نکته ها و مطالب جالب مواد و متالورژی

**hosseinarabi69** · 14th April 2013 01:05 PM

قفل شدن نابجایی پیچی به علت حضور جاگ

جاگ، پله ای بر روی خط نابجایی است که صفحه لغزش آن را عوض می کند. در شکل زیر یک نابجایی پیچی مشاهده می شود که به واسطه حضور جاگ، صفحه لغزش آن تغییر کرده است. ماهیت جاگ در این حالت از نوع لبه ای بوده و صفحه لغزش آن خارج از صفحات لغزش نابجایی پیچی می باشد.

زمانی که نابجایی پیچی تحت تنش وارده شروع به حرکت می کند، با توجه به این که صفحه لغزش جاگ متفاوت از صفحات لغزش نابجایی پیچی است، لذا تحت تنش برشی وارده، جاگ حرکت نخواهد کرد. بنابراین جاگ به عنوان یک نابجایی ایستا عمل کرده و درنقاط A و B نابجایی را قفل می کند.
تنها راهی که بواسطه آن جاگ می تواند به همراه نابجایی پیچی حرکت کند، حرکت در جهت عمود بر صفحه لغزش خود بوده که این کار مستلزم صعود نابجایی می باشد و از طریق جاهای خالی و یا اضافه کردن اتم های بین نشین خودی به زیر خط نابجایی انجام می شود.
با رسیدن تنش برشی به حد بحرانی خود، قسمت های پیچی نابجایی شروع به لغزش خواهند کرد. در عین حال نابجایی های پیچی برای لغزش مجبورند تا حول نقاط قفل شده A و B دوران کنند. با هر دوران، قسمت بالا نسبت به پایین صفحه لغزش به اندازه یک بردار برگرز جابجا خواهد شد. بنابراین خط نابجایی پیچی تبدیل به یک خط مارپیچ در نقاط A و B می شود. با مارپیچ شدن خط نابجایی طول آن افزایش یافته و در نتیجه چگالی نابجایی افزایش خواهد یافت.

روش‏های ریخته‏گری نیمه جامد

شکل دهی فلزات و آلیاژها در حالت نیمه جامد به دو روش مرسوم انجام می‏شود:

1- رئوکستینگ (Rheocasting) که در آن مخلوط دوغابی در یک همزن تولید و به طور مستقیم وارد قالب می‏شود. در روش رئوکستینگ، 60 تا 70 درصد آلیاژ نیمه جامد به صورت مایع است؛

2- پتک‏کاری نیمه جامد (Thixoforming) که در آن یک شمشال در قالبی مجهز به یک همزن، ریخته گری شده و برای استفاده های بعدی ذخیره می گردد. در هنگام شکل‏دهی بخشی از شمشال بریده می‏شود، سپس تا دمای نیمه جامد حرارت داده شده و در پایان در قالب شکل داده می شود. زمانی که 30 تا 40 درصد شمشال، آلیاژ مایع باشد، شمشال ریختگی تحت عملیات پتک‏کاری قرار می گیرد.

تولید پره های توربین به روش انجماد جهت دار

یکی از مهمترین کاربردهای انجماد جهت دار تولید پره‏های توربین گازی است. این پره‏ها در راستای محور اصلی خود تحت تنش ها و درجه حرارت‏های بالایی قرار دارند. از آنجایی که در دمای بالا مرزدانه نسبت به خود دانه ضعیف تر است، در نتیجه همراستا کردن مرزهای دانه با محور تنش های اصلی به منظور کاهش اثرات مضر روی خواص قطعه، امری منطقی به شمار می‏رود. عمده پره‏های تولیدی از قطعات ریختگی با دانه‏های هم محور ساخته می‏شوند که دانه‏هایی با شکل هندسی یکنواخت و ابعاد نزدیک به هم هستند و در تمام جهات رشد کرده‏اند. پره توربین از سه قسمت ریشه، سکو و تیغه تشکیل شده است. ضخامت پره توربین از سمت ریشه به تیغه کمتر می‏شود.

برنز آلومینیم (دیاگرام های دوفازی پیچیده مس - آلومینیم - نیکل - آهن)

آلیاژهای مس و قلع به برنزهای قلع و یا به طور خلاصه برنز معروفند. آلیاژهای مس با حداقل 78 درصد مس و یکی از عناصر Be , Al , Ni , Mn , Si و حتی بدون قلع نیز برنز خوانده می‏شود. به این ترتیب برنز آلومینیم آلیاژی است بر پایه مس که عنصر آلیاژی اصلی آن آلومینیم است. برخی از کاربردهایی این آلیاژ عبارتند از: ساخت لوله، پوسته مبدل‏های حرارتی و بویلرها، خطوط لوله انتقال مواد شیمیایی، یاتاقان‏ها و غیره. برنزهای آلومینیوم در مجموع خواص تکنولوژیکی مهم و مطلوبی دارند.

عواملی مانند نوع و درصد عناصر آلیاژی، روش ریخته‏گری و نوع و شرایط عملیات حرارتی بر ساختار میکروسکوپی، خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی برنز آلومینیم موثر است. آلیاژهای مس – آلومینیمی با 9.25 درصد آلومینیم ساختار تک فازی α دارند. به علت حضور عناصر آلیاژی مانند Ni و Fe، ریز ساختار آلیاژهای برنز آلومینیم اغلب شامل فاز کاپا (κ) است که فازی غنی از آهن و نیکل است. ساختار آلیاژ شامل آلومینیوم و 5 درصد از هریک از عناصر Fe یا Ni در شکل زیر نشان داده شده است.
به علت سرد شدن غیر تعادلی که خاص فرآیند ریخته‏گری است، در ساختار برنزهایی با آلومینیم بیشتر از 8.5 درصد در دماهای بالا فاز β وجود دارد که مخلوطی از فازهای α+κ+γ2 است. حضور فاز دلتا مقاومت به خوردگی و انعطاف‏پذیری برنز آلومینیم در آب دریا را کاهش می‏دهد. افزایش آلومینیم در آلیاژ برنز سبب افزایش درصد وزنی فاز دلتا در ریز ساختار می‏شود. بنابراین برای دستیابی به استحکام بالاتر در برنزهای آلومینیم مانند C95500,C95520,C95300,C95400 که درصد آلومینیم محتوی بیشتر دارند، اغلب از روش عملیات حرارتی یا آلیاژسازی با Fe و Ni استفاده می‏شود که این کار از ایجاد فاز دلتا جلوگیری می کند.

تولید پره های توربینبه روش انجمادجهت دار

یکی از مهمترین کاربردهای انجماد جهت دار تولید پره‏های توربین گازی است. این پره‏ها در راستای محور اصلی خود تحت تنش ها و درجه حرارت‏های بالایی قرار دارند. از آنجایی که در دمای بالا مرزدانه نسبت به خود دانه ضعیف تر است، در نتیجه همراستا کردن مرزهای دانه با محور تنش های اصلی به منظور کاهش اثرات مضر روی خواص قطعه، امری منطقی به شمار می‏رود. عمده پره‏های تولیدی از قطعات ریختگی با دانه‏های هم محور ساخته می‏شوند که دانه‏هایی با شکل هندسی یکنواخت و ابعاد نزدیک به هم هستند و در تمام جهات رشد کرده‏اند. پره توربین از سه قسمت ریشه، سکو و تیغه تشکیل شده است. ضخامت پره توربین از سمت ریشه به تیغه کمتر می‏شود.
آلیاژ‏های زیادی برای ساخت پره‏های توربین ریختگی به کار می‏روند، ولی از نقطه نظر خواص و تعداد، سوپر آلیاژ‏های پایه نیکل که با یک فاز ثانویه رسوب سختی شده‏اند، کاربرد بیشتری دارند. مهمترین آلیاژی که اغلب برای تولید قطعات ریختگی با انجماد جهت دار به ویژه در تولید پره‏های توربین گازی با قابلیت کاربرد در دمای بالا استفاده می‏شود، آلیاژ MAR M-200 است. این آلیاژ بر پایه نیکل بوده و 12.5 درصد تنگستن دارد. سایر آلیاژهای به کار رفته به این منظور عبارت از سوپر آلیاژ‏های پایه آهن، سوپر آلیاژ‏های پایه کبالت، فولاد‏های زنگ نزن و محلول جامد مستحکم شده پایه نیکل هستند.

مراحل تولید فولاد خام از سنگ آهن

1- واحدهای آماده سازی مواد اولیه (کلوخه و گندله سازی، کک سازی و ...)
2- واحد آهن سازی (در مجموع از سه دسته فناوری: روش سنتی کوره بلند، روش های احیای مستقیم و روش های احیا / ذوب استفاده می کنند.)
3- واحد فولادسازی (به طور عمده از دو فناوری کوره دمش اکسیژن (کنورتر) و کوره قوس الکتریکی استفاده می شود.)
4- واحدهای ریخته گری و نورد

ریخته‎گری در قالب فلزی با فشار کم

در روش ریخته‎گری در قالب فلزی با فشار کم، بوته محتوی فلز مذاب در داخل محفظه یک کوره مقاومتی قرار دارد. قالب به طور مکانیکی یا هیدرولیکی عمل می‎کند و فشار اعمالی بر سطح مذاب 0.035 تا 0.11 مگاپاسکال است که به طراحی قطعه بستگی دارد. هوای موجود در داخل قالب به وسیله کانال‎های هوا به بیرون هدایت شده و تا انجماد کامل فلز مذاب در قالب، اعمال فشار ادامه دارد. در این روش، مذاب در یک کوره بسته عایق و تحت فشار هوا قرار داشته و محفظه قالب فلزی در بالای محفظه کوره نصب می‎شود. یک لوله راهگاه عمودی، کف قالب را به انتهای مذاب درون کوره متصل می‎کند. افزایش فشار در سطح مذاب باعث می‏شود تا مذاب به آرامی به سمت بالا و درون قالب هدایت شود. پس از پر شدن قالب، انجماد از دورترین نقاط قالب شروع و به سمت راهگاه ادامه پیدا
می‎کند.

فرآیند تولید به روش متالورژی پودر

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 آن است. تف جوشی در درجه حرارتی زیر نقطه ذوب انجام می شود. عمده ترین کاربردهای قطعات متالورژی پودر در صنایع خودرو سازی استپ به ط.ری که امروزه بقای صنعت متالورژی پودر در کشورهای صنعتی بسیار وابسته به صنعت خودرو سازی می‌باشد. در شکل زیر مراحل تولید قطعه به روش متالورزی پودر نشان داده شده است.

فناوری جوش لیزری

در این روش از پرتو لیزر برای جوشکاری استفاده می شود. به طور عمده ار دو نوع لیزر در جوشکاری و برش کاری استفاده می شود:

1- لیزرهای جامد مثل Ruby و ND:YAG Y
2- لیزرهای گاز مثل لیزر CO2 .

در جوشکاری لیزر تمامی عملیات ذوب و انجماد در چند ثانیه انجام می گیرد و به خاطر کوتاه بودن این زمان هیچ واکنشی بین فلز مذاب و اتمسفر انجام نخواهد شد و از این رو گاز محافظ لازم ندارد. بهترین طرح اتصال برای این نوع جوشکاری طرح اتصال لب به لب می باشد و با توجه به محدودیت ضخامت در آن می توان ار طرح اتصال های T یا اتصال گوشه نیز استفاده نمود. از اشعه لیزر می توان در جوش دادن آلیاژها و سوپر آلیاژها با نقطه ذوب بالا وبرای جوش دادن فلزات غیر همجنس استفاده کرد. به طور کلی این روش جوشکاری برای استفاده های دقیق و حساس استفاده می شود. از این روش می توان در صنعت اتومبیل و مونتاژ قطعات، برای جوش دادن درزهای بلند استفاذه نمود.

تولید آهن اسفنجی به روش تکنورد (Tecnored)

در روش تکنورد کک به همراه گندله در کوره تغذیه می‏شود. در پایین کوره، منطقۀ گندله‏های داغ قرار گرفته است. در این منطقه کک با دمش هوای گرم با دمای 1550 درجۀ سانتیگراد از راه لوله‏های دم که در دیواره کوره قرار گرفته، می‏سوزد. بخشی از گاز کوره از دریچۀ بالای راکتور در میان بار در راهگاه تغذیه، جریان پیدا می‎کند تا کک ورودی را خشک و آن را پیشگرم کند. هوای سرد از بالاترین منطقۀ کوره و برای احتراق پیشرفته در کوره، دمیده می‏شود. استفاده از کک حاوی گوگرد، ایجاب می‏کند تا از یک سیستم تصفیه کننده با بازده و دقت زیاد بر اساس دستورالعمل‏های زیست محیطی، استفاده شود. در این روش چدن مذاب تولیدی درون پاتیل، تخلیه و سپس گوگرد زدایی و پس از سرباره گیری به کارگاه چدن‏ریزی یا فولادسازی ارسال می‏شود. طرح تجهیزات و تاسیسات تولید آهن خام به روش تکنورد در شکل زیر نشان داده شده است.

چدن نشکن یا چدن گرافیت کروی

نام چدن نشکن به دلیل رسوب گرافیت به شکل کروی در زمینه آن است. عمل کروی شدن گرافیت در چدن نشکن از طریق افزودن مقادیر جزئی منیزیم به عنوان عنصری کروی کننده به مذابی که دارای ترکیب شیمیایی مشابه چدن خاکستری می باشد انجام می گیرد ولی با درصد گوگرد و فسفر کمتری است بدست می آید. منیزیم تنها عنصری نیست که می تواند نقش کروی کننده داشته باشد و دلیل استفاده از منیزیم به خاطر جنبه اقتصادی آن است. عناصری نظیر کلسیم ، پتاسیم ، لیتیم ،لانتانیم ،و برلیم نیز می توانند ترغیب کننده گرافیت کروی باشند و عناصری نظیر گوگرد، اکسیژن، هیدروژن، ازت، سرب، تیتانیم، آرسنیک بازدارنده گرافیت کروی باشند.