکا در درجه خرارت آبی300-350 درجه سانتیگراد) می شود و امکان ایجاد تنش در ترکهای درون بلوری فولادهای غیرآلیاژی و کم آلیاژ را فراهم می سازد.
2-بصورت عنصری آلیاژی دامنه فاز گاما را افزایش می دهد و ساختار آستنیتی را استحکام می بخشد در فولادهای آستنیتی استحکام را افزایش می دهد و باعث افزایش نقطه تسلیم و خواص مکانیکی در گرما می شود.

آلومینیوم
یکی از قویترین اکسیژن زداها و نیتروژن زداهاست.و بر اساس نتیج بدست آمده تاثیر بسیار زیادی برای مقابله با کرنشهای ناشی از پیری دارد.در ترکیب با نیتروژن تشکیل نیترور سخت می دهد که باعث افزایش مقاومت در برابر پوسته ای شدن می شود به همین دلیل به عنوان عنصری آلیاژس برای مقاومت حرارتی فولادها بکار می رود.

ارسنیک
دامنه فاز گاما را محدود میکند لذا عنصری مخرب شناخته می شود زیرا مانند فسفر میل شدیدی به جداسازی ریزدانه های عناصر مختلف دارد. شکنندگی ناشی از بازپخت را افزایش داده و باعث کاهش شدید چقرمگی و قابلیت جوشکاری میگردد.
چرا فولاد زنگ نزن ( stainless steel ) نوع 316 زنگ می زند؟

در جواب به این سوال ابتدا به معرفی این نوع فولاد می پردازیم.
فولادهای زنگ نزن (S.S) طبق دسته بندی موسسه آهن و فولاد امریکا (AISI) به دو گروه سری 300-200 و سری 400 طبقه بندی می شوند که هر سری شامل چندین فولاد با رفتارهای مختلف می باشد.
فولادهای زنگ نزن سری 300-200 آستنیتی (Austenitic) می باشند که بسیار چقرمه (tough) و نرم (ductile) بوده و نیازی به عملیات حرارتی ندارند در نتیجه این فولادها برای جوشکاری مناسب اند و تحت شرایط عادی اتمسفری نیازی به آنیله شدن ندارند.
این فولادها در برابر خوردگی مقاومند و معمولا غیر مغناطیسی هستند و فقط از طریق کار سرد (cold work) سخت می شوند.
محدوده کربن در این فولادها 0.08 تا 0.25 درصد، میزان کروم 16 تا 26 درصد و میزان نیکل 6 تا 22 درصد است.
آنچه که در نوع 316 باعث تمایز آن نسبت به انواع دیگر فولاد S.S همچون 304 شده وجود میزان حداکثر 3 درصد مولیبدنیوم در آن می باشد.مولیبدنیوم مقاومت خوردگی این آلیاژ کروم-نیکل را در برابر تخریب اکثر مواد و حلالهای شیمیایی صنعتی بالا برده و همچنین در برابر خوردگی حفره ای (pitting) حاصل از کلرایدها مقاومت میکند.به همین خاطر نوع 316 مهمترین فولادی است که در محیطهای دریایی استفاده می گردد.
Type Analysis of Stainless Type 316:



دو عامل مهم در خوردگی این نوع فولادها یکی حساس شدن (sensitization) و عامل دیگر که باعث زنگ زدن جوشهای آن می شود اکسید زدایی نکردن آن می باشد.حال هر کدام بطور مختصر توضیح داده می شود.
حساس سازی یا حساس شدن (sensitization):
رسوب (ته نشین شدن) کرباید در مرز دانه ها ،هنگامی که فولادهای زنگ نزن آستنیتی در یک بازه زمانی در محدوده دمای بین 425 تا 870 درجه سانتیگراد(800 تا 1600 درجه فارنهایت) حرارت داده می شوند(بخصوص در جوشکاری) را حساس شدن می گویند.
مدت زمانی که فولاد در این دما قرار میگیرد مقدار کرباید رسوب شده را تعیین میکند.وقتی کرومیوم کرباید در مرز دانه ای رسوب میکند نواحی کناری فورا از کروم تهی میشود.در صورتیکه این ته نشینی و تهی سازی نسبتا پیوسته باشد ،فولاد را نسبت به خوردگی بین دانه ای (intergranular corrosion) مستعد می سازد.همچنین حساس شدن مقاومت فولاد را در برابر انواع دیگر خوردگی همچون خوردگی حفره ای (pitting) ،خوردگی شکافی (crevice corrosion) و ترک خوردگی تنشی(SCC) کاهش می دهد.
روش جلوگیری از sensitization
با استفاده از منحنی های حساس سازی دما-زمان میتوان از حساس شدن جلوگیری نمود و تاثیر میزان کربن را روی این پدیده مشاهده نمود.در شکل پايين نمونه ای از اين منحنی ها را برای فولاد ۳۰۴ را مشاهده می تماييد.
روش دیگر جلوگیری از حساس شدن استفاده از فولادهای پایدار( stabilized steels) همچون 321 و 347 میباشد.اینگونه فولادهای زنگ نزن محتوی تیتانیوم (titanium) و یا نیوبیوم(niobium) بوده که میل به ترکیب با کربن دارند و به آسانی کرباید تشکیل میدهند،این موضوع باعث میشود حتی وقتی در طولانی مدت در معرض دمای sensitization قرار بگیرد کروم در حلال باقی بماند .
تنها راه حل اصلاح فولادهای زنگ نزن حساس شده، آنیله کردن آن می باشد.
در جلسه بعد اسید شویی(pickling) و غیر فعال سازی (passivation) فولادها شرح داده خواهد شد.

[ghasem motamedi]

آبکاری با نیکل
نیکل یکی از مهمترین فلزاتی است که در آبکاری به کار گرفته می‌شود. تاریخچه آبکاری نیکل به بیش از صدها سال پیش باز می‌گردد این کار در سال 1843 هنگامی که R.Rotlger توانست رسوبات نیکل را از حمامی شامل سولفات نیکل و آمونیوم بدست آورد آغاز گردید بعد از آن Adams اولین کسی بود که توانست آبکاری نیکل را در موارد تجاری انجام دهد. نیکل رنگی سفید شبیه نقره دارد که کمی متمایل به زرد است و به راحتی صیقل‌پذیر و دارای خاصیت انبساط و انقباض٬ جوش‌پذیر بوده و مغناطیسی می‌بلاشد. آبکاری با نیکل اساسا به منظور ایجاد یک لایه براق برای یک لایه بعدی مانند کروم و به منظور فراهم آوردن جلای سطحی خوب و مقاومت در برابر خوردگی برای قطعات فولادی٬ برنجی و حتی بر روی پلاستیکهایی که با روش‌های شیمیایی متالیزه شده‌‌‌اند به کار می‌رود. مواد شیمیایی که در الکترولیتهای نیکل به کار می‌روند عبارتنداز:
· نمک فلزی (مهمترین آنها سولفات نیکل است و همچنین از کلرید نیکل و سولفومات نیکل نیز استفاده می‌شود.)
· نمک رسانا (برای بالا بودن قابلیت رسانایی ترجیحا از کلریدها مخصوصا کلرید نیکل استفاده می‌شود)
· مواد تامپونه کننده (برای ثابت نگه داشتن PH اصولا اسید بوریک به کار برده می‌شود.)
· مواد ضد حفره‌ای شدن (برای جلوگیری از حفره ای شدن به الکترولیتهای نیکل موادی اضافه می کنند که مواد ترکننده نامیده می شوند. سابقا از مواد اکسید کننده به عنوان مواد ضد حفره استفاده می‌شد.)
آبکاری با کروم
روکش‌های لایه کروم رنگی شبیه نقره٬ سفید مایل به آبی دارند. قدرت انعکاس سطح کروم‌کاری شده و کاملا″ صیقلی شده در حد 65% است (برای نقره 88%و نیکل 55%) در حالی که خاصیت انعکاس نقره و نیکل با گذشت زمان ضایع می‌شود٬ در مورد کروم تغییری حاصل نمی‌شود. لایه‌های کروم قابل جوشکاری نبوده و رنگ‌کاری و نقاشی را نمی‌پذیرند. کروم در مقابل گازها٬ موادقلیایی و نمکها مقاوم است اما اسید سولفوریک واسید کلریدریک وسایر اسیدهای هالوژن‌دار در تمام غلظتها ودر تمام درجه حرارتها بر روی کروم تاثیر می گذارند. به دنبال رویین شدن شیمیایی٬ روکش‌های کروم مقاومت خوبی در اتمسفر از خود نشان می‌دهند و کدر نمی‌شوند. از این رو به تمیز کردن و یا نو نمودن توسط محلولها یا محصولات حل کننده اکسیدها را ندارند. روکش‌های کروم تا 500 درجه سانتیگراد هیچ تغییری از نظر کدر شدن متحمل نمی‌‌شوند. رویین شدن حالتی است که در طی آن در سطح کروم٬ اکسید کروم (3+) تشکیل می شود. این عمل موجب جابه‌جایی پتانسیل کروم از 0.717 به 1.36 ولت می شود و کروم مثل یک فلز نجیب عمل می نماید. لایه های پوششی کروم براق با ضخامت پایین (در حدود 1 میکرومتر)که غالبا در کروم‌کاری تزیینی با آن روبه رو هستیم فولاد را در مقابل خوردگی حفاظت نمی‌کنند کروم کاری ضخیم که در مقابل خوردگی ضمانت کافی داشته باشد فقط از طریق کروم‌کاری سخت امکانپذیر است. با توجه به اینکه پوشش‌های کروم الکترولیتی سطح مورد آبکاری را به طور کامل نمی‌پوشانند از این رو کروم‌کاری تزیینی هرگز به تنهایی مورد استفاده قرار نمی‌گیرد بلکه همواره آن را به عنوان پوشش نهایی بر روی واکنش‌هایی که حفاظت سطح را در مقابل خوردگی ضمانت می‌نمایند به کار می‌روند. معمولا به عنوان پایه محافظ از نیکل استفاده می‌شود.
آبکاری با مس
مس فلزی است با قابلیت کشش بدون پاره شدن٬ نرم و هادی بسیار خوب جریان برق و گرما. مس از هیدروژن نجیب‌تر است و در نتیجه نه تنها در مقابل آب و محلولهای نمک‌دار بلکه در مقابل اسیدهایی که اکسیدکننده نیستند نیز مقاومت دارد. اکسیدکننده‌ها و اکسیژن هوا به راحتی مس را به اکسید مس (I) و یا اکسید مس (II) تبدیل می‌کنند اکسیدهایی که برخلاف خود فلز در اکثر اسیدها حل می‌شوند. به دلیل وجود گازهای مخرب در محیط که دارای گوگرد هستند٬ روی اشیایی که از جنس مس هستند لایه هایی از سولفور مس به رنگ‌های تاریک و یا سبز تشکیل می‌شود.
الکترولیت‌های آبکاری مس
· الکتر‌ولیت‌هایی برپایه اسید سولفوریک یا اسید فلوریدریک
· الکتر‌ولیت‌هایی که فسفات در بر دارند
· الکتر‌ولیت‌ها ی سیانیدی
الکترولیت‌های اسیدی بر پایه سولفات مس به غیر از مس‌اندود نمودن مستقیم سرب٬ مس و نیکل برای دیگر فلزات مناسب نیستند. اینها روی آهن٬ آلومینیم و روی به طور مستقیم تولید روکش نمی‌کنند اگر در یک الکترولیت اسید اشیایی از جنس آهن٬ آلومینیم و روی فرو ببریم یک لایه اسفنجی در نتیجه مبادله یونی ایجاد می‌شود. این یک لایه پایداری بدون چسبندگی برای لایه‌های دیگر خواهد بود. بنابراین قبل از مس‌اندود نمودن این فلزات در محیط اسیدی باید حتما یک عملیات مس‌اندود نمودن در محیط اسیدی انجام گرفته باشد. الکترولیت‌های سیانیدی٬ علی‌رغم سمی بودنشان به علت دارا بودن خواص خوب اهمیت زیادی پیدا کرده‌اند. پوششهای حاصل از حمام‌های سیانیدی دارای توان پوششی خوبی می‌باشند٬ آنها دارای دانه‌بندی حاصل از چسبندگی فوق‌العاده‌ای‌اند. در نتیجه پدیده‌های شدید پلاریزاسیون٬ قدرت نفوذ الکترولیت‌های سیانیدی بهتر از حمام های مس‌کاری اسید است. الکترولیت‌های پیروفسفات مس برای ایجاد روکش‌های زینتی روی زاماک٬ فولاد٬ آلیاژهای آلومینیم و برای پوشش سطحی فولاد بعد از عملیات سمانتاسیون به کار برده می‌شود. موارد کابردی دیگر می‌توان مس‌کاری سیم‌ها و شکل‌یابی با برق را نام برد.
آلیاژهای مس
برنج: آْلیاژی از مس و روی که CuZn30 نامیده می‌شود.
برنز: آلیاژی از مس و قلع می‌باشد.
آبکاری با روی
روی فلزی است به رنگ سفید متمایل به آبی٬ بالاتراز 100 درجه سانتیگراد شکننده٬ مابین100 الی 200 درجه سانتیگراد نرم٬ قابل انحنا و انبساط است و می‌توان به صورت ورقه‌های نازک درآورد٬ بالای 200 درجه سانتیگراد دوباره شکننده می‌شود. خاصیت تکنیکی خیلی مهم روی حفاظت خیلی خوب پوشش‌های آن در مقابل خوردگی است. این خاصیت ترجیحا بواسطه تشکیل لایه یکنواخت و چسبنده اتمسفر ایجاد می‌شود و عموما شامل اکسید و هیدروکسید کربنات روی و گاهی نیز سولفات و کلرید روی می‌باشد.
الکترولیت‌های آبکاری روی
· الکترولیت‌های اسیدی : اسید سولفوریک - اسید کلیدریک و اسید فلوبوریک.
· الکترولیت‌های بازی : سیانیدی - زنکاتی و پیروفسفات.
قدیمی‌ترین نوع روی‌کاری گالوانیزاسیون است . در این روش روی کاری٬ قطعات آهنی بعد از عملیات پرداخت در داخل روی مذاب در درجه حرارتی مابین 420 الی 450 درجه سانتیگراد فرو برده می‌شود. برای اهداف تزئینی از روی‌کاری براق استفاده می‌شود. اساسا″ ترکیب حمام‌های براق شبیه حمام‌های مات است٬ فقط حمام های براق دارای درجه خلوص بالاتر و بعلاوه مواد براق‌کننده آلی و غیرآلی می‌باشند. معمولا لایه‌های پوششی روی عملیات پسین شیمیایی توسط کروماته کردن و یا فسفاته کردن را پذیرا هستند. در نتیجه کروماته کردن لایه های روی خوردگی روی به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد.
آبکاری با کادمیوم
رنگ آن سفید بوده و به نقره شباهت دارد. بسیاری از خواص کادمیوم به روی شبیه اند. لایه کادمیوم به سهولت قابل لحیم‌کاری است. حفاظت ضدخوردگی کادمیوم شدیدا″ تحت تاثیر محیط خورنده می‌باشد. با توجه به اینکه فلز کادمیوم مسموم کننده است٬ بدین جهت از این لایه ها نباید برای قطعاتی که همیشه دم دست هستند و همچنین در صنایع غذایی استفاده نمود.
الکترولیت‌های آبکاری کادمیوم
حمام های کادمیوم کاری بسیار متداول از انحلال اکسید کادمیوم و یا سیانید کادمیوم در سیانید سدیم تولید می‌شوند. به وجود آمدن شکنندگی توسط هیدروژن در کادمیوم کاری سیانیدی سبب شده است که الکترولیت‌های اسیدی برای کاربردهای ویژه‌ای تهیه شوند. تنها فرایندی که امروزه سودمند است٬ بر پایه حمام‌های فلوئوبرات مبتنی است . عملیات پسین پوشش‌های کادمیوم نیز به منظور بهتر نمودن منظر قطعه انجام می‌یابد. غوطه‌ور نمودن کوتاه مدت در اسید نیتریک 0.5-0.3 درصد سبب براق شدن لایه‌ها از نوع نقره خواهد شد. در صورتی که بخواهیم لایه کادمیوم در مقابل خوردگی مقاوم‌تر شود٬ به طریق پسین با استفاده از محلول‌های اسید حاوی یونهای کروم (VI) ممکن خواهد بود. بر طبق غلظت و ترکیب محلول‌های کروم‌دار٬ لایه‌های کرومات به رنگهای آبی آسمانی٬ زرد براق یا سبز زیتونی ایجاد می‌شود که به طور قابل ملاحظه‌ای در مقابل خوردگی لایه را بهتر می‌نمایند.
آبکاری با قلع
قلع فلزی است براق٬ دارای رنگ سفید نقره‌ای٬ در درجه حرارت معمولی در مقابل آب و هوا مقاوم است و اسیدها و بازهای ضعیف به سختی روی آن اثر می‌گذارند. برعکس اسید و بازهای قوی به آسانی روی آن اثر می‌گذارند. به راحتی لحیم‌پذیر است. قلع در مقابل مواد غذایی و اتمسفر معمولی تحت تاثیر قرار نمی‌گیرد. با توجه به اینکه سمی نیست٬ کاربرد زیادی در پوشش‌کاری قطعات صنعتی مواد غذایی و صنعت کنسروسازی دارد. با توجه به لحیم‌کاری بسیار عالی در صنعت برق نیز به کار برده می‌شود.
الکترولیت‌های آبکاری قلع
· الکترولیت‌های اسیدی : اسید فنل سولفونیک - اسید هیدروفلوریک و اسید فلوئوروبونیک.
· الکترولیت‌های قلیایی : براساس استانات سدیم یا پتاسیم و هیدروکسیدهای مربرطه می‌باشد.
پوشش‌های قلع ایجاد شده روی قطعات به طریق الکترولیتی ظاهری کدر دارند با فرو بردن قطعات در حمام روغن داغ (Surfuion) براق می‌شوند. حمام‌های روغن داغ٬ خلل و فرج موجود در پوشش را از بین برده٬ مقاومت در مقابل خوردگی قشر را افزایش می‌دهند. همچنین با استفاده از یک محلول خیلی داغ کرومات قلیایی حاوی یک تر کننده٬ می‌توان مقاومت در مقابل خوردگی قشر قلع‌اندود شده را بهتر نمود.
آبکاری با نقره
نقره فلزی قیمتی (نجیب)٬ به رنگ سفید براق است. اسید کلریدریک٬ اسید سولفوریک و اسید استیک به طور جزیی بر آن اثر می‌کند٬ برعکس اسید نیتریک٬ آن را به صورت نیترات نقره حل می‌کند. نقره توسط سولفور هیدروژن و ترکیبات دیگر گوگرد تولید سولفور نقره به رنگ سیاه می‌نماید. اکسیژن هوا به نقره آسیبی نمی‌رساند.همچنین در مقابل اغلب محلول‌های نمکی و غذایی نیز مقاومت دارد.
الکترولیت‌های آبکاری نقره
حمام‌های نقره کاری شامل سیانید ساده نقره٬ کربنات پتاسیم٬ سیانید پتاسیم یا سیانید سدیم می باشد. هنگامی که از سیانید پتاسیم استفاده می‌شود پوشش به سختی می سوزد. ضمنا لایه‌ها براق و حمام‌ها دارای خاصیت هدایت جریان بیش‌تری هستند. سیانید قلیایی موجود در الکترولیت تحت تاثیر CO2 موجود در اتمسفر به طور جزیی تجزیه شده و تولید کربنات می‌کند. کربنات تولید شده خاصیت هدایت الکتریسیته و قدرت نفوذ الکترولیت را زیاد می‌کند . پوشش‌های نقره که در حمام‌های سیانیدی ساده ایجاد می‌شود کدر هستندو باید در هنگام پوشش‌کاری برش‌کاری نمود. عملیات اجتناب‌ناپذیر جلاکاری علاوه بر اینکه قیمت را بالا می‌برد٬ سبب از بین رفتن فلز نقره نیز می‌شوند. در حال حاضر حمام‌های نقره حاوی مواد افزودنی مختلف سبب ایجاد لایه‌های براق به کار برده می‌شوند. این حمام‌ها معایب الکترولیت‌های ساده را ندارند.
آبکاری با طلا
طلا فلزی‌ است قیمتی (نجیب)٬ به رنگ زرد٬ در طبیعت به صورت خالص پیدا می‌شود. طلا در مقابل اتمسفر٬ آب٬ محلول‌های نمکی و اسیدها آسیب ناپذیر است. تنها تیزاب (یک حجم نیتریک و سه حجم اسید کلریدریک) یا اسید کلریدریک با داشتن اکسیدکننده‌ها طلا را حل می‌کند. برای بهتر نمودن خواص پوشش طلای ترسیب شده به طریق الکتروشیمیایی٬ به الکترولیت‌های طلا مواد شیمیایی کاملا مشخص افزوده می‌شود. پوشش‌های آلیاژی نقش مهمی در روکش طلای الکترولیتی دارند. همچنین می‌توان به طور مناسبی خواص ویژه روکش‌ها٬ مانند سختی٬ براق نمودن و رنگ را تحت تاثیر قرار داد. طلاکاری با ضخامت کم (آبنوس‌کاری الکتریکی طلا) درزرگری به کار می‌رود. ایجاد لایه‌هایی با ضخامت نسبتا نازک به ضخامت در حدود 0.01 الی 0.1 میکرومتر فلز پایه را در مقابل کدر شدن مقاوم می‌کند. به علاوه رفته رفته لایه‌های ضخیم به ویژه در قطعات صنعتی به کار می‌برند٬ به عنوان مثال در صنعت الکترونیک برای ارتباطات در مدارهای چاپی٬ در صنایع فضایی٬ در ساختن وسایل سفره (کارد٬ قاشق و چنگال) و در صنعت شیمیایی به عنوان ضدخوردگی.
آبکاری با فلزات گروه پلاتین
به طو کلی پلاتین٬ پالادیوم٬ رودیوم٬ روتنیوم٬ اسمیوم و اریدیوم را فلزات گروه پلاتین می‌نامند. فلزات گروه پلاتین در صنعت مدرن رفته رفته اهمیت پیدا می‌کنند و از آنجایی که گرانبها هستند سعی می شود به جای استفاده از فلزات گروه پلاتین در صنعت پوشش کاری٬ از فلزات دیگر استفاده شود. از فلزات گروه پلاتین در صنعت تجهیزات آزمایشگاهی پیشرفته و مدرن٬ در صنعت الکتروتکنیک٬ در زرگری و در صنعت شیمیایی به عنوان کاتالیزور استفاده می‌کنند.
آبکاری اجسام غیر هادی
پوشش‌کاری مواد غیر هادی (مثلا : شیشه٬ موادمعدنی٬ نیمه‌هادیها٬ سرامیک٬ چرم٬ برگ درختان٬ چوب٬ پارچه و مواد پلاستیکی) به روش گالوانیک (الکترولیتی با استفاده از منبع جریان خارجی)٬ در صورتی که سطح آنها قبلا توسط یک روکش هادی جریان پوشیده شده باشد٬ ممکن خواهد شد. مشکلات فلز اندود نمودن غیر هادی‌ها٬ در ترسیب الکترولیتی نیست٬ بلکه در چسبندگی روکش فلزی است. غیرهادی ها بعد از یک آماده‌سازی کامل٬ آماده فلزاندود کردن هستند که بر روی آنها بتوان یک پوشش فلز با چسبندگی خوب افزود. در نتیجه فلزاندود نمودن مواد پلاستیکی٬ خواص جالب پلاستیک (برای مثال٬ وزن سبک٬ تغییر شکل آسان با کیفیت سطح استثنایی٬ ارزان قیمت بودن نسبت به فلز) با خواص روکش‌های فلزی حاصله از آبکاری با برق به دست می‌آید.

[ghasem motamedi]

ریخته‌گری
ریخته‌گری ، عبارت از شکل دادن فلزات و آلیاژها از طریق ذوب ، ریختن مذاب در محفظه‌ای به نام قالب و آنگاه سرد کردن و انجماد آن مطابق شکل محفظه قالب می‌‌باشد. این روش ، قدیمی‌‌ترین فرآیند شناخته شده برای بدست آوردن شکل مطلوب فلزات است. اولین کوره‌های ریخته‌گری از خاک رس ساخته شده است که لایه‌هایی از مس و چوب به تناوب در آن چیده شده است و برای هوا دادن از فوتک بزرگی استفاده می‌‌کردند.ریخته‌گری هم علم است و هم فن و هم هنر است و هم صنعت. به هر میزان که ریخته‌گری از حیث علمی ‌پیشرفت می‌‌کند، ولی در عمل هنوز تجربه ، سلیقه و هنر قالب ساز و ریخته‌گر است که تضمین کننده تهیه قطعه‌ای سالم و بدون عیب است. این فن از اساسی‌ترین روشهای تولید می‌‌باشد، بدلیل اینکه بیشتر از 50 درصد از قطعات انواع ماشین آلات به این طریق تهیه می‌‌شوند. فلزاتی که خاصیت پلاستیکی کمی ‌دارند با قطعاتی که دارای اشکال پیچیده هستند، به روش ریخته‌گری شکل داده می‌‌شوند.
متالوژی پودر
با وجود اینکه از نظر تاریخی ، متالوژی پودر از قدیمی‌‌ترین روشهای شکل دادن فلزات است، اما تولید در مقیاس تجارتی با این روش ، از جدیدترین راههای تولید قطعات فلزی است. در دوران باستان از روشهای متالوژی پودر برای شکل دادن فلزاتی با نقطه ذوب بالاتر از آنچه در آن زمان داشتند، استفاده می‌‌شد. اولین بار در اوایل قرن نوزدهم بود که پودر فلزات با روشی مشابه آنچه امروزه بکار می‌‌رود، با متراکم نمودن به‌صورت یکپارچه در آورده شد. متالوژی پودر ، فرایند قالب‌گیری قطعات فلزی از پودر فلز توسط اعمال فشارهای بالا می‌‌باشد. پس از عمل فشردن و تراکم پودرهای فلزی ، عمل ««تف جوشی»» در دمای بالا در یک اتمسفر کنترل شده ، انجام می‌گیرد که در آن ، فلز متراکم ، جوش خورده ، به‌صورت ساختمان همگن محکمی ‌پیوند می‌‌خورد.
شکل دادن
در فرآیند شکل دادن با استفاده از روشهای مختلف مانند:
نوردکاری ، آهنگری ، اکستروژن ، کشیدن ، پرس کاری ، چرخشی ، الکترومغناطیسی و الکتروهیدرولیکی و غیره ، محصول به‌صورت نهایی شکل داده می‌‌شود.
جوشکاری
بطور کلی ، جوشکاری ، عمل اتصال دادن قطعات فلزی به یکدیگر ، توسط گرم کردن محلهای تماس تا حالت ذوب و تخمیر است که اتمهای هر دو قطعه فلز در منطقه جوش در هم نفوذ کرده ، پس از سرد شدن اتصال محکمی ‌ایجاد می‌‌شود. جوشکاری و لحیم کاری از هنرهای قدیمی ‌محسوب می‌شود. در زمانهای گذشته توسط رومیان برای اتصال ذرات طلا در زیورآلات بکار گرفته می‌‌شد.امروز روشهای جوشکاری متعددی در صنعت بکار برده می‌‌شود که به چهار گروه جوشکاری فشاری ، جوشکاری ذوبی ، جوشکاری زرد و لحیم کاری تقسیم می‌‌شوند.
ماشین کاری
فرآیند ماشین کاری ، عبارت از شکل دادن مواد توسط تراش و برش می‌‌باشد. این عمل بوسیله ابزارها و ماشینهای تراش و برش انجام می‌گیرد. مقدار قشری که از قطعه اولیه برداشته می‌‌شود تا قطعه صیقلی و نهایی ایجاد گردد، اصطلاحا ««تراش خور»» نامیده می‌‌شود. در ماشین کاری ، قطعات برحسب نوع کار از ماشینهای تراش ، فرز ، مته صفحه تراش ، کله زنی ، سنگ زنی ، تیز کاری و سوراخ کن استفاده می‌‌شود که معمولا این قطعات خود محصول فرآیندهای ریخته‌گری ، آهنگری ، نورد و غیره می‌‌باشند. ماشین کاری فلز با وسایل تخلیه الکتریکی پرفرکانس نیز فرآیند نسبتا جدیدی است که به میزان وسیعی بکار گرفته می‌‌شود. این روش برای ماشین کاری اشکال پیچیده و بریدن مقاطع نازک از نیمه رساناها و آلیاژهای وسایل فضایی بکار می‌‌روند.

[ghasem motamedi]

آشنایی با روش های آلیاژ سازی



خصوصیات آلومینیم:
آلومینیم دارای هدایت قابلیت هدایت حرارتی بالایی می باشد که بعد از نقره و مس بهترین هادی حرارتی شناخته می شود و دارای دانسیته ای در حدود 2/7 سانتی متر مکعب است . که به همین دلیل جزو آلیاژ های سبک محسوب می شود .
این آلیاژ دارای مقاومت به خوردگی زیاد است که به علت ایجاد لایه پایدار اکسیدی متخلخل می باشد .
دارای نقطه ذوب پایین در حدود 670 درجه سانتیگراد است و قابلیت انجام عملیات حرارتی دارد اما عملیات حرارتی آن اج هاردینگ یا پیر سازی می باشد و دارای قابلیت انجام کار مکانیکی و تغییر فرم سرد و گرم می باشد . و این الیاژ را می توان در قالب های دائمی و یا فورج نیز استفاده کرد .
کاربرد آلومینیم :
این آلیاژ به علت ویژگی های خاصی که دارد در بیشتر صنایع از جمله اتومبیل سازی غذاسازی ساختمان سازی بلوکه های سیلندر خودرو اسکلت سازی صنایع پتروشیمی و صنابع هوایی به کار می رود .
آلیاژ های آلومینیم :
به طور کلی آلیاژ های آلومینیم به دو دسته کلی تقسیم می شود :
1- آلیاژ های نوردی
2- آلیاژ های ریخته گی
نکته :
آلومینیم به علت داشتن ساختار FCC و تراکم زیاد در ساختار شبکه بلوری اش فرم کاری خوبی در درجه حرارت محیط دارد .
1- آلیاژ های نوردی :
در آلیاژ های نوردی ابتدا آلیاژ به شکل شمش ریخته شده سپس با توجه به شرایط تولید هر یک از فرآیند های کار سرد شامل : نورد ، فورج ، سوراخ کاری برش و .... روی قطعه انجام می شود .
2- روش های تولید شمش های نوردی :
معمولا دو روش برای تهیه شمش نوردی استفاده می شود :
1- روش مداوم (countinus)
2- روش نیمه مداوم و یا تکباری ( non countinus)
روش مداوم :
این روش که از سرعت تولید بالایی برخوردار است که به این صورت می باشد که ذوب ریزی به صورت مداوم ادامه پیدا می کند .
به این صورت که محفظه ای از فولاد گرم که در زیر پاتیل مذاب قرار دارد مذاب را به صورت دائم دریافت می نماید ، مذاب پس از رها شدن از پاتیل وارد محفظه شده و در مرحله اول آب گرد هایی که در قسمت بالای محفظه قرار دارند مذاب را به مرحله خمیری می رساند در مرحله بعد مذاب به مرحله آب فشان رسیده و به طور کامل منجمد می شود و در پایان تیغه ای که در انتهای محفظه قرار دارد فلز را برش زده و بر روی صفحه نقاله می اندازد .
2- روش تکباری :
این روش که در کارخانه ها و به وسیله قالب های ماسه ای انجام می شود به این صورت است که ابتدا کوره را به مقدار معینی شارژ کرده سپس شارژ آماده شده را در قالب های مورد نظر می ریزند .
تهیه آلیاژ های ریخته گی ( فرآیند شکل ریزی)
هدف تولید :
تولید شکل نهایی قطعه به صورت مذاب ریزی مستقیم
انواع مواد شارژ جهت ریخته گری آلیاژ های آلومینیم
1- شمش اولیه : این شمش معمولا در کارخانه های ریخته گری تولید می شود و از درصد خلوص بالایی در خدود 99/9 % برخوردار است که معمولا به صورت پوکه های مستطیل شکل با وزن 15 الی 20 کیلو گرم تهیه می شوند . که جهت آلیاژ سازی آن ها از شمش های منیزیم ، روی ، سیلیسیم استفاده می شود که معمولا از شمش های منیزیم و سیلیسیم درمواقعی استفاده می شود که بخواهیم درصد کمی منیزیم و سیلیسیم به مذاب اضافه کنیم در غیر این صورت از الیاژ ساز ها یا هاردنر ها (hardner) استفاده می کنیم
2- شمش های ثانویه این شمش ها معمولا از ذوب مجدد قراضه های و برگشتی ها تولیدمی شود و با توجه به اینکه عملیات تصفیه و تمیز کاری روی این شمش ها انجام می شود از لحاظ قیمت گرانتر از شمش های اولیه می باشد اما دارای درصد خلوص و کیفیت بالاتری نسبت به شمش های اولیه می باشد .
3- قراضه ها :
که قیمت مناسبی داشته ولی قبل از استفاده باید عملیات تمیز کاری بر روی آن ها انجام شود .
4- برگشتی ها :
این شمش ها انواع قطعات معیوب سیستم راهگاهی را شامل می شود که به جهت شارژ مجدد در ریخته گری استفاده می شود .
5- آلیاژ ساز ها و یا هاردنر ها ( آمیژن ها ):
این گروه از آلیاژ ساز ها هنگامی استفاده میشود که قرار باشد عناصری را با نقطه ذوب بالاتر یا نقطه ذوب پایین تر به مذاب اضافه کنیم به عنوان مثال اضافه کردن مس با نقطه ذوب 1080 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که این عمل باید به صورت آمیژن انجام شود . یا اضافه کردن روی با نقطه ذوب 420 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که باید به صورت آمیژن انجام شود .
آمیژن آلومینیم سیلیسیم ( سیلومین):
نکته : آمیژن به معنی عنصری است که با آلومینیم آلیاژ سازی شده است . مانند آمیژن مس
نکته : فلزاتی که دارای نقطه ذوب پایین هستند به علت فشار بخار زیاد در ریخته گری آلومینیم اگر به صورت خالص به مذاب اضافه شوند باعث پاشش مذاب می شوند .
انواع روش های تولید هاردنر ها :
روش اول : در این روش ابتدا مذاب آلومینیم را تهیه نموده سپس فلز مورد نظر را به صورت قطعات ریز و کوچک در داخل فویل های آلومینیمی قرار می دهیم و آرام و آرام به مذاب آلومینیم اضافه می کنیم
روش دوم : آلومینیم و فلز مورد نظر را به صورت جداگانه ذوب کرده و سپس فلز با نقطه ذوب بالا را به صورت باریکه مذاب به مذاب آلومینیم اضافه کرده و هم می زنیم . مثال :
اگر بخواهیم آلیاژی از آلومینیم بسازیم که دارای ترکیب
5% سیلیسیم
0.4 % منیزیم
1/2 % مس
و بقیه نیز آلومینیم باشد . و مواد مورد استفاده نیز شامل شمش اولیه با خلوص 99/99 درصد
1- آمیژن سیلومین با 13 درصد سیلیسیم
2- آمیژن منیزیم با 10 درصد منیزیم
3- آمیژن مس با 50 درصد مس
جهت تهیه 100 کیلوگرم از مذاب چه مقادیری از این مواد باید مصرف شود .
تلفات استاندارد :
سیلیسم 1%
منیزیم 3%
مس 1%
آلومینیم 1%

[ghasem motamedi]

میکروسکوپ نیروی اتمی
میکروسکوپ نیروی اتمی(م.ن.ا)[1] (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_نیر� �ˆÛŒ_اتمی#endnote_AFM)* یا میکروسکوپ‌های نیروی پویشی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%DB%8C%DA%A9%D8%B1%D9%88%D8% B3%DA%A9%D9%88%D9%BE_%D9%86%DB%8C%D8%B1%D9%88%DB%8 C_%D9%BE%D9%88%DB%8C%D8%B4%DB%8C&action=edit)[2] (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_نیر� �ˆÛŒ_اتمی#endnote_SFM)* در سال ۱۹۸۶ توسط کوئِیْت، بنینگ و گربر[3] (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_نیر� �ˆÛŒ_اتمی#endnote_mokhtare)* اختراع شد.
مانند تمام میکروسکوپ‌های پراب پویشی (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_پرا� �¨_پویشی)[4] (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_نیر� �ˆÛŒ_اتمی#endnote_SPM)* دیگر، م.ن.ا از یک پراب (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%BE%D8%B1%D8%A7%D8%A8&action=edit) (probe) تیز که بر روی سطح نمونهٔ تحت بررسی حرکت می‌کند، استفاده می‌کند.
در مورد م.ن.ا، نوکی[5] (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_نیر� �ˆÛŒ_اتمی#endnote_tip)* بر روی کانتی‌لیور(اهرم) وجود دارد که در اثر نیروی بین نمونه و نوک خم می‌شود.
با خم شدن کانتی‌لیور، انعکاس نور لیزر (http://fa.wikipedia.org/wiki/لیزر) بر روی آشکارسازنوری[6] (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_نیر� �ˆÛŒ_اتمی#endnote_photodetector)* جابجا می‌شود. بدین ترتیب می‌توان جابجایی نوک کانتی‌لیور را اندازه‌گیری کرد. از آنجایی که کانتی‌لیور در جابجایی‌های کوچک از قانون هوک (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%82%D8%A7%D9%86%D9%88%D9%86_%D9 %87%D9%88%DA%A9&action=edit) پیروی می‌کند، از روی جابجایی کانتی‌لیور می‌توان نیروی برهم‌کنش بین نوک و سطح نمونه را بدست آورد. و از روی نیروی بین اتم‌های سطح نمونه و پراب، می‌توان فاصلهٔ بین نوک و سطح نمونه، یا همان ارتفاع آن قسمت از نمونه را بدست آورد.
حرکت پراب بر روی نمونه توسط دستگاه موقعیت‌یاب بسیار دقیقی انجام می‌شود که از سرامیک‌های (http://fa.wikipedia.org/wiki/سرامیک) پیزوالکتریک (http://fa.wikipedia.org/wiki/پیزوالکتریک) ساخته می‌شود. این پویشگر توانایی حرکت در مقیاس زیر آنگستروم (http://fa.wikipedia.org/wiki/آنگستروم) را دارد.
حالت‌های کارکرد
حالت تماسی
در این حالت تماسی بین نوک میکروسکوپ و نمونه وجود ندارد و تصویر سازی از نیروی جاذبهٔ بین نوک و نمونه انجام می‌شود.
حالت بدون تماس
در این حالت نوک میکروسکوپ با نمونه در تماس بوده و تصویر سازی از نیروی دافعهٔ بین نوک و نمونه انجام می‌شود.
حالت تماس متناوب (ضربه‌ای)
این حالت نیز مانند حالت بدون تماس است با این تفاوت که در حالت تماس متناوب نوک کانتی‌لیور مرتعش به آرامی با نمونه برخورد می‌کند. در این روش، تصویرسازی با استفاده از دامنه‌ی ارتعاش کانتی‌لیور انجام می‌شود.


مزایا و معایب
· مزایا
o سادگی تهیهٔ نمونه
o اطلاعات دقیق ارتفاع
o قابلیت کار در هوا، خلا و مایعات
o قابلیت مطالعهٔ سیستم‌های زیستی زنده
· معایب
o بازهٔ مطالعهٔ عمودی محدود
o بازهٔ بزرگنمایی محدود
o وابستگی اطلاعات بدست آمده به نوع نوک میکروسکوپ
o امکان آسیب دیدن نوک میکروسکوپ یا نمونه
میکروسکوپ نوری روبش میدان نزدیک
مقدمه
مطالعه مواد و ساختارها در اندازه‌های میکرو و نانو نیاز به میکروسکوپ‌های با قدرت تفکیک بالا دارد، که به دلیل محدودیت پراش (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%D8%AD%D8%AF%D9%88%D8%AF%DB% 8C%D8%AA_%D9%BE%D8%B1%D8%A7%D8%B4&action=edit) حاکم بر میکروسکوپ‌های کلاسیک که در آن از عدسی‌ها استفاده می‌شود، دستیابی به این تفکیک با استفاده از این نسل از میکروسکوپ‌ها امکان پذیر نیست. در راستای دستیابی به این هدف میکروسکوپ‌های روبشی – پیمایشی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%DB%8C%DA%A9%D8%B1%D9%88%D8% B3%DA%A9%D9%88%D9%BE%E2%80%8C%D9%87%D8%A7%DB%8C_%D 8%B1%D9%88%D8%A8%D8%B4%DB%8C_%E2%80%93_%D9%BE%DB%8 C%D9%85%D8%A7%DB%8C%D8%B4%DB%8C&action=edit) ساخته شدند، که در آنها با بررسی نقطه به نقطه جسم و یا سطح مورد نظر و جمع آوری اطلاعات آنها و تحلیل این داده‌ها می توان به مورفولوژی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%D9%88%D8%B1%D9%81%D9%88%D9% 84%D9%88%DA%98%DB%8C&action=edit) و خواص سطح نمونه مورد نظر دست یافت.
ساخت این نسل از میکروسکوپ‌ها با ساخت میکروسکوپ‌ الکترونی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%DB%8C%DA%A9%D8%B1%D9%88%D8% B3%DA%A9%D9%88%D9%BE%E2%80%8C_%D8%A7%D9%84%DA%A9%D 8%AA%D8%B1%D9%88%D9%86%DB%8C&action=edit) آغاز گردید و به مرور زمان نمونه‌های کاملتر و یا جدید تری از این گروه از میکروسکوپ‌ها ساخته شدند که هر یک برای مصارف خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با وجود دقت بالای این میکروسکوپ‌ها مطالعه برخی از نمونه‌ها بوسیله این نوع از میکروسکوپ‌ها که عمدتا دارای ساختاری شبیه میکروسکوپ‌های الکترونی دارند به علل متعدد ممکن نیست. از جمله اینکه این میکروسکوپ‌ها، به استثنا برخی از آنها، نیاز به آماده سازی نمونه برای مطالعه توسط میکروسکوپ دارند که این امر ممکن است مشخصات نمونه را دچار دگرگونی کند و یا آن را در مواردی مثل نمونه‌های زنده و زیستی از حالت زنده بودن خارج کند. عللی از این دست و پیشرفت علم نورشناخت و ساخت لیزر و فیبر‌های نوری باعث شد تا میکروسکوپ‌های نوری زاده شوند که برخی از این معایب را مرتفع ساختند.
همانگونه که بیان شد این دسته از میکروسکوپ‌ها نیز به میکروسکوپ‌های روبشی ـ پیمایشی تعلق دارند و بنابراین نیاز به نوک‌های تیزی برای تاباندن نور به سطح نمونه و جمع آوری آن به منظور دستیابی به اطلاعات نمونه دارند. این نوک معمولا از فیبرهای نوری که ساخته می‌شود. ساخت این نوکها با معمولا با دو روش "گرما-کششی" و "تراش شیمیایی" انجام می شود.
کاربردها
همانگونه که در بالا بیان شد کاربرد عمده این میکروسکوپها بیشتر در مطالعه نمونه های زنده می باشد.
میکروسکوپ الکترونی عبوری

میکروسکوپ الکترونی عبوری یا TEM نوعی میکروسکوپ الکترونی (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_الک� �ªØ±ÙˆÙ†ÛŒ) است که قابلیت عکس‌برداری از ریزساختار (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B1%DB%8C%D8%B2%D8%B3%D8%A7%D8% AE%D8%AA%D8%A7%D8%B1&action=edit) مواد با بزرگنمایی ۱٬۰۰۰ تا ۱٬۰۰۰٬۰۰۰ برابر با قدرت تفکیکی در حد کوچکتر از ۱ نانومتر را دارد. میکروسکوپ الکترونی عبوری همچنین توانایی آنالیز عنصری، تعیین ساختار و جهت کریستالی اجزایی به کوچکی ۳۰ نانومتر را به صورت کیفی و کمی دارد.
تاریخچه
لوئیس دو بروگلی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%84%D9%88%D8%A6%DB%8C%D8%B3_%D8 %AF%D9%88_%D8%A8%D8%B1%D9%88%DA%AF%D9%84%DB%8C&action=edit) در سال ۱۹۲۵ برای اولین بار تئوری خصوصیات موجی الکترونها که طول موجی کمتر از نور مرئی دارند را ارائه کرد. در سال ۱۹۲۷ دیویسون و گرمر و همچنین تامپسون و رید بطور مستقل آزمایشات کلاسیک تفرق (http://fa.wikipedia.org/wiki/تفرق) الکترونی را انجام دادند که نشان‌دهنده‌ی طبیعت موجی الکترون‌ها بود. در سال ۱۹۳۲ روسکا و نول اولین بار ایده‌ی میکروسکوپ الکترونی را مطرح کردند. در سال ۱۹۳۶ اولین میکروسکوپ الکترونی عبوری توسط شرکت Metropolitian-Vickers در انگلستان ساخته شد.

عکس میکروسکوپ الکترونی روبشی (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_الک� �ªØ±ÙˆÙ†ÛŒ_روبشی) از یک نمونه‌ی آماده شده برای میکروسکوپ الکترونی عبوری که توسط تابش یونی متمرکز (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%AA%D8%A7%D8%A8%D8%B4_%DB%8C%D9 %88%D9%86%DB%8C_%D9%85%D8%AA%D9%85%D8%B1%DA%A9%D8% B2&action=edit) نازک شده است. غشای نازک برای بررسی توسط TEM مناسب است ولی با ضخامت حدود ۳۰۰ نانومتر بدون نازک کردن بیشتر برای بررسی توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری وضوح بالا (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%DB%8C%DA%A9%D8%B1%D9%88%D8% B3%DA%A9%D9%88%D9%BE_%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B 1%D9%88%D9%86%DB%8C_%D8%B9%D8%A8%D9%88%D8%B1%DB%8C _%D9%88%D8%B6%D9%88%D8%AD_%D8%A8%D8%A7%D9%84%D8%A7&action=edit) مناسب نخواهد بود.
نمونه‌ها
شکل : فقط مواد جامد
اندازه : دیسکی با قطر ۳ میلی‌متر و ضخامت تقریبی ۵ میکرومتر

آماده‌سازی : باید برش‌هایی از نمونه تهیه شده و به کمک الکتروپولیش (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9% 88%D9%BE%D9%88%D9%84%DB%8C%D8%B4&action=edit) تا حدی نازک شود که به الکترونها اجازه‌ی عبور بدهد.

زمان تقریبی مورد نیاز : ۳ تا ۳۰ ساعت برای هر نمونه (بدون احتساب زمان آماده‌سازی)
باید برش‌هایی از نمونه تهیه شده و به کمک الکتروپولیش (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%D9% 88%D9%BE%D9%88%D9%84%DB%8C%D8%B4&action=edit) تا حدی نازک شود که به الکترونها اجازه‌ی عبور بدهد.
زمان تقریبی مورد نیاز
۳ تا ۳۰ ساعت برای هر نمونه (بدون احتساب زمان آماده‌سازی)

برخی از کاربردها
· تعیین جهت رشد مواد بلورین و صفحات کریستالی
· تعیین عیوب بلوری (http://fa.wikipedia.org/wiki/عیوب_بلوری) و مرزدانه‌ها
· تشخیص مناطق دارای تنش پسماند (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%AA%D9%86%D8%B4_%D9%BE%D8%B3%D9 %85%D8%A7%D9%86%D8%AF&action=edit)
· شناسایی ترکیب شیمایی فازهای غیرآلی
محدودیت‌ها
· فرآیند تهیه‌ی نمونه‌ها بسیار زمان‌بر و خسته‌کننده است.
میکروسکوپ الکترونی روبشی
میکروسکوپ الکترونی روبشی یا SEM نوعی میکروسکوپ الکترونی (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_الک� �ªØ±ÙˆÙ†ÛŒ) است که قابلیت عکس‌برداری از سطوح با بزرگنمایی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A8%D8%B2%D8%B1%DA%AF%D9%86%D9% 85%D8%A7%DB%8C%DB%8C&action=edit) ۱۰ تا ۱۰۰۰۰۰ برابر با قدرت تفکیک (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%82%D8%AF%D8%B1%D8%AA_%D8%AA%D9 %81%DA%A9%DB%8C%DA%A9&action=edit)ی در حد ۳ تا ۱۰۰ نانومتر (بسته به نوع نمونه) را دارد.
تاریخچه
نخستین تلاش‌ها در توسعهٔ میکروسکوپ الکترونی روبشی به سال ۱۹۳۵ بازمی‌گردد که نول[1] (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_الک� �ªØ±ÙˆÙ†ÛŒ_روبشی#endnote_K noll)* و همکارانش در آلمان پژوهش‌هایی در زمینهٔ پدیده‌های الکترونیک نوری انجام دادند. آرْدِن [2] (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_الک� �ªØ±ÙˆÙ†ÛŒ_روبشی#endnote_A rdenne)* در سال ۱۹۳۸ با اضافه کردن پیچه‌های جاروب‌کننده به یک میکروسکوپ الکترونی عبوری (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_الک� �ªØ±ÙˆÙ†ÛŒ_عبوری) توانست میکروسکوپ الکترونی عبوری-روبشی (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%85%DB%8C%DA%A9%D8%B1%D9%88%D8% B3%DA%A9%D9%88%D9%BE_%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B 1%D9%88%D9%86%DB%8C_%D8%B9%D8%A8%D9%88%D8%B1%DB%8C-%D8%B1%D9%88%D8%A8%D8%B4%DB%8C&action=edit) بسازد.
استفاده از میکروسکوپ SEM برای مطالعهٔ نمونه‌های ضخیم اولین بار توسط زوُرِکین[3] (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_الک� �ªØ±ÙˆÙ†ÛŒ_روبشی#endnote_Z worykin)* و همکارانش در سال ۱۹۴۲ در ایالات متحده گزارش شد. قدرت تفکیک میکروسکوپ‌های اولیه در حدود ۵۰ نانومتر بود.
عکس میکروسکوپ الکترونی روبشی از آلیاژ کبالت-سماریم-مس که بطور عمیق توسط محلول ۱۰ درصد اسید نیتریک در اتیل الکل (نایتال (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%86%D8%A7%DB%8C%D8%AA%D8%A7%D9% 84&action=edit)) برای حذف مواد بین دندریت‌های (http://fa.wikipedia.org/wiki/دندریت) اصلی اچ شده‌است.
شکل
هر جامد یا مایعی که فشار بخار (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%81%D8%B4%D8%A7%D8%B1_%D8%A8%D8 %AE%D8%A7%D8%B1&action=edit)ی کمتر از ‎۱۰-۳ تور (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%AA%D9%88%D8%B1_%28%D9%81%D8%B4 %D8%A7%D8%B1%29&action=edit) داشته باشد
اندازه
محدودیت اندازه توسط طراحی میکروسکوپ الکترونی روبشی تعیین می‌شود. معمولاً نمونه‌هایی با اندازهٔ ۱۵ تا ۲۰ سانتی‌متر را می‌توان در میکروسکوپ قرار داد.
آماده‌سازی
تکنیک‌های پولیش (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D9%BE%D9%88%D9%84%DB%8C%D8%B4&action=edit) و اچ (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%A7%DA%86&action=edit) متالوگرافی (http://fa.wikipedia.org/wiki/متالوگرافی) استاندارد برای مواد هادی الکتریسیته کافی هستند. مواد غیرهادی معمولاً با لایهٔ نازکی از کربن، طلا یا آلیاژهای طلا پوشش داده می‌شوند.
برخی از کاربردها
· بررسی نمونه‌های آماده شده برای متالوگرافی در بزرگنمایی بسیار بیشتر از میکروسکوپ نوری (http://fa.wikipedia.org/wiki/میکروسکوپ_نور� �Œ).
· بررسی مقاطع شکست و سطوحی که اچ عمیق شده‌اند و مستلزم عمق میدان (http://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=%D8%B9%D9%85%D9%82_%D9%85%DB%8C%D8 %AF%D8%A7%D9%86&action=edit) بسیار بیشتر از میکروسکوپ نوری هستند.
· ارزیابی گرادیان ترکیب شیمیایی روی سطح نمونه‌ها در فاصله‌ای به کوچکی ۱ میکرومتر
محدودیت
· کیفیت تصویر سطوح تخت نظیر نمونه‌هایی که پولیش و اچ متالوگرافی شده‌اند، معمولاً در بزرگنمایی کمتر از ۳۰۰ تا ۴۰۰ برابر به خوبی میکروسکوپ نوری نیست.

[venus&earth]

سلام وخسته نباشید.
از دوستان خواهش میکنم در مورد طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی اطلاعاتی به من بدهید

متشکرم

[rahil74]

سلام.من درباره استخراج نیکل به روش هیدرومتالوژی مطلب میخوام میشه کمکم کنید؟

[M@hdi42]

سلام.من درباره استخراج نیکل به روش هیدرومتالوژی مطلب میخوام میشه کمکم کنید؟







استحصال نیکل از ضایعات کاتالیستی به روش هیدرومتالورژی (http://www.farsipaper.ir/6d0f1e8cf08b4a25864f9608d8476166)