علم مواد

پنج شنبه 4 / 2 / 1393 ساعت 17:52 | بازدید : 1518 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

افزودنی های شکل دادن سرامیک ها (Additives in ceramic Forming) را می توان به ترکیبات آلی و غیر آلی (معدنی) تقسیم بندی کرد. افزودنی های آلی نیز به دو نوع طبیعی و مصنوعی تقسیم بندی می شوند. افزودنی های آلی بیشتر در شکل دادن سرامیک های پیشرفته مورد استفاده قرار می گیرند، در حین فرآیند پیرولیز (تجزیه حرارتی) و پیش از زینترینگ از محصول خارج شوند. در نتیجه از حضور مواد باقیمانده که اثر مخربی روی ریزساختار محصول دارند، جلوگیری می شود. افزودنی های آلی می توانند ترکیب های بسیار متنوعی داشته باشند. افزودنی های غیر آلی یا معدنی پس از فرآیند شکل دادن به طور کامل حذف نشده و معمولا در ساخت سرامیک های سنتی که خواص ویژه ای ندارند، مورد استفاده قرار می گیرند.

نقش افزودنی ها را می توان به سه بخش اصلی تقسیم بندی کرد:

در برخی از روش های فرم دهی ممکن است از سایر مواد افزودنی مانند روان سازها (lubricants) و عوامل تر کننده (wetting agents) نیز استفاده می شود. اصول شیمیایی و عملی استفاده از مواد افزودنی را می توان فرمول بندی کرد اما به دلیل وجود مواد شیمیایی بسیار زیاد و دانش ناکافی در مورد ساختار شیمیایی و مکانیزم های فرآیند، انتخاب افزودنی مناسب برای یک سیستم دشوار است. بسیاری از افزودنی های مناسب به وسیله روش آزمون و خطا بدست آمده اند.

سایر افزودنی های شکل دادن سرامیک ها

ویرایش

تعداد مواد افزودنی که در یک فرآیند شکل دادن مورد استفاده قرار می گیرند باید در حد مینیمم باشد. زیرا احتمال ایجاد واکنش های ناخواسته بین اجزا با افزایش تعداد آن ها، افزایش می یابد. اگر چه مقدار اندکی از سایر افزودنی ها برای کاربردهای خاص به کار می روند. یک عامل تر کننده می تواند برای کاهش کشش سطحی مایع (به ویژه آب) به کار رود و تر شوندگی ذرات به وسیله مایع را بهبود بخشد. معمولا در فرآیندهای پرس، اکستروژن و قالب گیری تزریقی برای کاهش اصطکاک میان قالب و ذرات و مابین ذرات از یک روانکار استفاده می شود. تحت یک فشار خارجی ذرات به راحتی دوباره آرایش می گیرند و منجر به دانسیته بالاتر و یکنواخت می شوند. روانکار ها معمولا اسید استریک، استئارات و سایر ترکیبات مومی هستند. یک هموژنایزر مانند سیکلوهگزانون در برخی موارد در ریخته گری نواری استفاده می شود تا منجر به افزایش حلالیت همزمان اجزا و یکنواختی مخلوط شود.

موضوعات مرتبط: سرامیک , ,

امتیاز مطلب : 0

تعداد امتیازدهندگان : 0

مجموع امتیاز : 0

عیوب ریخته‎گری(casting defects )

پنج شنبه 4 / 2 / 1393 ساعت 17:51 | بازدید : 1573 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

عیوب ریخته‎گری(casting defects ) مانند تخلخل، غیر یکنواختی، ترک خوردگی و موارد دیگر تحت شرایط عملی در قطعات تولیدی در صنعت بوجود می‎آیند. به طور کلی عیوب ریخته‎گری از 3 جنبه مورد بررسی قرار گرفته است:

طراحی قالب
روش تولید و مسائل تکنولوژیکی
نحوه استفاده از تکنولوژی وکاربرد آن

یک عیب ممکن است دقیقا منشعب یکی از علل موجود و یا نتیجه ترکیبی از آنها باشد. در برخی موارد حتی علت برخی از عیوب هنوز معلوم نگردیده است. هرگونه عملی برای تقلیل یا حذف عیوب ریخته‎گری باید تحت شرایط اقتصادی انجام شود تا هزینه تولید در مقابل کیفیت تولید در موازنه قرار گیرد.

در این مبحث 7 نوع اصلی از عیوب ریخته‎گری با توجه به عوامل موثر تشریح شده است:

خطای ابعاد و اندازه
خطای ترکیب و تمرکز غلظت ( اختلاف‎های فازی ترکیبی)
بی شکلی ناشی از ریختن مذاب
عیوب گازی
عیوب مواد جامد
عیوب انقباضی ناشی از تغییر حجم در حالت مایع و در انجماد
عیوب انقباضی در فاز جامد

عیوب ریخته‎گری ناشی ازخطای ابعاد و اندازه

ویرایش

اندازه و ابعاد قطعه ریختگی بیشتر تحت تاثیر شرایط ساخت و طراحی مدل یا قالب قرار گرفته اما از نظر کلی، اجتناب از این خطا در ساخت مدل تقریبا ناممکن است، زیرا مدل‎ها برای دفعات متعدد و متوالی آزمایش شده و سپس در ریخته‎گری مورد استفاده قرار می‎گیرد. عوامل بروز چنین عیوبی عبارتند از:

	1- جفت نشدن قسمتهایی از قالب یا ماهیچه
	2- خراب شدن قسمتی از قالب
	3- عدم انطباق انقباض مورد نظر با سرعت سرد شدن
	4- چفت نشدن قسمتهای قالب و ماهیچه ناشی از خرابی و از کار افتادگی مدل
	5- عدم دقت و مهارت کارگر در تولید
	6- خارج کردن مدل در اثر ضربات متعدد و متوالی
	7- عدم مقاومت نسبی ماسه
	8- کوبش نرم و عدم شکل گیری ماسه
	9- بزرگ بودن ماهیچه، رطوبت زیاد یا کم ماسه
	10-استفاده از ماسه زبر که باعث ایجاد سطوح زبر و خش دار و کاهش دقت سطوح

البته عیوب مربوط به ماهیچه با تعبیه تکیه گاه تا حدود زیادی قابل ترمیم می باشد. بدیهی است که در قالبهای فلزی و سرامیکی عیوب فوق به حداقل ممکن کاهش می یابد و فقط در این نوع قالبها ممکن است عیوب ناشی از طراحی و ساخت قالب یا مدل صورت گیرد.

عیوب ریخته‎گری ناشی ازخطای ترکیب و اختلاف های فازی و ترکیبی

ویرایش

استفاده از مواد شارژ با ترکیب نادرست (بطور مثال قراضه) عامل موثری در ایجاد خطای ترکیبی است. عیوب ناشی از عامل فوق با دقت در جریان ذوب برطرف گردیده، در حالی که جدایش در انجماد حاصل شده و تقریبا علتی متالورژیکی است. فاصله انجماد طولانی آلیاژها، سرد شدن تحت شرایط غیر تعادلی و چگونگی رشد کریستال ها از عوامل ایجاد جدایش است.

تمرکز غلظت ناشی از سنگینی یک فاز نمی تواند در شرایط متالورژیکی عیب مورد نظر باشد، اگر در مراحلی که فاز جامد بوجود آمده است، مدت زیادی در مذاب شناور گردد، در این صورت می‎تواند عیب باشد. درمورد آلیاژهایی که دارای عناصر متشکله نامحلول در حالت مایع هستند، پدیده رسوب تحت نیروی وزن متفاوت، علاوه بر جدایش موجب ایجاد اشکالات ترکیبی در قطعه شده که فقط با هم زدن و مخلوط کردن مداوم مایع و سرعت انجماد تا حدودی قابل بر طرف کردن است. بطور کلی همان گونه که اشاره گردید مشکلات مربوط به جدایش و غیر یکنواختی ترکیب فازها به دلیل این که شرایط عملی سرد کردن همواره از شرایط تعادلی سریع تر می باشد، نمی تواند تماما برطرف شود و به همین جهت وجود تغییرات ترکیبی را به عنوان یک اصل موجود مورد بررسی قرار داده و کمتر به عنوان یک عیب به آن می پردازند زیرا با انجام یک سری عملیات حرارتی مانند یکنواخت کردن،می‎توان عیوب ناشی از تمرکز غلظتهای ریز را بطور کامل برطرف نمود.

عیوب بی شکلی ناشی از ریختن مذاب

ویرایش

هنگامیکه مذاب وارد قالب می شود باید بتواند محفظه قالب را پر کرده و پوسته و سطح خارجی صافی داشته باشد، عدم توجه به مطلب فوق عیوب متعدد و خطرناکی را حاصل نموده که عملا مانع استفاده قطعه ریختگی می‎گردد. در این دسته پر نشدن کامل قالب بخصوص در قسمت گوشه ها (Misrun یا Short run) اتصال سرد (Coldlaps) و انجماد قسمتهای مختلف قبل از اتصال (Coldshut) جز عیوبی هستند که بعد از ریخته گری قابل جبران نبوده و در جریان طراحی سیستم راهگاهی و بارریزی حاصل می گردد.

درجه حرارت مذاب، کاربرد غلط سیستم راهگاهی و ضریب انتقال حرارت قالب در تشکیل عیوب فوق موثر بوده، در حالیکه عدم انطباق سرعت پر شدن قالب نسبت به سرعت انجماد از اهمیت بیشتری برخوردار است. وجود گازهای محفظه قالب که به دلیل فقدان هواکش‎ها در محفظه قالب متراکم و حبس شده از عوامل دیگری است که در پر نشدن قالب (Misrun) موثر است. سیال نبودن آلیاژ و وجود اکسیدهای سطحی از عوامل موثر دیگری در تولید عیوب بی شکلی بوده که با تعبیه سیستم راهگاهی صحیح و درجه فوق ذوب و بارریزی مناسب می‎توان عیوب فوق را بر طرف نمود.

عیوب گازی در ریخته‎ گری

ویرایش

گازها ممکن است در ریخته‎گری به صورت محلول، ترکیبات شیمایی یا در محفظه قالب وجود داشته باشند. همچنین می توانند از هوای به دام افتاده در محفظه قالب در هنگام بارریزی یا به علت واکنش شیمیایی بین مذاب و سطح مواد قالبگیری یا در حین انجماد ایجاد شود. گازها ممکن است بصورت حفرات داخلی یا روی سطوح و امثال آنها ظاهر شود. عوامل ایجاد این عیوب عبارتند از:

گازهای داخل مذاب که پس از انجماد دوباره از آن جدا شده و داخل قطعه باقی می ماند
گازهای حاصل از واکنش مذاب با مواد قالبگیری
عدم نفوذ پذیری کافی ماده قالب

عیوب ریخته‎گری ناشی از وجود مواد جامد ناخواسته

ویرایش

مواد ناخواسته غیر فلزی نیز در ایجاد عیوب و تقلیل خواص مکانیکی و فیزیکی قطعه ریختگی موثر است. این مواد ناخواسته بطور کلی به دو دسته، مواد داخلی (Indigenous inclusions) و مواد خارجی (Exogenous inclusions) تقسیم می گردند. مواد غیر فلزی خارجی که از نظر اندازه و شکل کاملا متفاوت بوده در نتیجه تخریب های مکانیکی مواد نسوز کوره ها، بوته ها و قالب حاصل می گردد. در حالت کلی توزیع و پخش آنها در مذاب یکنواخت نبوده و تحت قانون استوکس در اثر اختلاف وزن مخصوص آنها با مایع در ته بوته یا در سرباره باقی مانده و جدا کردن این مواد تحت نیروی وزنی معمولا تاثیر زیادی ندارد زیرا با توجه به اندازه ذرات، اختلاف وزن مخصوص آنها با مایع زمان زیادی برای رسوب و یا سرباره شدن لازم دارد. افزایش فلاکس برای حذف مواد ناخواسته و ایجاد ترکیبات سبک و یا بی ضرر، جلوگیری از ورود هوا به مذاب بوسیله افزایش فلاکس‎های پوششی و احیای اکسیدها توسط عناصر دیگر از جمله عواملی است که در تقلیل اینکلوژنها موثر است. عوامل دیگری نظیر انبساط قالب، زبری سطوح و چسبندگی ماسه (ماسه نسوز) هم در تشکیل این عیب تاثیر گذار است.

عیوب ریخته‎گری ناشی از انقباض در فاز مایع و فاصله انجماد

ویرایش

عیوب انقباضی معمولا از فقدان مذاب برای جبران کسری‎های ناشی از انقباض در فاز مایع و فاصله انجماد پدید آمده که یکی از دلایل ایجاد آن، عدم استفاده از سیستم تغذیه مناسب و کافی است. این عیوب هم به دو دسته، حفره های تغذیه ( انقباض متمرکز )، ترکهای انقباضی ( انقباض پراکنده ) تقسیم بندی می شود.

حفره‎های انقباضی در سطوح، معمولا در مرکز حرارتی قطعه حاصل می شود، زیرا به دلیل تماس سطح با دیواره قالب یا محیط انجماد، رابطه مذاب درونی و هوا قطع گردیده و در این حالت فشار کمی در داخل مایع حاصل شده که در نتیجه پوسته جامد رویه در تحت فشار اتمسفر تغییر شکل می‎ دهد که یکی از عیوب سطحی است. عیوب سطحی معمولا در جریان بارریزی با درجه حرارت زیاد حاصل می‎شود. عیوب مذکور با ایجاد فشار هوا از داخل تغذیه های فوقانی، انتخاب درجه حرارت مناسب و کافی و استفاده از ترکیبات گرمازا در منابع تغذیه و آرماتورهای ماهیچه قابل جلوگیری هستند.

عیوب ریخته‎گری ناشی از انقباض در فاز جامد

ویرایش

سرد شدن قطعه ریختگی از منطقه جامد تا درجه حرارت محیط با انقباض خطی فلزات همراه است.به عنوان مثال ضریب انبساط خطی و درجه حرارت و حدود متوسط انقباضات در فاز جامد برخی فلزات در جدول زیر درج گردیده است.

از مقایسه جدول فوق و جدول مربوط به انقباضات مدلسازی چنین استنباط گردیده که میزان انقباض در مدلسازی متفاوت بوده زیرا در عمل انقباض فاز جامد بصورت آزاد انجام نگرفته و در مراحل مختلف انجماد با مقاومت دیواره های قالب و یا قسمت های جامد مواجه شده و از اینرو انقباض عملی علاوه بر نقطه ذوب و ضریب انبساط خطی به شکل و اندازه قطعه بستگی دارد. در ضمن اثر عناصر متشکله آلیاژ در تغییر ضریب انبساط خطی از اهمیت خاصی برخوردارند و همچنین نوع کریستال و یا آلوتروپ های یک عنصر و یا ترکیب نیز اهمیت دارد. انقباض جامد با ایجاد اولین ذره جامد به‎ هر شکل از حالات انجماد (سلولی، صفحه ای، شاخه ای) آغاز شده و از اینرو مقاومتی که از طرف قالب اعمال می شود یا فشار متالواستاتیکی مذاب بر جامد و ... باعث ایجاد تنشهای داخلی و سطحی در قطعه شده و امکان ترک خوردگی‎هایی پدید آورد. مقاومت در مقابل انقباض باید با خواص مکانیکی آلیاژ در جریان سرد شدن منطبق باشد، چنانچه مقاومت کمتر از خواص مکانیکی قطعه شود، هیچگونه عیوبی حاصل نمی گردد و به این دلیل خواص مکانیکی فلز در مراحل مختلف فاز جامد حائز اهمیت است، این مراحل به صورت زیر دسته بندی می شوند:

فقط هسته‎های کوچک جامد تشکیل شده و وجود مقدار کافی مذاب می‎تواند نیروهای انقباضی ذرات جامد را تحمل نموده، در این حالت با وجود آنکه خواص مکانیکی آلیاژ ناچیز است ، ولی مشکلی در انقباض جامد پدید نمی آورد.
انجماد تقریبا اتمام یافته، ولی فقط قسمت کوچکی از آلیاژ بصورت مذاب باقی مانده است، از اینرو هنوز مقاومتها بر مایع وارد شده ولی کاملا بر آلیاژ جامد تاثیر نگذاشته و فقط تحت تاثیر نیروهای داخلی قرار گرفته که با توجه به ضعف مقاومت مکانیکی جامد در این حالت فقط ممکن است تاثیری کوچک در انقباض آزاد داشته باشد.
آلیاژ به این دلیل که در درجه حرارتهای بالا قرار دارد، از مقاومت محدودی بر خوردار بوده، ولی قابلیت شکل پذیری پلاستیکی را بدون ایجاد تنشهای داخلی دارد.
جامد در درجه حرارت پایینی است که مقاومت آلیاژ زیاد و فقط می‎تواند تغییرات الاستیکی را تحمل کند.

مقاومت در مقابل انقباض باید با خواص مکانیکی آلیاژ در جریان سرد شدن منطبق باشد، چنانچه مقاومت کمتر از خواص مکانیکی قطعه شود، هیچگونه عیوبی حاصل نمی گردد و به این دلیل خواص مکانیکی فلز در مراحل مختلف فاز جامد حائر اهمیت است، این مراحل به صورت زیر دسته بندی می شوند:

فقط هسته‎های کوچک جامد تشکیل شده و وجود مقدار کافی مذاب می‎تواند نیروهای انقباضی ذرات جامد را تحمل نموده، در این حالت با وجود آنکه خواص مکانیکی آلیاژ ناچیز است، ولی مشکلی در انقباض جامد پدید نمی آورد.
انجماد تقریبا اتمام یافته، ولی فقط قسمت کوچکی از آلیاژ بصورت مذاب باقی مانده است، از اینرو هنوز مقاومتها بر مایع وارد شده ولی کاملا بر آلیاژ جامد تاثیر نگذاشته و فقط تحت تاثیر نیروهای داخلی قرار گرفته که با توجه به ضعف مقاومت مکانیکی جامد در این حالت فقط ممکن است تاثیری کوچک در انقباض آزاد داشته باشد.
به این دلیل آنکه آلیاژ در درجه حرارتهای بالا قرار دارد، از مقاومت محدودی بر خوردار بوده، ولی قابلیت شکل پذیری پلاستیکی را بدون ایجاد تنشهای داخلی دارد.
جامد در درجه حرارت پایینی قرار داشته و مقاومت آلیاژ زیاد بوده و فقط می‎تواند تغییرات الاستیکی را تحمل کند.

اگر مقاومت در مقابل انقباضات در درجه حرارتهای بالایی که آلیاژ تا حدودی خاصیت شکنندگی (مراحل 2 و 3) دارد، وارد شود؛ شکستگی در حالت گرم پدید آمده ولی در صورت عدم مقاومت آلیاژ در درجه حرارت پایین تغییرات پلاستیکی و تنش‎های داخلی سبب شکستگی درحالت سرد می‎شود که مستقیما به مقاومت در مقابل انقباض مربوط است. اختلاف در سرد شدن و سرعت انقباض قسمت‎های مختلف، ناشی از تغییرات ضخامت قطعه و یا شیب حرارتی و یا محیط های سرد کننده، نیز از جمله عواملی است که در تغییر شکلهای قطعه موثر است.

روش دوم دسته بندی عیوب در ریخته‎گری

ویرایش

دسته بندی عیوب ریخته گری به صورت دیگر نیز انجام گرفته که در بررسی هر عیب به علت و مرحله تشکیل آن توجه شده است. در ذیل به مواردی اشاره شده است:

عیوب ناشی از شارژ-ترکیب شارژ
عیوب ناشی از سوخت:اکسیدها-گازها و ...
عیوب ناشی از ذوب :اکسیدها-درجه حرارت فوق ذوب-جذب گازها-انقباض زیاد-عدم سیالیت
عیوب ناشی از طراحی:اشتباه در تعیین ابعاد و شکل-شکستگی در حالت گرم
عیوب ناشی از قالبگیری و ماهیچه سازی:ماسه ریزها-ماسه نسوزها-جلوگیری از انقباض آزاد
عیوب ناشی از بارریزی:پر نشدن قالب-توزیع غیر یکنواخت حرارتی-تغییر شکل قالب
عیوب ناشی از سرد شدن قطعه:شکستگی در حالت سرد و گرم-تغییر شکلهای ناشی از انقباض

عیوب ریخته گری بر خواصی مانند خواص مکانیکی، خواص هیدرولیکی، سطحی و ... قطعه تاثیر گذاشته که باید با توجه به شرایط اقتصادی آنها را برطرف کرد.

موضوعات مرتبط: عیوب ریخته گری , ,

امتیاز مطلب : 5

تعداد امتیازدهندگان : 1

مجموع امتیاز : 1

الکتروسرامیک ها (Electroceramics)

پنج شنبه 4 / 2 / 1393 ساعت 17:48 | بازدید : 2670 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

الکتروسرامیک ها (Electroceramics) دسته ای از سرامیک های پیشرفته هستند که همگام با رشد و پیشرفت تکنولوژی، توسعه یافته اند. سرامیک های سنتی به واسطه خواص حرارتی و مکانیکی خود مورد توجه قرار می گرفتند ولی به تدریج خواص الکتریکی، نوری و مغناطیسی سرامیک ها در بسیاری از صنایع مانند مخابرات، تبدیل و ذخیره انرژی و الکترونیک مورد توجه قرار گرفت و منجر به توسعه الکتروسرامیک ها شد.

در اولین کاربرد سرامیک ها در صنعت برق از مزیت پایداری آن ها در شرایط بد آب و هوایی و یا مقاومت الکتریکی بالای آن ها که ویژگی بیشتر مواد سیلیکاتی است، بهره گرفته شد. روش هایی که در طول هزاران سال در سفالگری سنتی گسترش یافته بودند برای تولید بدنه عایق های الکتریکی اصلاح شدند. این عایق ها برای انتقال و جداسازی رساناهای الکتریکی در کاربردهایی از خطوط نیرو گرفته تا مقاومت هسته های سیم پیچ و المنت های حرارتی الکتریکی مورد نیاز هستند.

اگر چه در نیمه اول قرن بیستم مشخصه بدیهی سرامیک ها در کاربردهای الکتریکی، پایداری شیمیایی و مقاومت الکتریکی بالا بود، اما کاملا مشخص بود که گستره خواص آن ها بسیار وسیع است. برای مثال، مشخص شده بود که کانی مگنتیت که دریا نوردان اولیه آن را سنگ آهنمی نامیدند، علاوه بر خواص مغناطیسی، دارای خواص هدایت الکتریکی مناسب نیز است. این ویژگی همراه با خنثایی شیمیایی، آن را به عنوان آند در استخراج هالوژن ها از نیترات های معدنی قابل استفاده کرد. هم چنین زیرکنیا به همراه مقادیر کمی از اکسید لانتانیدها (خاک های کمیاب می تواند با عبور جریان به دماهای بالا برسد و به صورت فیلامنت نرنست، یک منبع موثر نور سفید را تشکیل دهد. هم چنین مشاهده شد که برخی سرامیک ها، یعنی رساناهای یونی، جریان الکتریسیته را به خوبی هدایت می کنند. به همین دلیل در دو دهه اخیر این مواد به دلیل نقش تعیین کننده خود در فن آوری پیل سوختی، باتری و حس گرها مورد توجه قرار گرفته اند.

پیشرفت علم الکترونیک از سال 1910 که با استفاده همه جانبه از گیرنده های رادیویی و کابل های مخابراتی چند کاناله همراه بود، محققین را بر آن داشت تا در سال های 1930 تا 1950 در مورد فریت ها تحقیق کنند. فریت های نیکل - روی و منگنز - روی که از نظر ساختار شبیه سنگ آهن هستند، به دلیل مقاومت بالا و حساسیت کم به جریان های القایی، به عنوان مواد هسته ترانسفورماتور و دریچه در فرکانس های بالا تا 1MHz و یا بیش تر استفاده می شدند. فریت باریم ساخت آهن رباهای دائمی با هزینه کم و به شکل های کوچک که با فلزات فرومغناطیسی دست یافتنی نبود، را میسر ساخت. از سال 1940، پودرهای سرامیکی مغناطیسی، اساس نوارهای صوتی و ضبط را تشکیل دادند و سپس برای ساخت هسته مغناطیسی با قطر کمتر از 0.5mm مورد استفاده قرار گرفتند و تا چند سال مبنای حافظه پردازنده مرکزی کامپیوترها بودند. فریت ها و سرامیک ها مشابه دارای ساختارهای گارنت، همچنان ازاجزای موثر در فن آوری مایکروویو هستند.

از دهه 1920، سرامیک های رسانا مورد استفاده قرار گرفتند. به عنوان مثال می توان میله های کاربید سیلیسیمی مورد استفاده برای گرم کردن کوره ها تا دمای 1500 درجه سانتی گراد در هوا را نام برد. هم چنین بر خلاف فلزات که ضریب مقاومت حرارتی مثبت و کوچک دارند، سرامیک ها مقاومت ویژه بالاتر و ضریب مقاومت حرارتی منفی بالایی دارند. بنابراین به عنوان دما سنج و برای محدود گسترده ای از کاربردهای مرتبط با دما مورد استفاده قرار گرفتند. در ضمن در مراحل اولیه مشخص شد که مقاومت ویژه نمونه های متخلخل با ترکیبات مشخص، به شدت تحت تاثیر اتمسفر محیط به ویژه مقدار رطوبت و پتانسیل اکسیداسیون آن قرار می گیرد. بعدها این حساسیت کنترل شد و در آشکارسازهای مواد سمی یا قابل اشتعال مورد استفاده قرار گرفت.

هم چنین مشخص شد که مقاومت الکتریکی سرامیک های بر پایه کاربید سیلیسیم و اخیرا اکسید روی را می توان به میدان اعمالی حساس کرد. این امر باعث گسترش اجزایی شده است که نوسانات ناپایدار را از خطوط نیرو جذب می کنند و مانع از جرقه زدن بین اتصالات رله ها می شوند. اکنون رفتار غیر خطی این مقاومت ها را ناشی از وجود سدهای پتانسیل بین بلورها در سرامیک می دانند.

سرامیک های مورد استفاده به عنوان دی الکتریک برای خازن ها، دارای این عیب هستند که به راحتی نمی توان از آن ها ورقه های نازک تهیه کرد، و یا ورقه های ساخته شده از آن ها بسیار شکننده هستند. با وجود این میکا به طور گسترده در خازن ها مورد استفاده قرار گرفته است و قطعاتی با پایداری بسیار بالا از آن ساخته می شود. لوله های استاتیتی با دیواره نازک (0.1 تا 0.5 میلی متر) برای استفاده در واحدهایی که ظرفیت خازنی پایینی دارند، ساخته شده اند. ضریب گذر دهی نسبی پایین استاتیت (ε_r≈6) کاربرد آن را محدود کرده است، اما ظهور تیتان با ضریب گذردهی بالا (εr≈100) در دهه 1930 باعث پیشرفت و گسترش خازن هایی در محدوده1000pF با اندازه های مناسب، اما با ضریب دمایی منفی بالا شد. از آن زمان ضرایب گذردهی نسبی نزدیک به 30 با ضرایب دمایی پایین از ترکیبات تیتاناتی و زیرکناتی به دست آمده است.

در اواخر دهه 1940 با ظهور دی الکتریک های با ضرایب گذردهی بالا (εr≈2000-10000) که بر اساس تیتانات باریم ساخته شده بودند، این وضع تغییر کرد، به طوری که برای محدوده گسترده ای از کاربردها، ورقه های کوچک یا لوله هایی با ضخامت 0.2 تا 1 میلی متر ترکیب مفیدی از اندازه و ظرفیت الکتریکی را ارائه می دادند. توسعه ترانزیستورها و مدارهای مجتمع باعث شد تا نیاز به ظرفیت الکتریکی بالاتر و اندازه کوچک که به وسیله ساختارهای چند لایه یکپارچه ایجاد می شد، بیش تر احساس شود. در این موارد لایه های نازک پلیمری حاوی پودرهای سرامیکی ساخته می شود. الگوهایی از جوهر فلزی به عنوان الکترود نشانده می شود و لایه های مختلف بر روی هم انباشته و فشرده می شوند تا قطعات کاملا به یکدیگر چسبیده، درست شود.

پس از سوزاندن و خروج ماده آلی و سینتر، قطعات چند لایه مستحکم با دی الکتریک هایی با ضخامت کمتر از 5 میکرون به دست می آید. این قطعات عمل کنار گذر (bypass)، جفت کردن (coupling) و جدا کردن (decoupling) مدارهای مجتمع نیمه رسانا در مدار های نیمه رسانای لایه ضخیم را انجام می دهند.

این ساختار چند لایه یک پارچه را می توان برای ساخت هر دی الکتریک سرامیکی مورد استفاده قرار داد. تلاش برای توسعه ساختارهای چند لایه که کاربردهای گوناگونی دارند، ادامه دارد. به ویژه فن آوری سرامیک با پخت همزمان در دمای کم (low temperature co-fired ceramic) برای بسته بندی الکترونیکی به ویژه کامپیوترهای بزرگ و سیستم های ارتباطی به وفور مورد استفاده قرار می گیرد.

ضریب گذردهی بالای تیتانات باریم ناشی از خاصیت فروالکتریک آن است که در بسیاری از تیتانات ها، نیوبات ها و تنتالات های با ساختار بلوری مشابه، مشاهده می شود. یک ماده فروالکتریک دارای یک محور قطبی منحصربه فرد است که می تواند به وسیله میدان خارجی تغییر جهت یابد. اگر چه میزان جهت گیری محورهای قطبی بلورک ها در یک سرامیک به علت تصادفی بودن جهت بلورک ها محدود می شود، اما برای تبدیل یک نمونه چندبلور همسان گرد به یک نمونه قطبی کافی است. این قطبش منجر به رفتار پیزو الکتریک، پایروالکتریک و الکترواپتیک می شود که می توان از آن ها در سونار، تمیز کننده های فراصوتی (Ultrasonic Cleaner)، آشکار سازی فروسرخ و نورپردازها (Light Processors) استفاده کرد. مزیت سرامیک های چند بلور نسبت به تک بلورها، سهولت ساخت آن هاست. اکنون فرو الکتریک ها به شکل لایه های نازک در ساخت نوعی حافظه دیجیتال مورد استفاده قرار می گیرند.

تیتانات باریم را می توان با جانشینی های مناسب و یا سینتر در اتمسفر کاهنده رسانا کرد، که این باعث توسعه در دو زمینه شده است:

1- قطعات با ظرفیت الکتریکی بالا که به وسیله اکسایش مجدد لایه های سطحی صفحات رسانا ساخته می شوند و استفاده از لایه های عایق نازکی که بدین ترتیب ساخته می شوند.

2- مقاومت های دارای ضریب مقاومت حرارتی مثبت بزرگ، زیرا مقاومت قطعاتی که به خوبی دوپ (Doping) و پخته شده اند در یک محدوده دمایی کوچک نزدیک به دمای تبدیل از حالت فروالکتریک به پارا الکتریک، چند رقم افزایش می یابد.

از مقاومت های PTC در گرمکن های ترموستاتی، کنترل کننده های جریان، ابزارهای دگاوس در گیرنده های تلویزیونی و نشان گرهای سطح سوخت استفاده می شود. در مورد مقاومت های حساس به ولتاژ، باید ذکر شود که این پدیده از سدهای پتانسیل الکتریکی در مرز دانه های ناشی می شود. در نهایت سرامیک های ابر رسانا با دماهای انتقال بیش از دمای 100 کلوین کشف شده اند. این پدیده توسعه ابزارهایی با توان بالا در تولید نیروی مغناطیسی برای کاربردهای گوناگون از جمله سیستم های انتقال شناور مغناطیسی را امکان پذیر می سازد.

ظهور سرامیک های فرومغناطیس، فروالکتریک و رسانا به ساخت ترکیبات غالبا عاری از پلاستی سایزرهای طبیعی مانند رس ها نیاز داشته است. این ترکیبات به پلاستی سایزر های آلی نیاز دارند تا شکل پذیری آن ها قبل از سینتر امکان پذیر باشد. بر خلاف پرسلان های سیلیکاتی، متراکم شدن به حضور مقدار زیادی از فازهای گدازآور وابسته نیست، بلکه به مقدار کمی فاز مایع برای بهبود سینتر در حضور فاز مایع یا به سینتر نفوذی حالت جامد و یا ترکیب این مکانیزم ها بستگی دارد. اندازه بلور و مقادیر بسیار کم فازهای ثانویه که در مرز دانه ها وجود دارند ممکن است تاثیر زیادی بر خواص داشته باشد. از این رو کنترل دقیق مواد اولیه و شرایط آماده سازی ضروری است. این امر باعث انجام تحقیقات مهمی در راستای توسعه به اصطلاح روش های شیمیایی تر برای ساخت پودرهای اولیه شده است.

سرامیک ها از بلورک هایی تشکیل شده اند که ممکن است از نظر ساختار، بی نقص بودن، ترکیب و نیز اندازه، شکل و تنش های داخلی با یکدیگر تفاوت داشته باشند. به علاوه فصل مشترک بین بلورک ها مناطقی هستند که در آن ها تغییرات در جهات شبکه ای اتفاق می افتد که اغلب با تغییرات در ترکیب و تاثیرات الکتریکی وابسته به آن همراه است. در نتیجه توجیه رفتار سرامیک ها به طور دقیق، اگر غیر ممکن نباشد، بسیار دشوار است. مطالعه خواص تک بلور های الکتروسرامیک مهم، به درک رفتار سرامیک ها منجر شده است. با این وجود، رشد تک بلورها معمولا کاری دشوار و طولانی است و در ضمن، پیچیدگی ریزساختارهای سرامیکی، پیش بینی خواص آن ها را از تک بلورهای مشابه نامطمئن می کند. بنابراین، معمولا پیش از آن که یک درک جزئی از مکانیزم های فیزیکی اساسی وجود داشته باشد، مشاهدات تجربی منجر به ساخت ابزارهای جدید سرامیکی شده است.

موضوعات مرتبط: سرامیک , ,

امتیاز مطلب : 0

تعداد امتیازدهندگان : 0

مجموع امتیاز : 0

اکستروژن ضربه ای (Impact Extrusion)

پنج شنبه 4 / 2 / 1393 ساعت 17:42 | بازدید : 1203 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

در روش اکستروژن ضربه ای (Impact Extrusion) قطعه‌ای از آلومینیم یا فلز نرم دیگری به مواد روانکار آغشته شده، در قالب کم‌عمقی قرار می‌گیرد. سپس این قطعه در معرض ضربه بسیار سریع سنبه‌ای قرار می‌گیرد که بر نوک آن دماغه‌ای تعبیه شده است. بین این دماغه و قالب لقی معینی وجود دارد. فلز از اطراف سنبه به‌صورت فیلم نازکی سیلان می‌یابد.

اکستروژن ضربه ای عموماً به دو روش انجام می شود:

روش اول:

قطعه‌ای از آلومینیوم یا فلز نرم دیگری به مواد روانکار آغشته شده، در قالب کم‌عمقی قرار می‌گیرد. سپس این قطعه در معرض ضربه بسیار سریع سنبه‌ای قرار گرفته که بر نوک آن دماغه‌ای تعبیه شده است. بین این دماغه و قالب لقی معینی وجود دارد. فلز از اطراف سنبه به‌صورت فیلم نازکی سیلان می‌یابد. این عمل بسیار سریع است و در زمانی کوتاه می‌توان مقادیر زیادی از این لوله‌ها را تولید کرد. با طراحی مناسب، می‌توان حلقه یا پله‌ای در قالب تعبیه کرد تا فرآورده در یک ضربه کامل شود، و فقط رزوه کردن آن باقی بماند.

روش دوم:

این روش معمولاً فرآیند هوکر (Hooker) نامیده شده و عمل اکستروژن پیش‌رونده‌ای است که اصولاً مشابه اکستروژن معمولی لوله با یک سنبه متصل به صفحه فشاردهنده است. اما با سرعتی بسیار بالا عمل می‌کند. در این فرآیند بهتر است از ورقه‌های کاسه‌ای شکل استفاده شود. این فرآیند لوله‌سازی با جدار ضخیم، در مقایسه با اکستروژن معکوس به فشار کمتری احتیاج دارد، و برای تولید لوله‌های مسی و برنجی به‌کار می‌رود. لوله‌های ته بسته را که ضخامت جدار آن‌ها به تدریج کم می‌شود می‌توان به این طریق تولید کرد.

backward impact extrusion forward impact extrusion combined impact extrusion

اگرچه اصول اکستروژن ضربه‌ای از سال‌ها قبل شناخته شده بود ولی تولید لوله‌هایی با جدار بسیار نازک از قبیل محفظه‌های انعطاف‌پذیر خمیر دندان و برخی دیگر از وسایل خانگی به این طریق از حدود سال 1920 توسعه یافت.

مزایای اکستروژن ضربه ای

ویرایش

خواص مکانیکی فرآورده‌های حاصل از اکستروژن ضربه‌ای خوب است، و یکی از مزایای قابل توجه فرآیند آن است که قطعاتی با شکل‌های پیچیده را می‌توان در یک عمل، بدون نیاز به عملیات ماشین‌کاری تولید کرد.

قطعات اکستروژن شده آلومینیمی تا قطر (110mm (4.5in و طول ((350mm (14in را می‌توان به شکل‌های گوناگون با دندانه‌های داخلی یا خارجی ساخت.

پس مانده شمشال را می‌توان به‌صورت فلانج یا قطعات دیگر شکل داد.

موضوعات مرتبط: اکستروژن , ,

امتیاز مطلب : 0

تعداد امتیازدهندگان : 0

مجموع امتیاز : 0

دیرگداز (Refractory)

پنج شنبه 4 / 2 / 1393 ساعت 17:41 | بازدید : 1232 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

منابع مختلف تعاریف متفاوتی برای دیرگداز (Refractory) ذکر کرده اند، که هر یک جنبه خاصی از دیرگداز ها را در نظر گرفته است. تعاریف قدیم تر، مواد نسوز را موادی می دانستند که دماهای بیشتر از 1500 درجه سانتی گراد را تحمل کنند. تعریف کامل تر چنین است: مواد دیرگداز موادی اند که به عنوان مصالح ساختمانی کوره ها به کار می روند و می توانند خواص فیزیکی خود را در دماهای بالا و شرایط محیطی کوره حفظ کنند. بدیهی است که اهمیت یک دیرگداز فقط در پایداری حرارتی آن نیست، بلکه پایداری فیزیکی و شیمیایی آن در مقابل آثار مخرب محیط در دمای بالا نیز مطرح است. مثلا ممکن است نقطه ذوب یک دیرگداز حدود 2000 درجه سانتی گراد هم باشد، ولی نتواند مدت زیادی را در مقابل اثر سایشی و یا خوردگی مواد یا گازهای داغ دوام بیاورد.

در تعریف جامع تر مواد دیرگداز، حفظ خواص شیمیایی، فیزیکی، مکانیکی در محیط کوره مطرح است. به عبارت دیگر، دیرگداز ها موادی با نقطه ذوب و نقطه خمیری شدن زیادند که قادر به حفظ خواص شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی و ترمومکانیکی (خمشی، سایشی، شوک حرارتی و ...) در شرایط کاربردی و در دمای بالا باشند.

دیرگداز

تاریخچه دیرگداز ها

ویرایش

به لحاظ تاریخی کاملا معلوم نیست که ساخت مواد دیرگداز برای نخستین بار به دست چه کسی و در کدام کشور صورت گرفته است، اما احتمال می رود فینیقی ها و یا چینی ها پایه گذار این بخش از صنعت سرامیک باشند. بر طبق مدارک تاریخی، در ابتدا برای ساخت دیرگداز ها بیشتر از خاک های رسی معمولی استفاده می شد. از اوایل قرن نوزدهم میلادی به تدریج اندیشه افزودن مواد غیر پلاستیک به مواد اولیه مطرح شد که تاثیر بسزایی در کیفیت نهایی محصولات داشت. از این رو، با گذشت زمان محصولات بهتری وارد بازار شد. دستیابی به مواد اولیه مرغوب تر و خالص تر و استفاده از آن ها در صنایع دیرگداز گام بعدی در این راه بود و همزمان فنون ساخت نیز بهبود یافت که این دو در کنار هم به ارائه محصولات مناسب و مورد نیاز صنایع دیگر، از جمله صنایع تولیدی مادر، منجر شد، و نقش تعیین کننده ای در رشد این صنایع بر جای گذاشت.

در چهار دهه اخیر نیاز مبرم مصرف کنندگان مواد دیرگداز به استفاده ار محصولات جدید و مرغوب تر، موجب افزایش کمیت و کیفیت تولید انواع محصولات نوین دیرگداز ها شده است. گسترش تحقیقات همراه با مطالعات پیشرفته علمی – کاربردی باعث شد تا یافته های جدید محققان علم مواد وارد صنایع دیرگداز شود. تلفیق این عوامل باعث جهشی در گسترش صنایع دیرگداز، مخصوصا در چند کشور صنعتی شد.

صنعت نسوز در ایران در مقایسه با دیگر کشورهای صنعتی بسیار جوان است. برای مثال، شرکت سهامی دیدیر آلمان در سال 1834 میلادی ساخت مواد نسوز و دیرگداز را شروع کرد، در حالی که صنعت دیرگداز در ایران همراه با ورود صنعت سیمان به کشور شروع شد و برای اولین بار در سال 1318 (1937-1938) کارخانه نسوز امین آباد تهران با ظرفیت روزانه 5 هزار تن نسوز آغاز به کار کرد. با تاسیس کارخانه ذوب آهن اصفهان در سال 1350 که برای تولید فولاد به مقدار زیادی مواد نسوز احتیاج داشت، نخستین کارخانه بزرگ و مکانیزه تولید نسوز (کارخانه نسوز آذر فعلی) در کارخانه ذوب آهن اصفهان با ظرفیت اولیه تولید سالانه 40 هزار تن آجر و جرم در سال 1352 راه اندازی شد. ظرفیت تولید نسوز در کشور، از حدود 60 هزار تن در سال 1357، با رشدی بیش از چهار برابر نسبت به قبل از پیروزی انقلاب اسلامی، به سالانه 250 هزار تن افزایش افته است. شایان ذکر است که امروزه کل نیاز صنایع کشور به انواع فرآورده های نسوز سالانه 250 هزار تن برآورد شده است. با وجود واردات مقداری از نسوزهای مصرفی، پتانسیل صادرات سالانه چندین هزار تن انواع فرآورده های نسوز در داخل نیز فراهم شده است.

دیرگداز

کاربرد و اهمیت صنعتی دیرگدازها

ویرایش

عملکرد کوره های صنعتی متاثر از نوع نسوزها و دیرگداز هایی است که در آن به کار رفته است. مرغوبیت و خواص دیرگداز های مصرفی به همراه نصب صحیح آن ها، عواملی اند که عمر مفید و بازدهی کوره ها را مشخص می کنند. بررسی و شناخت دقیق و علمی دیرگداز ها به عنوان یک شاخص اصلی در صنایع مادر کشور، که مصرف کننده اصلی آن هاست، امری ضروری است. البته به کارگیری و نصب صحیح از آن ها استفاده نشود بازدهی مناسبی نخواهد داشت.

مطالعاتی که بر روی مواد اولیه مصرفی و تکنولوژی تولید، خصوصا تکنولوژی های نوین و کاربرد فرآورده های نسوز، انجام شده، نشانگر این است که کشور ما به این بخش از صنعت سرامیک وابستگی شدیدی دارد. از طرف دیگر، با توجه به مشکلات ارزی و خریدهای خارجی، بدون تامین دیرگداز ها در داخل، بسیاری از صنایع داخلی که بدون مواد نسوز نمی توانند به کار ادامه دهند، با مشکلات جدی مواجه خواهند شد. حساسیت نسوز در بسیاری صنایع به حدی است که در دسترس نبودن آن موجب توقف کامل تولید می شود.

صنایع وابسته به نسوزها

ویرایش

تولید فرآورده های نسوز به دلیل کاربرد گسترده بودن و وابستگی شدید صنایع مختلف به آن ها، مخصوصا در صنایع زیر بنایی مثل صنایع فولاد، سیمان، آلومینیم، مس و شیشه اهمیت ویژه ای دارد. به همین دلیل تولید مواد دیرگداز همواره به عنوان کالایی استراتژیک مطرح بوده است و تکنولوژی پیشرفته تولید فرآورده های دیرگداز در دنیا منحصر به چند کشور صنعتی است.

با رشد و توسعه صنایع متالورژی در ایران، که تقریبا مصرف کننده 70 درصد مواد دیرگداز کشور است، تولید فرآورده های نسوز مورد توجه قرار گرفت.

نیاز به دیرگداز ها صرفا در ارتباط با حرارت نیست، بلکه عوامل دیگری نیز مطرح است، مانند استحکام (مخصوصا استحکام در دمای بالا) و مقاومت در برابر خوردگی (شیمیایی – فیزیکی).

صنایع متعددی در فرآیند تولید خود نیازمند مصرف دیرگدازند، که در زیر به بخشی از آن ها اشاره می شود.

صنایع آهن و فولاد
صنایع فلزات غیر آهنی (مس، آلومینیم، سرب، روی و ...)
صنایع شیشه
صنایع گاز
نیروگاه ها
کوره ها و ابزارآلات کوره در صنایع سرامیک های مصرفی
توربین های گازی
راکتورهای هسته ای
کوره های ساخت سیمان و آهک
کوره های زباله سوزی

تقسیم بندی دیرگدازها

ویرایش

در جداول زیر تقسیم بندی های مختلف مواد دیرگداز بیان شده است.

درجه دیرگدازی

دیرگدازهای دمای پایین. مخروط زگر بین 19 تا 28

دیرگدازهای دمای متوسط. مخروط زگر بین 28 تا 30

دیرگدازهای دمای بالا. مخروط زگر بین 30 تا 33

دیرگدازهای دمای بسیار بالا. مخروط زگر بزرگتر از 33

نوع مواد اولیه

دیرگدازهای رسی و آلومینوسیلیکاتی

دیرگدازهای غیر رسی (اکسیدی و غیر اکسیدی)

خاصیت شیمیایی

دیرگدازهای اسیدی، مانند دیرگدازهای زیرکونیایی و مولیتی

دیرگدازهای قلیایی، مانند دیرگدازهای منیزیایی و دولومیتی

دیرگدازهای خنثی، مانند دیرگدازهای آلومینایی و SiC

روش تولید

دیرگدازهایی که با پرس تولید شده اند

دیرگدازهایی که با اکستروژن تولید شده اند

دیرگدازهایی که با پرس گرم تولید شده اند

نوع و شکل دیرگداز

دیرگدازهای شکل دار (آجر)

دیرگدازهای بی شکل (جرم ها، مواد پاشیدنی و کوبیدنی و ...)

ترکیب شیمیایی

دیرگدازهای سیلیسی و شبه سیلیسی

دیرگدازهای آلومینوسیلیکاتی

دیرگدازهای منیزیایی

دیرگدازهای حاوی منیزیا

دیرگدازهای کرومیتی

دیرگدازهای کربنی/ گرافیتی

دیرگدازهای حاوی کربن/ گرافیت

دیرگدازهای کاربید سیلیسیمی

دیرگدازهای زیرکونیایی و زیرکنی

دیرگدازهای حاوی زیرکونیا

دیرگدازهای عایق و بی شکل

موضوعات مرتبط: دیرگداز , ,

امتیاز مطلب : 0

تعداد امتیازدهندگان : 0

مجموع امتیاز : 0

منحنی تنش - کرنش مهندسی

پنج شنبه 4 / 2 / 1393 ساعت 17:37 | بازدید : 2702 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

منحنی تنش - کرنش مهندسی (ENGINEERING STRESS-STRAIN CURVE) از تست کشش بدست می آید. با آزمایش کشش یک فلز نرم می توان داده هایی اساسی درباره خواص مکانیکی آن به دست آورد. در این آزمایش یک نمونه با طرح ویژه در جهت محوری تحت بار گذاری قرار می گیرد و در اثر افزایش این نیرومی شکند. در حین آزمایش مقدار افزایش طول در فواصل متناوب اندازه گیری شده و تنش و کرنش میانگینطبق معادلات بدست می آیند. داده های بدست آمده از آزمایش کشش به صورت نمودار تنش-کرنش رسم می شود.

پارامترهایی که از منحنی تنش - کرنش مهندسی بدست می آیند عبارتند از:

استحکام کششی

استحکام تسلیم

داکتیلیته (شکل پذیری)

مدول کشسانی

جهش یا برجهندگی

منحنی تنش کرنش مهندسی

تنش طولی میانگین از تقسیم بار بر سطح مقطع اولیه به ‌دست می‌ آید:

کرنش مورد استفاده در منحنی تنش - کرنش مهندسی، کرنش خطی میانگین است که از تقسیم ازدیاد طول مربوط به طول نمونه ، δ ، بر طول اولیه آن به‌ دست می‌ آید.

چون هم تنش و هم کرنش از تقسیم بار و ازدیاد طول بر عوامل ثابتی به‌دست می‌ آیند، منحنی بار ازدیاد طول نیز شکلی مانند منحنی تنش- کرنش مهندسی دارد. هر دو منحنی معمولا به جای هم مورد استفاده قرار می ‌گیرند.

شکل و مقدار منحنی تنش - کرنش یک فلز به ترکیب شیمیایی، عملیات حرارتی، تاریخچه قبلی تغییر شکل پلاستیک (مومسان) و آهنگ کرنش، دما و حالت تنش وارده هنگام آزمایش بستگی دارد. استحکام کششی، استحکام تسلیم، درصد ازدیاد طول و کاهش سطح مقطع پارامترهایی هستند که در تشریح منحنی تنش - کرنش هر فلز به‌کار می‌ روند. دو پارامتر اول معرف استحکام و دو تای بعدی معرف داکتیلیته (شکل پذیری) هستند.

در ناحیه الاستیک منحنی تنش - کرنش مهندسی، تنش با کرنش رابطه خطی دارد. موقعی که مقدار تنش از استحکام تسلیم جسم بیشتر شود ، نمونه تغییر شکل پلاستیک را تحمل می کند. پس از آن نیروی لازم برای ادامه تغییر شکل افزایش می یابد ولی این افزایش به صورت خطی نیست. اگر نیرو بعد از تغییر شکل پلاستیک به صفر کاهش پیدا کند مقداری تغییر شکل دائمی در نمونه باقی خواهد ماند. نیرو یا تنش لازم برای ادامه تغییر شکل پلاستیک با افزایش کرنش پلاستیک زیاد می شود و به عبارت دیگر جسم کار سخت می شود. حجم نمونه یا حاصلضرب طول در سطح ، در حین تغییر شکل پلاستیک ثابت باقی می ماند ، یعنی:

AL=A₀L₀

که در آن:

A₀: سطح مقطع اولیه

L₀: طول اولیه

A: سطح مقطع ثانویه

L: طول ثانویه

در نتیجه با ازدیاد طول نمونه ، مساحت سطح مقطع آن به طور یکنواخت در طول نمونه کاهش می یابد. در هنگام تست کشش دو عامل متضاد روی مقدار نیروی لازم برای ایجاد تغییر شکل تاثیر می گذارد ، یکی کار سختی است که موجب افزایش نیرو می شود و دیگری کاهش سطح است که باعث کاهش نیرو می شود. در ابتدا، کار سختی بیش از کاهش در سطح مقطع نمونه است. بنابراین، تنش مهندسی با افزایش کرنش به طور پیوسته زیاد می شود. در نهایت به نقطه ای می رسد که کاهش سطح مقطع نمونه و در نتیجه کاهش نیرو بیش از افزایش نیروی ناشی از کارسختی است. این شرایط ابتدا در نقطه ای در نمونه ایجاد می شود که ضعیف تر از بقیه نمونه است. از این رو تمام تغییر شکل پلاستیک بعدی در این ناحیه متمرکز می شود و نمونه شروع به گلویی شدن یا نازک شدن موضعی می کند. حال، چون مساحت سطح مقطع سریعتر از افزایش بار ناشی از کار سختی، کم می شود، یا به عبارت دیگر کارسختی قادر به جبران اثر کاهش سطح مقطع نیست، نیروی واقعی لازم برای تغییر شکل نمونه افت می کند و تنش مهندسی به طور پیوسته تا شکست نمونه کم می شود. به طور خلاصه ، می توان گفت که در ابتدا بعد از تغییر شکل الاستیک (کشسان)، مقدار کار سختی بیش از کاهش در سطح مقطع است و نیرو با ادامه تغییر شکل افزایش می یابد ولی در یک نقطه که مقدار کاهش در سطح مقطع بیش از کار سختی است، جسم شروع به گلویی شدن می کند و نیروی لازم برای ادامه تغییر شکل کاهش می یابد. ولی در واقع کرنش سختی یا کار سختی فلز تا لحظه شکست آن ادامه دارد. به طوری که تنش لازم برای ازدیاد طول باید زیاد شود، این پدیده در منحنی تنش - کرنش حقیقی دیده می شود.

موضوعات مرتبط: منحنی تنش - کرنش حقیقی , ,

امتیاز مطلب : 0

تعداد امتیازدهندگان : 0

مجموع امتیاز : 0

مدول الاستیسیته مواد (Elastic Modulus)

پنج شنبه 4 / 2 / 1393 ساعت 17:36 | بازدید : 14579 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

مدول الاستیسیته مواد (Elastic Modulus)، شیب قسمت خطی در ابتدای منحنی تنش - کرنش، مدول الاستیسیته یا مدول یانگ است. مدول الاستیسیته، معیار سنتی ماده است. هر چه این مدول بزرگ‌ تر باشد، کرنش الاستیک ناشی از اعمال یک تنش معین، کم تر است. مدول الاستیسیته برای محاسبه خمیدگی تیرها و سایر اجزا لازم است ، لذا در طراحی بسیار مهم است.

مدول الاستیسیته توسط نیرو های اتصال بین اتم‌‌ ها تعیین می‌ شود. چون این نیرو ها نمی ‌توانند بدون تغییر ماهیت اصلی ماده تغییر کنند ، در نتیجه مدول الاستیسیته یکی از مهم‌ ترین خواص مکانیکی حساس به ساختار است. عناصر آلیاژی، عملیات حرارتی، یا کار سرد تاثیر کمی بر این مدول دارند. با این حال، افزایش دما مدول الاستیسیته را کاهش می ‌دهد. معمولا در دمای بالا این مدول توسط یک روش دینامیکی اندازه گرفته می‌ شود.

مدول الاستیسته برخی از مواد

ویرایش

مدول الاستیسته برخی مواد در دمای 20 درجه سانتی گراد یا 68 درجه فارنهایت نمایش داده شده است. واحد مدول الاستیک در این جدول psi یا پوند بر اینچ مربع است.

ماده	مدول الاستیسیته (10⁶psi)	ماده	مدول الاستیسیته (10⁶psi)
ماده	مدول الاستیسیته (10⁶psi)	ماده	مدول الاستیسیته (10⁶psi)	آلومینیم	10.2	وانادیم	18.5
کادمیم	7.2	اکسید آلومینیم	60
کروم	40.5	الماس	140
مس	18.8	شیشه	11.6
طلا	11.3	نایلون 66	0.17
آهن	30.6	پلی کربنات	0.35
منیزیم	6.5	پلی اتیلن	0.19-0.058
نیکل	28.9	پلی متیل متا کریلیت	0.49-0.35
نیوبیوم	15.2	پلی پروپیلن	0.39-0.16
نقره	12.0	پلی استیرن	0.61-0.39
تانتالیم	26.9	کوارتز	10.6
تیتانیم	16.8	کاربید سیلیسیم	68
تنگستن	59.6	کاربید تنگستن	77.5

دلیل اصلی تغییرات زیاد در مدول الاستیسیته ، ناشی از تفاوت نیروی بین اتمی دو اتم یا یون مجاور است. برای نشان دادن این حقیقت ، تغییرات انرژی پتانسیل E بین دو ذره مجاور نسبت به فاصله جدایش x ) ) آن ها بررسی می شود.

منحنی E-x

شکل 2

منحنی F-x

شکل 1

فاصله تعادلی جدایش ذرات x₀ ، که مربوط به یک حداقل انرژی پتانسیل است، همراه با توازن انرژی های دافعه و جاذبه بین دو اتم یا یون مجاور است. شکل این ارتباط با معادله زیر مشخص شده است :

در این رابطه عبارت اول و دوم به ترتیب مربوط به جاذبه و دافعه بوده و مقدار m از n بیشتر است. در x₀ ، نیروی وارد به ذره صفر است. اولین مولفه نیرو نسبت به فاصله جدایش ذرات یعنی df/dx ( یا d²E/dx²) توصیف کننده سفتی یا مقاومت نسبی در مقابل جدایش دو ذره است. در این صورت ، df/dx مشابه با مدول یانگ است. تجزیه و تحلیل ساده نیروهای پیوندی نشان می دهد که سفتی کشسان متناسب با عبارت زیر است :

مثال هایی که وابستگی شدید سفتی الاستیک به x₀ را برای فلزات قلیایی نشان می دهد در شکل های 3 و 4 آمده است :

وابستگی مدول برشی و مدول حجمی به فاصله بین اتمی

شکل 4

تغییرات مدول الاستیک با دما

شکل 3

از بحث فوق چنین استنباط می شود که برای فلزات و سرامیک ها باید مقادیر E با افزایش دما کاهش یابد. این امر ناشی از این حقیقت است که فاصله جدایش اتمی یا یونی با افزایش دما افزایش می یابد (یعنی، مواد وقتی گرم می شوند منبسط می شوند). خط چین در شکل 2 مربوط به مقادیر x₀ در دماهای بیش تر از صفر مطلق است. کاهش مدول الاستیک با افزایش دما تدریجی است، به ازای 100 درجه سانتی گراد تغییر در دما فقط درصد کمی کاهش رخ می دهد. از آنجا که E به میزان نیروهای بین اتمی بستگی دارد، این نیرو خود با نوع پیوند، که در یک ماده معین یافت می شود، تغییر می کند و به تغییرات ریزساختار حساس نیست. در نتیجه، با وجود اینکه بر اثر عملیات حرارتی و افزودن اندکی عناصر آلیاژی، استحکام فولاد آلیاژی از 210 به 2400 مگا پاسکال تغییر میکند، مدول کشسان هر دو ماده نسبتا بدون تغییر می ماند. (حدود 200 تا 210 گیگا پاسکال)

موضوعات مرتبط: مدول الاستیسیته مواد , ,

امتیاز مطلب : 1

تعداد امتیازدهندگان : 1

مجموع امتیاز : 1

فولاد زنگ نزن آستنیتی

پنج شنبه 4 / 2 / 1393 ساعت 17:27 | بازدید : 1182 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

فولاد زنگ نزن آستنیتی (Austenitic Stainless Steel) اساسا آلیاژهای سه‌تایی Fe-Cr-Ni با 20-16% کروم و 20-7% نیکل می‌باشد. از آنجا که ساختار این فولادها در تمام دماهایعملیات حرارتی، آستنیت (آهن γ) باقی می‌ماند، به آن‌ها فولادهای زنگ نزن آستنیتی گویند. می‌توان مقداری از نیکل این آلیاژها را با منگنز جایگزین کرد در حالی که ساختار آن‌ها آستنیت باقی خواهد ماند.

در این گروه آلیاژهای CH-20 ،CK-20 ،CN-7M وجود دارد. دو آلیاژ CH-20 ، CK-20 دارای کروم و نیکل بالاتر بوده، ترکیبی تمام آستنیتی دارند و میزان کروم آنها از نیکل بیشتر است. این آلیاژها نسبت به آلیاژ CF-8 مقاومت بیشتری در برابر اسید سولفوریک داشته و دارای استحکام بهتری در دماهای بالا هستند. کاربرد اختصاصی آنها در صنایع شیمیایی و در مجاورت محلول های خمیر کاغد و اسید نیتریک است. برای انتقال اسید سولفوریک داغ با غلظت های مختلف، آلیاژ CN-7M با نیکل زیاد که حاوی مولیبدن و مس بوده وسیعا به کار می رود و نیز در برابر اسید هیدروکلریک رقیق و محلول های کلریدی داغ به خوبی مقاوم است. این آلیاژ در کارخانجات نورد فولاد در مجاورت مواد تمیز کننده از محلول های هیدروفلوریک نیتریک بکار می رود. همچنین در بسیاری موارد که آلیاژهای گروه CF با کروم بالا مناسب نیستند، این آلیاژ کاربرد خوبی دارد.

آلیاژ CH-20 با ترکیب 25%Cr-12%Ni حداکثر 0.2% کربن دارد. ریزساختار ریختگی آن،آستنیت با مقدار کمی فریت حاوی کاربید می باشد. با عملیات حرارتی قابل سخت کاری نبوده و در مجاورت اسید سولفوریک رقیق با دمای بالا، کاربرد بیشتری دارد.

آلیاژ CK-20 با ترکیب 25%Cr-20%Ni حاوی حداکثر 0.2% کربن است. با اینکه ترکیب آن به CH-20 نزدیک می باشد ولی درصد نیکل بالاتر آن، مقاومت به خوردگی بیشتری در دماهای بالا به آن می دهد. ریزساختار قطعه ریختگی آن، آستنیت با رسوب پراکنده کاربید در زمینه است و با عملیات حرارتی قابل سخت کاری نمی باشد.

آلیاژ CN-7M با ترکیب 29%Ni-20%Cr حاوی مقادیر مس و مولیبدن و حداکثر 0.07% کربن است. تماما آستنیتی بوده و سختی آن با عملیات حرارتی افزایش نمی یابد. این آلیاژ کاربرد وسیعی در شرایط سخت خورنده در مجاورت موادی چون اسید سولفوریک، اسید نیتریک، اسید هیدروکلریک رقیق، سود سوزآور، آب دریا و محلول های گرم نمک دار دارد.

ترکیب شیمیایی و کاربرد فولاد زنگ نزن آستنیتی

ویرایش

ترکیب شیمیایی و کاربرد بعضی فولادهای زنگ نزن آستنیتی در جدول زیر آمده است.

ترکیب شیمیایی (درصد وزنی) و کاربرد برخی از فولادهای زنگ نزن آستنیتی
نوع AISI	Cr	Ni	C	Mn	Mo	سایر	کاربرد
301	17	7	0.15			منگنز حداکثر 2%، گوگرد حداکثر 3%، فسفر حداکثر 45%، سیلیسیومحداکثر 1%	آهنگ کار سختی زیاد، جایی که استحکام زیاد و شکل‌پذیری زیاد لازم است، واگن‌ها، بدنه بارکش‌ها، بدنه هواپیماها، اتصالات، قالپاق.
302	18	9	0.15				فولادهای زنگ نزن آستنیتی برای کاربرد عمومی، تزئینی، ابزار حمل غذا، مخازن، فنرها، جواهرسازی، ابزار تصفیه نفت، بیمارستان‌ها، آنتن‌ها.
304	19	9	0.08				نوع کم کربن و اصلاح شده نوع 302 برای کم کردن رسوب کاربید در حین جوشکاری. لوازم برای کارخانجات شیمیایی و غذایی، ابزار نوشابه‌سازی، ظروف، یخچال، فاضلاب، فلاش‌ها.
304L	19	10	0.03				اصلاح شده نوع 304 با حداقل کربن برای محدودیت بیشتر تشکیل رسوب در حین جوشکاری، مخزن‌های سموم و کدهای شیمیایی مایع و رب گوجه‌فرنگی.
309	23	13.5	0.2				استحکام زیاد و مقاومت به پوسته شدن در دمای بالا، گرم‌کننده‌های هواپیما، لوازم عملیات حرارتی، پوشش‌های محفظه تابکاری، قطعات کوره، سینی‌های عملیات حرارتی، داخل اجاق‌ها، قطعات تلمبه.
310	25	20.5	0.25				از نوع 309 در دمای بالا مقاوم‌تر و دارای مقاومت بیشتر به پوسته شدن، قطعات کوره، محفظه احتراق، فلزات پرکننده جوش، قطعات توربین گازی، کوره‌های آشغال‌سوزی.
316	17	12	0.08		2.5		مقاومت به‌ خوردگی بیشتر از 302 و 304، مقاومت خزشی زیاد، ابزار عکاسی، کتری برقی.
316L	17	12	0.03		2.5		اصلاح شده نوع 316 با کربن خیلی کم، در سازه‌های جوشکاری شده جایی که از رسوب کاربیدها در مرز دانه باید جلوگیری شود.
321	18	10.5	0.08		Ti₅C×		پایدار شده برای قطعات جوشکاری که تحت خوردگی شدید می‌باشند، و برای کاربرد در گستره دمایی 800 تا 1800 درجه فارنهایت. پوسته دیگ بخار، گرم‌کننده‌های کابین، ظروف تحت فشار، دیواره‌های آتش، اتصالات قابل تعمیر.
347	18	11	0.08		Cb₁₀C×		مشابه با نوع 321 با استحکام خزشی بالاتر، دودکش اگزوز در هواپیما، مخازن جوشکاری شده برای مواد شیمیایی، قطعات موتور جت.
201	17	4.5	6		Ti₅C×		آهنگ کار سختی بالا، نیکل کم معادل با نوع 301. قالپاق اتومبیل، تزیین، ظروف مسطح.
202	18	5	0.15	8.75	Ti₅C×		نیکل کم معادل با نوع 302، وسایل آشپزخانه، حمل شیر، کلاهک توپی چرخ.

حدود 65-70% فولادهای زنگ نزن تولیدی ایالات متحده امریکا را فولادهای زنگ نزن آستنیتی تشکیل می‌دهند. این فولادها به علت مقاومت به‌ خوردگی و شکل‌ پذیری مطلوب در این موقعیت قرار دارند، و از این رو برای بیشتر کاربردهای مهندسی خواص خوب و مطلوبی دارند. فولادهای زنگ نزن نوع 304 و 302 بیشترین کاربرد را هم در دماهای بالا و هم در دماهای پایین دارند. نوع 316، که 2.5%Mo دارد، مقاومت به ‌خوردگی بهتر و استحکام بیشتری در دماهای بالا دارد. آلیاژهایی با مقدار بیشتر کروم (23-25%) مثل نوع 309 و 310 ترجیحا در دماهای بالا به‌کار می‌روند.

ریزساختار فولاد زنگ نزن آستنیتی

ویرایش

فولادهای زنگ نزن آستنیتی بعد از تابکاری در دماهای بالا به علت داشتن مقدار زیاد نیکل (پایدارکننده آستنیت) در دمای محیط نیز دارای ساختار آستنیت، FCC، می‌باشند. علاوه بر این، منگنز، کربن و نیتروژن نیز به پایداری ساختار آستنیت کمک می‌کنند. افزایش نیکل به آلیاژهای آهن - کروم منطقه آستنیت پایدار را وسیع‌تر می‌کند و دمای M_s را کاهش می‌دهد. در فولاد زنگ نزن 18%Cr-8%Ni پس از سرد کردن از دمای تابکاری (مثلا 1050 درجه سانتی گراد) در دمای محیط ساختار آستنیتی به‌دست می‌آید. اما، در بعضی فولاهای زنگ نزن Fe-Cr-Ni (مثلا نوع 301) به علت کم بودن مقدار کروم و نیکل (نسبت به فولاد فوق الذکر)، آستنیت از نظر ترمودینامیکی در دمای اتاق ناپایدار است. اگر آلیاژی از این نوع در دمای اتاق یا کمی کمتر از آن تغییر شکل مومسان دهد، مقداری از آستنیت به مارتنزیت تغییر می‌یابد.

بیشتر فولادهای زنگ نزن متداول، مقدار چشمگیری کربن دارند. مثلاً در نوع 302 حدود 0.1%C و در نوع 304 حدود 0.6%C وجود دارد. از آنجا که حلالیت کربن در فولادهای زنگ نزن آستنیتی، مثل آلیاژ 18%Cr-8%Ni ، با کاهش دما سریعا کاهش می‌یابد اگر این آلیاژها آهسته سرد شوند کاربیدهای کروم رسوب می‌کنند (شکل زیر). مثلا اگر آلیاژ 304 (19%Cr-9%Ni) از دمای1050 درجه سانتی گراد تا دمای محیط به آهستگی سرد شود، کاربیدهای کروم در گستره 850-400 درجه سانتی گراد در مرزدانه‌ها رسوب می‌کنند.

اثر کربن بر فولاد زنگ نزن 18-8

به هنگام سرد کردن آرام از گستره دمایی بحرانی یعنی 850-400 درجه سانتی گراد، تعداد ناکافی از اتم‌های کروم از زمینه دانه نفوذ می‌کند، تا جایگزین اتم‌هایی شود که به وسیله کاربیدهای کروم از مرزدانه‌ ها خارج شده‌اند. در نتیجه، میزان کروم در مناطق نزدیک به مرزدانه‌ ها کمتر از میزان بحرانی لازم، 12%، برای مقاومت به‌ خوردگی است، و از این رو آلیاژ مستعد خوردگی بین‌ دانه‌ ای است. بنابراین، تابکاری این نوع فولادها باید در دمای زیاد انجام شود تا کاربیدهای کروم وارد محلول جامد شوند اما دما نباید به اندازه‌ای زیاد باشد که دانه‌ها خیلی رشد کنند. بیشترفولادهای زنگ نزن در گستره 1050 تا 1120 درجه سانتی گراد تابکاری می‌شوند. بعد از تابکاری در دمای بالا، برای جلوگیری از رسوب کردن کاربیدهای کروم، فولادها باید سریعا سرد شوند.

ریزساختار فولاد زنگ نزن آستنیتی نوع 304 پس از تابکاری در دمای 1050 درجه سانتی گراد و سرد کردن در هوا در شکل الف آمده است. شکل ب تصویری از ورق نازک این آلیاژ را پس از 2 ساعت تابکاری در دمای 1060 درجه سانتی گراد و آبدهی در آب نشان می‌دهد. در این تصویر که با میکروسکوپ الکترونی عبوری گرفته شده است، در مرزدانه‌ها کاربید دیده نمی‌شود. اما، اگر این فولاد مجددا به مدت 2 ساعت در 600 درجه سانتی گراد گرم شود، که در گستره بحرانی رسوب‌دهی است، رسوب‌های کاربیدی که تقریبا پیوسته‌ اند در مرزدانه‌ها دیده می‌شوند (شکلج).


الف	ب	ج

همیشه امکان سریع سرد کردن آلیاژی مثل فولاد زنگ نزن 304 پس از تابکاری در دماهای بالا وجود ندارد، و این کار می‌تواند مشکلاتی ناشی از خوردگی ایجاد کند. مثلا؛ جوشکاری فولادهای زنگ نزن در محل کار که به آهستگی سرد می‌شود بدین معنی است که عملیات حرارتی بعدی برای حل شدن مجدد کاربید کروم امکان‌پذیر نیست. برای جلوگیری از رسوب مرزدانه‌ای که بر اثر آهسته سرد کردن به‌ وجود می‌آید، تغییراتی در ترکیب شیمیایی صورت گرفته است که در آن کربن با سایر عناصر ترکیب می‌شود.

در آلیاژ 321، تیتانیوم به میزان پنج برابر کربن به آلیاژ اضافه می‌شود. با گرما دادن این آلیاژ در 870 درجه سانتی گراد و به مدت زمان کافی، تیتانیم با کربن ترکیب می‌شود و کاربید تیتانیم (TiC) تشکیل می‌دهد. از آنجا که وقتی عملیات حرارتی با آهسته سرد کردن از گستره دماهای بحرانی همراه باشد از رسوب کردن کاربید کروم جلوگیری می‌شود به آن عملیات پایدارسازی گویند.

روش دیگری پایدار کردن فولاد زنگ نزن 8-18 اضافه کردن کلومبیوم (نیوبیوم) است که در آن به جای کاربیدهای کروم کاربیدهای کلومبیم (CbC) تشکیل می‌شود. در آلیاژ 347، به فولاد زنگ نزن 8-18 ده برابر مقدار کربن آن کلومبیم اضافه شده است. این آلیاژ برای ترکیب شدن کربن با کلومبیم باید در دمای 870 درجه سانتی گراد پایدار شود.

روش دیگر برای جلوگیری از رسوب کاربید کروم در مرزدانه‌های فولادهای زنگ نزن آستنیتی این است که مقدار کربن به اندازه کافی کاهش یابد. در آلیاژهای 304L و 316L حداکثر 0.03%Cمجاز است. برای کار در دماهای کمتر از 425 درجه سانتی گراد، این آلیاژها معمولا بر آلیاژهای دارای کاربیدهای تیتانیوم و کلومبیوم (نیوبیوم) ارجحیت دارند. کاربرد و هزینه است که مشخص می‌کند کدام آلیاژ برای جلوگیری از خوردگی بین‌دانه‌ای انتخاب شود.

موضوعات مرتبط: فولاد زنگ نزن آستنیتی , ,

امتیاز مطلب : 0

تعداد امتیازدهندگان : 0

مجموع امتیاز : 0

منحنی تنش - کرنش حقیقی

پنج شنبه 4 / 2 / 1393 ساعت 17:23 | بازدید : 12862 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

در منحنی تنش - کرنش حقیقی (true stress strain curve)، تنش حقیقی به‌ طور پیوسته تا ایجاد شکست زیاد می‌شود؛ زیرا تنش حقیقی بر حسب سطح مقطع واقعی نمونه محاسبه می شود. در این منحنی، مقدار کرنش نیز برحسب مقادیر لحظه‌ای محاسبه می شود. منحنی تنش - کرنش حقیقی به منحنی جریان نیز موسوم است، چون مشخصه‌ های جریان پلاستیک ماده را نشان می‌دهد. هر نقطه واقع بر منحنی چریان می‌تواند تنش تسلیم فلزی که در اثر کشش به مقدار نشان داده شده روی منحنی کرنش کرده باشد، در نظر گرفته شود، بنابراین، اگر بار در این نقطه برداشته و مجددا اعمال شود، ماده در تمام دامنه بارگذاری مجدد رفتار الاستیک خواهد داشت.

منحنی تنش - کرنش مهندسی نمودار واقعی ویژگی‌ های تغییر شکل یک فلز نیست، زیرا بر مبنای ابعاد اولیه نمونه به‌ دست می آید ولی، این ابعاد حین آزمایش دائما تغییر می‌کند. همچنین فلز نرمی که در کشش، کشیده می‌ شود، ناپایدار شده و طی آزمایش گلویی می‌ شود. چون در این مرحله از آزمایش سطح مقطع نمونه به سرعت کم می‌ شود، بار لازم برای ادامه تغییر شکل افت می‌ کند. به همین ترتیب، تنش میانگین به‌ دست آمده بر مبنای سطح اولیه، کم شده و این امر باعث افت منحنی تنش- کرنش پس از نقطه بار حداکثر می‌شود. در واقع، فلز در تمام مسیر تا ایجاد شکست، کارسخت می‌شود، طوری که تنش لازم برای ایجاد تغییر شکل بیشتر نیز باید زیاد شود.

تنش حقیقی σ و تنش مهندسی s طبق فرمول زیر با هم رابطه دارند.

استخراج معادله بالا با فرض ثابت بودن حجم و توزیع همگن کرنش در امتداد طول گیج نمونه کشش انجام شده است. بنابراین معادله بالا فقط تا شروع گلویی صادق است. فراتر از بار حداکثر، تنش حقیقی باید توسط مقادیر حقیقی بار و سطح مقطع تعیین شود.

کرنش حقیقی ɛ را می‌توان برحسب کرنش قراردادی یا مهندسی e تعیین کرد.

این معادله، به دلایل ذکرشده در فوق فقط تا شروع گلویی کاربرد دارد. فراتر از بار حداکثر، کرنش حقیقی باید بر مبنای مقادیر قطر یا سطح واقعی به‌دست آید.

در شکل مقابل منحنی تنش حقیقی - کرنش حقیقی با منحنی مشابه آن منحنی تنش - کرنش مهندسی مقایسه شده است. توجه شود که به علت زیاد بودن نسبی کرنش‌ های پلاستیک، ناحیه الاستیک در محور yفشرده شده است. طبق معادلات موجود مابین تنش و کرنش مهندسی با تنش و کرنش حقیقی، منحنی تنش حقیقی- کرنش حقیقی همیشه تا رسیدن به بار حداکثر در سمت چپ منحنی مهندسی قرار دارد.

منحنی تنش کرنش حقیقی

اغلب منحنی جریان از مکان بار حداکثر تا شکست خطی است، در حالی که در سایر موارد شیب آن تا ایجاد شکست به‌ طور پیوسته کم می‌ شود. تشکیل ناحیه گلویی یا شیار نرم باعث ایجاد تنش‌ های سه‌ بعدی می‌ شود که تعیین دقیق تنش کششی طولی را تا وقوع شکست را مشکل می‌ سازد.

معمولا پارامترایی که در زیر ذکر می‌ شوند از منحنی تنش حقیقی - کرنش حقیقی به‌ دست می‌ آیند.

- تنش حقیقی در بار حداکثر

- تنش حقیقی شکست

- کرنش حقیقی شکست

- کرنش حقیقی یکنواخت

- کرنش حقیقی گلویی شدن موضعی

تنش حقیقی در بار حداکثر

ویرایش

تنش حقیقی در بار حداکثر متناظر با استحکام کششی حقیقی است. در بیشتر مواد گلویی شدن در بار حداکثر و در مقدار کرنشی که در آن تنش حقیقی مساوی شیب منحنی جریان است، شروع می‌ شود. σ_u و ɛ_u معرف تنش حقیقی و کرنش حقیقی در بار حداکثر هستند. هنگامی که سطح مقطع نمونه A_u است، استحکام نهایی کششی از رابطه زیر به‌دست می‌آید.

با حذف P_max رابطه زیر به‌دست می‌آید:

تنش حقیقی شکست

ویرایش

تنش حقیقی شکست مقدار بار در شکست تقسیم بر سطح مقطع در لحظه شکست است. این تنش باید برای حالت تنش سه‌ بعدی موجود در نمونه کشش هنگام شکست تصحیح شود. چون اطلاعات مورد نیاز برای انجام تصحیح اغلب در دسترس نیستند، مقادیر تنش حقیقی شکست غالبا با خطا همراه‌ هستند.

کرنش حقیقی شکست

ویرایش

کرنش حقیقی شکست ɛ_f، عبارت است از کرنش حقیقی بر مبنای سطح اولیه A_o و سطح بعد از شکست .A_f

این پارامتر، کرنش حقیقی حداکثری را که ماه قبل از شکست تحمل می‌کند نشان داده، و مشابه کرنش کل شکست در منحنی تنش- کرنش مهندسی است. چون رابطه بین کرنش مهندسی و حقیقی، پس از شروع گلویی معتبر نیست، امکان محاسبه ɛ_f برحسب مقادیر اندازه‌گیری شده e_f وجود ندارد. اما، کاهش سطح مقطع q در نمونه‌ های کششی استوانه‌ای طبق رابطه زیر با کرنش حقیقی شکست رابطه دارد.

کرنش حقیقی یکنواخت

ویرایش

کرنش حقیقی یکنواخت، ɛ_u، کرنش حقیقی بر مبنای کرنش تا بار حداکثر است. این کرنش هم توسط سطح مقطع نمونه A_u و هم طول‌ گیج L_u در بار حداکثر محاسبه می‌شود. برای تبدیل کرنش قراردادی یکنواخت به کرنش حقیقی یکنواخت می‌ توان از معادله میان کرنش حقیقی و مهندسی استفاده کرد. کرنش یکنواخت حاصل از نتایج آزمایش کشش، اغلب برای تخمین قابلیت شکل‌ پذیری فلزات مفید است.

کرنش حقیقی گلویی شدن موضعی

ویرایش

کرنش گلویی شدن موضعی ɛ_u، کرنش لازم برای تغییر شکل نمونه از بار حداکثر تا شکست است.

منحنی جریان بسیاری از فلزات در ناحیه تغییر شکل پلاستیک یکنواخت با رابطه ساده منحنی توانی شرح داده می‌شود:

در رابطه فوق n توان کارسختی و K ضریب استحکام است. بر اساس معادله فوق، نمودار log-log تنش حقیقی و کرنش حقیقی تا بار حداکثر، به خط راست تبدیل می‌شود.

لگاریتم تنش حقیقی - کرنش حقیقی

شیب این خط n است و K تنش حقیقی در ɛ=1 (متناظر با q=0.63). مقدار توان کارسختی از (جامد کاملاً پلاستیک) تا n=1 (جامد الاستیک) متغیر است. برای بیشتر فلزات مقدار n بین 0.1 و 0.5 است.

انواع مختلف منحنی توان

آهنگ کارسختی dσ/dɛ با توان کار سختی مشابه نیست. از تعریف n نتیجه می شود که:

در معادله توانی بالا اغلب انحراف‌ هایی در کرنش‌ های کم (10^-3) یا کرنش‌های زیاد (ɛ≈1.0) از این معادله مشاهده می‌ شود. یکی از انواع متداول انحراف، انحراف در منحنی log-log است که به دو خط مستقیم با شیب‌ های مختلف نتیجه می‌ شود. گاهی اطلاعاتی که با این معادله قابل ترسیم نیستند، طبق معادله زیر به شکل خط مستقیم درمی‌آیند:

داتسکو ɛ_o را به‌صورت مقدار کارسختی که ماده قبل از تست کشش می‌ پذیرد، تعریف کرده است. یک نوع دیگر از معادله توانی، معادله لودویک است.

که در آن σ_o تنش تسلیم و K و n اعداد ثابت معادله توانی هستند. این معادله بیشتر از معادله توانی قابل قبول است چون در معادله توانی در کرنش حقیقی صفر، مقدار تنش صفر است. موریسون نشان داده است که σ_o طبق رابطه زیر از تقاطع قسمت کار سخت شده منحنی تنش- کرنش با خط مدول الاستیک، به‌دست می‌ آید.

منحنی تنش حقیقی - کرنش حقیقی فلزاتی مانند فولاد زنگ‌ نزن آستنیتی که در کرنش‌ های کم به‌ وضوح از معادله توانی انحراف دارد، طبق رابطه زیر تعریف می‌ شود:

در معادله فوق e به توان k₁ تقریباً مساوی حد تناسب و n₁ شیب منحنی انحراف تنش از معادله توانی برحسب ɛ است.

عبارت کرنش حقیقی در معادلات فوق در واقع باید همان کرنش پلاستیک باشد.

موضوعات مرتبط: منحنی تنش - کرنش حقیقی , ,

امتیاز مطلب : 5

تعداد امتیازدهندگان : 1

مجموع امتیاز : 1

اهنگری قالب باز (Open-Die Forging)

پنج شنبه 4 / 2 / 1393 ساعت 17:21 | بازدید : 1561 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

اهنگری قالب باز (Open-Die Forging) مشخصاً برای قطعات بزرگ با اشکال نسبتاً ساده ای که بین قالب های ساده در پرس هیدرولیک بزرگ یا پتک قدرتی شکل داده می شوند، به کار می رود. مثال هایی از قطعاتی که در آهنگری قالب باز ساخته می شوند عبارت است از:

محورهای پروانه (ship propeller shafts)
حلقه ها (rings)
لوله های توپ (gun tubes)
دیگ های بخار (pressure vessels)

چون همیشه قطعه از ابزار بزرگتر است، در هر لحظه تغییر شکل در بخش کوچکی از قطعه انجام می شود. شیوه اصلی تغییر شکل فشار است که با پخش زیاد در جهات جانبی همراه است. احتمالاً ساده ترین عملیات آهنگری قالب باز ضخیم کاری شمشالی(cogging) بین ابزار مسطح برای کاهش سطح مقطع است که معمولاً شکل نهایی مقطع را تغییر نمی دهد. شکل روبرو به تعریف این اصطلاح از نظر پخش شدن در ضخیم کاری کمک می کند. تاملینسون و استرینگر (Tomlinson & Stringer) ضریب پخشS را به شرح زیر تعریف کرده اند:

به علت بشکه ای شدن میله، اندازه گیری کرنش عرضی طبیعی مشکل است، ولی افزایش طول به دقت قابل اندازه گیری می باشد. با استفاده از رابطه ثابت بودن حجم ، می توان نوشت:

یا

با جایگزین کردن در اولین معادله، ضریب ازدیاد طول به دست می آید:

اگر S=1 باشد، تمام تغییر شکل خود را به صورت پخش نمایان خواهد کرد، در صورتی که اگر S=0 باشد، کلیه تغییر شکل صرف ازدیاد طول خواهد شد. مشاهده شده است که S عمدتاً به نسبت گاز b/w_o طبق را به زیر بستگی دارد:

معادله ابتدایی معمولاً تحت عنوان « قانون پخش » نامیده می شود

که در آن β = نسبت پخش = w₁/w_o و γ = ضریب فشار = h₁/h_o

دامنه های حدی ویژه ای از این متغیر ها وجود دارند که باید بررسی شوند. چون فقط آن بخش از سطح که تحت گاز است در هر زمان تغییر شکل داده می شود، خطر ایجاد لبه های سطحی در مرحله ای که قسمت آهنگری را از قسمت آهنگری نشده قطعه جدا می کند، وجود دارد. برای شکل دادن هر شکل هندسی معین با ابزار، تغییر شکلی بحرانی وجود دارد که این لبه ها را تولید می کند. ویستریش و شوت (Wistreich & Shutt) توصیه کردند که نسبت فشار h_o/h₁ نباید از 1.3 بیشتر شود. چون آهنگری قالب باز اکثراً بر قطعات بزرگ انجام می شود، اطمینان از اینکه شمشال به طور کامل تا مرکز تغییر شکل کرده باشد مهم است. توصیه می شود که نسبت گاز b/h از 1.3 کمتر نباشد، تا تغییر شکل ناهمگن را به حداقل برساند.

بار لازم برای آهنگری یک قطعه صاف در قالب های باز از رابطه زیر تخمین زده می شود:

که C ضریب قید برای پذیرفتن تغییر شکل ناهمگن است. یادآوری می شود که مقاومت تغییر شکل با Δ=h/L زیاد می شود. هیل (Hill) میدان های خط لغزش را برای آهنگری با شرایط مختلف Δ بنا کرد که نتایج آن با رابطه زیر بیان می شود:

C = 0.8 + 0.2 h/b = 0.8 + 0.2 Δ

موضوعات مرتبط: اهنگری , ,

امتیاز مطلب : 0

تعداد امتیازدهندگان : 0

مجموع امتیاز : 0

تست خزش (Creep Test)

پنج شنبه 4 / 2 / 1393 ساعت 17:18 | بازدید : 5969 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

تست خزش (Creep Test) معمولا به‌ صورت کششی انجام می‌ شود و نمونه‌ های تست نیز دارای شکلی مشابه نمونه‌ های تست کشش هستند. نمونه‌ های تست خزش کششی، مقطع گرد یا مستطیلی دارند ولی اندازه آن‌ ها استاندارد نشده است.

اندازه‌ های واقعی نمونه‌ ها به نوع ماشین تست بستگی دارد. ماشین‌ های تست خزش باید خصوصیاتی به شرح زیر داشته باشند:

الف) از قابلیت اعمال و حفظ نیروی کششی ثابت برخوردار باشند.

ب) باید کوره ‌ای مناسب برای حفظ دمای نمونه آزمایش در مقدار مورد نظر و در محدوده‌ ای بسیار نزدیک به آن را داشته باشد.

پ) وسایل لازم برای اندازه‌ گیری دقیق افزایش طول نمونه را دارا باشند.

اگر ماشین تست فقط برای اندازه‌ گیری اطلاعات مربوط به تنش تا گسیختگی مورد استفاده قرار گیرد، آخرین شرط قید شده، لازم نخواهد بود.

ماشین تست خزش کششی طوری طراحی می ‌شود که نمونه به ‌صورت قائم در آن قرار گیرد و معمولا نیروی محوری به گیره ‌های نمونه، توسط یک سیستم اهرم و بار مرده (آویختن وزنه) اعمال می ‌شود. یک نکته مهم این است که دمای نمونه در خلال آزمایش به‌ خوبی تحت کنترل قرار داشته باشد و علاوه بر این، دما در تمام طول نمونه یکنواخت باشد. روش متداول، استفاده از یک کوره مقاومتی استوانه ‌ای است که روی قاب ماشین کشش نصب می ‌شود و در امتداد قائم قابل جابه‌جایی است. کوره می ‌تواند در امتداد هادی خود به طرف بالا و پایین حرکت کند تا در مکانی مناسب، نمونه را در بر گیرد، یا به فاصله مناسبی از آن قرار گیرد به ‌طوری که گذاشتن و برداشتن نمونه آزمایش و همچنین تنظیم سیستم کرنش سنج امکان ‌پذیر باشد. کوره باید به مقدار قابل ملاحظه‌ای از طول نمونه آزمایش بلند تر باشد تا اطمینان از برقراری دمای یکنواخت در تمام طول نمونه حاصل شود.

در استاندارد انگلیسی 3500 (1969)، شرایطی که باید تست خزش در آن شرایط انجام شود، توضیح داده شده و بر تلرانس هر چه کوچک‌ تر دما تاکید شده است، برای انجام آزمایش تا 600 درجه سانتی گراد، باید دما ها تا حدود 2± درجه سانتی گراد ثابت نگه داشته شوند و برای محدوده 600 تا 800 درجه سانتی گراد، این مقدار 2.5± درجه سانتی گراد، و در دماهای بین 800 تا 1000 این مقدار 3± درجه سانتی گراد تعیین شده است. برای رسیدن به این شرایط، نه تنها باید کوره به دقت ساخته شود و توسط ترموکوپل کنترل شود بلکه باید وسایل اندازه‌گیری دما از دقت و حساسیت بالایی برخوردار باشند. کوره‌ هایی که برای آزمایش خزش مورد استفاده قرار می‌ گیرند، معمولا دارای چند ناحیه هستند، که هر یک از آن‌ ها می ‌تواند مستقلا کنترل شود و به این ترتیب افت‌ دما، که معمولا در دو انتهای استوانه کوره وجود دارد، جبران می ‌شود. در طول‌ گیج نمونه باید چندین ترموکوپل دقیق قرار داده شود. حساسیت وسایل اندازه‌گیری دما باید به ‌قدری باشد که تغییرات نیم درجه سانتیگراد، یا کمتر از آن را، اندازه‌گیری کنند.

در خلال انجام تست خزش، به استثنای آزمایش تنش تا گسیختگی، لازم است مقدار کرنش به دقت اندازه‌گیری شود. معمولا کرنش سنج‌ های به‌ کار رفته از نوع آیینه‌ ای هستند، که حساسیت اندازه‌گیری افزایش طول با دقت‌ ^3-10 یا ^4-10 میلی‌ متر را دارند؛ این دقت برای تست های خزش از نوع تنش تا گسیختگی، لازم نیست. میله‌ های انبساط، که از آلیاژهای مقاوم به دما ساخته می‌ شوند، نقاط اتصال نمونه را به کرنش سنج خارج کوره متصل می‌ کنند. معمولا، حساسیت کرنش سنج‌ ها با مقدار کل ازدیاد طولی که می‌ توانند اندازه بگیرند، نسبت عکس دارد.

بیشتر کرنش‌ سنج‌ هایی که برای تست های خزش به‌ کار گرفته می‌ شوند، دارای امکانات انتخاب مبدا اندازه‌گیری نیز هستند، لذا، می‌ توان برد اندازه‌گیری آن‌ ها را تغییر داد و قرائت دقیق‌ تری برای افزایش طول‌ های بزرگ‌ تر به‌ دست آورد. اگر انتهای بازو های کرنش‌ سنج‌ ها به طرفین نمونه آزمایش متصل شود، ممکن است در قرائت طول مشکلاتی ایجاد شود؛ اما می‌ توان بازو های کرنش‌ سنج را در محدوده‌ ای خارج از قسمت اندازه‌ گیری با استفاده از تیغه‌ های تماس لبه تیز به گیج متصل نمود. اتصالات باید بسیار محکم باشند تا ضمن آزمایش، محل آن‌ ها تغییر نکند، به‌ ویژه اگر لازم باشد که آزمایش در دما های خیلی بالا انجام شود. به هر حال زیاد محکم کردن گیره‌های لبه تیز، روی نمونه می‌تواند فرورفتگی‌ هایی ایجاد کند که نهایتا رفتار نمونه تحت آزمایش را تغییر می‌ دهد. در روش دیگر، کرنش‌ سنج‌ ها به شانه‌ هایی که خارج از قسمت اندازه‌گیری نمونه قرار دارند متصل می‌ شوند (شکل روبرو). از آنجا که سطح مقطع نمونه آزمایش از قسمت میانی تا نقاط اتصال روی شانه‌ ها در یک فاصله کوتاه به مقدار زیادی تغییرات دارد، مقدار افزایش طولی که روی شانه‌ها ایجاد می‌شود ناچیز است.

روش اتصال بازوهای کرنش‌سنج به دو شانه نمونه آزمایش خزش

چنانچه نقاط اتصال، نزدیک به لبه شانه‌ های نمونه باشند در این صورت افزایش طول اندازه‌گیری شده، نمایش تقریبا دقیقی از افزایش طول متناظر با طول قسمت گیج نمونه خواهد بود؛ به عبارت دیگر با ازدیاد طول قسمت موازی نمونه آزمایش، که بین دو شانه واقع است، برابر خواهد بود. با این طریقه اتصال، بازو های کرنش‌سنج به‌ طور محکم بسته می‌ شوند بدون این که خطر ایجاد اثر منفی روی طول سنجه نمونه وجود داشته باشد.

در یک تست خزش ابتدا نمونه همراه با ترموکوپل و کرنش‌ سنج متصل به آن تا دمای انجام آزمایش گرم می‌شود و سپس بارگذاری انجام می‌ شود. نیرو باید بتدریج افزایش یابد و ازدیاد طول ناشی از افزایش بار، تا رسیدن به تنش اسمی، باید ثبت شود. ثبت نتایج به‌ منظور تعیین مقادیر نسبی کرنش الاستیک و پلاستیک در آغاز بارگذاری ضروری است. پس از آن که تغییر شکل پلاستیک اولیه ناشی از اعمال بار به پایان رسید، کرنش‌ های اندازه‌ گیری شده در فواصل منظمی از زمان، ثبت می‌ شوند. فواصل زمانی بین اندازه‌گیری‌ ها، بستگی به آهنگ خزش دارد. شرایط عمومی انجام تست خزش، در استاندارد انگلیسی 3500، قسمت‌ های 1 و 3 (1969) آمده است.

تعیین کرنش پلاستیک اولیه

تست کشش- گسیختگی

ویرایش

اگر زمان تا شکست، برای دما و تنش بخصوصی مورد نظر باشد ولی نمایش تغییرات کرنش خزشی ضروری نباشد، می‌ توان تعدادی نمونه را به‌ طور همزمان در یک ماشین آزمایش نمود؛ به این ترتیب از نظر اقتصادی در استفاده از ماشین‌ های تست خزش مقداری صرفه‌ جویی خواهد شد. در این گونه موارد تعدادی از نمونه‌ های آزمایش را می‌ توان در امتداد یکدیگر به‌ صورت یک رشته بلند در داخل کوره قرار داد و بار مورد نظر را اعمال نمود (شکل روبرو).در این آزمایش، مانند دیگر تست های خزش، به هر نمونه یک ترموکوپل مستقل مربوط می‌ شود.

رشته‌ای از نمونه‌های آزمایش برای آزمون تنش- گسیختگی

دمای آزمون باید در حدودی که در بخش تست خزش بیان شد، کنترل شود. اگر یکی از نمونه‌ های آزمایش بشکند، بر تمام نمونه‌ های باقیمانده بار وارد خواهد شد. دستگاه معمولا طوری تنظیم می‌ شود که با آزاد شدن بار به علت شکستن یکی از نمونه‌ ها، یک میکروسویچ عمل کرده و کوره و ساعت اندازه‌ گیری زمان را خاموش نماید؛ سپس می‌ توان قطعه شکسته شده را برداشت و آزمایش را برای قطعات باقیمانده ادامه داد. بنا بر استاندارد انگلیسی 3500 لازم است که زمان تا گسیختگی با دقت 1± درصد اندازه‌گیری شود.

این واقعیت که تست خزش فرآیندی بسیار طولانی است این مفهوم را می‌ رساند که آزمایشگاه تست خزش نیاز به تعداد بسیار زیادی تجهیزات دارد، شاید حدود صدها ماشین تست خزش در یک آزمایشگاه لازم باشد؛ لذا آزمون خزش بسیار پر هزینه است، هم به خاطر هزینه بالای خرید ماشین‌ آلات و هم به خاطر فضای مورد نیاز. بنابراین، میزان صرفه‌ جویی اقتصادی، زنجیره کردن نمونه‌ ها و انجام آزمون با یک ماشین را به‌ خوبی توجیه می‌ کند.

آزمون رهایی تنش

ویرایش

اساس آزمون رهایی تنش، تحت تنش قرار دادن نمونه است به‌ طوری که در آن تا مقدار از پیش تعیین شده‌ ای کرنش ایجاد شود. سپس کرنش در سطح مشخصی ثابت نگهداشته می‌ شود و تغییرات تنش با زمان ثبت می‌ شود. مانند آزمون خزش، کنترل دقیق دما لازم است. در این آزمون، نمونه و ترموکوپل‌ های متصل به آن، داخل کوره و درون یک چهارچوب صلب تحت کشش، قرار می‌ گیرند. وقتی نمونه به دمای موردنظر می‌رسد (دما مرتبا کنترل می‌شود)، با پیچاندن پیچ کشش یک انتهای چهارچوب، مقداری کرنش کششی در نمونه ایجاد می‌ شود. نیروی کششی اعمال شده را می‌ توان اندازه‌گیری کرده و تغییرات آن را با گذشت زمان ثبت نمود و یا نشان داد. در استاندارد 3500، قسمت 6 (1969) مقرراتی که باید به‌ طور کلی در انجام آزمون‌ های رهایی تنش مراعات شود، ذکر شده است.

ارزیابی نتایج آزمون خزش

ویرایش

نتایج آزمون خزش تا حدودی دارای پراکندگی است و عاقلانه نیست که برای یک دما و تنش بخصوص، فقط به نتایج تنها یک آزمون اکتفا شود؛ بنابراین، می‌ توان گفت که برنامه‌ ریزی و انجام تست خزش بسیار پر هزینه است و علاوه بر این انجام آن نیاز به زمان طولانی دارد. برای به‌ دست آوردن تصویر کاملی از مشخصات خزشی ماده، به‌ ازای هر ترکیبی از تنش و دما، انجام چندین آزمون و ثبت نتایج آن لازم است. با وجود این، حتی اگر هر ترکیبی از ویژگی‌ های خزشی ماده در دوره‌ های نسبتا کوتاه 1000 یا 10000 ساعته در دسترس باشد، بسیار مشکل است که عملکرد خزشی آن ماده را در یک دوره طولانی از عمر ضمن خدمت، پیش‌ بینی کرد. برای مثال، عمر قابل انتظار یک مولد بخاری نیروگاه می‌ تواند نهایتا به بیش از 20 سال برسد (حدود 200000 ساعت)؛ لذا ارزیابی چگونگی عملکرد قطعه در یک دوره طولانی از عمر خدمت آن، بر پایه برون‌یابی نتایج آزمون خزش مثلا 10000 ساعته، را نباید قابل اعتماد تصور نمود. موضوع قابل توجه دیگر این است که آزمون خزش رفتار ماده را در شرایط دما و تنش ثابت تعیین می‌ کند، در حالی که یک قطعه ضمن خدمت، ممکن است مرتبا در چرخه سرما و گرما قرار گیرد و بار متغیری نیز به آن اعمال شود. با وجود این نتایج آزمایش خزش را می‌ توان با اطمینان کافی برای مقاصد طراحی مورد استفاده قرار داد، مشروط بر این که شرایط کار شامل مقادیر نسبتا ثابتی از تنش و دما در دوره‌ های طولانی کار باشد و تناوب چرخه‌ های گرما و سرما کوتاه باشد. در غیر حالات یاد شده، داده‌ های تست خزش باید با احتیاط زیادی مورد استفاده قرار گیرند. غالبا استفاده از اطلاعات مربوط به قطعات و موادی که در شرایط کاری مشابه با قطعه مورد نظر به‌کار گرفته شده‌اند، نیز مفید است.

موضوعات مرتبط: آزمایش متالورژی مکانیکی , ,

امتیاز مطلب : 0

تعداد امتیازدهندگان : 0

مجموع امتیاز : 0

آهنگری قالب بسته (Closed-Die Forging)

پنج شنبه 4 / 2 / 1393 ساعت 17:16 | بازدید : 1983 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

در آهنگری قالب بسته (Closed-Die Forging) قطعه بین دو نیم قالب که اثر شکل نهایی قطعه بر آن ها نقش بسته، تغییر شکل پیدا می کند. در این روش قطعه تحت فشار زیاد در یک حفره بسته تغییر شکل می دهد و بنابراین قطعات آهنگری شده دقیقی با حدود مجاز ابعادی ظریف قابل تولید هستند.

در فرآیند آهنگری قالب بسته، پلیسه نقش مهمی در کنترل پر کردن قالب و ایجاد بارهای آهنگری زیاد دارد. معمولاً تغییر شکل در آهنگری قالب بسته خیلی پیچیده است و طراحی مراحل میانی برای ایجاد قطعه دقیق نهایی به تجربه و مهارت زیادی نیاز دارد. موفقیت کلی عملیات آهنگری به درک مفهوم تنش جریان ماده، شرایط اصطکاکی و جریان ماده برای ارائه بهترین شکل هندسی قالب ها بستگی دارد. مشکل ویژه این روش ممانعت از سرد شدن سریع قطعه توسط قالب های سردتر از قطعه است.

طراحی قطعه در آهنگری

ویرایش

طراحی قطعه ای برای تولید به روش آهنگری قالب بسته پیش بینی های زیر را ایجاب می کند:

حجم و وزن قطعه
تعداد مراحل و نظم انجام عملیات پیش شکل دادن
ابعاد پلیسه در قالب های پیش شکل و نهایی
شرایط بار و انرژی لازم برای هر یک از عملیات آهنگری

طراحی پیش شکل (perform) مشکل ترین و بحرانی ترین مراحل در طراحی آهنگری است. طراحی صحیح پیش شکل ، جریان بی عیب و پر شدن کامل قالب و حداقل ضایعات را تضمین می کند. موفقیت در این زمینه به شناخت کلی جریان فلز حین آهنگری بستگی دارد. با اینکه جریان فلز فقط شامل دو نوع جریان اصلی اکستروژن ( جریان موازی با جهت حرکت قالب ) است؛ در بیشتر عملیات آهنگری هر دو جریان به طور همزمان رخ می دهند. تعیین سطوح خنثی گام مهمی در شناخت جریان فلز است. فلز از سطح خنثی در جهتی عمود بر حرکت قالب جریان می کند.

در طراحی یک پیش شکل چنین متداول است که مقاطع کلیدی در قطعه آهنگری در نظر گرفته شده و پیش شکل بر مبنای جریان فلز طراحی می شود. بعضی ملاحظات کلی عبارتند از:

سطح هر مقطع در امتداد طول باید مساوی مساحت مقطع نهایی به اضافه پلیسه باشد.
کلیه شعاع های مقعر روی پیش شکل باید از شعاع های واقع بر قطعه آهنگری شده نهایی بزرگتر باشند.
سطح مقطع پیش شکل باید بلند تر و باریک تر از سطح مقطع نهایی باشد تا جریان بر آمده کردن (upsetting) را قطعی تر کند و جریان اکستروژن را به حداقل برساند.

جریان در مرحله نهایی و به طور آرمانی باید از جانب به طرف حفره قالب و بدون برش اضافی در مرز قطعه با قالب باشد. این نوع جریان، اصطکاک، با آهنگری و سایش قالب را به حداقل می رساند.

موضوعات مرتبط: اهنگری , ,

امتیاز مطلب : 0

تعداد امتیازدهندگان : 0

مجموع امتیاز : 0

عیوب آهنگری (Forging Defects)

پنج شنبه 4 / 2 / 1393 ساعت 17:15 | بازدید : 1822 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

عیوب آهنگری (Forging Defects) هنگامی ایجاد می شود که تغییر شکل حین فرآیند آهنگری تنها به لایه های سطحی محدود باشد. در این شرایط مانند زمانی که ضربات پتک به طور سریع و سبک به قطعه وارد می شود، ساختار دندریتی شمش در داخل قطعه آهنگری شکسته نخواهد شد. لذا در قطعه نفوذ ناقص و عیوب ایجاد می گردد. نفوذ ناقص در آهنگری به راحتی با ماکرواچ کردن مقطع قطعه آهنگری پدیدار می شود. آزمایش صفحه اچ عمیق برای کشف جدایش، ساختار دندریتی و ترک ها روش استاندارد کنترل کیفی قطعات آهنگری بزرگ است. معمولاً برای به حداقل رساندن نفوذ ناقص، قطعاتی که مقطع بزرگی دارند با پرس آهنگری می شوند.

تغییر شکلی که در آهنگری ایجاد می شود، به درجه ویژه ای از جهتدار شدن در ریز ساختاری که در آن فازهای ثانویه و آخال ها موازی با جهت بیشترین تغییر شکل قرار گرفته اند، منجر می شود. در بزرگنمایی کم، این جهتدار شدن به صورت خطوط جریان، یا ساختار رشته ای ظاهر می شود. وجود ساختار رشته ای مشخصه تمام قطعات آهنگری است و نباید به عنوان عیب آهنگری در نظر گرفته شود. اما ذکر این نکته لازم است که ساختار رشته ای باعث خواص خستگی و نرمی کششی کمتری در جهت عمود بر جهت عرضی می شود. برای به دست آوردن بهترین حالت تعادل بین نرمی در جهات طولی و عرضی یک قطعه آهنگری، اغلب لازم است مقدار تغییر شکل به 50 تا 70 درصد کاهش در سطح مقطع محدود شود.

انواع عیوب آهنگری

ویرایش

از جمله عیوب در فرآیند آهنگری عبارتند از :

1- ترک سطحی : ترک سطحی در نتیجه کار سطحی زیاد در دمای خیلی کم یا در اثر سرخ شکنندگی ( شکنندگی حاصل از گرما : Hot Shortness ) به وجود می آید. وجود گوگرد به مقدار زیاد در فضای کوره می تواند در فولاد و نیکل، سرخ شکنندگی تولید کند.

2- ترک در پلیسه : ایجاد ترک در پلیسه قطعات آهنگری قالب بسته یکی دیگر از عیوب سطحی است، چون به طور کلی وقتی پلیسه گیری می شود ترک به داخل قطعه آهنگری نیز نفوذ می کند (مانند قسمت الف از شکل زیر). هر چه پلیسه در مقایسه با ضخامت اولیه فلز نازک تر باشد، این نوع ایجاد ترک متداول تر است. از ایجاد ترک پلیسه به وسیله افزایش ضخامت پلیسه یا استقرار مجدد پلیسه در ناحیه ای از قطعه که کمتر بحرانی است، می توان جلوگیری کرد. همچنین این کار توسط پلیسه گیری گرم یا تنش زدایی قطعه قبل از پلیسه گیری سرد نیز انجام می شود.

3- لبه سرد : یکی دیگر از عیوب سطحی متداول در قطعات آهنگری قالب بسته « لبه سرد » یا « تا » است (قسمت ب). لبه سرد، ناپیوستگی است که وقتی دو سطح فلزی بدون جوش خوردگی کامل روی هم تا می شوند، به وجود می آید. این عیب وقتی رخ می دهد که فلز روی بخشی از حفره قالب که پر شده است یا فقط قسمتی از آن به علت وجود گوشه های تیز، برودت بیش از حد یا اصطکاک زیاد پر شده، جریان کند.

4- مواد زائد : جرم باقیمانده یا بقایای روان کننده که در فرو رفتگی های عمیق قالب جمع می شوند، قطعاتی از جرم تشکیل می دهند که باعث می شود قالب به اندازه کافی پر نشود. جرم گیری ناقص قطعه باعث می شود جرم در مرحله نهایی آهنگری داخل قطعه شود.

هنگام آهنگری ممکن است تنش های کششی ثانویه تولید شوند و بنابراین ترک پدید آید. ترک های داخلی، حین برآمده کردن یک استوانه یا جسم گرد (قسمت ج) در نتیجه تنش های کششی محیطی ایجاد می شوند. اما طراحی صحیح قالب ها می تواند ایجاد این نوع ترک را به حداقل برساند. برای به حداقل رسانیدن کوژی حین برآمده کردن و نیز تنش های کششی محیطی، استفاده از قالب های مقعر متداول است. ایجاد ترک داخلی در آهنگری قالب بسته کمتر شایع است، زیرا تنش های فشاری جانبی در اثر واکنش قطعه کار با جدار قالب زیاد می شوند.

موضوعات مرتبط: اهنگری , ,

امتیاز مطلب : 0

تعداد امتیازدهندگان : 0

مجموع امتیاز : 0

مقره سرامیکی (Ceramic Insulator)

پنج شنبه 4 / 2 / 1393 ساعت 17:13 | بازدید : 2867 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

مقره سرامیکی (Ceramic Insulator) جزئی از سرامیک های الکتریکی و یا الکترو سرامیک‌ ها (Electro Ceramics) هستند. در گذشته سرامیک‌ های الکتریکی صرفا شامل مقره‌ های پرسلانی بودند و با توجه به مشابهت مواد اولیه مصرفی و روش‌ های ساخت پرسلان‌ های الکتریکی با ظروف خانگیپرسلان، به طور کلی این نوع بدنه‌ ها جزو فرآورده های ظریف مورد بحث قرار می‌ گرفتند. بعد ها با تکامل علم و صنعت سرامیک، سرامیک‌ های الکتریکی (و نیز عایق‌ های الکتریکی به عنوان جزئی از سرامیک‌ های الکتریکی) شامل بدنه‌ های بسیار متنوعی شدند و کاربرد های متفاوتی پیدا کردند. به عنوان مثال می‌ توان از انواع بدنه‌ های سرامیک‌ های الکتریکی از بدنه‌های پرسلان الکتریکی، استاتیت، کوردیریت، تیتانات‌ ها، فرایت‌ های مختلف، پرسلان‌ های زیرکنی و غیره نام برد و تنوع این بدنه‌ ها به معنی کاربرد های متفاوتی برای سرامیک‌ های الکتریکی است. امروزه سرامیک‌ های الکتریکی در بسیاری موارد در باطری‌ ها و موتور های الکتریکی تا دستگاه‌ های پیچیده الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌ گیرند.

علی‌ رغم تنوع بدنه‌ ها و کاربرد های سرامیک‌ های الکتریکی هنوز نیز در بسیاری از متون به سنت‌ های این صنعت احترام گذاشته شده و همچنان سرامیک‌ های الکتریکی را به عنوان جزئی از سرامیک‌ های ظریف (و نه جزئی از سرامیک های تکنیکی) قابل بررسی می‌ دانند به نحوی که هنوز در فرهنگ سرامیک Dodd که به عنوان مرجع در تکنولوژی سرامیک مورد استفاده قرار می‌ گیرد برای عبارت سرامیک ظریف این تعریف ارائه شده است: این اصطلاح به طور کلی به معنی ظروف خانگی یعنی سرویس‌ های غذاخوری، ظروف پخت و پز و سرامیک های بهداشتی است. ولی صنعت سرامیک‌ های ظریف، کاشیهای دیواری و کف، الکترو سرامیک‌ ها و استون ور های شیمیایی را نیز در بر می‌ گیرد. ولی با این حال اکثر متون فنی در عمل سرامیک‌ های الکتریکی را در چهار چوب سرامیک‌ های تکنیکی و ویژه قرار می دهند و در محدوده سرامیک‌ های ظریف صرفا به بیان بعضی از عایق‌ ها و مقره‌ های الکتریکی و عمدتا بدنه‌های پرسلان الکتریکی اکتفا می‌ نمایند.

پرسلان‌ های الکتریکی

ویرایش

پرسلان‌ های الکتریکی معمولی‌ ترین نوع عایق‌ ها و مقره‌ های سرامیکی هستند و دارای مقاومت الکتریکی و استحکام زیادی هستند. به طور کلی این بدنه در فرکانس‌ های کم و در کلیه ولتاژ ها (اعم از ولتاژ پایین یا بالا) کاربرد دارند. در چنین مواردی، برعکس ظروف خانگی رنگ بدنه و نیمه شفاف بودن اهمیتی نداشته بلکه عمده‌ ترین خصوصیات مورد نیاز مقاومت مکانیکی زیاد و تخلخل و جذب بسیار کم آب است. اصولا ترکیب این بدنه‌ ها برای ولتاژ های پایین و بالا مشابه است ولی عمده‌ ترین اختلاف در مقدار تخلخل است. مقره‌ های ولتاژ پایین ممکن است جذب آبی حدود 0.5 درصد داشته باشند ولی برای مقره‌ های ولتاژ بالا مقدار جذب آب باید حتما صفر باشد.

به طور کلی هنگامی که عایق‌ های الکتریکی مورد استفاده قرار می‌ گیرند مقداری از انرژی الکتریکی به وسیله بدنه عایق جذب شده و تبدیل به انرژی حرارتی می‌ شود. این عمل علاوه بر گرم کردن عایق باعث کاهش و افت انرژی الکتریکی نیز می‌ شود ضریب توان (Power Factor) درصد افت و کاهش انرژی الکتریکی است که بدین صورت تبدیل به انرژی حرارتی شده است. بدیهی است که برای یک مقره الکتریکی حتی‌ المقدور باید ضریب توان کم باشد. اصولا افزایش تخلخل و در نتیجه جذب رطوبت باعث افزایش ضریب توان می‌ شود و به همین دلیل است که در مورد پرسلان‌ های الکتریکی به خصوص نوع ولتاژ بالا، در مورد کاهش تخلخل تاکید می‌ شود. عامل دیگری که در افزایش ضریب توان مؤثر است، افزایش ترکیبات قلیایی‌ موجود در ترکیب بدنه است. بنابراین باید تا حد امکان از مصرف مقدار زیاد قلیایی اجتناب شود. برای ساخت بدنه‌ های پرسلان الکتریکی توصیه می‌ شود که به جای استفاده از فلدسپات سدیم دار، از فلدسپاتپتاسیم دار استفاده شود. این امر به دو دلیل است:

1- چنانچه سدیم در این بدنه‌ ها به طور کامل حذف شده و به جای آن پتاسیم مورد استفاده قرار گیرد، هدایت الکتریکی کاهش می‌یابد.

2- فلدسپات سدیم‌ دار می‌ تواند باعث افزایش تخلخل و در نتیجه افزایش ضریب توان شود. بدین صورت که فلدسپات سدیم‌ دار سریع‌ تر از فلدسپات پتاسیم‌ دار به ذوب نهایی خود می رسد و سپس اکسید سدیم موجود در آن تبخیر می شود و این عمل در نهایت باعث ایجاد تخلخل می‌ شود. به همین دلیل از مصرف کربنات‌ ها نیز در این بدنه‌ ها باید خودداری شود.

فرمول‌هایی که برای پرسلان‌ های الکتریکی در مراجع مختلف قید شده است، کاملا تقریبی بوده و برحسب خصوصیات و موارد استفاده فرآورده، فرمول این نوع بدنه‌ ها نیز می‌ تواند به مقدار زیادی تغییر کند. فرمول زیر رایج‌ ترین فرمول جهت پرسلان‌ های الکتریکی است:

درصد %	ماده اولیه
30-20	کائولن
30-20	بالکلی
30-20	سیلیس
30	مواد فلدسپاتی

این فرمول شباهت زیادی به فرمول پرسلان نرم دارد با این تفاوت که در فرمول پرسلان‌ های نرم به دلیل رنگ و عبور نور (نیمه‌ شفافی بدنه) از مصرف زیاد بال‌کلی اجتناب می‌ شود. این فرآورده‌ ها به دلیل قطر زیاد و در نتیجه احتمال بروز ترک و شکست درخلال پخت (و خطر دانتینگ Dunting) فقط یک بار حرارت می‌بینند و به اصطلاح تک پخت هستند. درجه حرارت پخت معمولا برای بدنه‌های ولتاژ پایین حداقل حدود 1150 درجه سانتی گراد و برای بدنه‌ های ولتاژ بالا حداکثر حدود 1250 تا 1400 درجه سانتی گراد است.

در این فرآورده‌ ها لعاب نقش بسیار مهمی را ایفا می‌ کند. یکی از و ظایف لعاب، افزایش استحکام بدنه است. این عمل بدین صورت انجام می‌شود که معمولا ضریب انبساط حرارتی لعاب تا حدی کمتر از بدنه است. این عمل در مورد تمامی فرآورده‌ های سرامیک کم و بیش انجام می‌ شود ولی در مورد مقره‌های الکتریکی اهمیت زیادی دارد. با انجام این عمل مقامت مقره در برابر تنش‌ های فشاری و کششی به شدت افزایش می‌ یابد. رنگ لعاب این مقره ها معمولا قهوه‌ای تیره است. ایجاد چنین رنگی در لعاب به دلیل زیبایی نبوده بلکه جهت افزایش استحکام و ایجاد لعاب نیمه‌ هادی است.

مقره پرسلانی

مقره‌ استاتیتی

ویرایش

پرسلان‌ های الکتریکی دارای ضریب توان کمی در فرکانس‌ های پایین هستند ولی با افزایش فرکانس، ضریب توان این بدنه‌ ها افزایش می یابد به نحوی که در فرکانس‌ های بالا مقدار افت انرژی الکتریکی در مقره‌ های پرسلانی به مقدار قابل ملاحظه‌ ای افزایش می یابد. در چنین شرایطی بدنه‌ های پرسلان الکتریکی، بدنه‌ های مناسبی برای عایق‌ ها و مقره‌ های فرکانس بالا نیستند. بدنه‌ های مناسب جهت فرکانس‌ های بالا باید دارای افت کمی در این فرکانس‌ ها باشند و به همین دلیل از بدنه‌های استاتیتی جهت ساخت چنین فرآورده‌ هایی استفاده می‌ شود. استاتیت (Steatite) و یا تالک نام نوعی از سیلیکات منیزیم آبدار طبیعی به فرمول 4MgO.5SiO₂.H₂O و یا 3MgO.4SiO₂.H₂O است. برای ساخت بدنه‌ مقره‌ های استاتیتی حدود 80 درصد (و در بعضی موارد 90 درصد) تالک و یا استاتیت به کار می‌ رود. علاوه بر تالک حدود 15 تا 5 درصد مواد رسی و نیز 10 تا 15 درصد فلدسپات و یا کربنات باریم مورد استفاده قرار می‌ گیرد. این مواد باعث می‌ شوند که بعد از پخت مقادیر بسیار زیادی بلور های متاسیلیکات منیزیم MgO.SiO₂ در این بدنه‌ ها به وجود آید.

مصرف مواد رسی در بدنه‌های استاتیتی برای ایجاد خاصیت پلاستیسیته در بدنه خام است. به طور کلی رس مصرفی در این نوع بدنه‌ها باید کاملا پلاستیک و خالص بوده و مقدار ناخالصی‌ ها به خصوص اکسید آهن و قلیایی در آن بسیار کم باشد. باید توجه داشت که مصرف رس به مقدار بیشتر از 10 درصد در این بدنه‌ ها باعث کاهش شدید محدوده پخت می‌ شود. ماهیت گداز آور های مصرفی نیز تا حدود زیادی خواص الکتریکی مقره‌ های استاتیتی را تعیین می‌ کند. معمولا بدنه‌ هایی که در آن‌ ها از فلدسپات و یا به طور کلی از فلزات قلیایی به عنوان گداز آور استفاده شده است برای ولتاژهای پایین کاربرد دارند، در حالی که برای فرکانس‌ های بالا و افت کم از آن دسته از مقره‌های استاتیتی استفاده می‌ شود که در آن‌ ها به طور کلی فلزات قلیایی وجود نداشته و به جای آن‌ ها از فلزات قلیایی خاکی (و عمدتا باریم) استفاده شده است. این بدنه‌ها نیز مانند پرسلان‌ های الکتریکی تک پخت بوده و درجه حرارت پخت از حدود 1250 تا 1400 درجه سانتی گراد متغیر است. لازم به توضیح است که بدنه‌ های استاتیتی دارای محدوده پخت بسیار باریکی حدود 30 تا 40 درجه سانتی گراد (و حتی در مورد مقره‌های مرغوب حدود 10 تا 20 درجه سانتی گراد) هستند، که در صورتی که از فلدسپات به عنوان گداز آور در بدنه‌ های استاتیتی استفاده شود محدوده پخت وسعت بیشتری پیدا می‌ کند.

موضوعات مرتبط: سرامیک , ,

امتیاز مطلب : 0

تعداد امتیازدهندگان : 0

مجموع امتیاز : 0

جوشکاری پلاسما (Plasma Welding)

پنج شنبه 4 / 2 / 1393 ساعت 17:12 | بازدید : 1815 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

جوشکاری پلاسما (Plasma Welding) یک فرآیند جوشکاری با قوس الکتریکی است که در آن ذوب شدن و اتصال فلزات با گرم شدن آن ها توسط قوس الکتریکی ایجاد شده بین الکترود تنگستنی و فلزات رخ می دهد. این فرآیند شبیهجوشکاری تیگ است با این تفاوت که در این فرآیند گاز اریفیس (Orifice Gas) به همراه گاز پوشش مورد استفاده قرار می گیرد. همان طور که در شکل روبرو نشان داده شده است، به دلیل پوشش ناشی از گاز اریفیس، قوس در جوشکاری پلاسما به خوبی متمرکز می شود و قوس می تواند در راستای طولی گسترده شده و طول آن افزایش یابد. در این فرآیند از جریان مستقیم (DC) استفاده شده و الکترود تنگستنی به قطب منفی منبع انرژی متصل می شود؛ اما امروزه ماشین جوشکاری پلاسما با پلاریته متغیر به منظور جوشکاری آلومینیوم ارائه شده است.

موادی که قابلیت جوشکاری پلاسما دارند عبارتند از :

فولاد زنگ نزن
آلیاژهای فولاد
آلومینیوم
نیکل
تیتانیوم
فلزات گرانبها

ویژگی های جوشکاری پلاسما

ویرایش

شروع قوس

در فرآیند جوشکاری پلاسما، قوس الکتریکی با برخورد نوک الکترود به قطعه کار مانند جوشکاری تیگ، ایجاد نمی شود. بخش کنترل فرآیند به کمک یک مولد فرکانس بالا باعث برقراری یک قوس ضعیف و آرام بین نوک الکترود و نازل آبگرد گاز اریفیس می شود. قوس الکتریکی ایجاد شده به تدریج از بین نوک الکترود و نازل گاز اریفیس، به مابین نوک الکترود و قطعه کار منتقل می شود.

سوراخ کلید (Keyholing)

علاوه بر ذوب کردن مواد در فرآیند های جوشکاری قوسی متداول، تکنیک سوراخ کلید در جوشکاری قوس پلاسما برای مواد با ضخامتی در محدوده 6.4 – 2.5 میلیمتر کاربرد دارد. با وجود متناسب جریان گاز اریفیس، سرعت حرکت الکترود و جریان الکتریکی جوشکاری در کنار هم، وجود حالت سوراخ کلید امکان پذیر می شود.

وجود سوراخ کلید نشانه خوبی از نفوذ کامل بوده و امکان استفاده از سرعت بالاتر جوشکاری را نسبت به جوشکاری تیگ به اپراتور می دهد.

مزایای جوشکاری پلاسما

ویرایش

جوشکاری پلاسما مزایای متعددی نسبت به جوشکاری تیگ دارد. برخی از آن ها عبارتند از:

حساسیت پایین قوس پلاسما به تغییر طول نسبت به قوس تنگستن.
عدم نیاز به مهارت بالای جوشکار.
در جوشکاری تیگ، احتمال برخورد نوک الکترود با حوضچه مذاب و آلوده شدن فلز جوش با تنگستن، به دلیل کوتاه بودن طول قوس وجود دارد. اما در جوشکاری پلاسما به دلیل بلند بودن طول قوس این مشکل دیده نمی شود.