ده ماده ای که جهان را تغییر خواهند داد (Ten Materials That Will Change The World)
پنج شنبه 4 / 2 / 1393 ساعت 16:8 | بازدید : 902 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

ده ماده ای که جهان را تغییر خواهند داد (Ten Materials That Will Change The World)، فهرستی از ده ماده پیشرفته است که به تدریج به زندگی روزمره ما وارد خواهند شد. در حال حاضر انقلابی آرام در حال شکل گیری در آزمایشگاه های سراسر جهان است. دانشمندان به دنبال راه هایی برای تغییر مواد در مقیاس های بسیار کوچک هستند. این تحول موادی را در اختیار ما قرار می دهد که زمانی تنها در رمان های علمی تخلی یافت می شد. اما تولید این مواد چیزی بیش از ماجراجویی های علمی هستند. این مواد کارا هستند و به تدریج با کاربردهایی که در آینده خواهند یافت، جهان را متحول خواهند کرد.

 

فروفلوئیدها

ویرایش
 
 
 
 

10- فروفلوئیدها (FerroFluids)

فروفلوئیدها فلزات مایعی هستند که توانایی تغییر شکل دارند. این مواد حاوی ذرات میکروسکپی مگنتیت، هماتیت یا برخی دیگر از ترکیبات حاوی آهن هستند که در یک مایع پراکنده شده اند. فروفلوئیدها به شکل خزنده وارد زندگی روزمره شده اند. این مواد به عنوان عایق برای قطعات چرخنده داخل کامپیوتر مورد استفاده قرار می گیرند و از تخریب داده ها به وسیله خاک و آلودگی جلوگیری می کنند. اما نقشه های بزرگتری برای استفاده از این مواد وجود دارد. ناسا قصد دارد تا در سیستم های کنترل فضاپیما از آن ها استفاده کند و محققان کانادایی می گویند که با استفاده از این مواد می توان نسل آینده آینه های تلسکوپ را ساخت. یکی از بزرگترین پتانسیل های استفاده از این مواد در پزشکی است. محققان ویرجینیا تک در آمریکا روی درمان سرطان با فروفلوئیدهای حاوی نانوذرات اکسید آهن تحقیق می کنند. این مایع به وسیله آهنربا به سمت تومور هدایت می شود و سپس میدان مغناطیسی نوسانی اعمال می شود. این کار سبب می شود تا فروفلوئید ارتعاش پیدا کرده و تولید حرارت کند و در نتیجه سبب مرگ سلول های سرطانی می شود. سرپرست این تحقیقات می گوید: در درمان ایده آل دمای سلول های سرطانی را تا سی دقیقه افزایش می دهد، در حالی که دمای بافت ها سالم در حد مناسب باقی می ماند.

کاربردها: کنترل فضا پیما، آینه های تلسکوپ، درمان سرطان

فروفلوئید

 

نانو ذرات طلا

ویرایش
 
 
 
 

9- نانوذرات طلا (Gold Nanoparticles)

هنرمندان شیشه کار قرون وسطی نخستین متخصصان نانوتکنولوژی بودند. آن ها نسبت به دانشی که در ساخت شیشه ها به کار می بردند، بی اطلاع بودند، اما، روش آن ها منجر به حبس نانو ذرات طلا در شیشه می شد و به آن رنگ قرمز یاقوتی می داد. امروزه نانوذرات طلا در آزمایشات پزشکی برای تشخیص بیماری های خطرناک مورد استفاده قرار می گیرند. این آزمایش ها دقیق تر و حساس تر از آزمون های قبلی هستند. در مقیاس بسیار کوچک و در قلمرو نانوتکنولوژی، مواد می توانند خواص جدیدی پیدا کنند. اگر چه یک تکه طلا، رنگ طلایی دارد ولی اگر به ابعاد نانو متری برسد بسته به اندازه خوشه های طلا قادر به ایجاد رنگ های مختلف خواهند بود. محققان کالج سلطنتی لندن کاربرد مفیدی برای این مواد یافته اند. محلول تست HIV که آن ها تولید کرده اند حاوی یون های طلا است. اگر یک قطره سرم خون به داخل محلول ریخته شود مشخص می شود که آیا حاوی ویروس HIV است یا نه. اگر خون حاوی ویروس HIV باشد مقدار پراکسید هیدروژن در محلول کاهش پیدا کرده و خوشه های نامنظم نانومتری طلا ایجاد می شود و در نتیجه رنگ محلول آبی می شود. اگر ویروس HIV وجود نداشته باشد. سطح پراکسید هیدروژن بالا رفته و نانو ذرات کروی طلا ایجاد می شوند و رنگ قرمز ایجاد می کنند. این محلول بسیار حساس است و توانایی تشخیص آتوگرم یا تریلیونیوم گرم (1018) پروتئین HIV را در یک میلی لیتر خون انسان داراست. رنگ ایجاد شده نیز چنان واضح است که با چشم غیر مسلح قابل تشخیص است. پروفسور مولی استیونز که سرپرستی این تحقیقات را در کالج سلطنتی لندن بر عهده دارد، می گوید: "تا کنون توانسته ایم که کارایی این سیستم را با نمونه های انسانی حاوی ویروس HIV اثبات کنیم. در گام بعدی این تکنولوژی نیاز دارد تا به صورت قابل حمل درآید و کار با آن برای کاربران آسان تر شود. این اتفاق در کمتر از 5 سال آینده رخ خواهد داد." این تست همچنین می تواند برای تشخیص سایر بیماری ها مانند مالاریا، سرطان پروستات و سل نیز مورد استفاده قرار گیرد.

کاربردها: تشخیص HIV، سرطان پروستات، سل و مالاریا

نانوذرات طلا نانوذرات طلا

 

کوپلیمر پلی یورتان

ویرایش
 
 
 
 

8- کوپلیمر پلی یورتان (Polyurethane Block Copolymer)

ماده ای را در نظر بگیرید که می تواند گلوله ای با ضخامت 3 سانتی متر و سرعت 350 متر بر ثانیه را متوقف کند و هیچ ترک یا خراشی را روی سطح آن باقی نماند. این ماده در شیشه اتومبیل های حامل شخصیت های مهم یا تانک های نظامی می تواند مورد استفاده قرار گیرد. نام این ماده پلی یورتان است. توانایی این ماده در پر کردن شکاف محل ورود گلوله توسط پروفسور ند توماس، مهندس دانشگاه هوستون این چنین توضیح داده شده است: "هنگامی که گلوله با سرعت بالا به ماده برخورد می کند آن را ذوب می کند. این بخش نقش مهمی در توقف حرکت گلوله بازی می کند. سپس سوراخ ایجاد شده، بسته شده و فضای خالی را پر می کند." پروفسور توماس با بررسی ماده توسط میکروسکوپ الکترونی این مراحل را تحلیل کرده است. مانند شیشه های ضد گلوله، پلی یورتان می تواند برای محافظت از بدن انسان، فضاپیماها و ماهواره ها مورد استفاده قرار گیرد و زباله های فضایی و سایر پرتابه ها را چذب کرده و از آسیب زدن به فضا پیما یا ماهواره جلوگیری کند.

کاربردها: محافظت از پره های توربین موتور جت، حفاظت از ماهواره ها، شیشه های ضد گلوله، زره های ضد گلوله

  کوپلیمر پلی یورتان
 

شنل نامرئی کننده متامتریال

ویرایش
 
 
 
 

7- شنل نامرئی کننده متامتریال (Metamaterial Invisibility Cloaks)

خواص ویژه متامتریال ها از اجزای بسیار آن ها ناشی نمی شود بلکه از چیدمان پیچده این اجزا ایجاد می شود. معماری پیچیده این مواد خواصی به آن ها می دهد که در طبیعت یافت نمی شود. پروفسور سوکولیس از دانشگاه ایالتی لوا می گوید: "معمولا دانشمندان مواد، خواص یک ماده را تعریف می کنند و سپس کاربردی برای آن می یابند، اما متامتریال ها در جهت معکوس حرکت کرده اند."

هدف دانشمندان علم مواد تولید شنل نامرئی کننده برای مصارف شخصی و نظامی است. برای ایجاد چنین شنلی نیاز به موادی نانوساختار با ضریب شکست منفی است که به نور اجازه می دهند تا به صورت غیر طبیعی خم شده و از اطراف شی عبور کنند. اگر این پدیده با موفقیت رخ دهد، جسم (به عنوان مثال هواپیما یا یک انسان) نامرئی می شود. دانشمندان تا کنون موفق شده اند تا به جای نور مرئی، امواج مایکروویو را خم کنند. این دستگاه های خم کننده امواج بسیار بزرگ بوده و تنها توانایی نامرئی کردن اشیایی با اندازه خاص را دارند.  اگرچه در نوامبر 2012 گروهی از محققان در دانشگاه یونسی سئول در کوره جنوبی و دانشگاه دوک در آمریکا اعلام کرده اند که شنلی با قابلیت تطبیق با شکل جسم را ساخته اند، اما این تغییرات نمی تواند بیشتر از 10 میلی متر باشد.

کاربردها: تجهیزات مخفی کننده، محاسبات نوری، محافظ فضاپیما در برابر حرارت مادون قرمز یا پرتوهای کیهانی و تصویر برداری پزشکی

شنل نامرئی کننده متامتریال

 

مواد قابل برنامه ریزی

ویرایش
 
 
 
 

6- مواد قابل برنامه ریزی (Programmable Matter)

موادی که اکنون اطراف ما را احاطه کرده اند دارای شکلی از پیش تعیین شده هستند و تنها در هنگام هوازدگی و تخریب تغییر شکل می دهند. اما چه می شد اگر مواد اطراف ما به اصطلاح زنده بودند و می توانستند بسته به نیاز تغییر شکل دهند؟ مثلا یک آچار پیچ گوشتی به آچار تخت تبدیل می شد یا یک کمد لباس تخت در پیش چشمان شما سر هم می شد؟ اگر چه این وسایل رویایی به نظر می آیند اما مواد قابل برنامه ریزی می توانند چنین محصولاتی را در دنیای ما ایجاد کنند. مواد قابل برنامه ریزی هم اکنون در آزمایشگاهی در انستیتو تکنولوژی ماساچوست (MIT) وجود دارند و  آلیاژهای حافظه دار و مدارهای الکترونیکی بسیار نازک تشکیل شده اند. این مدارها قابلیت ایجاد گرما را در محل مناسب برای تغییر شکل فلزات دارا هستند. پروفسور دنیلا روس از دانشگاه MIT می گوید: "این مواد امکان ایجاد دنیایی را به ما می دهد که نه تنها کامپیوترهای قابل برنامه ریزی بلکه مواد قابل برنامه ریزی نیز دارد."

کاربردها: ربات های خود مونتاژ، جعبه ابزار های یونیورسال

مواد قابل برنامه ریزی،Programmable Matter

 

سیمان خود ترمیم شونده

ویرایش
 
 
 
 

5- سیمان خود ترمیم شونده (Self Healing Concrete)

به نظر نمی آید که مخلوط باکتری و بتن ماده مناسبی برای ساخت و ساز باشد ولی در واقع این ترکیب می تواند عمر پل ها، ساختمان ها و جاده ها را تا 40 درصد افزایش دهد. در حال حاضر آمریکا 50 میلیارد دلار را صرف تعمیر بزرگراه ها، پل ها و فرودگاه ها می کند و با در نظر داشتن این هزینه، اهمیت عمر بیشتر این سازه ها بیشتر مشخص می شود. دکتر هنک جانکرز میکروبیولوژیست در داشنگاه دلفت هلند نوعی بتن حاوی میکروب را ساخته است که توانایی تعمیر و از بین بردن میکروترک ها را دارد. اگر چه ترک هایی زیر 0.4 میلیمتر استحکام کلی را کاهش نمی دهند اما نفوذ آب به درون بتن موجب تضعیف آن می شود و در هنگام انجماد محصولات تخریب شده را به درون بتن می برد. دکتر جانکرز می گوید : " ما یک عامل ترمیم کننده را به مخلوط بتن اضافه کردیم که شامل نوعی هاگ باکتری غیر فعال و غذای مناسب آن است که به وسیله پوشش روی آن ایجاد شده است. هنگامی که آب وارد بتن می شود این باکتری ها فعال شده و غذا رابه آهک تبدیل می کند." گونه باکتری استفاده شده در این تحقیق Bacillus cohnii و Bacillus pasteurii هستند و خود را با شرایط بسیار قلیایی بتن تطبیق می دهند. این باکترها کلسیم لاکتیت را به کلسیم کربنات سخت تبدیل می کند. اگر آزمایشات با موفقیت انجام شود، سیمان خود ترمیم کننده ظرف 4 سال آینده به بازار عرضه خواهد شد.

کاربردها: تونل ها، پل های دره ای، جاده ها و سازه های دریایی

 سیمان خود ترمیم شونده

 

هیدروژل DNA

ویرایش
 
 
 
 

4- هیدروژل DNA یا (DNA Hydrogel)

معمولا اضافه کردن آب به مواد موجب افزایش سیالیت آن ها می شود اما ماده جدیدی وجود دارد که با افزودن آب شکل جدیدی به خود می گیرد. این ماده جدید هیدروژل پر شده با  DNAاست. هیدروژل ها به شدت جاذب هستند و شبکه ای اسفنجی از پلمیر ها هستند که می توانند به سرعت تا صد برابر جرم خود آب جذب کنند. این مواد در لنز های تماسی و پدهای مانیتورهای قلبی EEG استفاده می شوند. ولی در دانشگاه کرنل آمریکا، پروفسور دن لو رشته های مصنوعی از مواد ژنتیکی را در ژل ها قرار داده است. لو و گروه وی هیدروژل ها را در قالب هایی به شکل DNA قرار دادند. هنگامی این قطعاتآب از دست دادند به گلوله های آمورف تبدیل شدند و پس از قرار گرفتن در آب مجددا به شکل اولیه تبدیل شده اند. رشته های DNA در داخل ژل ها مانند لاستیک های به هم چسبیده عمل می کنند. رشته های DNA با سیستم های پیچیده ای به سایر رشته ها اتصال پیدا می کنند. با طراحی مواد ژنتیکی که نحوه اتصال خاصی دارند می توان خواص ژل ها را بهبود داد.

از هیدروژل می توان در پزشکی  استفاده کرد به عنوان مثال ژل حاوی دارو را کاملا درون زخم قرار داد. هم چنین در تجهیزات الکترونیکی به عنوان سوئیچی که با آب فعال می شود، استفاده کرد. در یکی از تست ها در دانشگاه کرنل ژلی محتوی ذرات فلزی که بین دو کنتاکت الکتریکی قرار گرفت ، خاصیت هدایت الکتریکی را از خود نشان داد. با اضافه کردن آب، ژل انقباض پیدا کرده و اتصال الکتریکی قطع می شود.

کاربردها: داربست های مورد استفاده در مهندسی بافت، پانسمان های زخم حاوی دارو و سوئیج هایی که با آب فعال می شوند.

هیدروژل DNA

 

مایعات یونی

ویرایش
 
 
 
 

3- مایعات یونی (Ionic Liquids)

اگر نمک طعام را تا دمای 800 درجه سانتی گراد حرارت بدهید به ماده ای نادر دست می یابید. این ماده بدون ایجاد بخارات سمی و بدون هیچ تجزیه شیمیایی به مایع تبدیل می شود. نمک در این حالت یک حلال بسیار خوب است.  اگر چنین ماده ای در دمای اتاق به شکل مایع باشد یک مایع یونی یا نمک مایع را ایجاد می کند. مایعات یونی بر خلاف صنعت چندین میلیاردی حلال ها که دنیای امروزه ما را به حرکت در می آورند، بخار ایجاد نمی کنند. ممکن است چنین خاصیتی به نظر جذاب نباشد ولی این ویژگی به معنی حلال هایی کم خطر تر و آلودگی بسیار کمتر است. می توان از این مایعات به عنوان حامل بار الکتریکی در باتری ها و سلول های خورشیدی ارزان استفاده کرد. این مواد توانایی حل کردن تقریبا هر چیزی را دارند از باکتری خطرناک MRSAتا جیوه سمی موجود در گاز طبیعی. علاوه بر این، مایعات یونی به علت واکنش های غیر معمولی که با سایر مواد دارند می توانند برای ساخت نوع جدیدی از محصولات شیمیایی به کار گرفته شوند.

مایعات یونی

یکی از کاربردهای مایعات یونی در ذخیره هیدروژن در ماشین های سازگار با محیط زیست است. در حال حاضر از مخازن فشار بالا برای ذخیره هیدروژن استفاده می کنند ولی برای مسافت های طولانی باید از مخازن بزرگ استفاده شود. مایع یونی می تواند حجم زیادی هیدروژن در فضای کم ذخیره کند و در زمان نیاز آن را آزاد کند. کاربردهای بی شماری برای این مواد وجود دارد. پروفسور کن سدون معاون آزمایشگاه مایعات یونی در دانشگاه کوئین دوبلین می گوید:  "در هر جایی از مایعات معمولی استفاده می شود می توان مایعات یونی را جایگزین کرد."

کاربردها: حلال سبز، پیل های سوختی برای اتومبیل ها و سل های خورشیدی

 

گرافن

ویرایش
 
 
 
 

2- گرافن (Graphene)

گرافن در جهان امروزی به معنای جادو است. تقریبا هر هفته اخبار و گزارشاتی در مورد کابردهای احتمالی ورق های دو بعدی کربن اعلام می شود. در سال 2012 ده هزار مقاله در مورد گرافن منتشر شد. بر اساس گفته های پروفسور آندره گیم که در سال 2010 برای همکاری در کشف گرافن موفق به دریافت جایزه نوبل فیزیک شد، این ماده مستحکم ترین و سفت ترین ماده ای است که تا کنون بررسی شده و هم چنین دارای بزرگترین نسبت سطح مخصوص به وزن است به نحوی یک گرم گرافن سطحی برابر با چند زمین فوتبال دارد. ساختار فوق العاده نازک گرافن به آن خواص الکتریکی ویژه ای می دهد. گرافن تا ده سال پیش ناشناخته بود ولی در سال 2013، یک میلیارد یورو صرف تحقیقات این زمینه شده است. محصولات حاوی گرافن به تدریج وارد بازار می شوند. به عنوان مثال راکت تنیس ساخت شرکت استرالیایی Head  یکی از نخستین محصولات ساخته شده از گرافن است. نگاهی اجمالی به لیست ده گواهی ثبت اختراع برتر گرافن که به شرکت های سامسونگ، سان دیسک 3D (سازه مدارهای 3D) و زیراکس اختصاص دارد، نشان دهنده اثر بزرگ گرافن بر زندگی ماست.

کاربردها: نمایشگرهای انعطاف پذیر کامپیوتر، میکروپروسسورهای سریع، کامپوزیت های سبک تر و مستحکم تر، سلول های خورشیدی با بازده بیشتر، سنسورها، تصویربرداری پزشکی و باتری های قابل انعطاف.

گرافن

 

سیلیسین

ویرایش
 
 
 
 

1- سیلیسین (Silicene)

پس از کشف گرافن در سال 2004 این ماده بر تمامی حوزه های علم مواد سایه افکند. اما ماده ای با نام مشابه به نام سیلیسین، می تواند در این حوزه شروع به درخشش کند و صنعت الکترونیک را به طور کامل متحول کند. پروفسور یوکیکو یامادا تاکامورا در انستیتو علم و تکنولوژی پیشرفته ژاپن که در تحقیقات سیلیسین در جهان پیشتاز است می گوید: "سیلیسین کپی سیلیسیمی از گرافن است. " گرافن تک لایه ای از اتم های کربن و سیلیسین تک لایه ای از اتم های سیلیسیم است. در بسیار از موارد سیلیسین مشابه با گرافن عمل می کند. به عنوان مثال هدایت الکتریکی بالایی دارد و تقریبا بدون هیچ گونه مقاومتی به الکترون ها اجازه عبور می دهد. سیلیسین مزیت بزرگی دارد و آن تطابق با صنعت امروزی سیلیکون است. این به معنای زمان تحقیقاتی کمتر برای وارد کردن محصولات حاوی سیلیسین به بازار و هزینه های تولید کمتر است. سرعت محاسبات بالا و اتلاف انرژی کم از دیگر مزیت های این ماده است. بنابراین در آینده سیلیسین تلفن های هوشمند را شارژ می کنند و نه گرافن.

سیلیسین

سیلیسین نسبت به گرافن انعطاف پذیری بیشتری دارد. در حالی که گرافن می تواند تنها یک شکل در در شبکه افقی خاص خود داشته باشد، سیلیسین متفاوت عمل می کند. یامادا تاکامورا می گوید" سیلیسین در مقیاس اتمی انعطاف پذیر است و اتم ها می توانند در صفحه جابجا شوند." تغییرات ظریف در ساختار اتمی سیلیسین به معنی افزایش تعداد کاربردهای آن است. البته سیلیسن با نقطه اوج خود فاصله دارد و برای نخستین بار در سال 2012 توسط محققان آلمانی تولید شد. هم چنین تعداد گواهی های ثبت اختراع آن نسبت به گرافن بسیار کمتر است. اما به هر شکل سیلیسین اثر بزرگی بر زندگی ما خواهد گذاشت.

کاربردها: چیپ های الکترونیکی، حافظه های دیجیتالی و کاتالیست های ضد آلودگی

 


|
امتیاز مطلب : 2
|
تعداد امتیازدهندگان : 1
|
مجموع امتیاز : 1


فرآیند بایر (Bayer Process)
جمعه 3 / 2 / 1393 ساعت 20:56 | بازدید : 1521 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

فرآیند بایر (Bayer Process) برای تولید پودر تجاری آلومینا به کار می رود. البته روش های شیمیایی دیگری وجود داشته که خلوص بالاتر را می دهد که از جمله آن ها می توان به کلسینه نمودن نمک کمپلکس آلومینیم اشاره نمود. در فرآیند بایر بوکسیت بعد از خرد شدن تا ابعاد مش 60 تا 100 جهت حذف ناخالصی های رسی مورد شستشو قرار می گیرد. پودر بوکسیت شستشو داده شده به همراه محلول هیدرواکسید سدیم (130 تا 350 گرم Na2O بر لیتر) وارد محفظه اتوکلاو در فشار 5 تا 30 اتمسفر و دمای 170 تا 240 درجه سانتی گراد شده و تحت واکنش قرار می گیرد. بدین ترتیب عمل حل شدن به مدت 2 تا 8 ساعت تحت شرایط تلاطم مکانیکی انجام گرفته که در نتیجه آن یون های سدیم و AlO2- شکل می گیرد:

Al(OH)3+NaOHAlO2-+Na++2H2O

AlO(OH)+OH-+H2O→[AlO(OH)2]-

به عبارتی هیدرواکسیدهای آلومینیم در هیدرواکسید سدیم حل شده و نمک آلومینیم NaAl(OH)4 شکل می گیرد در حالی که ناخالصی های همراه بوکسیت مانند TiO2، SiO2 و Fe2O3 و غیره به صورت ترکیبات کمپلکس مانند SiO2.Fe(OH)3 در آمده و در تغلیظ کننده های ثقلی به صورت لجن قرمز ته نشین می شود. بوکسیت های حاوی گیبسیت به علت قابلیت انحلال بالاتر می توان عملیات انحلال را با محلول سود با غلظت کمتر، در دمای پایین تر و در زمان کوتاه تری نسبت به بوکسیت های حاوی بوهمیت γ-AlO(OH) و دیاسپور α-AlO(OH) انجام داد. جدول زیر شرایط لیچینگ بوکسیت با سود سوز آور را با توجه به نوع مینرال تشکیل دهنده نشان می دهد:

کانه دما (oC)

فشار (KPa)

g/lit NaOH زمان
گیبسیت 140 400 140 1
بوهمیت 180 800 350-600 2-4
دیاسپور 180 800 350-600 2-4
 

به طور کلی هر اندازه غلظت سود بیشتر باشد سرعت انحلال بالاتر بوده اما در مراحل بعدی جهت رسوب دهی لازم است محلول را رقیق نمود زیرا غلظت بالای سود مشکلاتی در جابجایی حجم زیادی از محلول و فیلتراسیون ایجاد می نماید. معمولا مصرف محلول سود تجاری مقرون به صرفه نبوده و محلول سود مصرفی به واسطه واکنش بین کربنات سدیم و هیدرواکسید کلسیمدر همان اتوکلاو انحلال بوکسیت به صورت در جا تولید می شود:

Na2CO3+Ca(OH)22 NaOH+CaCO3

برای تولید Ca(OH)2 به محلول لیچ مقدار کافی آهک اضافه می شود تا محلول با غلظت 140 گرم بر لیتر NaOH حاصل شود.

محلول لیچ به دست آمده را سرد می کنند تا حالت فوق اشباع پیدا کند. محلول را همزمان با آب رقیق می کنند تا واکنش بالا در جهت عکس صورت گرفته و رسوب Al(OH)3 شکل گیرد. برای تسریع در تشکیل رسوب مقداری مواد جوانه زا مانند هیدرواکسید آلومینیم خالص اضافه می شود تا نقش هسته گذاری یا جوانه زا را داشته باشد. در مواردی گاز دی اکسید کربن نیز از محلول عبور داده شده که در این صورت عمل رسوب هیدرواکسید آلومینیم طبق واکنش زیر صورت می پذیرد:

2NaAlO2+CO2+3H2 NaCO3+2Al(OH)3

رسوب ایجاد شده پودر متبلور سفید رنگ از نوع آلومینای هیدراته بوده و دارای 65 درصد آلومینا و 36 درصد آب مولکولی و حداکثر 0.4 درصد اکسید سدیم می باشد و بسته به میزان pHهیدرواکسید رسوب نموده از نظر ساختار کریستالی متفاوت است. در pH>9 رسوب هیدرواکسیدی شامل تک کریستال گیبسیت و در pH<9 مخلوطی از گیبسیت و بوهمیت خواهد بود. رسوب هیدرواکسید مورد فیلتراسیون، شستشو، خشک کردن و آسیا نمودن قرار گرفته به طوری که دانه بندی 10 تا 100 میکرون و خلوص 99.5 درصد حاصل شود. برای این منظور تدابیر زیر در نظر گرفته می شود:

1- رسوب گیری از محلول آلومینات سدیم در دماهای پایین

2- رسوب گیری از محلول آلومینات سدیم رقیق

3- رسوب گیری از طریق خنثی سازی محلول آلومینات با H2SO4، CO2 و NaHCO3

4- رسوب گیری از محلول نمک آلومینیم به کمک ترکیبات قلیایی مانند NH3 و یا آمین ها (اندازه ذرات کمتر از یک میکرون با سطح ویژه 60 متر مربع بر گرم)

پودر هیدروکسید آلومینیم را می توان به وسیله واکنش بین محلول های AlCl3.6H2O و NH4OH با pH=8.5 - 9.5 به دست آورد که با شستشو با آب کلرید آمونیوم حذف می شود. با اضافه کردن α-Al2O3 خالص به محلول AlCl3 به عنوان جوانه زا واکنش رسوب تسریع می شود:

AlCl3.6H2O+3NH4OH= Al(OH)3+3NH4Cl+6H2O

هیدرواکسید آلومینیم بسته به نوع مینرال اصلی تشکیل دهنده آن در دماهای مختلفی مورد کلسیناسیون قرار می گیرد. به طوری که برای گیبسیت دمای 1200 درجه سانتی گراد، دیاسپور 450 درجه سانتی گراد و بوهمیت 1400 درجه سانتی گراد می باشد. اما از آن جایی که قسمت اعظم هیدرواکسید رسوب نموده از نوع گیبسیت می باشد معمولا عملیات حرارتی تکلیس در دماهای بالاتر از 1200 درجه سانتی گراد انجام می گیرد تا اینکه با جدا شدن آب ساختمانی اکسید آلومینیم از نوع α-Al2O3 با خلوص 99.5 درصد شکل بگیرد. پودر آلومینای به دست آمده از نوع α-Al2O3 کمترین سطح ویژه را داشته، نسبتا درشت دانه بوده و از دمای اطاق تا نقطه ذوب هیچ گونه تغییر فازی از خود نشان نمی دهد. ناخالصی های در پودر آلومینای فرآیند بایرمعمولا دارای ترکیب درصد زیر هستند:

0.02 SiO2, 0.04 Fe2O3, 0.035 CaO, 0.45 Na2O, 0.11 MgO

بسته به پارامتر های فرآیند دو نوع آلومینای کم سدیم و سدیم دار حاصل می شود که در حالت کم سدیم مقدار Na2O تا 0.02 درصد کاهش یافته و خلوص آن به 99.8 درصد می رسد. حضورNa2O به صورت آلومینات سدیم در آلومینا قابلیت سایندگی آن را کاهش می دهد. با انجام یک عملیات حرارتی در 1300 درجه سانتی گراد مقدار زیادی از اکسید سدیم بخار می شود.

در ضمن فرآیند تکلیس محصولات واسطه ای مانند θ-Al2O3 در 1000 درجه سانتی گراد شکل گرفته که کنترل کننده مکانیزم جوانه زنی و رشد می باشد اما در دماهای بالاتر به α-Al2O3 تبدیل می شود. با حضور α-Al2O3 اولیه دمای انتقال θ-Al2O3 کاهش یافته و سرعت انتقال آن را افزایش می دهد. مطالعات اشعه X نشان می دهد که در ابتدا تک کریستال دی هیدرات تشکیل شده که با حرارت دادن در دمای 290 درجه سانتی گراد به η-Al2O3  و در دمای 800 درجه سانتی گراد به θ-Al2O3 تبدیل می شود که در منحنی ترموگراف این واکنش به صورت تغییر در شیب منحنی ظاهر می شود و در نهایت در دمای 1285 درجه سانتی گراد به α-Al2O3 تبدیل می شود.

اگر آهن موجود در بوکسیت به شکل سیدریت باشد (FeCO3) در NaOH حل شده و به سختی ته نشین می شود؛ بنابراین لازم است این ابتدا اکسیده شده و طی عمل لیچ به فریک (Fe2O3) تبدیل شود. سیلیس به شکل کوارتز یا رس در بوکسیت حضور دارد. در شکل کوارتز غیر قابل حل بوده ولی به شکل سیلیکات (سیلیس فعال) محلول بوده و در طی انحلال با Al و NaOH تلفیق شده، تشکیل آلومینوسیلیکات هیدراته نامحلول داده و ته نشین می گردد که تلفات Al2O3 را به همراه دارد. برای رسوب کامل سیلیکات ها افزایش آهک توصیه شده زیرا تشکیل سیلیکات کلسیم نامحلول می دهد. بنا به دلایل گفته شده سیلیس فعال موجود در کانی نباید از 5% فراتر رود در غیر این صورت باعث افزایش مصورف سود سوزآور شده و میزان تولید آلومینا نیز کاهش می یابد. از طرفی نیاز به تکنیک های پیچیده تری داشته که منجر به افزایش هزینه تولید می شود. جدول زیر آنالیز بوکسیت اولیه، لجن قرمز و آلومینای فرآوری شده را نشان می دهد:

 

آنالیز بوکسیت اولیه ، لجن قرمز و آلومینای فرآوری شده

آلومینای کلسینه شده (%) گل قرمز خشک شده در105 درجه سانتی گراد بوکسیت (%) ترکیب شیمیایی
99.5 14 57.8 Al2O3
0.05 7.6 3.5 SiO2
0.04 57.6 24.3 Fe2O3
- 5.7 2.5 TiO2
0.18 7.4 - Na2O
0.18 7.7 - L.O.I

 

شکل زیر فرآیند بایر را به طور شماتیک نشان می دهد. پودر آلومینای بایر در مقایسه با آلومینای تولید شده از سایر روش ها مانند روش اکسالون آمونیوم (با ناخالصی 200 ppm و سطح ویژه 6 متر مربع بر گرم) ناخالصی بیشتری داشته و درشت تر است.

Bayer process ،فرآیند بایر

موضوعات مرتبط: فرآیند بایر , ,

|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0


اکسید آلومینیم
جمعه 3 / 2 / 1393 ساعت 20:52 | بازدید : 1137 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

اکسید آلومینیم (Aluminium Oxide) ترکیب شیمیایی آلومینیم و اکسیژن با فرمول شیمیایی Al2O3است. این ترکیب فراوان ترین نوع اکسید آلومینیم است و به نام اکسید آلومینیم III شناخته می شود. بسته به نوع کاربرد یا شکل آلومینا (alumina)، آلوکساید، آلوکسایت یا آلوندوم نامیده می شود.اکسید آلومینیم معمولا به شکل کریستالی α-Al2O3 متبلور می شود که ساختار کریستالی کانی کوراندوم را تشکیل می دهد و برخی از انواع آن، سنگ های قیمتی یاقوت و یاقوت کبود هستند. از مهم ترین کاربردهای اکسید آلومینیم، ماده اولیه تولید فلز آلومینیم، ساینده ها و دیرگداز ها است.

پایدارترین فرم کریستالی اکسید آلومینیم ساختار کوراندوم α-Al2O3 بوده که به واسطه انباشتگی یونی اکسیژن و آلومینیم به شکل هگزاگونال متبلور می شود. در این ساختار کریستالی a=12.99 وc=4.75 است. شکل روبرو واحد ساختمانی کوراندوم را نشان می دهد. یون های اکسیژن در گوشه واحد شبکه قرار گرفته و از آن جایی که کاتیون Al ظرفیت 3+ و اکسیژن ظرفیت 2- را دارد به ازای هر سه یون اکسیژن در واحد شبکه می بایستی دو کاتیون آلومینیم حضور داشته باشد تا خنثی بودن ماده حفظ شود. بدین ترتیب یون های آلومینیم دو سوم محل های اکتاهدرال را اشغال می کنند.

90 درصد اکسید آلومینیم تولید شده در جهان برای تولید فلز آلومینیم و 10 درصد بقیه برای مواردی چون کاتالیست ها، ساینده ها، نسوزها، عایق ها و غیره مورد استفاده قرار می گیرد.

اکسید آلومینیم به دلیل داشتن نقطه ذوب بالا، عایق بودن و مقاومت شیمیایی خوب به عنوان بلوک و لوله های نسوز، غلاف ترموکوپل و بوته ذوب مواد مورد استفاده قرار می گیرد. آلومینا با اندازه متوسط دانه های کریستالی بزرگتر از 200 میکرون و فاز شیشه کم در کاربردهای فوق مطمئن تر عمل می کند. به همین دلیل 4-2 درصد ترکیباتی چون CaO-SiO2 و یا CaO-MgO-SiO2 به آلومینا اضافه شده که در دمای پخت ایجاد فاز مایع نموده و زمینه رشد دانه را ایجاد می نمایند. مناسب ترین فاز مایع برای رشد دانه شامل:60%Sio2, 35%CaO, 5%Mgo یا 60% SiO2, 40% CaO است.

  ساختار اکسید آلومینیم، ساختار آلومینا

نسوزهای آلومینایی به علت پایداری حرارتی و شیمیایی خوب در هر دو محیط قلیایی و اسیدی کاربرد دارند. به عنوان مثال نسوزهای زاک که شامل 50 درصد اکسید آلومینیم ، 40 درصد زیرکونیا و 10 درصد سیلیس است، جهت وان های ذوب شیشه استفاده می شود.

آلومینا به دلیل مقاومت دی الکتریک نسبتا بالا و تلفات دی الکتریک پایین در کاربردهای الکترونیکی به عنوان پایه مدارها مورد استفاده قرار می گیرد. شرایط لازم برای این پایه ها عبارتند از :

1- هدایت حرارتی بالا

2- مقاومت الکتریکی بالا و اتلاف دی الکتریک کم

3- پایداری بالا در برابر ولتاژ

4- پایداری شیمیایی

5- زبری کم سطح

6- انعکاس حداقل تشعشعات

7- پایداری در برابر حرارت

8- استحکام مکانیکی

9- قیمت پایین

اندازه گیری های انجام شده توسط دیلاتومتری برای ضریب انبساط حرارتی آلومینا مقدار 6.99×106 را نشان می دهد که برای کاربرد آن به عنوان زیر پایه الکتریکی در سلول های خورشیدی مشکل ساز است زیرا مطابقت خوبی با پوشش سیلیسیم با ضریب انبساط 4×10-6 ندارد اما خوشبختانه برای سطوح بالاتر از 100 سانتی متر مربع مطابقت خوبی بین پایه و پوشش سیلیسیم برقرار می شود. لازم به ذکر است که انبساط α-Al2O3 انیزیتروپ بوده و در جهت موازی ،C ده درصد بیشتر از جهت موازی با قاعده است. در این میان اکسید بریلیم نیز مناسب بوده اما گران و در ضمن سمی است.

هدایت حرارتی برای آلومینا بدون تخلخل و تک کریستال نسبتا بالا بوده به طوری که قابلیت برش و یا سوراخ شدگی به اندازه دلخواه با لیزر را دارد. هدایت الکتریکی آلومینا با افزایش دما افزایش یافته و در دماهای بالای 830 درجه سانتی گراد هدایت یونی به هدایت الکترونی تبدیل می شود. با حضور ناخالصی های قلیایی در محدوده 400 تا 700 درجه سانتی گراد مقاومت ویژه آلومینا به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. نمونه های ریز دانه با عیوب بالا مقاومت الکتریکی بالاتر دارند. هر اندازه آلومینا خالص تر و فاز شیشه ای کمتری داشته باشد عایق الکتریکی بهتری خواهد بود چرا که فاز شیشه با داشتن یون های قلیایی و ایجاد پیوندهای ضعیف مقاومت الکتریکی را کاهش می دهند.

آلومینا یک ماده دیامغناطیس یا غیرمغناطیسی است و عایق در برابر جرقه محسوب می شود. این سرامیک می تواند تخلیه الکتریکی حدود چند صد هزار ولت که فشار حدود 10 مگا پاسکال را ایجاد می نماید برای چندین ساعت تحمل نماید و از طرفی به علت استحکام پیچشی خوب برای کاربردهایی چون پایه شمع اتومبیل، پرسلان ها و مقره های الکتریکی استفاده می شود.

آلومینای بدون تخلخل که از شفافیت خوبی برخوردار است جهت ساخت لوله های لامپ قوس الکتریکی چون لامپ بخار سدیم مورد استفاده قرار می گیرد که بازده آن بسیار بالاتر از لامپ های جیوه ای و یا فلورسنت می باشد چرا که قابلیت کار در دماهای بالاتر را داشته و بیشتر نور آن در طیف مرئی قرار می گیرد.

آلومینا به جهت دارا بودن مقاومت به خوردگی بالا در برابر مایع غضروفی، تحمل بار خوب، فعالیت مورد نیاز متابولیکی، خنثی بودن، زیست سازگاری خوب (سازگار با فیزیولوژی بدن و جوش خوردن با استخوان)، مقاومت به سایش بالا (میزان سایش آن حدود 1.1 فلزات می باشد)، ضریب اصطکاک کم (آلومینا به آلومینا) و آبدوست بودن (شکل گیری یک لایه هیدراته بسیار نازک به ضخامت 50 آنگستروم که بسیار سازگار با بدن می باشد) به عنوان ایمپلنت (قطعات بیوسرامیکی) کاربرد دارد. در قسمت هایی که استحکام مطرح نباشد استفاده از آلومینای متخلخل (با اندازه بزرگتر از 100 میکرون) امکان رشد بافت های بدن در داخل آن وجود داشته که سازگاری بهتری ایجاد می نماید (ران و دندان). البته سرامیک های بر پایه زیرکونیا Y-TZP و Mg-TZP به جهت استحکام و چقرمگی بالاتر اولویت بالاتری نسبت به آلومینا دارند. از جمله سرامیک های کریستالی مناسب برای دندان آلومینا می باشد.

برای ساخت قطعات بیوسرامیکی از مخلوط پودر آلومینا با یک ماده افزودنی چون متیل سلولز استفاده می کنند سپس این مخلوط را از لوله های باریک کاربید تنگستن عبور داده شده تا فرم مورد نظر به خود بگیرد (میله ای، ورقه ای، لوله ای). متیل سلولز نقش افزایش پلاستیسیته و شکل پذیری آلومینا را دارد. اشکال فرم داده شده مورد عملیات خشک کردن و سپس پخت تا دمای 1650 درجه سانتی گراد قرار می گیرند. سرامیک های تک کریستال برای کاربردهای بیوسرامیکی اولویت دارند. 

آلومینا از یک طرف به دلیل سازگاری بالا و آب بندی خوب با فلزات و از طرف دیگر با داشتن مقاومت به خوردگی بالا به عنوان اجزای پمپ در صنایع شیمیایی کاربرد دارد.

آلومینا و اکسید تیتانیم به جهت مقاومت به سایش خوب و داشتن سطحی صیقلی و ضد اصطکاک به عنوان هدایت کننده الیاف نساجی و تغییر جهت آن ها در صنعت نساجی مورد استفاده قرار می گیرد.

به دلیل ضد سایش بودن و سختی بالا به عنوان ساینده چون گلوله های آسیا و سمباده ها، ابزارهای برشی، سیم های هدایت کننده در حدیده ها مورد استفاده قرار می گیرد. به علت خواص خوب ترمودینامیکی به عنوان تیغه تراش استفاده می شود زیرا تراشنده های فلزی در سرعت های بالا به دلیل افزایش شدید دما، نرم شده و دفرمه می شوند.

آلومینا،اکسید آلومینیم

آلومینا نقش مهمی در صنعت تولید سرامیک های ظریف داشته که می توان به مواردی چون ساخت لعاب ها به خصوص به شکل هیدراته، پوشش بر روی ساگارهای مورد استفاده در کوره پخت سرامیک ها جهت جلوگیری از چسبیدن بدنه های سرامیکی، به عنوان پر کننده در بدنه های سرامیکی ظریف (ظروف خانگی و سرامیک های بهداشتی) جهت افزایش خواص مکانیکی و تولید بدنه های نازک تر، کاهش تغییر شکل قطعه در ضمن پخت، پخت سریعتر سرامیک ها بدون ترک خودرگی، بهبود رنگ محصول، افزایش مقاومت شیمیایی و الکتریکی، کاهش قابل توجه خطر بیماری سیلیکوز با جایگزینی سیلیس توسط آلومینا و سایر موارد نام برد.

 

سنتز پودر اکسید آلومینیم

ویرایش
 
 
 
 

از مواد معدنی که برای تولید پودر اکسید آلومینیم یا آلومینا مورد استفاده قرار می گیرد می توان به موارد زیر اشاره نمود:

1- بوکسیت با میزان 35 تا 75 درصد اکسید آلومینیم

2- آلونیت با فرمول شیمیایی KAl3(SO4)2(OH)6 که مقدار آلومینای آن در سنگ معدن اولیه 16 تا 20 درصد و در آلونیت فراوری شده 35 تا 40 درصد می باشد.

3- نفلین با فرمول شیمیایی (Na,K)AlSiO4 که مقدار آلومینای آن بین 19 تا 28 درصد می باشد.

نام بوکسیت از منطقه بوکس فرانسه که برای اولین بار در آن جا یافت شده گرفته شده است. بوکسیت شامل 45 تا 60 درصد اکسید آلومینیم به شکل هیدرواکسیدهایی چون گیبسیت[Al(OH)3]، بوهمیت (AlooH) و دیاسپور (AlooH) و ناخالصی هایی چون TiO2، SiO2 و Fe2O3 به شکل هیدروسیلیکات می باشد و تقریبا از هر دو تن بوکسیت یک تن آلومینا و 0.5 تن آلومینیم حاصل می شود. 50 درصد بوکسیت را مواد باطله تشکیل داده که بعد از فرآنید هیدرومتالورژی به صورت لجن قرمز در می آید. مشخصات انواع مینرال های تشکیل دهنده بوکسیت در جدول زیر آمده است.

مشخصات انواع مینرال های تشکیل دهنده بوکسیت

دیاسپور

بوهمیت

گیبسیت

مشخصه

Al2O3.H2O

Al2O3.H2O

Al2O3.3H2O

فرمول شیمیایی

85

85

65.4

درصد آلومینا

15

15

34.6

درصد حجمی آب

ارتورومبیک

ارتورومبیک

منوکلینیک

سیستم تبلور

6.5-7

3.35-5

2.3-3.5

سختی

3.2-3.5

3.01-3.06

2.3-2.4

وزن مخصوص

 
داده های آماری از بوکسیت های موجود در دنیا نشان می دهد که میزان بوکسیت های گیبسیتس حدود 90 درصد کل بوکسیت های جهان و 10 درصد باقی مانده بوکسیت های بوهمیتی و یا دیاسپوری هستند. بیش از 95 درصد آلومینای دنیا از بوکسیت گسیبسیتی تولید می شود. فرآوری بوکسیت و جدا کردن ناخالصی ها از آن بر اساس روش بایر انجام می گیرد.
 
موضوعات مرتبط: اکسیدها , ,

|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0


دی اکسید تیتانیم (Titanium Dioxide)
جمعه 3 / 2 / 1393 ساعت 20:44 | بازدید : 1721 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

دی اکسید تیتانیم (Titanium Dioxide) یا تیتانیا با فرمول TiO2 دارای وزن مخصوص 4.2-3.9، نقطه ذوب 1854 درجه سانتی گراد و سختی 6.5-5.5 است. دی اکسید تیتانیم در آب و اسیدهای آلی و محلول های رقیق قلیایی حل نمی شود اما در اسید سولفوریک گرم و HF حل می شود. دی اکسید تیتانیم در سه شکل ساختمانی آناتاز (تتراگونال)، روتیل (مکعبی) و بروکیت (ارتورمبیک) قابل متبلور شدن می باشد. دی اکسید تیتانیم به صورت سنگ های ایلمینیت (FeTiO3)، پروسکایت (CaTiO3) و تیتانیت ایلمینوروتیل و به صورت نادرتر به شکل روتیل در منابع معدنی یافت می شود.

دی اکسید تیتانیم به دلیل کریستالیزه شدن در هنگام پخت لعاب و اپک کردن آن (رنگدانه سفید)، تنظیم و پایدار کردن لعاب، افزایش قدرت پوشانندگی و ایفای نقش کاتالیست در افزایش سرعت واکنش ها استفاده گسترده ای در صنایع ساخت انواع رنگدانه ها و لعاب سازی دارد. به جهت داشتن ضریب شکست بالا (2.76 – 2.52) و افزایش ضریب شکست شیشه ها در ساخت انواع شیشه های اپتیکی از آن استفاده می شود. در صنایع لاستیک سازی، کاغذ سازی، سرامیک و مواد آرایشی و دارویی (خمیر دندان، پماد، پودر) به عنوان پر کننده عمل می کند. به دلیل استحکام و مقاومت به خوردگی بالای دی اکسید تیتانیم به عنوان پوشش بر روی سطوح مصنوعات فلزی به خصوص در بدنه سفینه های فضایی مورد استفاده قرار می گیرد. از دی اکسید تیتانیم تک کریستال به عنوان الماس مصنوعی استفاده شده با این تفاوت که به راحتی قابلیت تراش دارد.

از کاربردهای الکتریکی دی اکسید تیتانیم می توان به مواردی چون روپوش الکترودهای جوشکاری، الکترود لامپ های قوسی و به عنوان دی الکتریک در خازن ها به جهت داشتن ثابت دی الکتریک بالا (173 در جهت موازی با محور تک بلور و 89 در جهت عمود بر آن) اشاره نمود.

چنانچه پخت بدنه های دی اکسید تیتانیم به کمک گدازآورهایی مانند SiO2، BeO، MgO و BaCO3 در شرایط احیایی انجام گیرد جاهای خالی اکسیژنی در داخل ساختار شکل می گیرد که رنگ آن تیره و هدایت الکتریکی را افزایش می دهد و آن را به عنوان یک نیمه هادی مطرح می نماید. به طوری که با حرارت دادن آن در دمای 600 درجه سانتی گراد در اتمسفر هیدروژن به مدت 5 دقیقه ضریب هدایت از 12- 10 به 5-10  (در واحد (bold capital omega cm-1 افزایش می یابد. به طور کلی رابطه غیر استوکیومتری اکسید تیتانیم به صورتTiO2-x بوده که هر قدر x بزرگتر باشد رسانایی افزایش می یابد به طوری که رسانایی TiO مشابه فلزات است. TiO از احیای TiO2 به وسیله منیزیم در دمای 600 درجه سانتیگراد در اتمسفر آرگون و یا هیدروژن حاصل می شود. اکسید تیتانیم با افزایش دما نیز اکسیژن از دست داده و یون های تیتانیم در جاهای خالی اکتاهدرال بین نشین می گردند و هدایت الکتریکی به طور محسوسی بالا رفته و نیمه هادی از نوع n حاصل می شود.

  دی اکسید تیتانیم، تیتانیا، Tio2

یکی از استفاده مهم دی اکسید تیتانیم در تهیه سنسورهای اکسیژنی است. هدایت الکتریکی دی اکسید تیتانیم با کاهش فشار اکسیژن افزایش می یابد به طوری که به ازای کاهش فشار اکسیژن از 1 به 0.1 اتمسفر هدایت الکتریکی تا 10 برابر افزایش می یابد. این حساسیت قابل توجه دی اکسید تیتانیم به فشار اکسیژن آن را به عنوان یک سنسور اکسیژنی مطرح کرده است. ترکیب غیر استوکیومتری TiO3 به صورت TiO2-x نشان داده می شود که به مفهوم جاهای خالی اکسیژن و یا بین نشین های تیتانیم در شبکه کریستالی می باشد. وجود عیوب چون جاهای خالی و بین نشین ها منشا ایجاد الکترون بوده و غلظت الکترون ها متناسب با PO2 -1.5 می باشد. مطابق روابط ترمودینامیکی و سینتیکی نشکیل جاهای خالی برای TiO2آسانتر از تشکیل بین نشین های تیتانیم می باشد. معمولا دی اکسید تیتانیم پلی کریستال متخلخل به دلیل افزایش سطح موثر برخورد با گاز و کاهش مقطع عرضی موثر زمان پاسخگویی کوتاهتری از خود نشان می دهد. از آنجایی که هدایت الکتریکی دی اکسید تیتانیم به طور اکسپونانسیلی با PO2 و دما تغییر می نماید نحوه عملکرد حساسیت سنسورهای ساخته شده از آن نیز با دما تغییر می نماید. یک راه حل مهندسی جهت رفع این مشکل استفاده از یک ترموستات متصل به منبع حرارتی بوده تا بدین وسیله سنسور در یک دمای ثابت نگه داشته شود. این دمای ثابت بالاتر از دماهای گازهای خروجی است.

دی اکسید تیتانیم، تیتانیا، Tio2

دی اکسید تیتانیم، تیتانیا، Tio2  

از آنجایی که مقاومت الکتریکی دی اکسید تیتانیم در برخورد با یک مخلوط گازی تغییر می نماید بنابراین می تواند به عنوان کنترل کننده آلودگی های گازی در خودروها و کارخانجات صنعتی عمل نماید. اکسید تیتانیم به دلیل ارزان بودن و پایداری شیمیایی خوب در محیط های خورنده و داغ می تواند سنسور یا حسگر خوبی در برابر گازهایی چون اکسیژن، NO2، CO، اتانول، متانول و غیره باشد. پایداری ساختار، اندازه دانه ها، درصد تخلخل، مواد افزودنی و ... از عواملی هستند که بر روی درجه حسگری آن تاثیر می گذارند. به عنوان مثال با کاهش اندازه ذرات این خاصیت افزایش می یابد و امروزه حسگرهای نانو به بازار مصرف آمده اند. مواد مختلفی نظیر Cu، V، Mo، Nb، Pt، Si، Cr، Ta به دی اکسید تیتانیم اضافه شده تا بعضی اثرات مورد نظر را ایجاد نمایند چنانکه کروم، تانتال، نایوبیم، تنگستن مانع استحاله فازی آناتاز به روتیل شده و مانع رشد دانه در ضمن عملیات حرارتی می شوند. معمولا سنسورهای لایه نازک دمای کاری 400-200 درجه سانتی گراد را دارند در حالی که از نوع حجیم تر قابلیت عمل در دماهای بین 1000-600 درجه سانتی گراد را دارند. کاهش ضخامت حساسیت تبدیل فازی افزایش یافته و نمی توان سنسور را در دماهای بالا به کار برد.

در عمل برای ساخت سنسورهای از نوع اکسید تیتانیم یک فیلم نازک از دی اکسید تیتانیم بر روی یک زمینه سرامیکی به عنوان زیر لایه مانند آلومینا قرار می گیرد و دو الکترود پلاتینی تغییر مقاومت این لایه نازک را اندازه می گیرند. ایجاد فیلم نازک دی اکسید تیتانیم به کمک روش های رسوب فیزیکی از فاز بخار (PVD)، رسوب شیمیایی از فاز بخار (CVD)، سل – ژل، غوطه وری و کاشت یونی انجام می گیرد. اما روش سل ژل به دلیل سادگی فرآیند، نیاز به تجهیزات کم، هزینه پایین، ایجاد سطح ویژه بالا، کنترل ریز ساختار و قابلیت رشد فیلم بر روی تمام سطوح زیر لایه از متداول ترین آن ها می باشد. در روش سل ژل از ترکیباتی چون بوتوکسید تیتانیم یا ایزوپروپکساید تیتانیم به عنوان حامل یا پیش ماده تیتانیم، از دو پروپانول یا n-بوتانول به عنوان حلال، از اسید استیک، اسید کلریدریک و استیل استون به عنوان پایدار کننده استفاده می شود. زیر لایه از جنس آلومینا، یاقوت و شیشه و یا ویفر سیلیکونی بوده که به خوبی آلودگی زدایی شده و وارد محلول سل – ژل می شود. با هیدرولیز ترکیبات آلی – فلزی یک لایه نازک از هیدروکسید تیتانیم سطح مورد نظر را می پوشاند. با عملیات خشک کردن در دمای 110-170 درجه سانتی گراد حلال تبخیر شده و با عملیات حرارتی نهایی در 400-900 درجه سانتی گراد به مدت حدود یک ساعت هیدروکسیدها تجزیه شده و فازهای آناتاز، روتیل و بروکیت شکل می گیرند. فرآیند تکرار می شود تا ضخامت مورد نظر بدست آید.

دی اکسید تیتانیم به دلیل عدم ایجاد الکتریسیته ساکن و مقاومت به سایش بالا و اصطکاک سطحی کم به عنوان هدایت کننده الیاف نساجی مورد استفاده قرار گرفته به طوری که نخ را با سرعت 50 متر بر ثانیه هدایت می کند. روتیل جهت هدایت نخ های از جنس الیاف ریون، نایلون، ابریشم، کنف، شیشه و الیاف کتانی استفاده می شود. به علت چقرمگی پایین کمتر در کاربردهای سازه ای از آن استفاده می شود.

 

روش های سنتز پودر دی اکسید تیتانیم

ویرایش
 
 
 
 

ماسه های بادی و ساحلی به نام روتیل با 90 تا 98 درصد TiO2، ایلیمنیت (Mg, Mn, Fe)TiO3 با عیار 43 تا 61 درصد اکسید تیتانیم، سرباره های تیتان – آهن با 70 تا 85 درصد TiO2 و روتیل مصنوعی با 85 تا 90 درصد TiO2 مهم ترین منابع معدنی و صنعتی دی اکسید تیتانیم محسوب می شوند. برای تهیه دی اکسید تیتانیم خالص ابتدا منابع معدنی در دماهای بین 950 تا 1150 درجه سانتی گراد تکلیس شده تا آناتاز موجود در آن ها به روتیل تبدیل گردند.

-کلریناسیون

در روشی دیگر مخلوط منابع معدنی دی اکسید تیتانیم و کک در دماهای حدود 160 تا 175 درجه سانتی گراد مورد کلراسیون قرار گرفته به طوری که بخار تتراکلرید تیتانیم شکل می گیرد که با اکسیداسیون آن در یک اتمسفر اکسیژنی TiO2 تشکیل می شود:

  دی اکسید تیتانیم، تیتانیا، Tio2

TiO2 (روتیل) + C+Cl2 = TiCl6 +CO2+ CO       900-1000oC

TiCl6+ O2+N2 = TiO2+2Cl2+N2                          1000oC

در عمل مخلوط مواد اولیه بعد از آسیا شدن تا حد 2 تا 10 میلی متر وارد یک راکتور شده و با گاز کلر در دمای 160 تا 175 درجه سانتی گراد مورد واکنش قرار می گیرد. کلر با اکسیدهای آهن و تیتانیم واکنش داده و ترکیبات کلرید آهن و تیتانیم به شکل گازی از انتهای تیوب خارج شده و به داخل یک بالن شیشه ای با دمای 4- درجه سانتی گراد هدایت می شوند. به طوری که با میعان یافتن بخارات، مایع سیاه رنگی از کلریدهای آهن و تیتانیم شکل می گیرد. با عملیات تقطیر جزء به جزء کلرید تیتانیم که نقطه جوش پایین تری دارد از کلرید آهن جدا می شود. ناخالصی های باقی مانده از قبیل سیلیسیم، وانادیم، زیرکونیم، نقره و ... توسط شستشو با اولئوم (اسید سولفوریک دود کننده) حذف می شوند. با اضافه کردن آب و الکل اتیلیک به کلرید تیتانیم هیدرولیز کامل صورت گرفته و حالت ژله ای مانند شکل می گیرد. ژل حاصله را کلسینه نموده تا اکسید تیتانیم حاصل شود. می توان از اکسیداسیون TiCl4 توسط اکسیژن خشک در 650 تا 700 درجه سانتی گراد اکسید تیتانیم با خلوص بالا رسید که عموما به شکل روتیل است.

- روش سولفاتی

در این روش معمولا مواد به شکل ایلمنیت به صورت کاملا ریز آسیاب شده و در اسید سولفوریک غلیظ حل می گردد (150-200 درجه سانتی گراد) به طوری که سولفات آهن و تیتانیم شکل می گیرد. با افزایش قراضه یا براده آهن یون های آهن 3 به 2 تبدیل می شود. با تبخیر محلول و سرد نمودن بعدی مقادیر زیادی سولفات آهن 2 متبلور می شود (FeSO4.7H2O). بعد از عمل فیلتراسیون محلول مجددا به کمک بخار آب تا دمای بین 95 تا 110 درجه سانتی گرم شده تا اینکه سولفات تیتانیم به دی اکسید تیتانیم هیدراته هیدرولیز شده و رسوب نماید. می توان با افزایش پودر اکسید تیتانیم خالص به عنوان جوانه زا سرعت رسوب دهی را افزایش داد. با فرآیند تکلیس در دماهای بین 800 تا 1000 درجه سانتی گراد اکسید تیتانیم شکل می گیرد. لازم به ذکر است که کانی روتیل در اسید سولفوریک قابل حل نیست و برای تخلیص آن باید به روش دیگری عمل کرد.

 

موضوعات مرتبط: اکسیدها , ,

|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0


کاربردهای اکسید زیرکونیم
جمعه 3 / 2 / 1393 ساعت 20:37 | بازدید : 2163 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

کاربردهای اکسید زیرکونیم (Zirconium Oxide Application) بسیار است که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

کاربردهای دینامیکی:

زیرکونیا در شرایط مناسب ریزساختاری و فازی بالاترین مقاومت به ضربه را در بین سرامیک ها دارد و به همین دلیل در مواردی چون چوب گلف، قیچی سرامیکی، حدیده های کشش سیم، قالب های اکستروژن گرم، واشر در شیرها، پروانه پمپ های انتقال مواد شیمیایی و لجن ها، سر پیستون و آستر پیستون ها کاربرد دارد و کاربرد آن به عنوان اجزاء موتورهای حرارتی باعث شده تا از کاهش دمای موتور جلوگیری شده و بازده موتور افزایش یابد از طرفی میزان سایش کاهش یافته و عمر موتور افزایش می یابد. در همین راستا به عنوان سر سوپاپ، میل لنگ، شاتون و بادامک ها که مقاومت به سایش در آن ها اهمیت دارد، استفاده می شود. یک شرکت آمریکایی یک موتور تحقیقاتی از پوسته نیترید سیلیسیم و اجزای زیرکونیایی طراحی نموده است که مصرف سوخت آن به طور قابل توجهی پایین است. جهت پایداری شیمیایی زیرکونیا در دماهای بالا مطالعه آن جهت کاربرد در سیستم های حرارتی اگزوز، موتور جت و موشک،توربین های گازی به طور جدی دنبال می شود.

اکسید زیرکونیم، زیرکونیا

المنت حرارتی:

در دماهای بالا نقص های شبکه ای زیاد شامل حامل بار الکتریکی در زیرکونیا به وجود آمده که نتیجه آن افزایش هدایت الکتریکی می باشد. غلظت این عیوب می تواند با افزایش کاتیون های ثانویه چون کلسیم و یا کاتیون های با ظرفیت متغیر افزایش یابد.

به عنوان مثال با افزایش CeO2 دانسیته حامل های بار الکترونی افزایش می یابد:

bold Ce to the power of bold 3 bold plus end exponent bold rightwards double arrow bold Ce to the power of bold 4 bold plus bold space end exponent bold plus bold e

مطابق آنچه گفته شد با افزایش دما مقاومت الکتریکی زیرکونیا کاهش می یابد به طوری که زیرکونیای تثبیت شده در 200 درجه سانتی گراد مقاومت حدود 2300 اهم بر متر را داشته اما در دمای 700 درجه سانتی گراد این مقاومت به 0.4 می رسد. از طرفی به دلیل دیرگدازی و مقاومت به اکسیداسیون و شوک حرارتی بالا برای زیرکونیا باعث شده تا زمینه های کاربردی آن به عنوان المنت های حرارتی در کوره های الکتریکی تا دمای 2000 درجه سانتی گراد ایجاد شود. المان های فلزی تا 1300 درجه سانتی گراد (کانتال) و از نوع پلاتینیم تا 1600 درجه سانتی گراد را تحمل می نمایند. المان های سرامیکی مثل کاربید سیلیسیم تا 1560 و سوپر کانتال دی سیلیسید مولیبدن تا 1800 درجه سانتی گراد را تحمل می نماید. اما این دو سرامیک محدودیت جدی به دلیل اکسیداسیون در دماهای بالا دارند. زیرکونیا نه تنها مشکل اکسیداسیون را نداشته بلکه از هدایت حرارتی بالاتری در دماهای بالا نسبت به سرامیک های یاد شده برخوردار است. برای حل مشکل هدایت کم زیرکونیا در دماهای پایین از کنتاکت های پلاتین در دو انتهای آن استفاده می شود. بدین ترتیب تا 1000 درجه سانتی گراد به واسطه المان های مقاومتی فلزی پیش گرم شده و به اندازه کافی رسانا می گردد. پیش گرم کردن می تواند به وسیله جا دادن یک ماده حساس (پذیرنده) مانند کاربید سیلیسیم در داخل زیرکونیا صورت پذیرد. این سیستم مشکل کنتاک های الکتریکی را نداشته ولی بازده انرژی کمتری دارد و المان های زیرکونیایی در 1800 درجه سانتی گراد قابلیت تحمل بیش از 10000 ساعت را دارند.

دیرگداز:

زیرکونیای تثبیت شده به جهت نقطه ذوب بالا و خواص شیمیایی عالی به عنوان یک نسوز مناسب مطرح است. حضور ذرات زیرکونیای تثبیت نشده در نسوزهایی مانند آلومینا باعث افزایش مقاومت به سایش و مقاومت به شوک حرارتی شده و کاربرد آن را در مواردی چون شیرهای راهگاهی لغزنده در تجهیزات فرآیند ریخته گری مداوم فولاد و یا نازل ها و افشانک های خروج مذاب در پاتیل های میانی و سیتم های کشویی پاتیل ها امکان پذیر می کند. در حقیقت با تحول فازی، شبکه ای از ترک های ریز شکل گرفته که باعث مهار رشد ترک اصلی می شود. در همین راستا از زیرکونیا در ساخت بوته های ذوب فلز به خصوص ذوب فلزات گران بها و سوپر آلیاژ (مصرفی در پره های توربین)، بوته های چینی آزمایشگاهی و شیمیایی، نسوزهای مقاوم در برابر شوک حرارتی در آستر کوره ها و پاتیل ها، ابزارآلات کوره های پخت سرامیک استفاده می شود. محدودیت اصلی آن مقاومت کم در برابر حمله سرباره های بازی و اکسید آهن می باشد.

مذاب تیتانیم حالت خورندگی شیمیایی و مکانیکی شدیدی داشته به طوری که هیچ نوع دیرگدازی تا کنون نتوانسته در برابر آن مقاومت کند. زیرکونیا تنها دیرگدازی است که به وسیله تیتانیم تر نشده و درآن حل نمی شود.

فیبرهای نسوز:

زیرکونیا یک عایق حرارتی خوب به شکل های فیبر، کاغذ، نمد و ورق در دماهای بالا مطرح می باشد. فیبرهای زیرکونیایی که فویل های کریستاله بوده و از اندازه دانه با اندازه 0.2 میکرون برخوردار می باشد تحمل دماهای 1650 تا 1700 درجه سانتی گراد را دارد. با عبور ماده آلی از جنس ابریشم مصنوعی از داخل محلول آبی کلرید زیرکونیم و کلرید ایتریم پوششی از زیرکونیا بر روی آن ها قرار می گیرد. فیبرهای آلی در دماهای به اندازه کافی بالا سوخته شده و خارج می شوند. فیبرهای زیرکونیایی به دست آمده به منظور کریستالیزه شدن در دماهای بین 800 تا 1300 درجه سانتی گراد تحت عملیات حرارتی قرار گرفته و در نهایت پخت می شوند. این فیبرها به عنوان جدا کننده در باتری های فضایی، فیلترهای گاز گرم ، دیافراگم پوشش های حرارتی و شیمیایی مصرف دارند.

پوشش محافظ حرارتی:

وجود یک پوشش نازک سرامیکی بر روی تیغه های فلزی رتورهای توربین باعث افزایش دمای کاربرد آن ها به میزان 100 تا 200 درجه سانتی گراد و در نتیجه افزایش بازده موتور توربین بین 6 تا 12 درصد می شود. معمولا لایه ای از زیرکونیا به صورت پلاسما تا ضخامت 0.06 سانتی متر به واسطه یک لایه میانی (0.07 سانتی متر) بر روی فلز قرار می گیرد. لایه میانی یک ترکیب سرامیکی با ضریب انبساط حرارتی نزدیک به فلز بوده و به عنوان اتصال دهنده فلزی عمل می نماید. پوشش زیرکونیا از پایداری شیمیایی خوبی برخوردار بوده  و در محیط هایی چون توربین گازی به خوبی عمل می نماید.

اعمال پوشش های زیرکنیایی به روش سل – ژل بر روی سطح رولرهای سرامیکی به دلیل ضریب انبساطی کم از دیگر موارد قابل ذکر است. عمر مفید رولرهای سرامیکی در کوره های پخت سرامیک به دلایل زیر پایین است: 1- حضور گازهای احتراقی چون بخار آب، دی اکسید و منواکسید کربن، دی اکسید گوگرد و سولفید هیدروژن

2- وجود شیب حرارتی و بالطبع تنش های حرارتی

3- وجود بخار اکسیدهای قلیایی چون اکسیدهای سدیم، پتاسیم و لیتیم که در دماهای پخت بالاتر از 900 درجه سانتی گراد در کوره ایجاد شده و در لایه سطحی رولرها نفوذ و منشا واکنش های شیمیایی خورنده آن می شوند.

4- تنش های مکانیکی ناشی از وزن رولر، وزن قطعات و حرکات پیچشی رولر در قسمت جهنم کوره موجب خزش و شکست رولر می شوند.

5- تماس با لعاب بدنه و نفوذ فاز شیشه از سطح بدنه سرامیکی به سطح رولر.

عوامل فوق نه تنها باعث کاهش کیفیت محصولات می شود بلکه زیان های اقتصادی را به دنبال دارد. جهت افزایش عمر این رولر ها یک لایه پوشش سل – ژل زیرکونیایی بر روی سطح آن ها اعمال می شود که مهمترین نقش آن جلوگیری از نفوذ  گازها و بخارهای اکسیدهای قلیایی خورنده می باشد.

کاربردهای الکتریکی:

با مخلوط کردن اکسیدهای زیرکونیم، سرب و تیتانیم به نسبت معین ترکیب زیرکونات سرب و تیتانیم حاصل شده که دارای کاربردهای الکتریی و الکترونیکی می باشد. در ترکیب Pb(ZrTi)O3هر یون سرب با 12 یون اکسیژن و هر یون زیرکونیم یا تیتانیم با 6 یون اکسیژن همسایه بوده و تشکیل یک شبکه FCC می دهند. به علت بزرگ بودن یون های سرب شبکه حالت انبساطی داشته و یون های زیرکونیم دقیقا در مرکز شبکه قرار نداشته و واحد شبکه از نظر بار الکتریکی متقارن نبوده به صورت یک دو قطبی عمل می کند. با اعمال یک میدان الکتریکی دو قطبی های الکتریکی در جهت معینی منظم شده و به اصطلاح نمونه قطبی می شود. بسته به نوع میدان اعمال شده سرامیک انبساط و یا انقباض از خود نشان می دهد که به پدیده پیزوالکتریک معروف است. بالعکس اگر یک نیروی خارجی بر سرامیک اعمال شود تغییری در ابعاد دو قطبی ها باعث ایجاد اختلاف پتانسیل در دو سر نمونه سرامیکی می شود یعنی پدیده پیزوالکتریک دو طرفه است. از این نوع پیزوالکتریک ها به عنوان استارترهای گازی مبدل مکانیکی – الکتریکی در سیستم ضبط صوت، ترانس و دیودهای ماورا صوت، تولید کننده موج های فشاری صوتی برای اکو، شتاب سنج ها، میکروفن ها و بلند گوها استفاده می شود.

شیشه و لعاب:

زیرکونیا به دلیل مقاومت بسیار بالا در برابر محیط های قلیایی کاربرد آن در لعاب ها و شیشه ها و یا نسوزها گسترش یافته است. فیبرهای شیشه ای شامل 6 تا 16 درصد زیرکونیا به عنوان فیلمنت های مسلح کننده در بتن کاربرد پیدا نموده است. یون های زیرکونیم در شیشه تمایل به پیدا کردن عدد همسایگی 4 دارند بدین ترتین در شبکه سیلیکات قرار می گیرند در حالی که در سرد شدن شبکه سیلیکات تمایل به یافتن عدد همسایگی 6 را دارد که برای زیرکونیم امکان پذیر نیست. بنابراین از شبکه جدا شده و به عنوان عامل جوانه زا عمل می کند. از طرفی حلالیت آن در مذاب سیلیکات محدود می باشد (4-3)% سعی بر این است که زیرکونیا به شکل ناپایدار تتراگونال در شبکه Na2O-SiO2-ZrO2-Al2O3 در دماهای حدود 940 درجه سانتی گراد متبلور شود. در لعاب ها به عنوان مات کننده و در لعاب های سفید که بر روی ورقه های آهنی به کار می رود به عنوان عامل رسوب کننده محسوب می شود.

پایه رنگدانه های سرامیکی:

رنگدانه های بر پایه زیرکونیا به دلیل مقاومت خوبی که در شرایط حاد شیمیایی و حرارتی از خود نشان می دهند به طور گسترده در صنایع کاشی، ظروف غذاخوری، چینی بهداشتی مورد استفاده قرار می گیرند. از چهار رنگ اصلی سه تای آن ها بر پایه زیرکونیا می باشد. رنگ آبی در حضور اکسید وانادیم، زرد و در حضور پرازئودیمیم و قرمز تا صورتی در حضور اکسید آهن مورد استفاده قرار می گیرد. در تمامی رنگ های بر پایه زیرکونیا، ZrO2 با سیلیکا ترکیب شده و تشکیل شبکه سیلیکات داده به طوری که یون های رنگ دهنده (کروموفور) در داخل این شبکه جایگزین تعدادی از یون های زیرکونیم می شود. البته مینرال سازهایی برای شدت بخشیدن تشکیل زیرکن (سیلیکات زیرکونیم) اضافه می شود و بر شدت رنگ اثر می گذارد.

ساینده ها و ابزارهای برشی:

زیرکونیا به واسطه تحول فازی تنش های فشاری در سطح ایجاد نموده و به همین دلیل کاربردهای نوینی در ابزار های برنده و مقاوم در برابر سایش پیدا کرده است. چرخ های ساینده آلومینا – زیرکونیا هفت برابر بهتر از چرخ های آلومینای خالص کار می کنند. کاربرد آن به عنوان گلوله های بال میل، انواع قیچی های برش و یا تیغه های برش در صنعت برش دهنده در صنعت کاغذ، هدایت کننده الیاف نساجی و بسیاری موارد دیگر متداول شده است. عمر بسیار زیاد و دوره کار طولانی مدت و فاصله زمانی استراحت کم این نوع ابزار ها موجب جبران قیمت اولیه می شود.

اکسید زیرکونیم، زیرکونیا

سنسور اکسیژنی:

در اتومبیل های مسئله افزایش راندمان سوخت و کنترل آلودگی مهمترین پارامترها بود و تا به حال راه حل مختلفی برای آن ارائه شده است. به طوری که جهت کاهش آلاینده های خروجی چون منواکسید، اکسیدهای نیتروژن و هیدروکربن ها از کاتالیست های مختلف استفاده می شود. تبدیل کننده های کاتالیستی فقط در یک دامنه محدود از شرایط احتراق (نسبت معنی از سوخت به هوا) می توانند مفید واقع شوند. از آنجایی که غلظت اکسیژن در گازهای خروجی بسته به نسبت هوا / سوخت از 9-10 تا 21-10 اتمسفر تغییر می کند، بنابراین می تواند معیار خوبی برای اندازه گیری راندمان و کنترل شرایط احتراق باشد. بر همین اساس اتومبیل های جدید مجهز به یک سیستم اتوماتیک تنظیم سوخت و هوا بر اساس سنسور اکسیژنی هستند که عمدا از جنس سرامیک های الکترولیتی یونی هستند. این نوع سنسورها با دو مکانیزم مختلف عمل می کنند یکی بر اساس پتانسیل الکتروشیمی ناشی از اختلاف فشار اکسیژن که بیشتر در مورد سرامیک های زیرکونیا مطرح است و دیگری بر اساس وابستگی هدایت الکترونیکی به فشار اکسیژن می باشد که در راستای آن سنسورهای TiO2 و ZrO2 توسعه یافته است.

تولید هیدروژن:

تبدیل آب به هیدروژن پر هزینه بوده با وجود این از آن جهت بالا بردن راندمان نیروگاه های حرارتی استفاده می شود. با الکترولیز در دماهای بالا می توان بازده تولید هیدروژن را بالا برد این هدف با استفاده از یک غشا متخلخل زیرکونیای تثبیت شده انجام می گیرد به طوری که بخار آب در کاتد به واسطه اعمال ولتاژ تجزیه شده و یون اکسیژن از میان غشا گفته شده جریان می یابد در حالی که هیدروژن از مدار خارج می شود. الکترودها از جنس پروسکایت انتخاب شده و از نظر اقتصادی نسبت به فلزات نادر ارجحیت دارد.

پیل سوختی:

پیل های سوختی دمای بالا به عنوان تکنولوژی پیشرفته در افزایش راندمان تولید انرژی و کاهش آلودگی مطرح هستند. اساس کار آن ها بر پایه تبدیل سوخت های فسیلی به انرژی الکتریکی به واسطه یک سری واکنش های الکتروشیمیایی می باشد. به عبارتی مخلوط گازی قابل احتراق (H2+CO) از سطح داخلی زیرکونیایی که به شکل یک لوله می باشد عبور نموده در حالی که جریانی از هوا یا اکسیژن در امتداد سطح خارجی زیرکونیا عبور می نماید بدین ترتیب به واسطه اختلاف فشار اکسیژن در دو طرف سطح جریانی از نفوذ یون های اکسیژن از جداره لوله زیرکونیایی به عنوان الکترولیت به سمت داخل لوله برقرار می گردد. با عبور اکسیژن از درون الکترولیت (ZrO2-Y2O3) گازهای  H2 و CO امکان احتراق پیدا نموده و گازهای CO2 و H2O تولید می شود، انرژی آزاد حاصل از واکنش های احتراق به یک جریان الکترکی تبدیل شده که به صورت کار مفید در مدار خارجی استفاده می شود. الکترولیت جامد از ZrO2 تثبیت شده با هدایت یونی بالا بوده که تلفات ناشی از مقاومت پیل را به حداقل می رساند. ولتاژ پیل در 1000 درجه سانتی گراد بر اساس معادله نرنست حدود یک ولت می باشد. به منظور ایجاد جریان و ولتاژ بالاتر پیل ها به طور موازی و یا سری ترکیب می شوند. گاز هیدروژن به علت عدم ایجاد آلودگی به عنوان سوخت ترجیح داده می شود. گازهای محترق خروجی دمای حدود 800 درجه سانتی گراد را داشته که می تواند مورد استفاده قرار گیرد. در این فرآیند احتمال رسوب کربن روی الکترودها وجود داشته که بازده را به شدت می کاهد. با استفاده از گازهای طبیعی مانند متان یا اتان و با کنترل درجه اکسیداسیون می توان محصولات مختلفی را ایجاد کرد (الکل، استن، ...). بدین ترتیب این نوع پیل ها با مصرف گاز طبیعی به عنوان سوخت اولیه می تواند به دو منظور تولید الکتریسیته و تولید محصولات جانبی به کار گرفته شود.

اکسید زیرکونیم، زیرکونیا

باتری های ذخیره کننده:

از هدایت کننده های کاتیونی مانند زیرکونیا به عنوان باتری های ذخیره کننده استفاده می شود. در حقیقت زیرکونیا در این نوع باتری ها به عنوان جدا کننده آند و کاتد چون سدیم و گوگردعمل می نماید. به واسطه واکنش های انجام گرفته بین آند و کاتد توان الکتریکی حاصل می شود. پتانسیل تولید شده بستگی به ترکیب شیمیایی زیرکونیا و هدایت یونی آن دارد. از الکترولیت های مناسب دیگر برای این باتری ها می توان به سرامیک هایی چون ZrO2+CeO2 ، β-Al2O3 شیشه های قلیایی و یا یدیدهای فلزی مانند AgI اشاره نمود.

سایر کاربردها:

زیرکونیا به واسطه سطحی با اصطکاک کم و حداقل جذب نوترون های برخوردی به آن به عنوان بازتاب دهنده های نوترونی در راکتورهای اتمی کاربرد دارد. این سرامیک جایگزین بسیار خوبی برای آلومینا یا آلیاژهای فلزی در کاربردهای ارتوپدیک در بدن انسان می باشد. اکسید زیرکونیم مکعبی به عنوان جواهر مصنوعی نیز کاربرد دارد.

اکسید زیرکونیم، زیرکونیا

موضوعات مرتبط: اکسیدها , ,

|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0


جمعه 3 / 2 / 1393 ساعت 20:33 | بازدید : 725 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

سوپر آلیاژ (Superalloy) به آلیاژهای پایه نیکل، پایه آهن – نیکل و پایه کبالت گفته می شود که عموما در دماهای بالاتر از 540 درجه سانتی گراد استفاده می شوند. سوپر آلیاژ های پایه آهن – نیکل مانند آلیاژ IN-718 از فن آوری فولادهای زنگ نزن توسعه یافته اند و معمولا به صورت کار شده هستند. سوپر آلیاژ های پایه نیکل و پایه کبالت بسته به نوع کاربرد و ترکیب شیمیایی می توانند به صورت ریخته یا کار شده باشند.

از آغاز پیدایش سوپر آلیاژ ها، تعداد زیادی آلیاژ شناخته شده و مورد مطالعه قرار گرفته و تعدادی نیز به عنوان اختراع ثبت شده اند. تعدادی از آن ها در طول سالیان گذشته غربال شده و تعدادی به صورت گسترده مورد استفاده قرار گرفته اند. در شکل زیر رفتار تنش گسیختگی سه گروه آلیاژی با یکدیگر مقایسه شده اند (سور آلیاژهای پایه آهن- نیکل، پایه نیکل و پایه کبالت).

استحکام گسیختی سوپرآلیاژها

سوپرآلیاژ های دارای ترکیب شیمیایی مناسب را می توان با آهنگری و نورد به اشکال گوناگون درآورد. ترکیب های شیمیایی پرآلیاژ تر معمولا به صورت ریخته گری می باشند. ساختارهای سرهم بندی شده را می توان با جوشکاری یا لحیم کاری بدست آورد، اما ترکیب های شیمیایی که دارای مقادیر زیادی از فازهای سخت کننده هستند، به سختی جوشکاری می شوند. خواص سوپرآلیاژها را با تنظیم ترکیب شیمیایی و فرآیند (شامل عملیات حرارتی) می توان کنترل کرد و استحکام مکانیکی بسیار عالی در محصول تمام شده به دست آورد.

 

اصول متالورژی سوپر آلیاژها

ویرایش
 
 
 
 

سوپرآلیاژهای پایه آهن، نیکل و کبالت معمولا دارای ساختار بلوری با شبکه مکعبی با سطوح مرکزدار (FCC) هستند. آهن و کبالت در دمای محیط دارای ساختار FCC نیستند. هر دو فلز در دماهای بالا یا در حضور عناصر آلیاژی دیگر، دگرگونی یافته و شبکه واحد آن ها به FCC تبدیل می شود. در مقابل، ساختمان بلوری نیکل در همه دماها به شکل FCC است. حد بالایی این عناصر در سوپر آلیاژها توسط دگرگونی فازها و پیدایش فازهای آلوتروپیک تعیین نمی شود بلکه توسط دمای ذوب موضعی آلیاژها و انحلال فازهای استحکام یافته تعیین می گردد. در ذوب موضعی بخشی از آلیاژ که پس از انجماد ترکیب شیمیایی تعادلی نداشته است در دمایی کمتر از مناطق مجاور خود ذوب می شود. همه آلیاژها دارای یک محدوده دمایی ذوب می شوند و عمل ذوب شدن در دمای ویژه ای صورت نمی گیرد، حتی اگر جدایش غیر تعادلی عناصر آلیاژی وجود نداشته باشد. استحکام سوپر آلیاژ ها نه تنها به وسیله شبکه FCC و ترکیب شیمیایی آن، بلکه با حضور فازهای استحکام دهنده ویژه مانند رسوب ها افزایش می یابد. کار انجام شده بر روی سوپر آلیاژ (مانند تغییر شکل سرد) نیز استحکام را افزایش می دهد، اما این استحکام به هنگام قرارگیری فلز در دماهای بالا حذف می شود.

تمایل به دگرگونی از فاز FCC به فاز پایدارتر در دمای پایین وجود دارد که گاهی در سوپر آلیاژ های کبالت اتفاق می افتد. شبکه FCC سوپر آلیاژ قابلیت انحلال وسیعی برای بعضی عناصر آلیاژی دارد و رسوب فازهای استحکام دهنده (در سوپر آلیاژ های پایه آهن – نیکل و پایه نیکل) انعطاف پذیری بسیار عالی آلیاژ را به همراه دارد. چگالی آهن خالص 7.8 گرم بر سانتی متر مکعب و چگالی نیکل و کبالت تقریبا 8.9 گرم بر سانتی متر مکعب است. چگالی سوپر آلیاژ های پایه آهن - نیکل تقریبا 8.3-7.9 گرم بر سانتی متر مکعب، پایه کبالت 9.4-8.3 و پایه نیکل 7.8-8.9 است.

سوپر آلیاژ،سوپرآلیاژ، superalloy

چگالی سوپر آلیاژ ها به مقدار عناصر آلیاژی افزوده شده بستگی دارد. عناصر آلیاژی Ti،Cr و Al چگالی را کاهش و W،Re و Ta آنرا افزایش می دهند. مقاومت به خوردگی سوپر آلیاژ ها نیز به عناصر آلیاژی افزوده شده و به ویژه Al، Cr و محیط بستگی دارد.

دمای ذوب عناصر خالص نیکل،کبالت و آهن به ترتیب 1453،1495 و 1537 درجه سانتی گراد است. دمای ذوب حداقل (دمای ذوب موضعی) و دامنه ذوب سوپر آلیاژ ها، تابعی از ترکیب شیمایی و فرآیند اولیه است. به طور کلی دمای ذوب موضعی سوپر آلیاژ های پایه کبالت نسبت به سوپرآلیاژها پایه نیکل بیشتر است. سوپرآلیاژهای پایه نیکل ممکن است در دمای 1204 درجه سانتی گراد از خود ذوب موضعی نشان دهند. انواع پیشرفته سوپر آلیاژ های پایه نیکل تک بلور دارای مقادیر محدودی از عناصر کاهش دهنده دمای ذوب هستند و به همین لحاظ، دارای دمای ذوب موضعی برابر یا کمی بیشتر از سوپر آلیاژ های پایه کبالت هستند.

 

ویژگی ها و خواص سوپر آلیاژها

ویرایش
 
 
 
 
1- فولادهای معمولی و آلیاژهای تیتانیم در دماهای بالاتر از 540 درجه سانتی گراد دارای استحکام کافی نیستند و امکان خسارت دیدن آلیاژ در اثر خوردگی وجود دارد.

2- چنانچه استحکام در دماهای بالاتر (زیر دمای ذوب که برای اکثر آلیاژها تقریبا 1204-1371) مورد نیاز باشد، سوپر آلیاژ های پایه نیکل انتخاب می شوند.

3- از سوپر آلیاژهای پایه نیکل می توان در نسبت دمایی بالاتری (نسبت به دمای ذوب) در مقایسه با مواد تجاری موجود استفاده کرد. فلزات دیرگداز (نسوز) نسبت به سوپر آلیاژ ها دمای ذوب بالاتری دارند ولی سایر خواص مطلوب آن ها را ندارند و به همین خاطر به طور وسیعی مورد استفاده قرار نمی گیرند.

4- سوپر آلیاژ های پایه کبالت را می توان به جای سوپر آلیاژ های پایه نیکل استفاده کرد که این جایگزینی به استحکام مورد نیاز و نوع خوردگی بستگی دارد.

5- در دماهای پایین تر وابسته به استحکام مورد نیاز، سوپر آلیاژ های پایه آهن - نیکل نسبت به سوپر آلیاژ های پایه نیکل و پایه کبالت کاربرد بیشتری پیدا کرده اند.

6- استحکام سوپر آلیاژ نه تنها مستقیما به ترکیب شیمیایی بلکه به فرآیند ذوب، آهنگری و روش شکل دهی، روش ریخته گری و بیشتر از همه به عملیات حرارتی پس از شکل دهی، آهنگری یا ریخته گری بستگی دارد.

 

7- سوپر آلیاژ های پایه آهن – نیکل نسبت به سوپر آلیاژ های پایه نیکل و پایه کبالت ارزان تر هستند.

8- اکثر سوپر آلیاژ های کار شده برای بهبود مقاومت خوردگی دارای مقداری کروم هستند. مقدار کروم در آلیاژهای ریخته در ابتدا زیاد بوده، اما به تدریج مقدار آن کاهش یافت تا عناصر آلیاژی دیگری برای افزایش خواص مکانیکی سوپر آلیاژ های دما بالا، به آن ها افزوده شوند. در سوپر آلیاژ های پایه نیکل با کاهش کروم مقدار آلومینیم افزایش یافت، در نتیجه مقاومت اکسیداسیون آن ها در همان سطح اولیه باقی می ماند و یا افزایش می یابد، اما مقاومت در برابر انواع دیگر خوردگی کاهش می یابد.

9- سوپر آلیاژ ها مقاومت در برابر اکسیداسیون بالایی دارند اما در بعضی موارد مقاومت خوردگی کافی ندارند. در کاربرد هایی مانند توربین هواپیما که دما بالاتر از 760 درجه سانتی گراد است سوپرآلیازها باید دارای پوشش کافی باشند. سوپر آلیاژها در کاربردهای طولانی مدت در دماهای بالاتر از 649 درجه سانتی گراد مانند توربین های گازی زمینی می توانند پوشش داشته باشند.

10- فن آوری پوشش دهی سوپر آلیاژ ها بخش مهمی از کاربرد و توسعه آن ها می باشد. نداشتن پوشش به معنی کارآیی کم سوپر آلیاژ در دراز مدت و دماهای بالاست.

11- در سوپر آلیاژ ها به ویژه در سوپر آلیاژ های پایه نیکل بعضی از عناصر در مقادیر جزئی تا زیاد اضافه شده اند. در بعضی از آلیاژ ها تعداد عناصر کنترل شده موجود تا 14 عنصر و بیشتر می تواند باشد.

12- نیکل، کبالت، کروم، تنگستن، مولیبدن، رنیم، هافنیم و دیگر عناصر استفاده شده در سوپر آلیاژ ها اغلب گران بوده و مقدارشان در طی زمان متغییر است.

 

کاربرد سوپر آلیاژها

ویرایش
 
 
 
 

کاربرد سوپر آلیاژ ها در دماهای بالا بسیار گسترده و شامل قطعات و اجزای هواپیما، تجهیزات شیمیایی و پتروشیمی است. دما گاز در بخش داغ موتور هواپیما ممکن است به بالاتر از 1093 درجه سانتی گراد برسد. با استفاده از سیستم های خنک کننده دمای اجزای فلزی کاهش پیدا می کند و سوپر آلیاژ که توانایی کار کردن در این دمای بالا را دارد، جز اصلی بخش داغ به شمار می رود. اهمیت سوپر آلیاژ ها در تجارت روز را می توان با یک مثال نشان داد. در سال 1950 فقط 10 درصد از کل وزن توربین های گاز هواپیما از سوپر آلیاژ ها ساخته می شد. اما در سال 1985 میلادی این مقدار به 50 درصد رسید.

جدول زیر کاربرد های سوپر آلیاژ ها را نشان می دهد. باید خاطر نشان ساخت که همه کاربردها به استحکام در دمای بالا نیاز ندارند. ترکیب و مقاومت خوردگی سوپر آلیاژ ها، مواد استانداردی برای ساخت وسایل پزشکی به وجود آورده است. سوپر آلیاژ ها هم چنین کاربردهایی در دماهای بسیار پایین پیدا کرده اند.

قطعات توربین های گاز هواپیما و صنعتی قطعات نیروگاه های توربین بخار قطعات پزشکی سیستم نیروگاه های هسته ای
دیسک ها تیغه ها دندان پزشکی مکانیزم های کنترل انرژی
پیچ ها لوله های خروج گاز ابزار جراحی سوپاپ بخار
شفت ها (محورها) قطعات انتخابی خودرو قطعات فضا پیما فنرها
پوسته ها توربو شارژرها پوسته های آئرودینامیکی لوله ها
تیغه ها سوپاپ های دود قطعات موتور جت صنایع شیمیایی و پتروشیمی
پرده های هواشکن فرآیند فلزات تجهیزات عملیات حرارتی پیچ ها
محفظه های احتراق ابزار و قالب های کار گرم سینی ها سوپاپ ها
لوله های خروج گاز قالب های ریخته گری نگهدارنده ها مخازن واکنش
محورهای انتقال نیرو   تسمه های نقاله لوله ها و پمپ ها
 
موضوعات مرتبط: سوپر آلیاژ , ,

|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0


بازرسی چشمی
جمعه 3 / 2 / 1393 ساعت 20:26 | بازدید : 1022 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

بازرسی چشمی

ویرایش
 
 
 
 

بازرسی چشمی (Visual Test) یا VT معمول ترین نوع تست های غیر مخرب است. این روش ساده دارای کاربرد آسان و سریع است و معمولا با قیمت تمام شده پایین انجام می شود هر چند که یک قطعه توسط روش های دیگر NDT تست شود، یک بازرسی چشمی باید روی قطعه انجام شود. یک بازرسی چشمی ساده در روی قطعه می تواند عیوب سطحی بزرگ را شناسایی کرده و بلافاصله قطعه را رد کند و به طبع آن در زمان و هزینه صرفه جویی کند، در غیر این صورت با صرف هزینه و زمان زیاد و با روش های پیچیده تر این نتیجه بدست آید. اغلب، تست در اتصالات جوش شده برای پیدا کردن عیوب کوچک انجام می شود. برای این منظور، بازرسی چشمی با دقت خیلی بالا مورد استفاده قرار می گیرد، با اختراع وسایلی مانند دوربین های CCD، میکروپروسسورها و کامپیوترها، بازرسی چشمی با قیمت تمام شده کمتر و اطمینان بیشتری انجام می شود. می توان از روش هایی مثل پروسس تصویر، شناسایی ساختار و رد یا قبول کردن قطعات به صورت اتوماتیک در زمانی که تعداد قطعات مورد آزمایش زیاد باشد، استفاده کرد.

بازرسی چشمی دارای کاربردهای وسیعی در بازرسی مواد خام ریخته گری و مواد جوشکاری شده می باشد هر چند به خاطر دادن اطلاعات مفید در مراحل مختلف جوشکاری، این روش در جوشکاری از اهمیت بیشتری برخوردار است. بسیاری از خصوصیات جوش را بعد از اتمام جوشکاری و با نگاه کردن به جوش می توان فهمید ولی با بازرسی چشمی در حین مراحل جوشکاری اطلاعات بیشتری را می توان در مورد جوش به دست آورد. برای بسیاری از جوش هایی که حساسیت زیادی ندارند سلامت جوش به صورت اولیه با بازرسی چشمی جوش باید، قبل از جوشکاری، در حین جوشکاری و بعد از اتمام جوش انجام گیرد.

بازرسی چشمی، VT،Visual test,

در حین انجام جوشکاری در اثر عدم مهارت جوشکار یا نداشتن اطلاعات لازم جوشکاری ممکن است بسیاری از عیوب در جوش به وجود بیایند. برای اطمینان از اینکه فاکتورهایی مثل خستگی پرسنل بر کار جوشکار ماهر اثر نمی گذارد نیاز به بازرسی و تست جوش ها می باشد هم چنین برای نشان دادن کیفیت، استحکام و خواص مورد نظر، جوش باید تست گردد.

بازرسی چشمی در هنگامی که جوشکاری انجام می شود و بعد از آن باعث بالا رفتن کیفیت جوش می شود و بعد از تکمیل آن، اطلاعات زیر را در اختیار بازرس می گذارد.

1- آیا نفوذ و ذوب به صورت کامل بین فلز پایه و فلز جوش انجام گرفته؟

2- آیا نشانه ای از وجود سوختگی لبه جوش در امتداد مرز جوش و فلز پایه وجود دارد؟

3- با نگاه کردن به ریشه جوش های V یا U شکل می توان فهمید آیا نفوذ در اتصال به میزان لازم انجام شده؟

4- آیا تاج جوش حالت مناسب (محدب) دارد یا حالت مقعر دارد؟ در حالت مقعر، به علت عدم وجود فلز جوش لازم در گره جوش، باعث ضعیف شدن جوش می گردد.

5- آیا ابعاد جوش درست است؟ (به وسیله گیج اندازه گیری می شود).

6- مطابقت جوش ها با اندازه های تعیین شده، آماده سازی ها و کنترل مراحل آماده سازی جوش.

7- مقبول بودن ظاهر جوش با توجه به عواملی مثل: ظاهر گرده جوش، پاشش های جوش، سوختگی لبه جوش و روی هم افتادگی جوش.

8- مشاهده عیوب و ترک ها در سطح قابل مشاهده جوش.

9- عدم نفوذ در ریشه یا نفوذ بیش از اندازه در ریشه.

10- سوراخ های کوچک ولی عمیق، حفره های گازی، تورق در انتهای ورق.

11- حوضچه های مذاب شبیه دهانه آتشفشان، حالت غیر طبیعی موج های گرده جوش و غیره.

یک گیج چند منظوره کوچک توسط انجمن بین المللی جوش طراحی شده است که قادر به اندازه گیری ضخامت تا 20 میلی متر، زاویه پخ جوش از 60 تا صفر درجه اندازه گیری تاج جوش، عمق سوختگی لبه جوش، اندازه گیری میزان گلوی جوش و مقدار پای جوش (Leg) (در جوش های Tشکل ) و اندازه گیری میزان عدم انطباق در جوش های سر به سر می باشد.

با وجود اینکه بازرسی چشمی روش ارزشمندی است ولی برای پیدا کردن عیوب زیر سطحی روش مورد اعتمادی نیست. بنابراین برای تصمیم گیری در مورد سلامت جوش، علاوه بر اطلاعاتی که در مورد سطح جوش به دست می آید، باید اطلاعاتی در مورد کیفیت درون جوش نیز داشته باشیم با استفاده از ابزار دیدن و اندازه گیری ابعاد جوش در بازرسی چشمی، قابلیت این روش بازرسی به طور قابل توجهی افزایش پیدا می کند.

با وجود پیشرفت های بسیار زیاد در وسایل بازرسی چشمی تاکنون هیچ کامپیوتری برای انجام عمل تصمیم گیری به جای مغز انسان به وجود نیامده است. داشتن اطلاعات مهندسی در مورد روش جوشکاری نیز کمک شایانی در شناسایی مناطق خیلی حساس یا مناطق معیوب است. 

وسایل زیادی مثل ذره بین های کوچک جیبی تا میکروسکوپ ها و چراغ های کوچک تک رنگ و دوربین های CCD برای افزایش محدوده کار بازرسی چشمی وجود دارند. دوربین های کوچک ثابت و قابل انعطاف برای بازرسی چشمی در مناطقی که غیر قابل دسترس هستند (کوچکتر از 1 میلی متر) و هم چنین برای حفظ سلامت بازرس در بازرسی های ابتدایی NDT، مورد استفاده قرار می گیرند. راحتی و آسایشی که با استفاده از وسایل بازرسی جوش برای بازرس به دست می آید همراه با کاهش خستگی ناشی از کار بازرسی باعث افزایش اطمینان به کاربازرسی چشمی می گردد.

بازرسی چشمی، VT،Visual test,

اولین دستور کاری در بازرسی چشمی روشن کردن قطعه مورد نظر با نور است که معمولا بازرسی در نقاط روشن انجام می گیرد. سپس قطعه توسط چشم مورد بازرسی قرار می گیرد. با وجود اینکه وسایلی که در بازرسی چشمی مورد استفاده قرار می گیرند، خیلی ساده می باشند اما داشتن نور کافی در این نوع بازرسی لازم است، سطح قطعه کار نیز قبل از انجام بازرسی باید به صورت کامل تمیز شده باشد.

چشم انسان به خاطر قدرت دید و مشاهده عالی آن با ارزش ترین ابزار در بازرسی های NDT می باشد حساسیت چشم انسان با تغیر طول موج های نوری تغییر می کند. در شرایط معمولی بیشترین حساسیت چشم انسان به نور زرد مایل به سبز با طول موج 5560 آنگستروم می باشد. چشم انسان دارای دید خوبی در رنج های گسترده و شرایط مختلف می باشد و نمی تواند معیار مناسبی برای تشخیص اختلاف روشنایی های مختلف باشد، مگر در شرایط خاص، برای بازرسی چشمی نور مناسب 800 تا 1000 لوکس از شرایط مهم می باشد. به دلیل خطاهای ناشی از کاهش توانایی تشخیص در اثر خستگی، شخص نباید بیش از مدت 2 ساعت به صورت پیوسته بازرسی چشمی را انجام دهد.

موضوعات مرتبط: تجهیزات بازرسی چشمی , ,

|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0


تجهیزات بازرسی چشمی (Visual Test Equipment)
جمعه 3 / 2 / 1393 ساعت 20:25 | بازدید : 1451 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

تجهیزات بازرسی چشمی (Visual Test Equipment) عبارتند از :

1- میکروسکوپ

2- بوروسکوپ

3- اندوسکوپ

4- بوروسکوپ نوری قابل انعطاف

5- تلسکوپ

6- دیفرکتوسایت یا دی سایت

  تجهیزات بازرسی چشمی
 

بازرسی چشمی بدون استفاده از وسایل بازرسی

ویرایش
 
 
 
 

در بازرسی چشمی یک قطعه یک بازرس کارآزموده می تواند اطلاعات زیر را در مورد قطعه به دست آورد:

1- شرایط کلی قطعه.

2- وجود یا عدم وجود لایه های اکسیدی و مواد و محصولات خوردگی روی سطح قطعه.

3- وجود یا عدم وجود انواع ترک ها (جهت و محل قرارگیری ترک ها با توجه به مناطق مختلف جوش ها فرق می کند).

4- حفره های گازی سطح قطعه مناطق پر شده توسط جوش طرح کلی بستر جوش و جهت گیری احتمالی بین بستر جوش و فلز پایه.

5- منابع پتانسیلی برای ضعف های مکانیکی مثل شیارهای تیز با عدم انطباق و غیره.

6- اطلاعات به دست آمده در بازرسی چشمی می تواند کمک مهمی در سایر تست ها باشد.

 

ابزارهای نوری مورد استفاده در بازرسی چشمی

ویرایش
 
 
 
 

استفاده از ابزار بصری در بازرسی چشمی سودمند است و به دلایل زیر استفاده از آن ها توصیه می شود:

1- بزرگ کردن عیوبی که توسط چشم غیر مسلح دیده نمی شوند

2- برای مناطقی که امکان دسترسی به آن ها وجود ندارد امکان بازرسی چشمی را فراهم می آورد.

در انجام بازرسی چشمی دانستن نوع عیبی که احتمال به وجود آمدن آن است و هم چنین مشخص کردن مناطقی که احتمال عیب در آن ها وجود دارد از اهمیت ویژه ای برخوردار است. استفاده از ذره بین ها و چراغ ها در محل های مناسب، توصیه می شود. کل منطقه مورد بازرسی باید از لحاظ تمیز بودن سطح، وجود اجسام خارجی، محصولات خوردگی یا آسیب های وارده مورد بازرسی قرار گیرد. در بسیاری از موارد منطقه مورد نظر بازرسی چشمی باید قبل از بازرسی به صورت کامل تمیز کاری شود.

منبع نور در بازرسی چشمی

 

میکروسکوپ

ویرایش
 
 
 
 

یک میکروسکوپ چشمی شامل ترکیبی از انواع لنز ها است که برای بزرگ کردن تصویر یک جسم کوچک به کار می روند. برای بزرگ کردن تصویر جسم مورد نظر، آن را در جلوی لنزهای میکروسکوپ قرار می دهند. فاصله بین لنز و چشم تا وقتی که جسم در فاصله کانونی لنز قرار گیرد و یک تصویر خوب از جسم داشته باشد قابل تنظیم است. ساده ترین نوع میکروسکوپ دارای یک لنز می باشد که اغلب آن را به نام ذره بین می شناسیم. قابلیت بزرگنمایی یک ذره بین با توجه به رابطه M=25/f بدست می آبد که در این رابطه f فاصله کانونی عدسی می باشد. 25 یک ضریب ثابت است که نشان دهنده مقدار متوسط حداقل فاصله ای می باشد که جسم با چشم غیر مسلح دیده می شود.

 

میکروسکوپ بازرسی چشمی

 

در یک عدسی که فاصله کانونی آن برابر 12.5 سانتی متر است با استفاده از فرمول M=25/f می توان گفت: قدرت بزرگنمایی عدسی 2 برابر است. فاصله کانونی ذره بین و فاصله آن تا قطعه تقریبا برابر می باشند، به فضایی که توسط ذره بین قابل روئت است در اصطلاح میدان دید می گویند. در یک ذره بین معمولی، میدان دید کمتر از فاصله کانونی آن می باشد. انتخاب یک ذره بین با میدان دید مناسب از اهمیت خاصی برخوردار است. برای مثال: اگر یک قطعه بزرگ مورد بازرسی قرار گیرد. زمان لازم برای بازرسی با یک ذره بین با قدرت بزرگ نمایی 20 برابر خیلی زیاد است. روش درست بازرسی، استفاده از یک ذره بین با قدرت بزرگنمایی کم و علامت گذاری نقاط مشکوک و سپس استفاده از ذره بین قویتر در این نقاط می باشد. واژه عمق میدان برای نشان دادن فاصله ای می باشد که عدسی می تواند بدون خراب شدن کیفیت تصویر جسم، از جسم دور یا به آن نزدیک شود. در سایر فاصله ها، جسم در فاصله کانونی قرار نمی گیرد و تصویر واضحی ندارد. عمق میدان همراه با قدرت عدسی ها به صورت نسبی تغییر می کند. این عمق در عدسی های با قدرت بزرگنمایی کم، زیاد می باشد و با افزایش قدرت بزرگنمایی عدسی ها کاهش می یابد.

عیوب کوچک و ریزه کاری های روی سطح را خیلی راحت تر می توان توسط میکروسکوپ دید، میزان حد بالای بزرگنمایی در میکروسکوپ ها در محدوده x10 می باشد. میکروسکوپ های چشمی برای ارزیابی ترک ها با توجه به شکل ترک ها و جهت قرارگیری آن ها مورد استفاده قرار می گیرند. در مرحله اول از میکروسکوپ با قدرت بزرگنمایی 2 تا 20 برابر استفاه می شود در حالی که در مرحله دوم از میکروسکوپ با قدرت بزرگنمایی 100 تا 500 برابر استفاده می شود. در مراحل بعد در صورت نیاز از میکروسکوپ با قدرت حدود 1500 تا 2000 برابر استفاده می شود.

پیشرفت در تکنولوژی میکروسکوپ ها باعث شده که امروزه از میکروسکوپ ها در بسیاری از خطوط بازرسی در صنایع مختلف استفاده وسیع بشود. استفاده از پروژکتورها در بازرسی باعث خستگی کمتر چشم و افزایش قدرت اپراتور در بازرسی تعداد بیشتری از قطعات کوچک می شود. حتی می توان یک دوربین 35 میلیمتری هم روی هر میکروسکوپ نصب کرد که به راحتی می تواند تصویر گرفته شده را روی یک دیوار تاریک بیاندازد. بزرگنمایی میکروسکوپ و ماکروسکوپ با توجه به ساخت و مدل آن می تواند از 3 تا 3000 برابر تغییر کند.

 

بوروسکپ

ویرایش
 
 
 
 

بوروسکوپ در حقیقت وسیله ای برای دیدن فضای داخلی لوله های باریک و قطر داخلی لوله ها است. بوروسکپ شامل یک سیستم روشن کننده است که از ترکیب تعدادی عدسی و یک صفحه نمایش دهنده درست شده و تصویر را با بیشترین قابلیت موجود به بیننده نشان می دهد. منبع نور یا جلوی عدسی جسمی یا در بالای آن قرار می گیرد تا بتواند نور مورد نیاز برای بازرسی چشمی را فراهم کند. هر چقدر عدسی های بوروسکپ بیشتر شوند نور تصویر مورد نظر کمتر می شود زیرا مقدار بیشتری از نور در عدسی ها مصرف می گردد.

بوروسکوپ

بوروسکپ ها در مدل های مختلف از قطر 2.5 تا 19 میلی متر و در متراژهای مختلف وجود دارند. معمولا و به صورت یک قاعده کلی، قطر بوروسکپ به قطر داخلی سوراخ یا لوله مورد بازرسی بستگی دارد. طول بوروسکپ ها معمولا با فصله بین نقطه دسترسی و نقطه مورد بازرسی تعیین می شود. سیستم های تصویری در بوروسکپ ها طوری طراحی شده اند تا بتوانند تصاویر مستقیم، عمود، تصویر با زاویه تقریبا 180 درجه نسبت به جلوی بووسکوپ یا تصاویر مایل را برای بیننده تولید کنند. انتخاب زاویه بازرسی توسط نوع عیب و محل آن، انجام می شود. در اغلب بوروسکوپ ها فضای قابل دید توسط بوروسکپ ها تقریبا یک دایره با قطر 25 میلی متر در فاصله 25 میلی متری جسم می باشد. برای یک بزرگنمایی خاص، اندازه میدان دید، معمولا با قطر تغییر میکند. انواع بوروسکپ های مستقیم خطی و بوروسکپ ها با مفصل قابل انعطاف در دو امتداد با قدرت تفکیک بالا و بزرگنمایی x2 با میدان دید 35 و 80 درجه را نشان می دهد.

بوروسکوپ بوروسکوپ

 

اندوسکپ

ویرایش
 
 
 
 

اندوسکپ خیلی شبیه بوروسکپ است با این تفاوت که این وسیله دارای سیستم های بصری بهتر و یک منبع نور با شدت قوی می باشد. هم چنین از انواع زوایای دید می تواند استفاده شود ویژگی منحصر به فرد اندوسکپ فاصله کانونی ثابت 4 میلی متری آن می باشد در زمانی که نوک اندوسکپ در فاصله 4 میلی متری از سطح جسم مورد بازرسی قرار می گیرد، بزرگنمایی در حدود 10 برابر از جسم به دست می آید. ویژگی فاصله کانونی ثابت و فوکوس نشدن اندوسکپ باعث می شود که در نقاطی که احتیاج به دقت بیشتری برای بازرسی نیاز است از اندوسکپ به جای بوروسکپ استفاده شود اندوسکوپ ها در قطرهای مختلف تا 1.7 میلی متر و در طول های متنوع از 100 تا 1500 میلی متر وجود دارند.

اندوسکوپ

 

بوروسکپ نوری قابل انعطاف

ویرایش
 
 
 
 

بوروسکپ قابل انعطاف در اطراف گوشه ها و کنج ها و در داخل راهروهایی که پیچ ها و تغییر جهت های بسیاری در آن ها وجود دارد استفاده می شود. یک غلاف فولادی به حالت مارپیچ روی فیبرهای نوری کشیده شده است و از تصویری که توسط این فیبرها از عدسی جسمی به عدسی چشمی منتقل می شود محافظت می کند. این وسیله برای به دست آوردن تصاویر شفاف و واضح از قسمت های داخلی قطعات که در حالت عادی امکان دسترسی به آن ها نمی باشد، مورد استفاده قرار می گیرد. قابلیت کنترل از راه دور و انعطاف بالای فیبروسکوپ امکان استفاده از این وسیله را در قطعات با پیچ و خم های پیچیده و زیاد داده است. قسمت انتهای این وسیله، قابلیت انعطاف توسط اپراتور از راه دور را دارد. اکثر وسایل دارای عدسی جسمی با زوایه دید 100 درجه و نوک هدایت شونده با زاویه 90 ± درجه می باشند این وسایل دارای یک دسته فیبر نوری برای انتقال تصاویر و قابلیت کنترل فاصله کانونی برای به دست آوردن تصاویر شفاف و زاویه دید وسیع می باشند. طول کاری این وسایل از 60 تا 365 سانتی متر متغیر است و قطر آن ها از 0.3 تا 12.5 میلی متر متغیر می باشد.

  

از قابلیت تفکیک بالای دوربین های CCD تعبیه شده در فیبروسکپ ها می توان برای بازرسی سطح داخل لوله ها استفاده کرد دوربین هادر انواع مختلف دید به صورت مستقیم یا دید از کنار با حداقل منطقه دید 50 درجه همراه با 4 مفصل با زاویع 120 درجه که قابلیت حرکت با جوی استیک یا کنترل کننده های دستی را دارند، یافت می شوند. یک منبع نور مناسب و یک سیستم کنترل کننده داخل لوله مورد نظر را روشن می کند. کنترل اتوماتیک، نور را به صورت خود به خود برای بدست آوردن بیشترین روشنایی تنظیم می کند. تصاویر در یک مونیتور رنگی با قابلیت تفکیک بالا و قدرت فریز کردن تصاویر برای مشاهده جزئیات تصاویر نشان داده می شود. علاوه برآن تصاویر در یک حافظه سخت افزاری ذخیره می شوند تصاویر را می توان به صورت فایل کامپیوتری در آورد و به کامپیوترهای دیگر انتقال داد. تمام اطلاعات را می توان داخل ریپورت ها و مدارک داخل نرم افزارهای ویندوز ذخیره کرد و هم چنین اطلاعات تصویری را می توان برای به دست آوردن کنتراست و رزولوشن مناسب پروسس کرد.

 

تلسکوپ

ویرایش
 
 
 
 

از تلسکوپ برای به دست آوردن یک تصویر بزرگ از جسمی که فاصله زیادی از چشم دارد استفاده می شود و از این وسیله می توان برای بازرسی چشمی سطوحی که غیر قابل دسترسی هستند استفاده کرد. این وسیله شامل دو عدسی می باشد که به عنوان عدسی جسمی و چشمی نام گذاری شده اند از این وسیله می توان به همراه پیروسکپ برای دیدن سطوح پنهان نیز استفاده کرد. معمولا برای این منظور از تلویزیون مدار بسته نیز می توان استفاده کرد.

 

دیفرکتوسایت یا دی سایت

ویرایش
 
 
 
 

دی سایت یک روش برای دیدن خرابی های سطی و پستی و بلندی های روی سطح در اندازه های کوچک 10 میکرو متر است. این روش یک روش با قابلیت پاسخ دهی همزمان با تست است و استفاده ویژه ای در بازرسی سریع ساختارهای بزرگ دارد، ساختار (دی – سایت) شامل یک منبع نوری، یک صفحه منعکس کننده و جسم مورد بازرسی است. هم سطوح صاف و هم سطوح منحنی قابل بازرسی با این روش هستند ولی سطحی که مورد بازرسی قرار می گیرد. باید سطحی منعکس کننده باشد. روش دی – سایت بر اساس اصول هندسی نور کار می کند. در صورتی که یک سطح صاف همراه با یک فرورفتگی در روی آن مورد بازرسی قرار گیرد. شعاع نوری که به سطح فرورفتگی برخورد می کند کج می شود و این شعاع نوری که مسیر آن کج شده در نقطه ای غیر از تصویر نقطه مورد نظر و در تصویر سطح اطراف نقطه مورد نظر روی صفحه منعکس کننده برخورد می کند صفحه منعکس کننده از تعداد زیادی بستر شیشه ای که نور را منعکس می کند تشکیل شده است و این صفحه تمام دسته های نوری که به آن برخورد می کند را به همان نقاط اولیه خود بازتاب می دهد. بنابراین تمام سطح مورد بازرسی به غیر از نقطه فرورفتگی روشن می شود و نقطه مورد نظر به صورت یک لکه تاریک مشخص می شود. این اثر در انعکاس از صفحه منعکس کننده، به نام اثر دی – سایت شناخته می شود. این روش با افزایش میزان و شدت نور در یک طرف عیب و کاهش نور در طرف مقابل عیب باعث مشخص شدن عیب می گردد. روش دی سایت به طور موثری فرورفتگی های غیر قابل دید مثل سوراخ هایی که در اثر کار سرد به وجود می آیند و هم چنین ترک ها و خوردگی فلزات را ثبت می کند.

 

هولوگرافی لیزری و اندازه گیری میزان تصادم

ویرایش
 
 
 
 

هولوگرافی روشی است که بدون استفاده از عدسی، اطلاعاتی به صورت دو بعدی از یک جسم تهیه می کند که در مراحل بعدی از این اطلاعات برای درست کردن مدل سه بعدی از جسم مورد نظر استفاده می شود. یک شعاع نوری سه بعدی فضای زیادی را در یک هولوگرام نشان می دهد که در این تصویر عمق نیز به صورت مجازی نشان داده می شود. یک شعاع موازی نور به صورت لیزر در اثر انعکاس و شکست در یک جدا کننده پرتو به دو قسمت تقسیم می شود، هر کدام از این دو شعاع نوری توسط دو فیلتر جداگانه پراکنده می شوند. یکی از آن ها به جسم، تابیده می شود و ممکن است توسط آینه ها باز هم تفکیک شود. شعاع نوری دوم یا شعاع اصلی به صورت مستقیم به صفحه تابیده می شود و نور منعکس شده از جسم در آن تداخل می کند. هولوگرافی که در محل مربوطه تشکیل می شود حاوی اطلاعاتی درباره مقدار و فاز موج نوری منعکس شده از جسم می باشد علاوه بر آن دارای تصویری سه بعدی از جسم است.

طریقه نصب دیفرکتو سایت

بعد از تابش که ممکن است از چند هزارم ثانیه تا چند ثانیه طول بکشد، هولوگرام حاضر می شود. پروسس کردن صحیح ورق های هولوگرافی نیز موازی سایر مراحل تهیه هولوگرافی می باشد. نتایج به دست آمده به استفاده از دستورالعمل های تولید بستگی دارد. برای تولید دوباره تصویر در هولوگرام، کافی است که شعاع نوری اولیه را دوباره به هولوگرام بتابانیم که در اثر شکست نور در شبکه هولوگرافی، مجموعه ای از موج ها که در زمان های مختلف ثبت شده، در آن واحد دوباره تولید می شود. به محض اینکه یک تصویر ثبت شود یک اثر (فشار، دما، ...) روی جسم گذاشته می شود و سپس دوباره تصویر ثبت می شود وقتی که بعد از مدتی این دو موج، (همراه هم)، دوباره ساخته می شوند این دو موج در یکدیگر تداخل کرده و یک تصویر حاشیه دار مشاهده می شود که به تغییر شکل جسم بستگی دارد. انواع روش های ساخت هولوگرام شامل این موارد است:

1- دو تابش غیر همزمان

2- تابش همزمان

3- روش فشرده

4- روش میانگین زمانی

روش دو تابش غیر همزمان در هولوگرافی انتخاب مناسبی برای بازرسی مخازن تحت فشار مخصوصا مناطق جوش، آنالیز تنش و کرنش، آنالیز ارتعاش، تابیدن دقیق و اندازه گیری ابعادی می باشد.

هولوگرافی با استفاده از نور لیزر  هولوگرافی با استفاده از نور لیزر

موضوعات مرتبط: تجهیزات بازرسی چشمی , ,

|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0


اکستروژن (Extrusion)
جمعه 3 / 2 / 1393 ساعت 20:19 | بازدید : 1776 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

اکستروژن (Extrusion) یا خروجکاری روشی نسبتاً جدید برای فلزکاری است که به فشردن مواد در یک محفظه بسته اطلاق می شود. اکستروژن تجاری لوله های سربی از اوایل قرن نوزدهم آغاز شد، و تنها در اواخر این قرن بود که اکستروژن برنج نیز میسر شد. دلیل اصلی این تأخیر نیاز به فشار های بالا بود که امکان تولید آن وجود نداشت. این کمبود سرانجام از طریق گرم کردن شمشال‌ ها تا دمای بالا، به منظور کاهش استحکام تسلیم آن‌ ها، رفع شد. اما با این کار مسئله جدیدی به‌ وجود آمد و آن تهیه محفظه‌ های شمشال برای فشار های اکستروژن بود که توان مقاومت در برابر دما و فشار بالا را به‌طور همزمان داشته باشد.

فرآیند اکستروژن به چهار طریق صورت می گیرد:

  1. اکستروژن مستقیم
  2. اکستروژن معکوس
  3. اکستروژن مرکب
  4. اکستروژن ضربه ای

در سال‌ های اخیر اکستروژن سرد که هم‌اکنون با استفاده از روش ضربه‌ای حتی برای فولاد ها نیز امکان‌پذیر است توجه زیادی را به خود جلب کرده است. ممکن است در محصول نهایی اختلاف مقطع زیادی ایجاد شده باشد، مثلاً در ساخت یک لوله با فلانج کلفت در یک مرحله عملیات. خواص مکانیکی محصولات اکستروژن سرد بسیار خوب است.

در کلیه عملیات اکستروژن کار اضافی چشم‌گیری وجود دارد. راه‌حل‌ های کرنش صفحه‌ای فقط در مورد قسمت کوچکی از مسائل واقعی اکستروژن به‌کار می‌رود، اما نوع رابطه حاصل از میدان‌ های خط لغزش را می‌توان برای اکستروژن میلگرد نیز مورد استفاده قرار داد.

P: فشار لازم برای اکستروژن، Y: تنش تسلیم ماده اکسترود شده، Ab : سطح مقطع ورودی و Aa : سطح مقطع خروجی.

برای محاسبات بار، بسیاری از قطعات اکستروژن شده را می‌توان تقریباً مشابه تسمه‌ های تخت یا میله‌ های گرد، دانست. الگو های سیلانی که توسط میدان‌ های خط لغزش تخمین زده شده‌اند نیز بسیار شبیه الگو های عملی در هر دو مورد تسمه تخت و میلگرد هستند. نظریه کران بالایی به مقدار قابل ملاحظه‌ای برای انواع گوناگون اکستروژن به‌کار می‌رود. مانند عمل کشیدن، در این مورد نیز یک زاویه بهینه برای هر گروه از پارامتر های مفروض اکستروژن وجود دارد، اما معین نبودن نقش اصطکاک باعث می‌شود که تخمین این زاویه برای اکستروژن از دقت کمتری برخوردار باشد. اما، امکان دارد که بدون آن که افزایش شدیدی در فشار پدید آید از این مقادیر زاویه بهینه قالب دور شد، و عوامل دیگری از قبیل مواد روانکار در گزینش زاویه قالب نقش عمده را بازی کنند.

 

روش های اکستروژن

ویرایش
 
 
 
 

1. اکستروژن مستقیم :   

در این روش اعمال فشار از انتهای شمشال صورت گرفته و جریان فلز در جهت اعمال نیرو انجام می شود. در این حالت بین شمشال و محفظه حاوی آن، اصطکاک وجود دارد.

2. اکستروژن معکوس :

در این حالت، جریان فلز بر خلاف اعمال نیرو می باشد. همچنین هیچ اصطکاکی بین شمشال و محفظه حاوی آن وجود ندارد.

3. اکستروژن مرکب :

در این روش هم قالب و هم سمبه به طرف یکدیگر فشرده می شوند.

4. اکستروژن ضربه ای :

در این روش سمبه به صورت ضربه ای روی شمشال فشرده می شود و شمشال به شکل قالب و محفظه اطرافش در می آید. از این حالت برای ساخت قوطی های کنسرو و نوشابه استفاده می  شود

 

پرس‌ های اکستروژن

ویرایش
 
 
 
 

پرس‌های اکستروژن هیدرولیکی با فشار 200 مگا تن مورد استفاده قرار می‌گیرند، اگرچه 20 مگا تن متداول‌ترین ظرفیت محسوب می‌شود. پرس‌ های جدید اکستروژن را می‌توان با استفاده از یک دستگاه کنترل‌کننده کاملاً خودکار به راه انداخت، بدین ترتیب امکان تولید کامل 60 قطعه اکستروژن شده در ساعت وجود دارد. قطعات بسیار پیچیده، بخصوص از جنس آلیاژ برنج یاآلومینیوم، را می‌توان از این طریقه تولید کرد، و چون فرآیند اکستروژن اصولاً نوعی فرآیند فشاری است بنابراین از آن برای کار روی آلیاژ های نسبتاً شکننده می‌توان استفاده کرد.

موضوعات مرتبط: اکستروژن , ,

|
امتیاز مطلب : 2
|
تعداد امتیازدهندگان : 1
|
مجموع امتیاز : 1


مليات حرارتي كه روي چدن نشكن
جمعه 3 / 2 / 1393 ساعت 19:56 | بازدید : 901 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

مهمترين عمليات حرارتي كه روي چدن نشكن انجام مي شود و هدف از انجام آنها :   
    عمليات حرارتي كه در دماي پايين براي كاهش يا آزاد كردن تنش هاي داخلي باقي مانده پس از ريخته گري انجام مي شود. 
   ● آنيل كردن 
      عمليات حرارتي كه براي بهبود انعطاف پذيري و چقرمگي ، كاهش سختي و حذف كاربيدها انجام مي شود.         
   ● نرماله كردن 
   عمليات حرارتي كه به منظور بهبود استحكام به همراه كمي انعطاف پذيري انجام مي شود .                                   
  ● سخت كردن و تمپر كردن 
   عمليات حرارتي كه به منظور افزايش سختي يا بهبود استحكام و بالا بردن نسبت تنش (تنش تسليم) انجام مي شود .       
  ● آستمپر كردن 
  عمليات حرارتي كه به منظور بدست آمدن ساختاري با استحكام بالا به همراه كمي انعطاف پذيري و مقاومت به سايش عالي انجام مي شود />     ● سخت كردن سطحي به وسيله ي القاء ، شعله يا ليزر 
     عمليات حرارتي كه به منظور مقاوم به سايش ساختن و سخت كردن موضعي سطح انتخاب شده انجام مي شود .

  در اين مقاله عمليات آنيلينگ ، نرماله كردن ، آستمپر كردن ، كونچ كردن و تمپر كردن چدن نشكن شرح داده مي شود.

 

آستنيته كردن چدن />  هدف معمول آستنيته كردن اين است كه تا حد امكان زمينه ي آستنيتي با مقدار كربن يكسان قبل از پروسه ى حرارتى توليد شود. به عنوان مثال در چدن نشكن هيپريوتكتيك براي آستنيته كردن  بايد از دماى بحرانى كمي بالاتر برويم به طورى كه دماى آستنيته در منطقه ى دو فازى ( آستنيت و گرافيت ) باشد. دماى آستنيته كردن به وسيله ى عناصر آلياژى موجود در چدن نشكن تغيير مى كند />با افزايش دماي آستنيته كردن مي توان آستنيت تعادلي حاوى كربن كه در حال تعادل با گرافيت است را افزايش داد. كه اين پارامتر قابل انتخاب است( در زمان محدود). كربن موجود در زمينه ي آستنيتي كنترل دماي آستنيته كردن را مهم ساخته كه اين دما به منظور جلو بردن واكنش به مقدار زيادي به كربن موجود در زمينه ي آستنيتي بستگي دارد ، اين ساختار مخصوصاً براي آستمر كردن ساخته مي شود ، سختي پذيري (قابليت آستمپر كردن ) به ميزان زيادي به كربن موجود در زمينه و در واقع به عناصر الياژي موجود در چدن نشكن بستگي دارد ، ميكرو ساختار اصلي و سطح مقطع قطعه تعيين كننده ي زمان مورد نياز براي آستنيته كردن مي باشند 
مراحل بعد از آستنيته كردن هنگامي كه مورد اهميت باشند عبارتند از : آنيل كردن ، نرماله كردن ، كونچ و تمپر  كردن و آستمپر كردن />آنيلينگ چدن نشكن 
هنگامي كه حداكثر انعطاف پذيري و قابليت ماشينكاري عالي مورد نياز باشد و استحكام بالا مورد نياز نباشد ، عموماً چدن نشكن آنيل فريتي مي شود . بدين گونه كه ميكروساختار به فريت متحول مي شود و كربن اضافي به صورت  مي باشد، اگر ماشينكاري عالي مورد  60-40-18 نوع ASTM كروي رسوب مي كند. اين عمليات حرارتي ساخته ي  نياز باشد بايد مقدار منگنز ، فسفر و عناصر آلياژي از قبيل كرم و موليبدن درحد امكان پايين باشد زيرا باعث آهسته كردن پروسه ي آنيل مي شوند />           نحوه ي آنيل كردن توصيه شده براي چدن نشكن آلياژي و چدن نشكن با كاربيد يوتكتيك و بدو ن كاربيد يوتكتيك در پايين شرح داده شده است />آنيل كامل براي چدن نشكن با 2%-3% سيليسيم و بدون كاربيد يوتكتيك :                                                             
گرم كردن تا دماي 870- 900 درجه ي سانتي گراد و نگهدار ي در اين دما به مدت 1 ساعت در ازاي هر اينچ ضخامت ،سپس سرد كردن در كوره با سرعت   55 درجه سانتي گراد در ساعت تا دماي 345 درجه ي سانتي گراد سپس سرد كردن در هوا.       
      آنيل كامل در صورت وجود كاربيد يوتكتيك : 
گرم كردن تا دماي900C-870C و نگهداري در اين دما براي 2 ساعت و بيشتر از اين زمان براي ضاخمت هاي زياد ، سپس سرد كردن در كوره با سرعت 110C/hتا دماي 700Cو نگهداري در اين دما براي 2 ساعت ، سپس سرد كردن در كوره تا دماي 345Cبا سرعت 55C/h ، سپس سرد كردن در هوا . 
آنيل كردن زير منطقه ي بحراني براي تبديل پرليت به فريت:                                                                               
گرم كردن قطعات تا دماي705C-720Cونگهداري در اين دما به مدت 1 ساعت در ازاي هر اينچ ضخانت ، سپس سرد كردن در كوره با سرعت55C/h تا دماي 345C و سپس سرد كردن در هوا . 
وقتي كه در چدن نشكن عناصر آلياژي وجود داشته باشد از سرد كردن سرتاسري قطعه جلوگيري مي شود و كاهش درجه حرارت از نقطه ي بحراني تا400C ادامه مي يابد و سرعت سرد كردن از55C/h كمتر مي باشد . 
به هر حال برخي عناصر در شكل كاربيد خود اگر تجزيه ناپذير باشند به شكل كاربيد اوليه كه بسيار سخت است مي باشندكه اين حالت بيشتر در كرم مي باشد ، به عنوان مثال% 0.25 كرم باعث تشكيل كاربيد اوليه ي بين نشيني مي شود كه در اثر عمليات حرارتي تا دماي 925C و نگهداري در مدت2h-20h حتي نيز از بين نمي رود . زمينه ي حاصل از رسوب پرليت ، زمينه ي فريتي با كاربيد مي باشد كه فقط 5% ازياد طول دارد .   
نمونه هاي ديگري از عناصر كه به شكل كاربيد در چدن نشكن وجود دارند عبارتند از موليبدن بيشتر از 0.3% و واناديم وتنگستن در مقدير بيش از 0.05%   
سختي پذيري چدن نشكن      
          سختي پذيري چدن نشكن يك پارامتر مهم تعيين كننده ي واكنش ثابت آهن براي نرماله كردن ، كونچ كردن و تمپركردن يا آستنيته كردن مي />    سختي پذيري معمولاً به وسيله ي آزمايش جاميني تعيين مي شود ، كه در آن از يك ميله با اندازه ي استاندارد (قطر 1 اينچ و ارتفاع 4 اينچ) استفاده مي شود كه آن را آستنيته مي كنند سپس يك سر آن را به وسيله ي آب سرد مي كنند ، نوسان در سرعت سرد كردن باعث بي ثباتي (متفاوت بودن) در ميكروساختار مي شود كه سختي آنها تغيير مي كند سپس آنها را تعيين و ثبت مي كنند. 
زمينه ي با كربن بالا باعث بالا رفتن دماي آستنيته كردن و در نتيجه ي آن باعث افزايش سختي پذيري مي شود (منحني جاميني فاصله ي زيادي تا پايان سرد كردن پيدا مي كند ) و همچنين قطعه حداكثر سختي بالاتري پيدا مي كند. 
   هدف از اضافه كردن عناصر آلياژي به چدن نشكن افزايش سختي پذيري است ، منگنز و موليبدن برحسب وزن اضافه شده به چدن نشكن نسبت به مس و نيكل عناصر بسيار موثري در افزايش سختي هستند. 
   در هر حال همانند فولاد افزودن تركيب نيكل - موليبدن يا مس - موليبدن يا مس - نيكل - منگنز  نسبت به اينكه اين عناصر را به صورت جداگانه به چدن اضافه كنيم ، تاثير بيشتري خواهند داشت. 
       بنابراين براي ريخته گري مقاطع زياد كه نياز به سختي و آستمر زياد دارند معمولاً از تركيب ان عنصر استفاده مي كنند . سيليسيم صرف نظر از تاثيري كه روي زمينه ي حاوي كربن دارد تاثير زيادي روي سختي پذيري ندارد . 
    نرماله كردن چدن نشكن                                  

نرماله كردن (سرد كردن در هوا در جريان آستنيته كردن) به طور قابل توجهي مي تواند باعث بهبود استحكام كششي شود.و امكان استفاده در ساخت چدن نشكن ASTM نوع 30-70-100 وجود دارد . 
ميكروساختار حاصل از نرماله كردن به تركيب شيميايي چدن و سرعت سرد كردن بستگي دارد سختي تحميل شده به   
وسيله ي تركيب شيميايي قطعه به موقعيت منطقه ي زمان - دماي دياگرام CCT بستگي دارد . 
سرعت سرد كردن به حجم قطعه ي ريختگي بستگي دارد ولي شايد بيشتر تحت تاثير دما و جريان هواي اطراف قطعه ي در حال سرد شدن باشد . 
اگر چدن حاوي مقدار زيادي سيليسيم نباشد و دست كم حاوي مقدار مناسبي منگنز(يا بالاتر0.5 %-0.3%) باشد به طور كلي نرماله كردن ، ساختار پرليت ظريف توليد خواهد كرد . قطعات سنگين در صورتي كه نياز به نرماله شدن داشته باشند براي بدست آوردن ساختاري كاملاً پرليتي و سختي پذيري بيشتر بعداز نرماله كردن حاوي عناصر الياژي از قبيل موليبدن و نيكل و منگنز اضافي هستند . قطعا ت سبك چدن هاي آلياژي ممكن است بعد از نرماله كردن حاوي ساختارمارتنزيتي يا بينيتي باشند 
دماي نرماله كردن معمولاً بين870C-940C مي باشد و زمان استاندارد نگهداري 1h براي هر اينچ ضخامت و نگهداري به مدت 1h به عنوان حداقل در اين دما كافي است .براي چدن هاي حاوي عناصر آلياژي به دليل كاهش نفوذ كربن در آستنيت زمان بيشتري نياز است به عنوان مثال قلع و آنتيموان براي گرافيت هاي كروي ، به طور موثري از حل شدن كربن در زمينه ي حاوي گرافيت كروي جلوگيري مي كنند . 

گاهي اوقات بعد از نرماله كردن ، قطعات را به منظور دست يافتن به سختي مورد نظر و حذف تنش هاي باقي مانده در اثر تفاوت سرعت سرد كردن در قسمتهاي مختلف قطعه به دليل اختلاف اندازه ي مقطع، قطعه ي ريختگي را تمپرمي كنند. 
تمپر كردن قطعات بعد از نرماله كردن براي دستيابي به چقرمگي بالا و مقاومت به ضربه مي باشد. تاثير تمپر كردن در سختي و استحكام كششي به تركيب شيميايي چدن و ميزان سختي بدست آمده از نرماله كردن بستگي دارد. 
تمپر كردن شامل حرارت دادن مجدد تا دماي425C-650C و نگهداري در اين دما به مدت1h براي هر اينچ ضخامت از مقطع مي باشد . اين دما براي دستيابي به مشخصات گوناگون در مدت بالاي رنج معمول، متفاوت مي باشد. 
كونچ و تمپر كردن چدن داكتيل   
  قطعا ت تجاري قبل از كونچ و تمپركردن معمولاً در دمايي بين845C-925C آستنيته مي شوند.براي به حداقل رساندن تنش و جلوگيري از ترك خوردن قطعه براي كونچ متوسط روغن ترجيحاً از روغن استفاده ميشود ولي براي قطعات با اشكال ساده از آب يا آب نمك استفاده مي شود و قطعا ت  پيچيده را به منظور جلوگيري از ترك خوردن در حين كونچ، در روغن پيش گرم شده تا دماي 80C-100Cكونچ مي كنند .   
  تاثيركونچ كردن درآب مكعبي ازجنس چدن نشكن كه تا دماي آستنيته گرم شده بود بدست آمدن سختي بالايي(55-75HRC)    بوده است. دماي آستنيته كردن دراين مكعب بين 845C-870C   بوده است . در دمايي بالاتر از 870C   مقدار زمينه ي حاوي كربن (آستنيت) بيشتري بدست خواهد آمد به همين دليل مقدار آستنيت بيشتري(پس از كونچ  كردن) حفظ خواهد شد كه در نتيجه ي اين امر سختي كاهش پيدا مي كند . 
      قطعا ت بعد از كونچ شدن بايد تمپر شوند تا تنش حاصل از كونچ شدن آزاد گردد. سختي حاصله بعد از تمپر كردن به 
عناصر آلياژي موجود ، دماي تمپر كردن و به همان اندازه زمان تمپر كردن بستگي دارد . تمپر كردن در دماي 450C - 600C باعث كاهش سختي مي شود كه ميزان آن به عناصر آلياژي موجود،سختي اوليه وزمان تمپر بستگي دارد . سختي ويكرز چدن نشكن كونچ شده به وسيله ي دما و زمان تمپر كردن تغيير مي كند . 
تمپر كردن چدن نشكن از يك فرآيند دو مرحله اي تشكيل مي شود. مرحله ي اول همانند فرآيند فولادها رسوب دادن كاربيدها است . مرحله ي دوم (معمولاً به وسيله ي كاهش سختي در زمان طولاني تر مشخص مي شود) جوانه زني و رشد گرافيت ثانويه كه حاصل از مصرف شدن كاربيدها مي باشد. كاهش سختي به همراه تشكيل گرافيت ثانويه همانند كاهش استحكام كششي و به همان اندازه كاهش استحكام خستگي مي باشد. هر آلياژي با در صد مشخص (عناصر) داري درجه حرارت تمپر مفيد خواهد بود. 
     آستمپر كردن چدن نشكن       
  هنگامي كه استحكام مناسب به همراه انعطاف پذيري مورد نظر باشد، عمليات حرارتي كننده اجازه مي دهد ساختار آستمپر شده از آستنيت و فريت توليد گردد. زمينه ي آستمپر شده باعث بهبود قابل توجه استحكام كششي و انعطاف پذيري مي شود كه در هر نوع چدن داكتيل ممكن مي باشد. براي بدست آوردن آن خواص مطلوب نياز است كه به اندازه ي سطح مقطع ، زمان و درجه حرارت داده شده به قطعه در خلال آستنيته و آستمپركردن دقت و توجه كافي شود />  اندازه سطح مقطع و عناصر آلياژي     
  با افزايش سطح مقطع سرعت كاهش درجه حرارت بين دماي آستنيته و دماي آستمپر كردن تغيير مي كند . آستمپر كردن  يا شامل كونچ كردن در روغن داغ 240C  ، كونچ كردن به وسيله ي جريان نيتريت / نيترات،كونچ كردن توسط جريان هوا (فقط براي قطعات نازك يا قسمت هاي كوچك) و براي نوع ابزار كونچ كردن در حمام سرب.       
به منظور جلوگيري از واكنش محصولات در درجه حرارت بالا (مثل پرليت در مقاطع ضخيم) بايد آنها را در حمام نمك كونچ كرد . سختي به وسيله ي كونچ كردن در آب يا افزودن عناصر آلياژي (مثل مس ، نيكل ، منگنز ، يا موليبدن ) كه باعث تسهيل سختي پذيري پرليت مي شوند . اين نكته مهم است مه بدانيم عناصر فوق باعث به وجود آمدن جدايش در هنگام انجماد مي شوند كه اين امر براي قابليت آستمپر شدن و در نتيجه ي آن براي خواص مكانيكي مضر خواهد بود. انعطاف پذيري و مقاومت به ضربه پارامترهايي هستند كه شديداً تحت تاثير قرار مي گيرند . 
منگنز و موليبدن بيشترين تاثير را در سختي پذيري پرليت دارند اما به منظور افزايش آهن يا تعديل كاربيدها هميشه موجب سگرگاسيون و سرد شدن ناحيه ي بين سلولي در قطعه مي شوند . در صورتيكه مس و نيكلبه همان اندازه تاثيري در سختي 
پذيري ندارند ولي باعث جدا شدن گرافيت كروي در زمينه ميشوند و از به وجود آمدن كاربيدهاي مضرجلوگيري مي كنند.  تركيبي از اين عناصر به اندازه ي مساوي به دليل تاثير آنها در سختي پذيري به قطعه افزوده مي شود. 
دما و زمان آستنيته كردن 
معمولاً شكل شماتيك دياگرام نشان مي دهد كه با افزايش دماي استنيته كردن ، زمينه ي حاوي كربن (آستنيت) نيز افزايش مي يابد. زمينه ي فعلي حاوي كربن ، به شكل مخلوط  شدن عناصر موجود در زمينه ، مقدار آنها و موقعيت آنها در زمينه بستگي دارد (سگرگاسيون) . 
مهمترين عامل تعيين كننده در زمينه ي حاوي كربن در چدن داكتيل سيليسيم موجود در آن است ، با افزايش سيليسيم براي دماي آستنيته ي معيين مقدار كربن موجود در زمينه كاهش مي يابد. دماي آستنيته بين845C-925C معمولاً مناسب است و زمان آستنيته كردن براي كربن گيري مجدد تمام زمينه تقريباً 2 ساعت كافي مي باشد. 
دماي استنيته كردن كاملاً تحت تاثير مقدار كربن موجود در زمينه مي باشد كه اثر مهم آن در سختي پذيري مي باشد. دماي آستنيته ي بالا و مقدار كربن بالا باعث افزايش سختي پذيري مي شود . كه باعث كاهش سرعت دگرگوني آستنيت همدما مي شود . 
زمان و دماي آستپمر كردن 
دماي آستمپر كردن اولين پارامتر تعيين كننده ي ميكروساختار نهايي در قطعه و در نتيجه ي آن سختي و استحكام محصول آستمر شده است . با افزايش دماي آستمپر كردن ، سختي و مقاومت به ضربه ي متفاوتي خواهيم داشت. 
دستيابي به حداكثر انعطاف پذيري در دماي معيين آستمپر كردن ، تابع حساس زمان مي باشد . افزايش اوليه ي ازياد طول نسبي در مرحله ي (1) رخ مي دهد و پيشرفت ازياد طول نسبي در مرحله ي نهايي اتفاق مي افتد كه در آن نقطه ي شكست 
آستنيت حداكثر مي باشد . آستمپر كردن مجدد فقط به منظور كاهش انعطاف پذيري در مرحله ي (2)واكنش كه در نتيجه ي  تجزيه ي ساختار به تعادل بينيت مي باشد . زمان آستمپر كردن از 4-1 ساعت متفاوت مي باشد

]آستنيته كردن چدن />  هدف معمول آستنيته كردن اين است كه تا حد امكان زمينه ي آستنيتي با مقدار كربن يكسان قبل از پروسه ى حرارتى توليد شود. به عنوان مثال در چدن نشكن هيپريوتكتيك براي آستنيته كردن  بايد از دماى بحرانى كمي بالاتر برويم به طورى كه دماى آستنيته در منطقه ى دو فازى ( آستنيت و گرافيت ) باشد. دماى آستنيته كردن به وسيله ى عناصر آلياژى موجود در چدن نشكن تغيير مى كند />با افزايش دماي آستنيته كردن مي توان آستنيت تعادلي حاوى كربن كه در حال تعادل با گرافيت است را افزايش داد. كه اين پارامتر قابل انتخاب است( در زمان محدود). كربن موجود در زمينه ي آستنيتي كنترل دماي آستنيته كردن را مهم ساخته كه اين دما به منظور جلو بردن واكنش به مقدار زيادي به كربن موجود در زمينه ي آستنيتي بستگي دارد ، اين ساختار مخصوصاً براي آستمر كردن ساخته مي شود ، سختي پذيري (قابليت آستمپر كردن ) به ميزان زيادي به كربن موجود در زمينه و در واقع به عناصر الياژي موجود در چدن نشكن بستگي دارد ، ميكرو ساختار اصلي و سطح مقطع قطعه تعيين كننده ي زمان مورد نياز براي آستنيته كردن مي باشند 
مراحل بعد از آستنيته كردن هنگامي كه مورد اهميت باشند عبارتند از : آنيل كردن ، نرماله كردن ، كونچ و تمپر  كردن و آستمپر كردن />آنيلينگ چدن نشكن 
هنگامي كه حداكثر انعطاف پذيري و قابليت ماشينكاري عالي مورد نياز باشد و استحكام بالا مورد نياز نباشد ، عموماً چدن نشكن آنيل فريتي مي شود . بدين گونه كه ميكروساختار به فريت متحول مي شود و كربن اضافي به صورت  مي باشد، اگر ماشينكاري عالي مورد  60-40-18 نوع ASTM كروي رسوب مي كند. اين عمليات حرارتي ساخته ي  نياز باشد بايد مقدار منگنز ، فسفر و عناصر آلياژي از قبيل كرم و موليبدن درحد امكان پايين باشد زيرا باعث آهسته كردن پروسه ي آنيل مي شوند />           نحوه ي آنيل كردن توصيه شده براي چدن نشكن آلياژي و چدن نشكن با كاربيد يوتكتيك و بدو ن كاربيد يوتكتيك در پايين شرح داده شده است />آنيل كامل براي چدن نشكن با 2%-3% سيليسيم و بدون كاربيد يوتكتيك :                                                             
گرم كردن تا دماي 870- 900 درجه ي سانتي گراد و نگهدار ي در اين دما به مدت 1 ساعت در ازاي هر اينچ ضخامت ،سپس سرد كردن در كوره با سرعت   55 درجه سانتي گراد در ساعت تا دماي 345 درجه ي سانتي گراد سپس سرد كردن در هوا.       
      آنيل كامل در صورت وجود كاربيد يوتكتيك : 
گرم كردن تا دماي900C-870C و نگهداري در اين دما براي 2 ساعت و بيشتر از اين زمان براي ضاخمت هاي زياد ، سپس سرد كردن در كوره با سرعت 110C/hتا دماي 700Cو نگهداري در اين دما براي 2 ساعت ، سپس سرد كردن در كوره تا دماي 345Cبا سرعت 55C/h ، سپس سرد كردن در هوا . 
آنيل كردن زير منطقه ي بحراني براي تبديل پرليت به فريت:                                                                               
گرم كردن قطعات تا دماي705C-720Cونگهداري در اين دما به مدت 1 ساعت در ازاي هر اينچ ضخانت ، سپس سرد كردن در كوره با سرعت55C/h تا دماي 345C و سپس سرد كردن در هوا . 
وقتي كه در چدن نشكن عناصر آلياژي وجود داشته باشد از سرد كردن سرتاسري قطعه جلوگيري مي شود و كاهش درجه حرارت از نقطه ي بحراني تا400C ادامه مي يابد و سرعت سرد كردن از55C/h كمتر مي باشد . 
به هر حال برخي عناصر در شكل كاربيد خود اگر تجزيه ناپذير باشند به شكل كاربيد اوليه كه بسيار سخت است مي باشندكه اين حالت بيشتر در كرم مي باشد ، به عنوان مثال% 0.25 كرم باعث تشكيل كاربيد اوليه ي بين نشيني مي شود كه در اثر عمليات حرارتي تا دماي 925C و نگهداري در مدت2h-20h حتي نيز از بين نمي رود . زمينه ي حاصل از رسوب پرليت ، زمينه ي فريتي با كاربيد مي باشد كه فقط 5% ازياد طول دارد .   
نمونه هاي ديگري از عناصر كه به شكل كاربيد در چدن نشكن وجود دارند عبارتند از موليبدن بيشتر از 0.3% و واناديم وتنگستن در مقدير بيش از 0.05%   
سختي پذيري چدن نشكن      
          سختي پذيري چدن نشكن يك پارامتر مهم تعيين كننده ي واكنش ثابت آهن براي نرماله كردن ، كونچ كردن و تمپركردن يا آستنيته كردن مي />    سختي پذيري معمولاً به وسيله ي آزمايش جاميني تعيين مي شود ، كه در آن از يك ميله با اندازه ي استاندارد (قطر 1 اينچ و ارتفاع 4 اينچ) استفاده مي شود كه آن را آستنيته مي كنند سپس يك سر آن را به وسيله ي آب سرد مي كنند ، نوسان در سرعت سرد كردن باعث بي ثباتي (متفاوت بودن) در ميكروساختار مي شود كه سختي آنها تغيير مي كند سپس آنها را تعيين و ثبت مي كنند. 
زمينه ي با كربن بالا باعث بالا رفتن دماي آستنيته كردن و در نتيجه ي آن باعث افزايش سختي پذيري مي شود (منحني جاميني فاصله ي زيادي تا پايان سرد كردن پيدا مي كند ) و همچنين قطعه حداكثر سختي بالاتري پيدا مي كند. 
   هدف از اضافه كردن عناصر آلياژي به چدن نشكن افزايش سختي پذيري است ، منگنز و موليبدن برحسب وزن اضافه شده به چدن نشكن نسبت به مس و نيكل عناصر بسيار موثري در افزايش سختي هستند. 
   در هر حال همانند فولاد افزودن تركيب نيكل - موليبدن يا مس - موليبدن يا مس - نيكل - منگنز  نسبت به اينكه اين عناصر را به صورت جداگانه به چدن اضافه كنيم ، تاثير بيشتري خواهند داشت. 
       بنابراين براي ريخته گري مقاطع زياد كه نياز به سختي و آستمر زياد دارند معمولاً از تركيب ان عنصر استفاده مي كنند . سيليسيم صرف نظر از تاثيري كه روي زمينه ي حاوي كربن دارد تاثير زيادي روي سختي پذيري ندارد . 
    نرماله كردن چدن نشكن                                  

نرماله كردن (سرد كردن در هوا در جريان آستنيته كردن) به طور قابل توجهي مي تواند باعث بهبود استحكام كششي شود.و امكان استفاده در ساخت چدن نشكن ASTM نوع 30-70-100 وجود دارد . 
ميكروساختار حاصل از نرماله كردن به تركيب شيميايي چدن و سرعت سرد كردن بستگي دارد سختي تحميل شده به   
وسيله ي تركيب شيميايي قطعه به موقعيت منطقه ي زمان - دماي دياگرام CCT بستگي دارد . 
سرعت سرد كردن به حجم قطعه ي ريختگي بستگي دارد ولي شايد بيشتر تحت تاثير دما و جريان هواي اطراف قطعه ي در حال سرد شدن باشد . 
اگر چدن حاوي مقدار زيادي سيليسيم نباشد و دست كم حاوي مقدار مناسبي منگنز(يا بالاتر0.5 %-0.3%) باشد به طور كلي نرماله كردن ، ساختار پرليت ظريف توليد خواهد كرد . قطعات سنگين در صورتي كه نياز به نرماله شدن داشته باشند براي بدست آوردن ساختاري كاملاً پرليتي و سختي پذيري بيشتر بعداز نرماله كردن حاوي عناصر الياژي از قبيل موليبدن و نيكل و منگنز اضافي هستند . قطعا ت سبك چدن هاي آلياژي ممكن است بعد از نرماله كردن حاوي ساختارمارتنزيتي يا بينيتي باشند 
دماي نرماله كردن معمولاً بين870C-940C مي باشد و زمان استاندارد نگهداري 1h براي هر اينچ ضخامت و نگهداري به مدت 1h به عنوان حداقل در اين دما كافي است .براي چدن هاي حاوي عناصر آلياژي به دليل كاهش نفوذ كربن در آستنيت زمان بيشتري نياز است به عنوان مثال قلع و آنتيموان براي گرافيت هاي كروي ، به طور موثري از حل شدن كربن در زمينه ي حاوي گرافيت كروي جلوگيري مي كنند . 

گاهي اوقات بعد از نرماله كردن ، قطعات را به منظور دست يافتن به سختي مورد نظر و حذف تنش هاي باقي مانده در اثر تفاوت سرعت سرد كردن در قسمتهاي مختلف قطعه به دليل اختلاف اندازه ي مقطع، قطعه ي ريختگي را تمپرمي كنند. 
تمپر كردن قطعات بعد از نرماله كردن براي دستيابي به چقرمگي بالا و مقاومت به ضربه مي باشد. تاثير تمپر كردن در سختي و استحكام كششي به تركيب شيميايي چدن و ميزان سختي بدست آمده از نرماله كردن بستگي دارد. 
تمپر كردن شامل حرارت دادن مجدد تا دماي425C-650C و نگهداري در اين دما به مدت1h براي هر اينچ ضخامت از مقطع مي باشد . اين دما براي دستيابي به مشخصات گوناگون در مدت بالاي رنج معمول، متفاوت مي باشد. 
كونچ و تمپر كردن چدن داكتيل   
  قطعا ت تجاري قبل از كونچ و تمپركردن معمولاً در دمايي بين845C-925C آستنيته مي شوند.براي به حداقل رساندن تنش و جلوگيري از ترك خوردن قطعه براي كونچ متوسط روغن ترجيحاً از روغن استفاده ميشود ولي براي قطعات با اشكال ساده از آب يا آب نمك استفاده مي شود و قطعا ت  پيچيده را به منظور جلوگيري از ترك خوردن در حين كونچ، در روغن پيش گرم شده تا دماي 80C-100Cكونچ مي كنند .   
  تاثيركونچ كردن درآب مكعبي ازجنس چدن نشكن كه تا دماي آستنيته گرم شده بود بدست آمدن سختي بالايي(55-75HRC)    بوده است. دماي آستنيته كردن دراين مكعب بين 845C-870C   بوده است . در دمايي بالاتر از 870C   مقدار زمينه ي حاوي كربن (آستنيت) بيشتري بدست خواهد آمد به همين دليل مقدار آستنيت بيشتري(پس از كونچ  كردن) حفظ خواهد شد كه در نتيجه ي اين امر سختي كاهش پيدا مي كند . 
      قطعا ت بعد از كونچ شدن بايد تمپر شوند تا تنش حاصل از كونچ شدن آزاد گردد. سختي حاصله بعد از تمپر كردن به 
عناصر آلياژي موجود ، دماي تمپر كردن و به همان اندازه زمان تمپر كردن بستگي دارد . تمپر كردن در دماي 450C - 600C باعث كاهش سختي مي شود كه ميزان آن به عناصر آلياژي موجود،سختي اوليه وزمان تمپر بستگي دارد . سختي ويكرز چدن نشكن كونچ شده به وسيله ي دما و زمان تمپر كردن تغيير مي كند . 
تمپر كردن چدن نشكن از يك فرآيند دو مرحله اي تشكيل مي شود. مرحله ي اول همانند فرآيند فولادها رسوب دادن كاربيدها است . مرحله ي دوم (معمولاً به وسيله ي كاهش سختي در زمان طولاني تر مشخص مي شود) جوانه زني و رشد گرافيت ثانويه كه حاصل از مصرف شدن كاربيدها مي باشد. كاهش سختي به همراه تشكيل گرافيت ثانويه همانند كاهش استحكام كششي و به همان اندازه كاهش استحكام خستگي مي باشد. هر آلياژي با در صد مشخص (عناصر) داري درجه حرارت تمپر مفيد خواهد بود. 
     آستمپر كردن چدن نشكن       
  هنگامي كه استحكام مناسب به همراه انعطاف پذيري مورد نظر باشد، عمليات حرارتي كننده اجازه مي دهد ساختار آستمپر شده از آستنيت و فريت توليد گردد. زمينه ي آستمپر شده باعث بهبود قابل توجه استحكام كششي و انعطاف پذيري مي شود كه در هر نوع چدن داكتيل ممكن مي باشد. براي بدست آوردن آن خواص مطلوب نياز است كه به اندازه ي سطح مقطع ، زمان و درجه حرارت داده شده به قطعه در خلال آستنيته و آستمپركردن دقت و توجه كافي شود />  اندازه سطح مقطع و عناصر آلياژي     
  با افزايش سطح مقطع سرعت كاهش درجه حرارت بين دماي آستنيته و دماي آستمپر كردن تغيير مي كند . آستمپر كردن  يا شامل كونچ كردن در روغن داغ 240C  ، كونچ كردن به وسيله ي جريان نيتريت / نيترات،كونچ كردن توسط جريان هوا (فقط براي قطعات نازك يا قسمت هاي كوچك) و براي نوع ابزار كونچ كردن در حمام سرب.       
به منظور جلوگيري از واكنش محصولات در درجه حرارت بالا (مثل پرليت در مقاطع ضخيم) بايد آنها را در حمام نمك كونچ كرد . سختي به وسيله ي كونچ كردن در آب يا افزودن عناصر آلياژي (مثل مس ، نيكل ، منگنز ، يا موليبدن ) كه باعث تسهيل سختي پذيري پرليت مي شوند . اين نكته مهم است مه بدانيم عناصر فوق باعث به وجود آمدن جدايش در هنگام انجماد مي شوند كه اين امر براي قابليت آستمپر شدن و در نتيجه ي آن براي خواص مكانيكي مضر خواهد بود. انعطاف پذيري و مقاومت به ضربه پارامترهايي هستند كه شديداً تحت تاثير قرار مي گيرند . 
منگنز و موليبدن بيشترين تاثير را در سختي پذيري پرليت دارند اما به منظور افزايش آهن يا تعديل كاربيدها هميشه موجب سگرگاسيون و سرد شدن ناحيه ي بين سلولي در قطعه مي شوند . در صورتيكه مس و نيكلبه همان اندازه تاثيري در سختي 
پذيري ندارند ولي باعث جدا شدن گرافيت كروي در زمينه ميشوند و از به وجود آمدن كاربيدهاي مضرجلوگيري مي كنند.  تركيبي از اين عناصر به اندازه ي مساوي به دليل تاثير آنها در سختي پذيري به قطعه افزوده مي شود. 
دما و زمان آستنيته كردن 
معمولاً شكل شماتيك دياگرام نشان مي دهد كه با افزايش دماي استنيته كردن ، زمينه ي حاوي كربن (آستنيت) نيز افزايش مي يابد. زمينه ي فعلي حاوي كربن ، به شكل مخلوط  شدن عناصر موجود در زمينه ، مقدار آنها و موقعيت آنها در زمينه بستگي دارد (سگرگاسيون) . 
مهمترين عامل تعيين كننده در زمينه ي حاوي كربن در چدن داكتيل سيليسيم موجود در آن است ، با افزايش سيليسيم براي دماي آستنيته ي معيين مقدار كربن موجود در زمينه كاهش مي يابد. دماي آستنيته بين845C-925C معمولاً مناسب است و زمان آستنيته كردن براي كربن گيري مجدد تمام زمينه تقريباً 2 ساعت كافي مي باشد. 
دماي استنيته كردن كاملاً تحت تاثير مقدار كربن موجود در زمينه مي باشد كه اثر مهم آن در سختي پذيري مي باشد. دماي آستنيته ي بالا و مقدار كربن بالا باعث افزايش سختي پذيري مي شود . كه باعث كاهش سرعت دگرگوني آستنيت همدما مي شود . 
زمان و دماي آستپمر كردن 
دماي آستمپر كردن اولين پارامتر تعيين كننده ي ميكروساختار نهايي در قطعه و در نتيجه ي آن سختي و استحكام محصول آستمر شده است . با افزايش دماي آستمپر كردن ، سختي و مقاومت به ضربه ي متفاوتي خواهيم داشت. 
دستيابي به حداكثر انعطاف پذيري در دماي معيين آستمپر كردن ، تابع حساس زمان مي باشد . افزايش اوليه ي ازياد طول نسبي در مرحله ي (1) رخ مي دهد و پيشرفت ازياد طول نسبي در مرحله ي نهايي اتفاق مي افتد كه در آن نقطه ي شكست 
آستنيت حداكثر مي باشد . آستمپر كردن مجدد فقط به منظور كاهش انعطاف پذيري در مرحله ي (2)واكنش كه در نتيجه ي  تجزيه ي ساختار به تعادل بينيت مي باشد . زمان آستمپر كردن از 4-1 ساعت متفاوت مي باشد

 

موضوعات مرتبط: عملیات حرارتی , ,

|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0


علت نام گذاری فاز ها در دیاگرام آهن کربن
جمعه 3 / 2 / 1393 ساعت 19:54 | بازدید : 1088 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

سمانتیت (Cementite):

حدس زدن این مورد شاید آسان باشد. این لغت برگرفته از کلمه Cement در زبان انگلیسی به معنای ماده ای است که مواد مختلف را به هم می چسباند، می باشد.
در سال 1855 Osmond و Werth تئوری سلولی را ارائه دادند که در آن نه تنها وجود گونه های آلوتروپیک آهن( که امروزه به نام آستنیت و فریت معروف هستند) را پیشنهاد دادند، بلکه در این تئوری نگاه تازه ای به تشکیل کاربید ها شده بود. تحقیقات آنها در خصوص فولادهای پرکربن نشان داد که مخلوطی شامل سلولهای و دانه های آهن وجود دارد که توسط لایه ای از کاربید آهن محصور شده است.در حین انجماد ابتدا گلبولها یا سلولهای آهن تشکیل شده و رشد می کنند و باقیمانده مذاب به صورت کاربید آهن منجمد می شود. بدین ترتیب کاربید تشکیل شده با قرار گرفتن در اطراف سلولهای قبلی شکل گرفته، آنها را به هم می چسباند. از این شرح می توان دریافت چرا Osmond کاربید تشکیل شده را از لغت فرانسوی Ciment نامگذاری کرد. 
این فاز در زبان آلمانی با Zementit و در انگلیسی با Cementite نشان داده می شود

 

فریت (Ferrite): Ferrum

ریشه لاتین برای بیشتر لغات جدید ساخته شده در خصوص آهن و ترکیبات آن می باشد که احتمالا ریشه سامی دارد.آستنیت (Austenite): این فاز به یادبود Sir William Chandler Roberts-Austen متالورژیست انگلیسی تبار(1843-1902) نامگذاری شده است.
Robert-Austen اولین کسی بود که دیاگرام اولیه آهن - کربن را در سال 1897 (شکل زیر) و فرم نهایی آن را در سال 1899 منتشر کرد.


او همچنین اولین دانشمندی است که اندازه گیری کمی (Quantitative ) نفوذ در حالت جامد (طلا در مس ( را با توجه به قوانین نفوذ فیک انجام داد.


پرلیت(Pearlite):

برگرفته از ظاهر درخشنده مروارید شکل (Pearl) و رنگین کمانی این فاز می باشد.علت اینکه ساختار این فاز به صورت مروارید این است که تیغه های تشکیل شده با داشتن خاصیت انعکاس نور متفاوت به علت جهت گیری مختلف، تشکیل کریستال های متفاوت نوری می دهند.


لدبوریت (Ledeburite):

نامگذاری شده به افتخار Adolf Ledebur (1837- 1916).
Ledebur اولین پروفسوری بود که در سال 1882 مخلوط کریستالی آهن کربن را کشف نمود.


مارتنزیت (Martensite):

به افتخار Adolf Martens(1850-1914) نامگذاری شده است.
وی کارش را در آزمایشگاه مکانیکی رویال دربرلین به عنوان مهندس شروع نمود. امروزه یک جایزه مشهور به نام او اهدا می شود.


بینیت (bainite):

این فاز به یادبود E.C. Bain شیمیدان آمریکایی نامگذاری شده است.
تاریخچه آستمپرینگ به سال 1930 بر می گردد، زمانی که Grossman و Bain در آزمایشگاه های فولاد ایالات متحده بر روی ارزیابی پاسخ متالورژیکی فولادهای سرد شده با سرعت زیاد از دمای 1450 درجه فارنهایت (788 درجه سانتیگراد) به دماهای متناوبا بالا و نگهداری در این دماها به مدت زمانهای مختلف های در حال کار بودند.
نتیجه تحقیقات آنها چیزی است که ما امروزه به عنوان دیاگرامهای استحاله همدما (Isothermal Transformation Diagram) می شناسیم. 
Grossman و Bain با ساختارهای معمول متالورژیکی فریت، پرلیت و مارتنزیت آشنا بودند. چیزی که آنها کشف کردند ساختار دیگری بود که در بالاتر از دمای آغاز تشکیل مارتنزیت (Ms) و پایین تر از دمای تشکیل پرلیت بود.
در فولادها این ساختار شکل ساختارهای سوزنی (بشقابی) با ظاهری پر مانند را داراست. تحقیقات X ray نشان داد که بینیت شامل فریت و کاربید فلزی است.

فریت (Ferrite): Ferrum

ریشه لاتین برای بیشتر لغات جدید ساخته شده در خصوص آهن و ترکیبات آن می باشد که احتمالا ریشه سامی دارد.آستنیت (Austenite): این فاز به یادبود Sir William Chandler Roberts-Austen متالورژیست انگلیسی تبار(1843-1902) نامگذاری شده است.
Robert-Austen اولین کسی بود که دیاگرام اولیه آهن - کربن را در سال 1897 (شکل زیر) و فرم نهایی آن را در سال 1899 منتشر کرد.


او همچنین اولین دانشمندی است که اندازه گیری کمی (Quantitative ) نفوذ در حالت جامد (طلا در مس ( را با توجه به قوانین نفوذ فیک انجام داد.


پرلیت(Pearlite):

برگرفته از ظاهر درخشنده مروارید شکل (Pearl) و رنگین کمانی این فاز می باشد.علت اینکه ساختار این فاز به صورت مروارید این است که تیغه های تشکیل شده با داشتن خاصیت انعکاس نور متفاوت به علت جهت گیری مختلف، تشکیل کریستال های متفاوت نوری می دهند.


لدبوریت (Ledeburite):

نامگذاری شده به افتخار Adolf Ledebur (1837- 1916).
Ledebur اولین پروفسوری بود که در سال 1882 مخلوط کریستالی آهن کربن را کشف نمود.


مارتنزیت (Martensite):

به افتخار Adolf Martens(1850-1914) نامگذاری شده است.
وی کارش را در آزمایشگاه مکانیکی رویال دربرلین به عنوان مهندس شروع نمود. امروزه یک جایزه مشهور به نام او اهدا می شود.


بینیت (bainite):

این فاز به یادبود E.C. Bain شیمیدان آمریکایی نامگذاری شده است.
تاریخچه آستمپرینگ به سال 1930 بر می گردد، زمانی که Grossman و Bain در آزمایشگاه های فولاد ایالات متحده بر روی ارزیابی پاسخ متالورژیکی فولادهای سرد شده با سرعت زیاد از دمای 1450 درجه فارنهایت (788 درجه سانتیگراد) به دماهای متناوبا بالا و نگهداری در این دماها به مدت زمانهای مختلف های در حال کار بودند.
نتیجه تحقیقات آنها چیزی است که ما امروزه به عنوان دیاگرامهای استحاله همدما (Isothermal Transformation Diagram) می شناسیم. 
Grossman و Bain با ساختارهای معمول متالورژیکی فریت، پرلیت و مارتنزیت آشنا بودند. چیزی که آنها کشف کردند ساختار دیگری بود که در بالاتر از دمای آغاز تشکیل مارتنزیت (Ms) و پایین تر از دمای تشکیل پرلیت بود.
در فولادها این ساختار شکل ساختارهای سوزنی (بشقابی) با ظاهری پر مانند را داراست. تحقیقات X ray نشان داد که بینیت شامل فریت و کاربید فلزی است.

 


|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0


عمليات حرارتي روي چدن نشكن
جمعه 3 / 2 / 1393 ساعت 19:54 | بازدید : 1121 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

مهمترين عمليات حرارتي كه روي چدن نشكن انجام مي شود و هدف از انجام آنها :   
    عمليات حرارتي كه در دماي پايين براي كاهش يا آزاد كردن تنش هاي داخلي باقي مانده پس از ريخته گري انجام مي شود. 
   ● آنيل كردن 
      عمليات حرارتي كه براي بهبود انعطاف پذيري و چقرمگي ، كاهش سختي و حذف كاربيدها انجام مي شود.         
   ● نرماله كردن 
   عمليات حرارتي كه به منظور بهبود استحكام به همراه كمي انعطاف پذيري انجام مي شود .                                   
  ● سخت كردن و تمپر كردن 
   عمليات حرارتي كه به منظور افزايش سختي يا بهبود استحكام و بالا بردن نسبت تنش (تنش تسليم) انجام مي شود .       
  ● آستمپر كردن 
  عمليات حرارتي كه به منظور بدست آمدن ساختاري با استحكام بالا به همراه كمي انعطاف پذيري و مقاومت به سايش عالي انجام مي شود />     ● سخت كردن سطحي به وسيله ي القاء ، شعله يا ليزر 
     عمليات حرارتي كه به منظور مقاوم به سايش ساختن و سخت كردن موضعي سطح انتخاب شده انجام مي شود .

  در اين مقاله عمليات آنيلينگ ، نرماله كردن ، آستمپر كردن ، كونچ كردن و تمپر كردن چدن نشكن شرح داده مي شود.

 

آستنيته كردن چدن />  هدف معمول آستنيته كردن اين است كه تا حد امكان زمينه ي آستنيتي با مقدار كربن يكسان قبل از پروسه ى حرارتى توليد شود. به عنوان مثال در چدن نشكن هيپريوتكتيك براي آستنيته كردن  بايد از دماى بحرانى كمي بالاتر برويم به طورى كه دماى آستنيته در منطقه ى دو فازى ( آستنيت و گرافيت ) باشد. دماى آستنيته كردن به وسيله ى عناصر آلياژى موجود در چدن نشكن تغيير مى كند />با افزايش دماي آستنيته كردن مي توان آستنيت تعادلي حاوى كربن كه در حال تعادل با گرافيت است را افزايش داد. كه اين پارامتر قابل انتخاب است( در زمان محدود). كربن موجود در زمينه ي آستنيتي كنترل دماي آستنيته كردن را مهم ساخته كه اين دما به منظور جلو بردن واكنش به مقدار زيادي به كربن موجود در زمينه ي آستنيتي بستگي دارد ، اين ساختار مخصوصاً براي آستمر كردن ساخته مي شود ، سختي پذيري (قابليت آستمپر كردن ) به ميزان زيادي به كربن موجود در زمينه و در واقع به عناصر الياژي موجود در چدن نشكن بستگي دارد ، ميكرو ساختار اصلي و سطح مقطع قطعه تعيين كننده ي زمان مورد نياز براي آستنيته كردن مي باشند 
مراحل بعد از آستنيته كردن هنگامي كه مورد اهميت باشند عبارتند از : آنيل كردن ، نرماله كردن ، كونچ و تمپر  كردن و آستمپر كردن />آنيلينگ چدن نشكن 
هنگامي كه حداكثر انعطاف پذيري و قابليت ماشينكاري عالي مورد نياز باشد و استحكام بالا مورد نياز نباشد ، عموماً چدن نشكن آنيل فريتي مي شود . بدين گونه كه ميكروساختار به فريت متحول مي شود و كربن اضافي به صورت  مي باشد، اگر ماشينكاري عالي مورد  60-40-18 نوع ASTM كروي رسوب مي كند. اين عمليات حرارتي ساخته ي  نياز باشد بايد مقدار منگنز ، فسفر و عناصر آلياژي از قبيل كرم و موليبدن درحد امكان پايين باشد زيرا باعث آهسته كردن پروسه ي آنيل مي شوند />           نحوه ي آنيل كردن توصيه شده براي چدن نشكن آلياژي و چدن نشكن با كاربيد يوتكتيك و بدو ن كاربيد يوتكتيك در پايين شرح داده شده است />آنيل كامل براي چدن نشكن با 2%-3% سيليسيم و بدون كاربيد يوتكتيك :                                                             
گرم كردن تا دماي 870- 900 درجه ي سانتي گراد و نگهدار ي در اين دما به مدت 1 ساعت در ازاي هر اينچ ضخامت ،سپس سرد كردن در كوره با سرعت   55 درجه سانتي گراد در ساعت تا دماي 345 درجه ي سانتي گراد سپس سرد كردن در هوا.       
      آنيل كامل در صورت وجود كاربيد يوتكتيك : 
گرم كردن تا دماي900C-870C و نگهداري در اين دما براي 2 ساعت و بيشتر از اين زمان براي ضاخمت هاي زياد ، سپس سرد كردن در كوره با سرعت 110C/hتا دماي 700Cو نگهداري در اين دما براي 2 ساعت ، سپس سرد كردن در كوره تا دماي 345Cبا سرعت 55C/h ، سپس سرد كردن در هوا . 
آنيل كردن زير منطقه ي بحراني براي تبديل پرليت به فريت:                                                                               
گرم كردن قطعات تا دماي705C-720Cونگهداري در اين دما به مدت 1 ساعت در ازاي هر اينچ ضخانت ، سپس سرد كردن در كوره با سرعت55C/h تا دماي 345C و سپس سرد كردن در هوا . 
وقتي كه در چدن نشكن عناصر آلياژي وجود داشته باشد از سرد كردن سرتاسري قطعه جلوگيري مي شود و كاهش درجه حرارت از نقطه ي بحراني تا400C ادامه مي يابد و سرعت سرد كردن از55C/h كمتر مي باشد . 
به هر حال برخي عناصر در شكل كاربيد خود اگر تجزيه ناپذير باشند به شكل كاربيد اوليه كه بسيار سخت است مي باشندكه اين حالت بيشتر در كرم مي باشد ، به عنوان مثال% 0.25 كرم باعث تشكيل كاربيد اوليه ي بين نشيني مي شود كه در اثر عمليات حرارتي تا دماي 925C و نگهداري در مدت2h-20h حتي نيز از بين نمي رود . زمينه ي حاصل از رسوب پرليت ، زمينه ي فريتي با كاربيد مي باشد كه فقط 5% ازياد طول دارد .   
نمونه هاي ديگري از عناصر كه به شكل كاربيد در چدن نشكن وجود دارند عبارتند از موليبدن بيشتر از 0.3% و واناديم وتنگستن در مقدير بيش از 0.05%   
سختي پذيري چدن نشكن      
          سختي پذيري چدن نشكن يك پارامتر مهم تعيين كننده ي واكنش ثابت آهن براي نرماله كردن ، كونچ كردن و تمپركردن يا آستنيته كردن مي />    سختي پذيري معمولاً به وسيله ي آزمايش جاميني تعيين مي شود ، كه در آن از يك ميله با اندازه ي استاندارد (قطر 1 اينچ و ارتفاع 4 اينچ) استفاده مي شود كه آن را آستنيته مي كنند سپس يك سر آن را به وسيله ي آب سرد مي كنند ، نوسان در سرعت سرد كردن باعث بي ثباتي (متفاوت بودن) در ميكروساختار مي شود كه سختي آنها تغيير مي كند سپس آنها را تعيين و ثبت مي كنند. 
زمينه ي با كربن بالا باعث بالا رفتن دماي آستنيته كردن و در نتيجه ي آن باعث افزايش سختي پذيري مي شود (منحني جاميني فاصله ي زيادي تا پايان سرد كردن پيدا مي كند ) و همچنين قطعه حداكثر سختي بالاتري پيدا مي كند. 
   هدف از اضافه كردن عناصر آلياژي به چدن نشكن افزايش سختي پذيري است ، منگنز و موليبدن برحسب وزن اضافه شده به چدن نشكن نسبت به مس و نيكل عناصر بسيار موثري در افزايش سختي هستند. 
   در هر حال همانند فولاد افزودن تركيب نيكل - موليبدن يا مس - موليبدن يا مس - نيكل - منگنز  نسبت به اينكه اين عناصر را به صورت جداگانه به چدن اضافه كنيم ، تاثير بيشتري خواهند داشت. 
       بنابراين براي ريخته گري مقاطع زياد كه نياز به سختي و آستمر زياد دارند معمولاً از تركيب ان عنصر استفاده مي كنند . سيليسيم صرف نظر از تاثيري كه روي زمينه ي حاوي كربن دارد تاثير زيادي روي سختي پذيري ندارد . 
    نرماله كردن چدن نشكن                                  

نرماله كردن (سرد كردن در هوا در جريان آستنيته كردن) به طور قابل توجهي مي تواند باعث بهبود استحكام كششي شود.و امكان استفاده در ساخت چدن نشكن ASTM نوع 30-70-100 وجود دارد . 
ميكروساختار حاصل از نرماله كردن به تركيب شيميايي چدن و سرعت سرد كردن بستگي دارد سختي تحميل شده به   
وسيله ي تركيب شيميايي قطعه به موقعيت منطقه ي زمان - دماي دياگرام CCT بستگي دارد . 
سرعت سرد كردن به حجم قطعه ي ريختگي بستگي دارد ولي شايد بيشتر تحت تاثير دما و جريان هواي اطراف قطعه ي در حال سرد شدن باشد . 
اگر چدن حاوي مقدار زيادي سيليسيم نباشد و دست كم حاوي مقدار مناسبي منگنز(يا بالاتر0.5 %-0.3%) باشد به طور كلي نرماله كردن ، ساختار پرليت ظريف توليد خواهد كرد . قطعات سنگين در صورتي كه نياز به نرماله شدن داشته باشند براي بدست آوردن ساختاري كاملاً پرليتي و سختي پذيري بيشتر بعداز نرماله كردن حاوي عناصر الياژي از قبيل موليبدن و نيكل و منگنز اضافي هستند . قطعا ت سبك چدن هاي آلياژي ممكن است بعد از نرماله كردن حاوي ساختارمارتنزيتي يا بينيتي باشند 
دماي نرماله كردن معمولاً بين870C-940C مي باشد و زمان استاندارد نگهداري 1h براي هر اينچ ضخامت و نگهداري به مدت 1h به عنوان حداقل در اين دما كافي است .براي چدن هاي حاوي عناصر آلياژي به دليل كاهش نفوذ كربن در آستنيت زمان بيشتري نياز است به عنوان مثال قلع و آنتيموان براي گرافيت هاي كروي ، به طور موثري از حل شدن كربن در زمينه ي حاوي گرافيت كروي جلوگيري مي كنند . 

گاهي اوقات بعد از نرماله كردن ، قطعات را به منظور دست يافتن به سختي مورد نظر و حذف تنش هاي باقي مانده در اثر تفاوت سرعت سرد كردن در قسمتهاي مختلف قطعه به دليل اختلاف اندازه ي مقطع، قطعه ي ريختگي را تمپرمي كنند. 
تمپر كردن قطعات بعد از نرماله كردن براي دستيابي به چقرمگي بالا و مقاومت به ضربه مي باشد. تاثير تمپر كردن در سختي و استحكام كششي به تركيب شيميايي چدن و ميزان سختي بدست آمده از نرماله كردن بستگي دارد. 
تمپر كردن شامل حرارت دادن مجدد تا دماي425C-650C و نگهداري در اين دما به مدت1h براي هر اينچ ضخامت از مقطع مي باشد . اين دما براي دستيابي به مشخصات گوناگون در مدت بالاي رنج معمول، متفاوت مي باشد. 
كونچ و تمپر كردن چدن داكتيل   
  قطعا ت تجاري قبل از كونچ و تمپركردن معمولاً در دمايي بين845C-925C آستنيته مي شوند.براي به حداقل رساندن تنش و جلوگيري از ترك خوردن قطعه براي كونچ متوسط روغن ترجيحاً از روغن استفاده ميشود ولي براي قطعات با اشكال ساده از آب يا آب نمك استفاده مي شود و قطعا ت  پيچيده را به منظور جلوگيري از ترك خوردن در حين كونچ، در روغن پيش گرم شده تا دماي 80C-100Cكونچ مي كنند .   
  تاثيركونچ كردن درآب مكعبي ازجنس چدن نشكن كه تا دماي آستنيته گرم شده بود بدست آمدن سختي بالايي(55-75HRC)    بوده است. دماي آستنيته كردن دراين مكعب بين 845C-870C   بوده است . در دمايي بالاتر از 870C   مقدار زمينه ي حاوي كربن (آستنيت) بيشتري بدست خواهد آمد به همين دليل مقدار آستنيت بيشتري(پس از كونچ  كردن) حفظ خواهد شد كه در نتيجه ي اين امر سختي كاهش پيدا مي كند . 
      قطعا ت بعد از كونچ شدن بايد تمپر شوند تا تنش حاصل از كونچ شدن آزاد گردد. سختي حاصله بعد از تمپر كردن به 
عناصر آلياژي موجود ، دماي تمپر كردن و به همان اندازه زمان تمپر كردن بستگي دارد . تمپر كردن در دماي 450C - 600C باعث كاهش سختي مي شود كه ميزان آن به عناصر آلياژي موجود،سختي اوليه وزمان تمپر بستگي دارد . سختي ويكرز چدن نشكن كونچ شده به وسيله ي دما و زمان تمپر كردن تغيير مي كند . 
تمپر كردن چدن نشكن از يك فرآيند دو مرحله اي تشكيل مي شود. مرحله ي اول همانند فرآيند فولادها رسوب دادن كاربيدها است . مرحله ي دوم (معمولاً به وسيله ي كاهش سختي در زمان طولاني تر مشخص مي شود) جوانه زني و رشد گرافيت ثانويه كه حاصل از مصرف شدن كاربيدها مي باشد. كاهش سختي به همراه تشكيل گرافيت ثانويه همانند كاهش استحكام كششي و به همان اندازه كاهش استحكام خستگي مي باشد. هر آلياژي با در صد مشخص (عناصر) داري درجه حرارت تمپر مفيد خواهد بود. 
     آستمپر كردن چدن نشكن       
  هنگامي كه استحكام مناسب به همراه انعطاف پذيري مورد نظر باشد، عمليات حرارتي كننده اجازه مي دهد ساختار آستمپر شده از آستنيت و فريت توليد گردد. زمينه ي آستمپر شده باعث بهبود قابل توجه استحكام كششي و انعطاف پذيري مي شود كه در هر نوع چدن داكتيل ممكن مي باشد. براي بدست آوردن آن خواص مطلوب نياز است كه به اندازه ي سطح مقطع ، زمان و درجه حرارت داده شده به قطعه در خلال آستنيته و آستمپركردن دقت و توجه كافي شود />  اندازه سطح مقطع و عناصر آلياژي     
  با افزايش سطح مقطع سرعت كاهش درجه حرارت بين دماي آستنيته و دماي آستمپر كردن تغيير مي كند . آستمپر كردن  يا شامل كونچ كردن در روغن داغ 240C  ، كونچ كردن به وسيله ي جريان نيتريت / نيترات،كونچ كردن توسط جريان هوا (فقط براي قطعات نازك يا قسمت هاي كوچك) و براي نوع ابزار كونچ كردن در حمام سرب.       
به منظور جلوگيري از واكنش محصولات در درجه حرارت بالا (مثل پرليت در مقاطع ضخيم) بايد آنها را در حمام نمك كونچ كرد . سختي به وسيله ي كونچ كردن در آب يا افزودن عناصر آلياژي (مثل مس ، نيكل ، منگنز ، يا موليبدن ) كه باعث تسهيل سختي پذيري پرليت مي شوند . اين نكته مهم است مه بدانيم عناصر فوق باعث به وجود آمدن جدايش در هنگام انجماد مي شوند كه اين امر براي قابليت آستمپر شدن و در نتيجه ي آن براي خواص مكانيكي مضر خواهد بود. انعطاف پذيري و مقاومت به ضربه پارامترهايي هستند كه شديداً تحت تاثير قرار مي گيرند . 
منگنز و موليبدن بيشترين تاثير را در سختي پذيري پرليت دارند اما به منظور افزايش آهن يا تعديل كاربيدها هميشه موجب سگرگاسيون و سرد شدن ناحيه ي بين سلولي در قطعه مي شوند . در صورتيكه مس و نيكلبه همان اندازه تاثيري در سختي 
پذيري ندارند ولي باعث جدا شدن گرافيت كروي در زمينه ميشوند و از به وجود آمدن كاربيدهاي مضرجلوگيري مي كنند.  تركيبي از اين عناصر به اندازه ي مساوي به دليل تاثير آنها در سختي پذيري به قطعه افزوده مي شود. 
دما و زمان آستنيته كردن 
معمولاً شكل شماتيك دياگرام نشان مي دهد كه با افزايش دماي استنيته كردن ، زمينه ي حاوي كربن (آستنيت) نيز افزايش مي يابد. زمينه ي فعلي حاوي كربن ، به شكل مخلوط  شدن عناصر موجود در زمينه ، مقدار آنها و موقعيت آنها در زمينه بستگي دارد (سگرگاسيون) . 
مهمترين عامل تعيين كننده در زمينه ي حاوي كربن در چدن داكتيل سيليسيم موجود در آن است ، با افزايش سيليسيم براي دماي آستنيته ي معيين مقدار كربن موجود در زمينه كاهش مي يابد. دماي آستنيته بين845C-925C معمولاً مناسب است و زمان آستنيته كردن براي كربن گيري مجدد تمام زمينه تقريباً 2 ساعت كافي مي باشد. 
دماي استنيته كردن كاملاً تحت تاثير مقدار كربن موجود در زمينه مي باشد كه اثر مهم آن در سختي پذيري مي باشد. دماي آستنيته ي بالا و مقدار كربن بالا باعث افزايش سختي پذيري مي شود . كه باعث كاهش سرعت دگرگوني آستنيت همدما مي شود . 
زمان و دماي آستپمر كردن 
دماي آستمپر كردن اولين پارامتر تعيين كننده ي ميكروساختار نهايي در قطعه و در نتيجه ي آن سختي و استحكام محصول آستمر شده است . با افزايش دماي آستمپر كردن ، سختي و مقاومت به ضربه ي متفاوتي خواهيم داشت. 
دستيابي به حداكثر انعطاف پذيري در دماي معيين آستمپر كردن ، تابع حساس زمان مي باشد . افزايش اوليه ي ازياد طول نسبي در مرحله ي (1) رخ مي دهد و پيشرفت ازياد طول نسبي در مرحله ي نهايي اتفاق مي افتد كه در آن نقطه ي شكست 
آستنيت حداكثر مي باشد . آستمپر كردن مجدد فقط به منظور كاهش انعطاف پذيري در مرحله ي (2)واكنش كه در نتيجه ي  تجزيه ي ساختار به تعادل بينيت مي باشد . زمان آستمپر كردن از 4-1 ساعت متفاوت مي باشد

]آستنيته كردن چدن />  هدف معمول آستنيته كردن اين است كه تا حد امكان زمينه ي آستنيتي با مقدار كربن يكسان قبل از پروسه ى حرارتى توليد شود. به عنوان مثال در چدن نشكن هيپريوتكتيك براي آستنيته كردن  بايد از دماى بحرانى كمي بالاتر برويم به طورى كه دماى آستنيته در منطقه ى دو فازى ( آستنيت و گرافيت ) باشد. دماى آستنيته كردن به وسيله ى عناصر آلياژى موجود در چدن نشكن تغيير مى كند />با افزايش دماي آستنيته كردن مي توان آستنيت تعادلي حاوى كربن كه در حال تعادل با گرافيت است را افزايش داد. كه اين پارامتر قابل انتخاب است( در زمان محدود). كربن موجود در زمينه ي آستنيتي كنترل دماي آستنيته كردن را مهم ساخته كه اين دما به منظور جلو بردن واكنش به مقدار زيادي به كربن موجود در زمينه ي آستنيتي بستگي دارد ، اين ساختار مخصوصاً براي آستمر كردن ساخته مي شود ، سختي پذيري (قابليت آستمپر كردن ) به ميزان زيادي به كربن موجود در زمينه و در واقع به عناصر الياژي موجود در چدن نشكن بستگي دارد ، ميكرو ساختار اصلي و سطح مقطع قطعه تعيين كننده ي زمان مورد نياز براي آستنيته كردن مي باشند 
مراحل بعد از آستنيته كردن هنگامي كه مورد اهميت باشند عبارتند از : آنيل كردن ، نرماله كردن ، كونچ و تمپر  كردن و آستمپر كردن />آنيلينگ چدن نشكن 
هنگامي كه حداكثر انعطاف پذيري و قابليت ماشينكاري عالي مورد نياز باشد و استحكام بالا مورد نياز نباشد ، عموماً چدن نشكن آنيل فريتي مي شود . بدين گونه كه ميكروساختار به فريت متحول مي شود و كربن اضافي به صورت  مي باشد، اگر ماشينكاري عالي مورد  60-40-18 نوع ASTM كروي رسوب مي كند. اين عمليات حرارتي ساخته ي  نياز باشد بايد مقدار منگنز ، فسفر و عناصر آلياژي از قبيل كرم و موليبدن درحد امكان پايين باشد زيرا باعث آهسته كردن پروسه ي آنيل مي شوند />           نحوه ي آنيل كردن توصيه شده براي چدن نشكن آلياژي و چدن نشكن با كاربيد يوتكتيك و بدو ن كاربيد يوتكتيك در پايين شرح داده شده است />آنيل كامل براي چدن نشكن با 2%-3% سيليسيم و بدون كاربيد يوتكتيك :                                                             
گرم كردن تا دماي 870- 900 درجه ي سانتي گراد و نگهدار ي در اين دما به مدت 1 ساعت در ازاي هر اينچ ضخامت ،سپس سرد كردن در كوره با سرعت   55 درجه سانتي گراد در ساعت تا دماي 345 درجه ي سانتي گراد سپس سرد كردن در هوا.       
      آنيل كامل در صورت وجود كاربيد يوتكتيك : 
گرم كردن تا دماي900C-870C و نگهداري در اين دما براي 2 ساعت و بيشتر از اين زمان براي ضاخمت هاي زياد ، سپس سرد كردن در كوره با سرعت 110C/hتا دماي 700Cو نگهداري در اين دما براي 2 ساعت ، سپس سرد كردن در كوره تا دماي 345Cبا سرعت 55C/h ، سپس سرد كردن در هوا . 
آنيل كردن زير منطقه ي بحراني براي تبديل پرليت به فريت:                                                                               
گرم كردن قطعات تا دماي705C-720Cونگهداري در اين دما به مدت 1 ساعت در ازاي هر اينچ ضخانت ، سپس سرد كردن در كوره با سرعت55C/h تا دماي 345C و سپس سرد كردن در هوا . 
وقتي كه در چدن نشكن عناصر آلياژي وجود داشته باشد از سرد كردن سرتاسري قطعه جلوگيري مي شود و كاهش درجه حرارت از نقطه ي بحراني تا400C ادامه مي يابد و سرعت سرد كردن از55C/h كمتر مي باشد . 
به هر حال برخي عناصر در شكل كاربيد خود اگر تجزيه ناپذير باشند به شكل كاربيد اوليه كه بسيار سخت است مي باشندكه اين حالت بيشتر در كرم مي باشد ، به عنوان مثال% 0.25 كرم باعث تشكيل كاربيد اوليه ي بين نشيني مي شود كه در اثر عمليات حرارتي تا دماي 925C و نگهداري در مدت2h-20h حتي نيز از بين نمي رود . زمينه ي حاصل از رسوب پرليت ، زمينه ي فريتي با كاربيد مي باشد كه فقط 5% ازياد طول دارد .   
نمونه هاي ديگري از عناصر كه به شكل كاربيد در چدن نشكن وجود دارند عبارتند از موليبدن بيشتر از 0.3% و واناديم وتنگستن در مقدير بيش از 0.05%   
سختي پذيري چدن نشكن      
          سختي پذيري چدن نشكن يك پارامتر مهم تعيين كننده ي واكنش ثابت آهن براي نرماله كردن ، كونچ كردن و تمپركردن يا آستنيته كردن مي />    سختي پذيري معمولاً به وسيله ي آزمايش جاميني تعيين مي شود ، كه در آن از يك ميله با اندازه ي استاندارد (قطر 1 اينچ و ارتفاع 4 اينچ) استفاده مي شود كه آن را آستنيته مي كنند سپس يك سر آن را به وسيله ي آب سرد مي كنند ، نوسان در سرعت سرد كردن باعث بي ثباتي (متفاوت بودن) در ميكروساختار مي شود كه سختي آنها تغيير مي كند سپس آنها را تعيين و ثبت مي كنند. 
زمينه ي با كربن بالا باعث بالا رفتن دماي آستنيته كردن و در نتيجه ي آن باعث افزايش سختي پذيري مي شود (منحني جاميني فاصله ي زيادي تا پايان سرد كردن پيدا مي كند ) و همچنين قطعه حداكثر سختي بالاتري پيدا مي كند. 
   هدف از اضافه كردن عناصر آلياژي به چدن نشكن افزايش سختي پذيري است ، منگنز و موليبدن برحسب وزن اضافه شده به چدن نشكن نسبت به مس و نيكل عناصر بسيار موثري در افزايش سختي هستند. 
   در هر حال همانند فولاد افزودن تركيب نيكل - موليبدن يا مس - موليبدن يا مس - نيكل - منگنز  نسبت به اينكه اين عناصر را به صورت جداگانه به چدن اضافه كنيم ، تاثير بيشتري خواهند داشت. 
       بنابراين براي ريخته گري مقاطع زياد كه نياز به سختي و آستمر زياد دارند معمولاً از تركيب ان عنصر استفاده مي كنند . سيليسيم صرف نظر از تاثيري كه روي زمينه ي حاوي كربن دارد تاثير زيادي روي سختي پذيري ندارد . 
    نرماله كردن چدن نشكن                                  

نرماله كردن (سرد كردن در هوا در جريان آستنيته كردن) به طور قابل توجهي مي تواند باعث بهبود استحكام كششي شود.و امكان استفاده در ساخت چدن نشكن ASTM نوع 30-70-100 وجود دارد . 
ميكروساختار حاصل از نرماله كردن به تركيب شيميايي چدن و سرعت سرد كردن بستگي دارد سختي تحميل شده به   
وسيله ي تركيب شيميايي قطعه به موقعيت منطقه ي زمان - دماي دياگرام CCT بستگي دارد . 
سرعت سرد كردن به حجم قطعه ي ريختگي بستگي دارد ولي شايد بيشتر تحت تاثير دما و جريان هواي اطراف قطعه ي در حال سرد شدن باشد . 
اگر چدن حاوي مقدار زيادي سيليسيم نباشد و دست كم حاوي مقدار مناسبي منگنز(يا بالاتر0.5 %-0.3%) باشد به طور كلي نرماله كردن ، ساختار پرليت ظريف توليد خواهد كرد . قطعات سنگين در صورتي كه نياز به نرماله شدن داشته باشند براي بدست آوردن ساختاري كاملاً پرليتي و سختي پذيري بيشتر بعداز نرماله كردن حاوي عناصر الياژي از قبيل موليبدن و نيكل و منگنز اضافي هستند . قطعا ت سبك چدن هاي آلياژي ممكن است بعد از نرماله كردن حاوي ساختارمارتنزيتي يا بينيتي باشند 
دماي نرماله كردن معمولاً بين870C-940C مي باشد و زمان استاندارد نگهداري 1h براي هر اينچ ضخامت و نگهداري به مدت 1h به عنوان حداقل در اين دما كافي است .براي چدن هاي حاوي عناصر آلياژي به دليل كاهش نفوذ كربن در آستنيت زمان بيشتري نياز است به عنوان مثال قلع و آنتيموان براي گرافيت هاي كروي ، به طور موثري از حل شدن كربن در زمينه ي حاوي گرافيت كروي جلوگيري مي كنند . 

گاهي اوقات بعد از نرماله كردن ، قطعات را به منظور دست يافتن به سختي مورد نظر و حذف تنش هاي باقي مانده در اثر تفاوت سرعت سرد كردن در قسمتهاي مختلف قطعه به دليل اختلاف اندازه ي مقطع، قطعه ي ريختگي را تمپرمي كنند. 
تمپر كردن قطعات بعد از نرماله كردن براي دستيابي به چقرمگي بالا و مقاومت به ضربه مي باشد. تاثير تمپر كردن در سختي و استحكام كششي به تركيب شيميايي چدن و ميزان سختي بدست آمده از نرماله كردن بستگي دارد. 
تمپر كردن شامل حرارت دادن مجدد تا دماي425C-650C و نگهداري در اين دما به مدت1h براي هر اينچ ضخامت از مقطع مي باشد . اين دما براي دستيابي به مشخصات گوناگون در مدت بالاي رنج معمول، متفاوت مي باشد. 
كونچ و تمپر كردن چدن داكتيل   
  قطعا ت تجاري قبل از كونچ و تمپركردن معمولاً در دمايي بين845C-925C آستنيته مي شوند.براي به حداقل رساندن تنش و جلوگيري از ترك خوردن قطعه براي كونچ متوسط روغن ترجيحاً از روغن استفاده ميشود ولي براي قطعات با اشكال ساده از آب يا آب نمك استفاده مي شود و قطعا ت  پيچيده را به منظور جلوگيري از ترك خوردن در حين كونچ، در روغن پيش گرم شده تا دماي 80C-100Cكونچ مي كنند .   
  تاثيركونچ كردن درآب مكعبي ازجنس چدن نشكن كه تا دماي آستنيته گرم شده بود بدست آمدن سختي بالايي(55-75HRC)    بوده است. دماي آستنيته كردن دراين مكعب بين 845C-870C   بوده است . در دمايي بالاتر از 870C   مقدار زمينه ي حاوي كربن (آستنيت) بيشتري بدست خواهد آمد به همين دليل مقدار آستنيت بيشتري(پس از كونچ  كردن) حفظ خواهد شد كه در نتيجه ي اين امر سختي كاهش پيدا مي كند . 
      قطعا ت بعد از كونچ شدن بايد تمپر شوند تا تنش حاصل از كونچ شدن آزاد گردد. سختي حاصله بعد از تمپر كردن به 
عناصر آلياژي موجود ، دماي تمپر كردن و به همان اندازه زمان تمپر كردن بستگي دارد . تمپر كردن در دماي 450C - 600C باعث كاهش سختي مي شود كه ميزان آن به عناصر آلياژي موجود،سختي اوليه وزمان تمپر بستگي دارد . سختي ويكرز چدن نشكن كونچ شده به وسيله ي دما و زمان تمپر كردن تغيير مي كند . 
تمپر كردن چدن نشكن از يك فرآيند دو مرحله اي تشكيل مي شود. مرحله ي اول همانند فرآيند فولادها رسوب دادن كاربيدها است . مرحله ي دوم (معمولاً به وسيله ي كاهش سختي در زمان طولاني تر مشخص مي شود) جوانه زني و رشد گرافيت ثانويه كه حاصل از مصرف شدن كاربيدها مي باشد. كاهش سختي به همراه تشكيل گرافيت ثانويه همانند كاهش استحكام كششي و به همان اندازه كاهش استحكام خستگي مي باشد. هر آلياژي با در صد مشخص (عناصر) داري درجه حرارت تمپر مفيد خواهد بود. 
     آستمپر كردن چدن نشكن       
  هنگامي كه استحكام مناسب به همراه انعطاف پذيري مورد نظر باشد، عمليات حرارتي كننده اجازه مي دهد ساختار آستمپر شده از آستنيت و فريت توليد گردد. زمينه ي آستمپر شده باعث بهبود قابل توجه استحكام كششي و انعطاف پذيري مي شود كه در هر نوع چدن داكتيل ممكن مي باشد. براي بدست آوردن آن خواص مطلوب نياز است كه به اندازه ي سطح مقطع ، زمان و درجه حرارت داده شده به قطعه در خلال آستنيته و آستمپركردن دقت و توجه كافي شود />  اندازه سطح مقطع و عناصر آلياژي     
  با افزايش سطح مقطع سرعت كاهش درجه حرارت بين دماي آستنيته و دماي آستمپر كردن تغيير مي كند . آستمپر كردن  يا شامل كونچ كردن در روغن داغ 240C  ، كونچ كردن به وسيله ي جريان نيتريت / نيترات،كونچ كردن توسط جريان هوا (فقط براي قطعات نازك يا قسمت هاي كوچك) و براي نوع ابزار كونچ كردن در حمام سرب.       
به منظور جلوگيري از واكنش محصولات در درجه حرارت بالا (مثل پرليت در مقاطع ضخيم) بايد آنها را در حمام نمك كونچ كرد . سختي به وسيله ي كونچ كردن در آب يا افزودن عناصر آلياژي (مثل مس ، نيكل ، منگنز ، يا موليبدن ) كه باعث تسهيل سختي پذيري پرليت مي شوند . اين نكته مهم است مه بدانيم عناصر فوق باعث به وجود آمدن جدايش در هنگام انجماد مي شوند كه اين امر براي قابليت آستمپر شدن و در نتيجه ي آن براي خواص مكانيكي مضر خواهد بود. انعطاف پذيري و مقاومت به ضربه پارامترهايي هستند كه شديداً تحت تاثير قرار مي گيرند . 
منگنز و موليبدن بيشترين تاثير را در سختي پذيري پرليت دارند اما به منظور افزايش آهن يا تعديل كاربيدها هميشه موجب سگرگاسيون و سرد شدن ناحيه ي بين سلولي در قطعه مي شوند . در صورتيكه مس و نيكلبه همان اندازه تاثيري در سختي 
پذيري ندارند ولي باعث جدا شدن گرافيت كروي در زمينه ميشوند و از به وجود آمدن كاربيدهاي مضرجلوگيري مي كنند.  تركيبي از اين عناصر به اندازه ي مساوي به دليل تاثير آنها در سختي پذيري به قطعه افزوده مي شود. 
دما و زمان آستنيته كردن 
معمولاً شكل شماتيك دياگرام نشان مي دهد كه با افزايش دماي استنيته كردن ، زمينه ي حاوي كربن (آستنيت) نيز افزايش مي يابد. زمينه ي فعلي حاوي كربن ، به شكل مخلوط  شدن عناصر موجود در زمينه ، مقدار آنها و موقعيت آنها در زمينه بستگي دارد (سگرگاسيون) . 
مهمترين عامل تعيين كننده در زمينه ي حاوي كربن در چدن داكتيل سيليسيم موجود در آن است ، با افزايش سيليسيم براي دماي آستنيته ي معيين مقدار كربن موجود در زمينه كاهش مي يابد. دماي آستنيته بين845C-925C معمولاً مناسب است و زمان آستنيته كردن براي كربن گيري مجدد تمام زمينه تقريباً 2 ساعت كافي مي باشد. 
دماي استنيته كردن كاملاً تحت تاثير مقدار كربن موجود در زمينه مي باشد كه اثر مهم آن در سختي پذيري مي باشد. دماي آستنيته ي بالا و مقدار كربن بالا باعث افزايش سختي پذيري مي شود . كه باعث كاهش سرعت دگرگوني آستنيت همدما مي شود . 
زمان و دماي آستپمر كردن 
دماي آستمپر كردن اولين پارامتر تعيين كننده ي ميكروساختار نهايي در قطعه و در نتيجه ي آن سختي و استحكام محصول آستمر شده است . با افزايش دماي آستمپر كردن ، سختي و مقاومت به ضربه ي متفاوتي خواهيم داشت. 
دستيابي به حداكثر انعطاف پذيري در دماي معيين آستمپر كردن ، تابع حساس زمان مي باشد . افزايش اوليه ي ازياد طول نسبي در مرحله ي (1) رخ مي دهد و پيشرفت ازياد طول نسبي در مرحله ي نهايي اتفاق مي افتد كه در آن نقطه ي شكست 
آستنيت حداكثر مي باشد . آستمپر كردن مجدد فقط به منظور كاهش انعطاف پذيري در مرحله ي (2)واكنش كه در نتيجه ي  تجزيه ي ساختار به تعادل بينيت مي باشد . زمان آستمپر كردن از 4-1 ساعت متفاوت مي باشد

 

موضوعات مرتبط: عملیات حرارتی , ,

|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0


تاثير انواع متغير هاي ريخته گري بر روي ريز دانگي آلیاژهای آلومینیوم
جمعه 3 / 2 / 1393 ساعت 19:52 | بازدید : 902 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

در تحقيق حاضر تاثير انواع متغير هاي ريخته گري را بر روي ريز دانگي آلیاژهای آلومینیوم مطالعه و بررسي شده است. تحقيقات نشان داده است كه عوامل متعدد و روشهاي گوناگوني جهت ريز دانگي آلياژهاي آلومينيوم وجود دارد. بطور عمده به سه روش گرمايي (1-سرعت سرد كردن 2-فوق ذوب 3-فشار ) ، شيميايي (1- مواد جوانه زا 2-پودر فلزات ) و ديناميكي (1-لرزانش 2-حبابهاي گازي 3-پوششهاي فرار) تقسيم بندي مي شوند. در پروژه حاضر عوامل و روشهاي گوناگون به طور مطلوبي بررسي شده و يكي از روشها كه لرزانش مذاب است بطور عملي آزمايش گردیده است. به اين منظور 6 نمونه ریخته شده و مورد بررسيهاي ماكروسكوپي قرار گرفتند. این بررسی ها نشان داد كه در عمليات لرزانش ريزدانگي به صورت بسيار خوبي صورت گرفته است ولي در عين حال سبب افزايش خلل وفرج شده است.

مقدمه

عموما ساختارهای ریز دانه دارای خواص مطلوب تری از ساختارهای درشت دانه می باشند.به این منظور همواره ریخته گران به دنبال یافتن روشهای برای ریز کردن دانه ها می باشند.اضافه کردن جوانه زا به مذاب متداول ترین روش ریز کردن دانه ها می باشد. علاوه بر این روش، عوامل و روشهای دیگری نیز برای ریز کردن دانه ها وجود دارد که در شرایط خاص مورد استفاده قرار می گیرند. این پژوهش در پی آن است که عوامل و روشهاي گوناگون مطرح در مقالات منتشر شده را به طور خلاصه بررسی نماید. همچنین روش لرزانش مذاب در هم گام انجماد را بصورت عملی مورد آزمایش قرار دهد.

 

 

1-بررسی مقالات علمي :

روشهای ریز کردن دانه بندی آلیاژهای آلومینیوم بطور عمده به سه روش گرمايي (1-سرعت سرد كردن 2-فوق ذوب 3-فشار ) ، شيميايي (1- مواد جوانه زا 2-پودر فلزات ) و ديناميكي (1-لرزانش 2-حبابهاي گازي 3-پوشش هاي فرار) تقسيم بندي مي شوند، که در زیر به تفکیک مورد بررسی قرار می گیرند.

1- 1- روشهاي گرمايي:

1-1-1- تاثير سرعت سرد كردن بر اندازه دانه:
سرعت سرد شدن به عنوان يك پارامتر مهم در انجماد قطعات ريختگي همواره مورد توجه بوده است . سرعت هاي انجمادي مختلف باعث تغيير ريز ساختار ، اندازه دانه ، مورفولوژي سيليسيم يوتكتيكي ، فاصله بين بازوهاي دندريت و فازهاي بين فلزي و بطور كلي خواص مكانيكي آلیاژ های آلومينيم مي گردد . 
براي بررسي اثر سرعت سرد كردن دو گونه آزمايش انجام شده است. تعدادی با استفاده از نمونه پله اي جهت بررسي اثر ضخامت هاي مختلف (سرعتهاي مختلف سرد شدن ) بر روي ريز دانگي و تعداد دیگری با استفاده از انواع مختلف قالب ( جنس قالب و ميزان انتقال حرارت در آن ) به بررسی اثر نوع قالب بر روي ريز دانگي پرداخته اند.
پس از بررسي نمونه ها مشاهده گرديده است با افزايش ضخامت از 5 تا 30 ميليمتر اندازه دانه ها زياد مي شود علت افزايش اندازه دانه در ضخامت هاي بالاتر افزايش زمان انجماد و كاهش سرعت سردشدن مي باشد كه منجر به ايجاد دانه هاي درشت تر در انتهاي انجماد مي گردد . با توجه به نتايج تجربی بدست آمده ( شکل (1)) مقدار افزايش اندازه دانه حدود 8 درصد مي باشد. 
شکل (1) نتايج حاصل از اتدازه دانه در ضخامت مختلف نمونه پله اي

 

براي بررسی اثر نوع قالب نمونه هايي در قالب هاي ماسه اي و فلزي ریخته شده و نتايج حاصل را بر روي اندازه دانه در جدول (1) مشاهده مي كنيم:
جدول (1)تاثير سرعت سرد شدن با تغيير نوع قالب و دمای فوق گداز بر روي اندازه دانه های نمونه های آلومینیومی ریخته شده:

شماره نمونه

درجه حرارت ريختن

نوع قالب

اندازه ی متوسط دانه(mm)

1

750

فلزی

1.3 mm

2

750

ماسه ای

4.2 mm

3

850

فلزی

دانه های ستونی3 mm

4

050

ماسه ای

6 mm


1-1-2 اثر فوق ذوب بر ريز دانگي آلياژهاي آلومينيوم:
دماي فوق گداز کم سبب کاهش اندازه دانه در قطعات آلومينيومي مي گردد. در صورتي كه فوق گداز زیاد باعث درشت دانگي می گردد. به خلاصه نتایج آزمایشات تجربی در جدول (1) توجه کنید
1-1-3- تاثير فشار در ريز كردن دانه ها :
با افزايش فشار نقطه ذوب اكثر آلياژها در يك دماي مطلق افزايش يافته بنابراين با افزايش فشار يك مادون انجماد حرارتي بوجود آمده و سرعت جوانه زني به شدت افزايش مي يابد و از طرف ديگر با افزايش فشار فاصله هوايي ميان قالب و مذاب از ميان رفته سرعت انتقال حرارت افزايش يافته و يك ريز دانگي نسبتا مطلوبي را مي توان حاصل مي شود.

1- 2- روشهاي شيميايي

1-2-1- ريز دانگي با استفاده از ريز كننده ها Ti)،B، Zr، (Sc:
افزايش برخي عناصر آلياژي،بدون آنكه تاثير قابل ملاحظه اي از نظر آلياژي كردن داشته باشند،باعث ريز شدن دانه ها مي شوند .
ريز كننده ها ذرات معلق در مذاب هستند كه مانند هسته هاي غير يكنواخت در انجماد عمل مي كنندوبا افزايش مراكز جوانه زني موجب كوچك و يكنواخت شدن دانه ها مي شوند .نقطه ذوب بالا ،شباهت ساختمان كريستالي ونزديكي ابعاد سلولي آن به ساختمان جامد آلومينيوم، قابليت چسبندگي وآغشته پذيري بالااز مشخصه هاي عمومي اين ذرات است. 
نتايج حاصل از آزمايشات حاکی از اين است که استفاده ازTi در حد 1/0 تا 15/0 درصد، جهت ريزدانگی آلياژهایAl موثر است. آزمایشات بیشتر نشان داد که B اثر بیشتری در ریز کردن دانه نسبت به Ti دارد. این نتیجه زمانی معکوس میشود که Al خالص یا آلیازهای بالای 98%Al ریخته شود.
اضافه کردن Zr و Sc به صورت مجزا و يا ترکيبی در آلياژهای 356 نتايج مشابهی نسبت به Ti و B داشته است. Zr در محدوده %3/0- %1/0 بهترين رسوبات وذرات اينترمتاليک را برای جلوگيری از رشد دانه ها و بازيابی آنها در آلياژهای کارشده Al دارد. افزودن Zr در آلياژهای ريختگی Al مفيد بودن آنرا برروی ريزدانگی ثابت می کند اما تاثيركمتري نسبت به Ti دارد . Zr را می توان به صورت آميژان Al- Zr ويا Zr اسفنجی اضافه نمود .افزايش واندازه گيری باقيمانده بعد از عمليات ريزدانگی به عمل ذوب و عملياتی نظير گاززدايی و زدن فلاکس بستگی دارد . بطور کلی می توان گفت که تاثير همه ريز کننده ها با غلظت تغيير می کند . Sc در محدوده 75/0- 39/. درصد و Zr در محدوده 69/0 - 37/0 درصد ريز کننده می باشند. 
گزارشات نشان میدهند که Sc بر روی ريزدانگی آلياژهای کار شده Al موثر است وسبب بهبودی خواص مکانيکی آنها می شود. در سال 1971 مشخص شد که افزايش 5 - 01 /0 درصد از Sc در آلياژهای کار شده Al سبب بهبود خواص فيزيكی و خواص کششی آن می شود . همچنين نشان داده شده که با انتخاب شرايط دما و زمان جهت عمليات پيرسازی Sc در Al ترکيب می شودو فاز AL3 Sc شكل گرفته و پايدار می شود که رسوباتی کاملا کروی شکلی تشکيل می دهند . طبق گزارشات Sc سبب افزايش پراکندگی و نيز افزايش استحکام ريزدانگی ونيز جلوگيری از تبلور مجدد می شود . مسلما کاربرد آن مخصوصا در کشش های عميق و قطعات کار شده سبب افزايش استحکام تا بالای 50% استحکام آلياژهای Al می شود. بنابر اين سبب بهبودی داکتيله و کاهش و حذف ترکهای گرم در اغلب آلياژهای Al خواهد شد. 
1-2-2- استفاده از پودر فلزات بعنوان جوانه زا:
در اين روش آلياژ 7075به عنوان آلياژ مبدا و با توجه به عناصر موجود در اين آلياژ از پودر آلومينيوم، پودر برنج30-70 و پودر آلومينيوم-برنز(10-90) استفاده به عمل آمده است. در زمان ذوب اقدامات لازم براي جلوگيري از آلودگي مذاب انجام گرفت و پس از ذوب با توجه به كنترل دما در محدودهء oC750 با استفاده از قرصهاي C2Cl6انجام گرفته و دردماي حدود 10oC+720 جوانه زنی بر حسب ضرورت انجام گرفته است، با كنترل صحیح زمان نگهداري نشان داده شده است که اندازه دانه ها در اين روش ريز كردن ، با تلقيح ساير مواد جوانه زا يكي مي باشد وبطور كل به دليل كم بودن زمان ميرايي و حل شدن سريع اين جوانه ها در مواردي كه زمان سرعت ريخته گري بالا است و زمان ميرايي نداريم از اين روش ميتوان استفاده نمود.

1- 3- روشهاي ديناميكي

1-3-1- بررسي اثرات لرزانش مذاب در خلال انجماد بر روي ريز دانگي آلياژهاي آلومينيم :
بررسي هاي به عمل آمده بيانگر مزاياي فراوان لرزانش مذاب در حين انجماد است. در اثر اين عمليات ساختار دانه بندي قطعات ريختگي از حالت ستوني به محوري ظريف تبديل مي گردد. البته اثرات قابل توجه اين عمليات بر اصلاح و ظريف سازي ساختار دانه بندي در شرايطي حاصل مي گردد كه مذاب در حال انجماد به مدت زمان نسبتا زياد تحت عمليات لرزانش مكانيكي قرار گيرد .
اثرات قابل ملاحظه لرزانش مذاب بر ساختار ميكروسكوپي ناشي از ايجاد جريانات شديد داخلي در مذاب است. با شروع انجماد جوانه هاي منجمد شده عمدتا در نزديكي ديواره هاي قالب جمع مي گردند. از طرفي در شرايط طبيعي رشد دندريتي از ديواره ها شروع وبه سمت مناطق داخلي پيش مي رود . لرزانش مذاب از يك سو سبب توزيع جوانه هاي منجمد شده در همان شروع انجماد به سمت مناطق داخلي و مركزي مي گردد . از طرفي تشكيل مجدد جوانه ها در نزديكي ديواره ها به دليل انتقال حرارت شديد در اين مناطق براي ادامه انجماد ضروري است. در واقع لرزانش مذاب با جلو گيري از تجمع جوانه ها در نزديكي ديواره هاي قالب از رشد آنها جلوگيري كرده و سبب مي گردد كه انجماد با تعداد بسيار بيشتري از جوانه هاي توزيع شده در مناطق مختلف قطعه شروع و ادامه يابد كه اين خود سبب ظريف شدن ساختار ميكروسكوپي وماكروسكوپي مي گردد. از طرفي لرزانش مذاب با اعمال نيروهاي شديد داخلي در مذاب سبب خرد شدن بازوهاي دندريتي در حال رشد مي گردد اين عمل سبب توزيع بيشتر و بهتر و افزايش قابل توجه تعداد جوانه هاي جامد در مذاب در حال انجماد گرديده و عمليات لرزانش مذاب از اين طريق نيز سبب افزايش سرعت جوانه زني و نهايتا ظريف سازي ساختار مي گردد . همچنين ارتعاشات بوجود آمده سبب بوجود آمدن يك موج سينوسي در مذاب مي گردد كه اين امرخود باعث افزايش فشار در برخي از نقاط در داخل مذاب شده و افزايش فشار طبق معادله كلاسيوس كلاپايرون باعث افزايش نقطه ذوب در برخي از نقاط شده و در يك دماي مطلق سبب بوجود آمدن يك مادون انجماد حرارتي در مذاب در حال انجماد شده كه اين نيز به نوبه خود در تشكيل جوانه و ايجاد ساختاري با دانه هاي ريز مؤثر مي باشد. لرزانش مذاب همچنين با افزايش انرژي داخلي مذاب و حركت بهتر سيال سبب بهبود شرايط در مذاب رساني به منظور جبران تخلخل هاي انقباضي مي گردد و از اين طريق سبب كاهش تخلخل در قطعات ريختگي مي گردد. البته به منظور رسيدن به بهترين شرايط از نظر كاهش تخلخل مي بايست پارامترها در لرزانش مذاب در شرايط بهينه تنظيم گردند . بر اساس تحقيق به عمل آمده در بسياري از موارد افزايش شديد دامنه ارتعاشات در لرزانش مذاب آلياژهاي Al - Si مي تواند بجاي كاهش تخلخل سبب افزايش تخلخل گردد.

 

مقدمه

عموما ساختارهای ریز دانه دارای خواص مطلوب تری از ساختارهای درشت دانه می باشند.به این منظور همواره ریخته گران به دنبال یافتن روشهای برای ریز کردن دانه ها می باشند.اضافه کردن جوانه زا به مذاب متداول ترین روش ریز کردن دانه ها می باشد. علاوه بر این روش، عوامل و روشهای دیگری نیز برای ریز کردن دانه ها وجود دارد که در شرایط خاص مورد استفاده قرار می گیرند. این پژوهش در پی آن است که عوامل و روشهاي گوناگون مطرح در مقالات منتشر شده را به طور خلاصه بررسی نماید. همچنین روش لرزانش مذاب در هم گام انجماد را بصورت عملی مورد آزمایش قرار دهد.

1-بررسی مقالات علمي :

روشهای ریز کردن دانه بندی آلیاژهای آلومینیوم بطور عمده به سه روش گرمايي (1-سرعت سرد كردن 2-فوق ذوب 3-فشار ) ، شيميايي (1- مواد جوانه زا 2-پودر فلزات ) و ديناميكي (1-لرزانش 2-حبابهاي گازي 3-پوشش هاي فرار) تقسيم بندي مي شوند، که در زیر به تفکیک مورد بررسی قرار می گیرند.

1- 1- روشهاي گرمايي:

1-1-1- تاثير سرعت سرد كردن بر اندازه دانه:
سرعت سرد شدن به عنوان يك پارامتر مهم در انجماد قطعات ريختگي همواره مورد توجه بوده است . سرعت هاي انجمادي مختلف باعث تغيير ريز ساختار ، اندازه دانه ، مورفولوژي سيليسيم يوتكتيكي ، فاصله بين بازوهاي دندريت و فازهاي بين فلزي و بطور كلي خواص مكانيكي آلیاژ های آلومينيم مي گردد . 
براي بررسي اثر سرعت سرد كردن دو گونه آزمايش انجام شده است. تعدادی با استفاده از نمونه پله اي جهت بررسي اثر ضخامت هاي مختلف (سرعتهاي مختلف سرد شدن ) بر روي ريز دانگي و تعداد دیگری با استفاده از انواع مختلف قالب ( جنس قالب و ميزان انتقال حرارت در آن ) به بررسی اثر نوع قالب بر روي ريز دانگي پرداخته اند.
پس از بررسي نمونه ها مشاهده گرديده است با افزايش ضخامت از 5 تا 30 ميليمتر اندازه دانه ها زياد مي شود علت افزايش اندازه دانه در ضخامت هاي بالاتر افزايش زمان انجماد و كاهش سرعت سردشدن مي باشد كه منجر به ايجاد دانه هاي درشت تر در انتهاي انجماد مي گردد . با توجه به نتايج تجربی بدست آمده ( شکل (1)) مقدار افزايش اندازه دانه حدود 8 درصد مي باشد. 
شکل (1) نتايج حاصل از اتدازه دانه در ضخامت مختلف نمونه پله اي

 

براي بررسی اثر نوع قالب نمونه هايي در قالب هاي ماسه اي و فلزي ریخته شده و نتايج حاصل را بر روي اندازه دانه در جدول (1) مشاهده مي كنيم:
جدول (1)تاثير سرعت سرد شدن با تغيير نوع قالب و دمای فوق گداز بر روي اندازه دانه های نمونه های آلومینیومی ریخته شده:

شماره نمونه

درجه حرارت ريختن

نوع قالب

اندازه ی متوسط دانه(mm)

1

750

فلزی

1.3 mm

2

750

ماسه ای

4.2 mm

3

850

فلزی

دانه های ستونی3 mm

4

050

ماسه ای

6 mm


1-1-2 اثر فوق ذوب بر ريز دانگي آلياژهاي آلومينيوم:
دماي فوق گداز کم سبب کاهش اندازه دانه در قطعات آلومينيومي مي گردد. در صورتي كه فوق گداز زیاد باعث درشت دانگي می گردد. به خلاصه نتایج آزمایشات تجربی در جدول (1) توجه کنید
1-1-3- تاثير فشار در ريز كردن دانه ها :
با افزايش فشار نقطه ذوب اكثر آلياژها در يك دماي مطلق افزايش يافته بنابراين با افزايش فشار يك مادون انجماد حرارتي بوجود آمده و سرعت جوانه زني به شدت افزايش مي يابد و از طرف ديگر با افزايش فشار فاصله هوايي ميان قالب و مذاب از ميان رفته سرعت انتقال حرارت افزايش يافته و يك ريز دانگي نسبتا مطلوبي را مي توان حاصل مي شود.

1- 2- روشهاي شيميايي

1-2-1- ريز دانگي با استفاده از ريز كننده ها Ti)،B، Zr، (Sc:
افزايش برخي عناصر آلياژي،بدون آنكه تاثير قابل ملاحظه اي از نظر آلياژي كردن داشته باشند،باعث ريز شدن دانه ها مي شوند .
ريز كننده ها ذرات معلق در مذاب هستند كه مانند هسته هاي غير يكنواخت در انجماد عمل مي كنندوبا افزايش مراكز جوانه زني موجب كوچك و يكنواخت شدن دانه ها مي شوند .نقطه ذوب بالا ،شباهت ساختمان كريستالي ونزديكي ابعاد سلولي آن به ساختمان جامد آلومينيوم، قابليت چسبندگي وآغشته پذيري بالااز مشخصه هاي عمومي اين ذرات است. 
نتايج حاصل از آزمايشات حاکی از اين است که استفاده ازTi در حد 1/0 تا 15/0 درصد، جهت ريزدانگی آلياژهایAl موثر است. آزمایشات بیشتر نشان داد که B اثر بیشتری در ریز کردن دانه نسبت به Ti دارد. این نتیجه زمانی معکوس میشود که Al خالص یا آلیازهای بالای 98%Al ریخته شود.
اضافه کردن Zr و Sc به صورت مجزا و يا ترکيبی در آلياژهای 356 نتايج مشابهی نسبت به Ti و B داشته است. Zr در محدوده %3/0- %1/0 بهترين رسوبات وذرات اينترمتاليک را برای جلوگيری از رشد دانه ها و بازيابی آنها در آلياژهای کارشده Al دارد. افزودن Zr در آلياژهای ريختگی Al مفيد بودن آنرا برروی ريزدانگی ثابت می کند اما تاثيركمتري نسبت به Ti دارد . Zr را می توان به صورت آميژان Al- Zr ويا Zr اسفنجی اضافه نمود .افزايش واندازه گيری باقيمانده بعد از عمليات ريزدانگی به عمل ذوب و عملياتی نظير گاززدايی و زدن فلاکس بستگی دارد . بطور کلی می توان گفت که تاثير همه ريز کننده ها با غلظت تغيير می کند . Sc در محدوده 75/0- 39/. درصد و Zr در محدوده 69/0 - 37/0 درصد ريز کننده می باشند. 
گزارشات نشان میدهند که Sc بر روی ريزدانگی آلياژهای کار شده Al موثر است وسبب بهبودی خواص مکانيکی آنها می شود. در سال 1971 مشخص شد که افزايش 5 - 01 /0 درصد از Sc در آلياژهای کار شده Al سبب بهبود خواص فيزيكی و خواص کششی آن می شود . همچنين نشان داده شده که با انتخاب شرايط دما و زمان جهت عمليات پيرسازی Sc در Al ترکيب می شودو فاز AL3 Sc شكل گرفته و پايدار می شود که رسوباتی کاملا کروی شکلی تشکيل می دهند . طبق گزارشات Sc سبب افزايش پراکندگی و نيز افزايش استحکام ريزدانگی ونيز جلوگيری از تبلور مجدد می شود . مسلما کاربرد آن مخصوصا در کشش های عميق و قطعات کار شده سبب افزايش استحکام تا بالای 50% استحکام آلياژهای Al می شود. بنابر اين سبب بهبودی داکتيله و کاهش و حذف ترکهای گرم در اغلب آلياژهای Al خواهد شد. 
1-2-2- استفاده از پودر فلزات بعنوان جوانه زا:
در اين روش آلياژ 7075به عنوان آلياژ مبدا و با توجه به عناصر موجود در اين آلياژ از پودر آلومينيوم، پودر برنج30-70 و پودر آلومينيوم-برنز(10-90) استفاده به عمل آمده است. در زمان ذوب اقدامات لازم براي جلوگيري از آلودگي مذاب انجام گرفت و پس از ذوب با توجه به كنترل دما در محدودهء oC750 با استفاده از قرصهاي C2Cl6انجام گرفته و دردماي حدود 10oC+720 جوانه زنی بر حسب ضرورت انجام گرفته است، با كنترل صحیح زمان نگهداري نشان داده شده است که اندازه دانه ها در اين روش ريز كردن ، با تلقيح ساير مواد جوانه زا يكي مي باشد وبطور كل به دليل كم بودن زمان ميرايي و حل شدن سريع اين جوانه ها در مواردي كه زمان سرعت ريخته گري بالا است و زمان ميرايي نداريم از اين روش ميتوان استفاده نمود.

1- 3- روشهاي ديناميكي

1-3-1- بررسي اثرات لرزانش مذاب در خلال انجماد بر روي ريز دانگي آلياژهاي آلومينيم :
بررسي هاي به عمل آمده بيانگر مزاياي فراوان لرزانش مذاب در حين انجماد است. در اثر اين عمليات ساختار دانه بندي قطعات ريختگي از حالت ستوني به محوري ظريف تبديل مي گردد. البته اثرات قابل توجه اين عمليات بر اصلاح و ظريف سازي ساختار دانه بندي در شرايطي حاصل مي گردد كه مذاب در حال انجماد به مدت زمان نسبتا زياد تحت عمليات لرزانش مكانيكي قرار گيرد .
اثرات قابل ملاحظه لرزانش مذاب بر ساختار ميكروسكوپي ناشي از ايجاد جريانات شديد داخلي در مذاب است. با شروع انجماد جوانه هاي منجمد شده عمدتا در نزديكي ديواره هاي قالب جمع مي گردند. از طرفي در شرايط طبيعي رشد دندريتي از ديواره ها شروع وبه سمت مناطق داخلي پيش مي رود . لرزانش مذاب از يك سو سبب توزيع جوانه هاي منجمد شده در همان شروع انجماد به سمت مناطق داخلي و مركزي مي گردد . از طرفي تشكيل مجدد جوانه ها در نزديكي ديواره ها به دليل انتقال حرارت شديد در اين مناطق براي ادامه انجماد ضروري است. در واقع لرزانش مذاب با جلو گيري از تجمع جوانه ها در نزديكي ديواره هاي قالب از رشد آنها جلوگيري كرده و سبب مي گردد كه انجماد با تعداد بسيار بيشتري از جوانه هاي توزيع شده در مناطق مختلف قطعه شروع و ادامه يابد كه اين خود سبب ظريف شدن ساختار ميكروسكوپي وماكروسكوپي مي گردد. از طرفي لرزانش مذاب با اعمال نيروهاي شديد داخلي در مذاب سبب خرد شدن بازوهاي دندريتي در حال رشد مي گردد اين عمل سبب توزيع بيشتر و بهتر و افزايش قابل توجه تعداد جوانه هاي جامد در مذاب در حال انجماد گرديده و عمليات لرزانش مذاب از اين طريق نيز سبب افزايش سرعت جوانه زني و نهايتا ظريف سازي ساختار مي گردد . همچنين ارتعاشات بوجود آمده سبب بوجود آمدن يك موج سينوسي در مذاب مي گردد كه اين امرخود باعث افزايش فشار در برخي از نقاط در داخل مذاب شده و افزايش فشار طبق معادله كلاسيوس كلاپايرون باعث افزايش نقطه ذوب در برخي از نقاط شده و در يك دماي مطلق سبب بوجود آمدن يك مادون انجماد حرارتي در مذاب در حال انجماد شده كه اين نيز به نوبه خود در تشكيل جوانه و ايجاد ساختاري با دانه هاي ريز مؤثر مي باشد. لرزانش مذاب همچنين با افزايش انرژي داخلي مذاب و حركت بهتر سيال سبب بهبود شرايط در مذاب رساني به منظور جبران تخلخل هاي انقباضي مي گردد و از اين طريق سبب كاهش تخلخل در قطعات ريختگي مي گردد. البته به منظور رسيدن به بهترين شرايط از نظر كاهش تخلخل مي بايست پارامترها در لرزانش مذاب در شرايط بهينه تنظيم گردند . بر اساس تحقيق به عمل آمده در بسياري از موارد افزايش شديد دامنه ارتعاشات در لرزانش مذاب آلياژهاي Al - Si مي تواند بجاي كاهش تخلخل سبب افزايش تخلخل گردد.


|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0


روش های تولید پودر فلزات
جمعه 3 / 2 / 1393 ساعت 19:51 | بازدید : 1038 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

روش های تولید پودر فلزات

روشی جدید برای تهیه پودر فلزات:

در این روش مذاب فلز , با پودر سرامیكی كه قابلیت ترشوندگی نداشته باشد مخلوط و سپس تبدیل به قطراتی می شود و این قطرات در هنگام انجماد به دلیل نیروهای كشش سطحی به شكل كروی در می آیند كه به كمك سرند و جدا شدن پودر سرامیك , پودر فلزی باقی می ماند.

مزایای پودر حاصل از این روش در مقایسه با دیگر روش های مرسوم در دنیا افزونتر است  در این روش به علت استفاده نكردن از گاز پرانرژی , تخلخل در پودر بوجود نمی آید كه این امر سبب بهبود خواص مكانیكی قطعات تولیدی خواهد شد.

ارزان بودن این روش در مقایسه با روش اتمیزه كردن مزیت مهم تهیه پودر فلزات است و در این روش با كنترل سرعت سرد شدن , می توان شكل پودرها را از حالت نامنظم به حالت كروی تبدیل كرد كه این انعطاف پذیری در تولید پودرهای اتمیزه شده وجود ندارد.

هم اكنون پودر فلزات از روش های مختلف و گران قیمتی همچون اتمیزه كردن گازی و تجزیه شیمیایی بدست می آید.

مصرف پودر فلزات در صنایع مختلفی از جمله متالوژی پودر برای تولید قطعات فلزی , صنایع شیمیایی به عنوان كاتالیزور , صنایع رنگ سازی به عنوان یك افزاینده برای تولید رنگ های متالیك و همچنین برای پوشش دادن فلزات بكار می رود

 

1- روش احیای اكسید های فلزی

این فرایند بیشتر در مورد تولید پودر آهن ،مس ، تنگستن  و مولیبدن به كار می رود.ذرات پودر تولیدی این روش اساسا" دارای خلل و فرج زیاد و به این دلیل ،قابلیت تراكم پذیری این پودر های خوب است. عمل احیا معمولا" توسط هیدروژن ، منواكسیدكربن و یا كربن صورت می گیرد.مواد اولیه در خواص پودر نقش مهمی دارند.در كشورهایی كه دارای سنگ معدن آهن با عیار بالایی  هستند پودر آهن را در مقیاس بالا با این روش تولید می كنند.

2- روش تجزیه حرارتی كربنیل های فلزی

در این فرایند ابتدا منوكسید كربن را از روی فلز اسفنجی یا براده آهن عبور می دهند.این كار در حرارت( 270-200) درجه سانتی گراد و فشار معین (تا 200  اتمسفر) انجام می گیرد تا كربنیل فلزی ایجاد گردد.این فرایند در مورد تهیه پودر نیكل و آهن بیشتر به كار می رود .

Fe+5co ↔ Fe (co)5

Ni +4co ↔Ni (co)4

هر دو كربنیل به وجود آمده در درجه حرارت اتاق مایع است. كربنیل آهن در 103درجه سانتی گراد و كربنیل نیكل در 43 درجه به وجود می آیند .در شرایط اتمسفر محیط ، كربنیل  را حرارت می دهند تا به جوش آیند و گازهای تولیدی از محیط خارج شده،در اثر تجزیه پودر آهن یا نیكل باقی می ماند. این پودر ممكن است مرحله آسیاب كردن را نیز داشته باشد . پودرهای تولیدی با این روش ازدرجه خلوص بالایی برخوردار هستند .در مورد آهن اندازه ذرات بسیار ریز و شكل ان نیزكروی است. در مورد نیكل ،شكل ذرات بی قاعده و متخلخل و اندازه ذرات نیز ریز است.تولید آن به صورت تجاری با این روش انجام می گیرد.

3- روش رسوب الكترولیتی از نمك ها یا محلول های فلزی

تعدادی از پودر های فلزی به وسیله رسوب از نمك های محلول خود و یا هیدروكسیدها،كربنات ها و یا اگزالات های خود تهیه می گردند .در این تركیبا ت به فلزات یا اكسید های فلزی به همراه گازه هایی تبدیل می گردند.

دی اكسید اورانیم،پلاتین،سلنیم،نقره و نیكل به این روش به پودرتبدیل می شوند.

4- روش تجزیه هیدرید های فلزی

در این روش ،فلزات مورد نظر را به صورت ورقه های نازك تهیه كرده ،آن ها را در حضور هیدروژن حرارت می دهند و هیدرید فلزی تولید می نمایند.سپس این هیدریدهای فلزی كه ترد نیستند  آسیاب ،و به پودر تبدیل می كنند.پودر هیدرید های فلزی را سپس حرارت های زیاد و تحت خلاء دی هیدروره می كنند و محصول را دوباره آسیاب كرده ،به این ترتیب پودر فلزی به دست می آید.این فرایند برای تولید تیتانیوم و زیركونیوم استفاده می گردد.

5- روش تجزیه ترمیت

در این فرایند اكسید فلزی را با پودر یك فلز دیگر در اثر حرارت تجزیه كرده فلز مورد نظر را به صورت پودر به دست می آورند.در حالت دیگر به جای پودر فلز برای احیا از هیدرید فلز استفاده می شود.

مثالی از این فرایند ،احیای تی اكسید كروم به وسیله منیزیم است. احیای دی اكسیداورانیم با كلسیم نیز مثالی دیگر از كاربرد این روش است.

 

روش های شیمیایی تولید پودر های فلزی :

در روش های شیمیایی ،خواص پودر های فلزی قابلیت تغییر خوبی دارند ،تنوع زیاد متغیرها و عوامل تولید در این روش های ،موجب كنترل دقیق اندازه و شكل ذرات پودر می گردد.

 

 

 

1- روش احیای اكسید های فلزی

این فرایند بیشتر در مورد تولید پودر آهن ،مس ، تنگستن  و مولیبدن به كار می رود.ذرات پودر تولیدی این روش اساسا" دارای خلل و فرج زیاد و به این دلیل ،قابلیت تراكم پذیری این پودر های خوب است. عمل احیا معمولا" توسط هیدروژن ، منواكسیدكربن و یا كربن صورت می گیرد.مواد اولیه در خواص پودر نقش مهمی دارند.در كشورهایی كه دارای سنگ معدن آهن با عیار بالایی  هستند پودر آهن را در مقیاس بالا با این روش تولید می كنند.

2- روش تجزیه حرارتی كربنیل های فلزی

در این فرایند ابتدا منوكسید كربن را از روی فلز اسفنجی یا براده آهن عبور می دهند.این كار در حرارت( 270-200) درجه سانتی گراد و فشار معین (تا 200  اتمسفر) انجام می گیرد تا كربنیل فلزی ایجاد گردد.این فرایند در مورد تهیه پودر نیكل و آهن بیشتر به كار می رود .

Fe+5co ↔ Fe (co)5

Ni +4co ↔Ni (co)4

هر دو كربنیل به وجود آمده در درجه حرارت اتاق مایع است. كربنیل آهن در 103درجه سانتی گراد و كربنیل نیكل در 43 درجه به وجود می آیند .در شرایط اتمسفر محیط ، كربنیل  را حرارت می دهند تا به جوش آیند و گازهای تولیدی از محیط خارج شده،در اثر تجزیه پودر آهن یا نیكل باقی می ماند. این پودر ممكن است مرحله آسیاب كردن را نیز داشته باشد . پودرهای تولیدی با این روش ازدرجه خلوص بالایی برخوردار هستند .در مورد آهن اندازه ذرات بسیار ریز و شكل ان نیزكروی است. در مورد نیكل ،شكل ذرات بی قاعده و متخلخل و اندازه ذرات نیز ریز است.تولید آن به صورت تجاری با این روش انجام می گیرد.

3- روش رسوب الكترولیتی از نمك ها یا محلول های فلزی

تعدادی از پودر های فلزی به وسیله رسوب از نمك های محلول خود و یا هیدروكسیدها،كربنات ها و یا اگزالات های خود تهیه می گردند .در این تركیبا ت به فلزات یا اكسید های فلزی به همراه گازه هایی تبدیل می گردند.

دی اكسید اورانیم،پلاتین،سلنیم،نقره و نیكل به این روش به پودرتبدیل می شوند.

4- روش تجزیه هیدرید های فلزی

در این روش ،فلزات مورد نظر را به صورت ورقه های نازك تهیه كرده ،آن ها را در حضور هیدروژن حرارت می دهند و هیدرید فلزی تولید می نمایند.سپس این هیدریدهای فلزی كه ترد نیستند  آسیاب ،و به پودر تبدیل می كنند.پودر هیدرید های فلزی را سپس حرارت های زیاد و تحت خلاء دی هیدروره می كنند و محصول را دوباره آسیاب كرده ،به این ترتیب پودر فلزی به دست می آید.این فرایند برای تولید تیتانیوم و زیركونیوم استفاده می گردد.

5- روش تجزیه ترمیت

در این فرایند اكسید فلزی را با پودر یك فلز دیگر در اثر حرارت تجزیه كرده فلز مورد نظر را به صورت پودر به دست می آورند.در حالت دیگر به جای پودر فلز برای احیا از هیدرید فلز استفاده می شود.

مثالی از این فرایند ،احیای تی اكسید كروم به وسیله منیزیم است. احیای دی اكسیداورانیم با كلسیم نیز مثالی دیگر از كاربرد این روش است.

 

روش های شیمیایی تولید پودر های فلزی :

در روش های شیمیایی ،خواص پودر های فلزی قابلیت تغییر خوبی دارند ،تنوع زیاد متغیرها و عوامل تولید در این روش های ،موجب كنترل دقیق اندازه و شكل ذرات پودر می گردد

 

موضوعات مرتبط: روش های تولید پودر فلزات , ,

|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0


آشنایی با فرایند متالورژی پودر :
جمعه 3 / 2 / 1393 ساعت 19:46 | بازدید : 6815 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

آشنایی با فرایند متالورژی پودر :

متالورژی پودرروشی برای ساخت و تولید به روش شكل دهی  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 صورت می‌‌پذیرد واکثرمحصولات این روش شکل دهی نیازی به ماشین کاری بعدی ویا حتی عملیات حرارتی تکمیلی ندارند وعموما دانسیته بالا(گاهی دست نیافتی به روش های دیگر هستند).

متالورژی پودربخشی کوچک ولی بسیار مهم از صنایع متالورژی می‌‌باشد. اولین کاربرد متالورژی پودربرای تولید پلاتین با دانسیته کامل بود که درقرن19میلادی  صورت گرفت چون در آن زمان امکان ذوب پلاتین به دلیل نقطه ذوب بالا وجود نداشت در آن زمان با اختراع برق توسط ادیسون صنعت الکترونیک از این ماده جهت تولید لامپ های روشنایی ویا مقاومت های الکتریکی برای تبدیل انرژی الکتریکی به گرما بهره می گرفتند. در اوایل قرن بیستم این روش به صورت عمده برای ساخت ابزارهای برشی به صورت اینسرت از جنش تنگستن کارباید توسط روش متالورژی پودر شکل داده شدند که این به خاطر خواص ویژه تنگستن برای این عملیات نظیر سختی و استحکام بالا , گرما سختی بالا ونیز ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین نسبت به مواد دیگر بوده است.

در سال‌های ۱۹۵۰-۱۹۶۰ روشهای نوین مانند فُرج پودر و ایزو استالیک گرم در صنعت متالورژی پودر بکار گرفته شد.

گرچه روش متالورژی پودر امکانات ویژه‌ای را جهت تولید بعضی قطعات خاص فراهم ساخته است که تولید آنها از طریق روشهای دیگرغیر ممکن یا بسیارمشکل می‌‌باشد ولی زمینه‌های که باعث فراگیر شدن استفاده از این روش گردیده است، عبارتند از :

*   زمینه‌های اقتصادی

*   بهره‌وری انرژی

*   انطباق زیست محیطی

*   ضایعات بسیار پائین (گاهی بدون ضایعه)

محصولات خاصی که توسط متالورژی پودر تولید می گردند عبارتند از ; چرخ دنده ها ، بادامک ها ، فیلتر ها و یاتاقانهای آغشته به روغن

 

مزایای متالورژی پودر :

*قابلیت دسترسی به رنج وسیعی از ترکیبات

*تکنیک ایجاد شکل مشبک ویا نزدیک به مشبک

*استفاده از موادی که در سایر فرایندها مشکل هستند

*حذف یا به حداقل رساندن ضایعات ماشینکاری

*حفظ تلرانس ابعادی مناسب

*ایجاد پرداخت سطح مرغوب

*تولید قطعاتی که به وسیله مقاومت سایشی وکششی واستحکام یافته نمی توان به روشهای دیگر تولید کرد

*ایجاد تخلخل کنترل شده برای خود روانکاری و تصفیه

*سهولت تولید قطعات پیچیده وخاصی که تولید آنها از روشهای دیگر ممکن نباشد

*سازگاری با نیازهای تولید، میان اندازه تا تولید انبوه

محدودیت های متالورژی پودر :

*   محدودیت اندازه و شکل

*   قیمت بالای پودر فلزات در مقایسه با سایر روشها

*   قیمت بالای ابزار و تجهیزات برای تولید کم

*   قطعات ساخته شده  با این روش بسیار خلل و فرج دارند(بدلیل اکسیداسیون سطحی ذرات و درکل حجم قطعه )

*   قیمت بالای  قالب ها و محفظه های پودر (چون فشار وارده بر قالب برای متراکم کردن پودر زیاد است لذا باید جنس قالب سخت و مقاوم باشد)

*   امکان ساخت قطعات بزرگ محدود است .

 

 

تعاریف مهم:

پودر: دانه های ریز یک جامد که بزرگترین بعد آن کوچکتر از 1mm باشد

دانسیته ظاهری پودر (دانسیته حجمی) : عبارتست از جرم واحد حجم پودر بدون تکان دادن آن

چگالی لرزشی (نشست)  : عبارتست از چگالی قابل حصول برای پودر در اثر تکان دادن آن

چگالی نظری (theoretical) : عبارتست از چگالی ماده ای که پودر از آن ساخته شده (چگالی دانه پودر بدون تخلخل)

مواد افزودنی : این مواد ممکن است برای از بین بردن جدایش حاصل از انتقال پودر، روانسازی ، برای فشردن ، به عنوان ماده ملات (همگیر)  در جهت افزایش مقاومت خشته ، آلیاژسازی پودر و بلا خره به صورت مواد کمک کننده تف جوشی مورد استفاده قرار گیرند.

مراحل تولید قطعه در P/M:

*   تولید پودر و روشهای آن

*    مخلوط کردن

*   فشردن

*   زینتر کردن

*   عملیات نهایی

روشهای تولید پودر :

پودر فلزی را میتوان ذرات فلزی یا آلیاژی با اندازه یك تا هزار میكرون تعریف كرد.این ذرات ممن است به صورت كروی،ورقه ای ویا شكل های بی قاعده

باشند.

پودرهای فلزی تهیه شده به روش های مختلف ،پس از تولید همواره تحت عملیات تكمیلی مانند غربالكردن ،تمیزكاری،آنیلینگ،مخلوط كردن و ... قرار می گیرند و سپس استفاده می شوند.روش های تولید پودر های فلزی را می توان به سه گروه مجزا طبقه بندی كرد كه هر گروه شامل چند روش است.

1-   روش های فیزیكی

2-   روش های شیمیایی

3-   روش های مكانیكی

روش های فیزیكی تولید پودر های فلزی (اتمیزه كردن) :

بیشترین و مهمترین روش مورد استفاده برای تولید پودر فلزی،اتمیزه كرن است. تقریبا" پودر تمام فلزاتی كه امكان ذوب كردن آن ها وجود ندارد از این طریق تولید می شود.  

اتمیزه كردن را می توان به طورساده به متلاشی كردن مذاب به قطرات ریز تعریف كرد.این قطرات در محیط خنك (مایع ، گاز در بعضی موارد سطح جامد عامل منجمد كننده است).منجمد و پودر فلزی به این طریق تولید می گردد.

الف- اتمیزه كردن با سیال (گاز یا مایع)

دراین روش مذاب از انتهای تاندیش(orifice) با حجم ،شكل وقطرمعینی به میان نازل حلقوی (annular ring) یا نازل های مجزای سیال اتمیزه شده جریان می یابد و توسط جت یا جت های سیال متلاشی می شود.این متلاشی شدن با انرژی جنبشی سیال (نیتروژن، آرگون ،هلیم ،هوا یا آب ) انجام می گیرد. ذرات مذاب تولید شده در اتمسفر گازی و یا در آب ،ریخته شده و منجمد می گردد. در صورت استفاده از آب پس از جمع آوری ،پودر ها باید خشك شوند این پروسه برای تولید پودر های فلزی و آلیاژی در مقادیر و حجم های زیاد به كار می رود.اهمیت این دو روش (سیال گاز یا مایع)عمدتا" در خواص مطلوب پودرهای تولیدی است.فرایند اتمیزه كردن با سیال مایع (نوعا" آب )پیچیدگی های كمتری نسبت به گازی دارد و هزینه های سرمایه گذاری آن نیز كمتر است. جت آب كه باعث متلاشی شدن می گردد،دارای چسبندگی ،دانسیته و سرعت سرد كردن بیشتری نسبت به جت گازی است ،اما قدرت زیادی در اكسید كردن فلزات فعال دارد و در عین حال ،شكل ذرات پودر فلزی نیز بی قاعده است.

درفرایند اتمیزه كردن با گاز شكل ذرات كروی یا شبه كروی است وچنانچه از گاز خنثی در آن استفاده شود از اكسیداسیون جلوگیری می گردد.

ب) اتمیزه كردن  با نیروی گریز از مركز

درفرایند های این روش از نیروی گریز ازمركزبرای شتاب دادن به جریان مذاب وغلبه برسطح كششی آن استفاده می كنند میزان تولید پودر در این روش ها نسبت به روش های اتمیزه كردن با سیال بسیار كمتر و محدودتر است هزینه های سرمایه گذاری و قیمت پودر های تولیدی در این فرایند بسیار گران است در ذیل مهمترین روش های تولید پودر به روش اتمیزه كردن با نیروی گریز از مركز مختصرا" شرح داده می شود.

 

 

مخلوط كردن پودر

پس از آماده شدن پودر ،لازم است مواد افزودنی به آن اضافه گردد.مواد افزودنی می تواند پودر های آلیاژی برای آلیاژ سازی ،روغنكاری برای تسهیل عملیات پرس كردن ،اضافه شونده های تبخیری برای رسیدن به تخلخل مورد نظر و مواد چسبنده برای افزایش استحكام قطعه در حالت خام باشد.میزان مواد اضافه شده بیشتر تجربی است.

اضافه شونده های تبخیری یا به عبارت دیگر تولید كنندگان حفره ،موادی مثل اكسالات آمونیوم است كه در اثر حرارت به چند گاز تجزیه می شوند.زمانی كه قطعه پخته شد ،حفره هایی متناسب با ابعاد ذره ایجاد می شود.پودر های فعال معمولا حفره كمتری ایجاد می نمایند و پودر های غیر فعال برای پر دانسیته شده محتاج درجه حرارت زیادتر یا زمان بیشتری برای تفجوشی است.

پس از افزودن مواد به پودر باید مخلوط توسط همزن ،همگن شود.زمان اختلاط بسته به پودر مورد استفاده ،متفاوت است و معمولا زمان و سایر شرایط مخلوط كننده با آزمایش بهینه می شود .در بسیاری از موارد برای پیشگیری از كاهش اندازه دانه ،بروز كار سختی و جداسازی پودر ها باید از زمان های طولانی اختلاط خودداری نمود .

عوامل موثر روی اندازه ذرات حین اتمیزه کردن :

دمای مذاب : با افزایش دمای مذاب به علت کاهش ویسکوزیته دانه ها ریزتر می گردند.

قطر نازل : هر چه قطر کمتر باشد دانه ها ریزتر می گردند.

فشار انژکتور : هر چه این فشار زیاد باشد دانه ها ریزتر می گردند . در اتمیزاسیون گازی اگر زاویه برخورد گاز و مذاب خیلی کم  یابد دانه ها درشت میگردند و اگر خیلی زیاد باشد ممکن است نازل را  بند آورد. در اتمیزاسیون گازی حالت دانه ها کروی تر است .

آزمایش و ارزیابی پودر:

پودرمورد استفاده باید ابتدایا از سیلان خوبی برخوردار باشد تا به صورت یکنواخت در قالب تغذیه شود ,علاوه بر این باید چکالی ظاهری بالایی داشته باشد چرا که چگالی کم به معنای پر نشدن فضای خالی بین دانه های ریز حتی تحت فشار است یعنی باید تراکم پذیری به خوبی مشخص گردد ویا اینکه باید درصد خلوص پودر تهییه شده نیز امتحان شود, علاوه بر این رطوبت و میزان ناخالصی موجود نیز به درستی تعیین گردند.

مخلوط کردن (امتزاج)  :

مخلوط ایده ال ، مخلوطی است که همه ذرات هر ماده آن بطور یکنواخت پخش(توزیع) شده باشد . پودر های فلزات مختلف دیگر ماده ممکن است به منظور دستیابی به خواص فیزیکی و مکانیکی خاصی مخلوط گردند روانسازها ممکن است برای بهبود ویژگی جریان یافتن (روان شدن) پودر با پودر مخلوط گردند مخلوط کردن زیاد ممکن است باعث کار سختی و سایش ذرات گردد نسبت بالای مساحت رویه (ناحیه سطحی) به حجم پودر باعث حساس شدن به اکسیداسیون می گردد و ممکن است احتراق ایجاد نماید.

 

 

 

 

فرایند الكترود چرخنده

دراین فرایند انتهای یك میله درحال چرخش حول محورطولی خود ذوب گشته، قطرات مذاب به صورت گریز از مزكز به اطراف پرتاب و به صورت كروی شكل،جامد می گردند.عمل ذوب ممكن است به وسیله قوس الكتریكی از طریق یك الكترود مصرف نشدنی از جنس تنگستن صورت گیرد.در موارد پیشرفته تر از قوس پلاسما لیزر و یا بمباران الكترونی برای عمل ذوب استفاده می شود.فلزی كه باید به پودر تبدیل گردد بهبه صورت الكترود هایی با طول و قطر معین تهیه می گردد. سرعت چرخش الكترود بسته به شرایط مختلف و قطر ،ممكن است تا بیست و پنج هزار دور در دقیقه هم برسد.معمولا" عمل ذوب تحت پوشش گاز خنثی صورت می گیرد. ذرات پودر تولیدی تقریبا" كروی و در اتمسفر خنثی از درجه خلوص بیشتری برخوردار است.                                               

مزایای این روش كیفیت سطح خوب ذرات شكل كروی ذرات توزیع اندازه ذرات محدوده مشخص وامكان تولید پودرفلزات فعال است.ازمعایب این روش نیزهزینه های گران تهیه الكترود ،درشت بودن ذرات پودر،سرعت انجماد كم و نیز وجود آلودگی های ناشی از الكترود تنگستن در پودر را می توان نام برد.               

ج ) اتمیزه كردن در اثر تصادف مذاب با سطح جامد

 

در این روش از برخورد مذاب با یك سطح جامد استفاده شده است.انرژی ضربه باعث متلاشی شدن جریان قطرات مذاب به دانه های ریزتر می گردد.

1-فرایند متلاشی شدن ضربه ای در این روش برخورد بازوهای صفحه دوار با جریان مذاب كه در حال سقوط هستند تولید قطرات ریزتر مذاب و نهایتا" پودر های فلزی جامد می گردد.

2- روش دیگری نیز وجود دارد كه در آن مذاب به وسیله پلاسما یا هر نوع منبع حرارتی دیگری شبیه به آن تولید و با سرعت معین به سوی صفحه دوار و یا غلتك دوار پرتاب می شود.اندازه پودر های تولیدی به این روش زیر 10میكرومتر ،با سطوح صاف و منحنی و سرعت انجماد زیاد است. برای مذاب های با چسبندگی بیشتر ،سرعت قطرات مذاب باید بیشتر اختیار شود.

د) اتمیزه كردن مكانیكی

در این فرایند عمل متلاشی شدن مذاب با یكی از روش های مكانیكی صورت می گیرد.

1-اتمیزه كردن نوردی

دراین فرایند جریانی ازمذاب پس از اینكه توسط گرم كننده ها بشدت حرارت داده شد،بلافاصله به داخل سیستم نورد رفته ،با غلتك های درحال گردش،نورد،و تبدیل به پودر می شود و در محفظه ای سرد ،و جمع اوری می گردد.

 

2-اتمیزه شدن اولتراسونیگ

این فرایند طراحی جدیدی از اتمیزه شدن گازی است كه ازنازل مخصوص تشكیل شده است.

ایده این فرایند براساس وجود لوله شوك موج هارتمن در یك نازل گازی به عنوان تولید كننده امواج شوكی با فركانس اولتراسونیك و سرعت های مافوق صوت پایه گذاری شده است . در این روش جریان فلز مذاب در اثر برخورد با گازه های با سرعت های مافوق صوت و فركنس هایی بین 120-60 كیلو هرتز متلاشی و به ذرات پودر بسیار بسیار ریز تبدیل می گردد.

در این فرایند تاثیر عواملی مانند فشار گاز ،دبی گاز ، دانسیته مذاب ،فوق ذوب وخصوصیات فلز در ذرات پودر تولیدی وجود دارد. از مزایای این روش می توان تولید پودر های كروی بسیار ریز با دامنه توزیع كوچك و بدون تخلخل گازی را نام برد.

 

 

عملیات پیش از فشردن

1-   همگن کردن و اختلاط

عوامل موثر در همگن و مخلوط کردن مواد پودری مشتمل اند بر جنس و اندازه دانه ها ، نوع و اندازه مخلوط کن ، حجم نسبی پودر در مقایسه با حجم مخلوط کن و همچنین سرعت و زمان مخلوط سازی . بعلاوه فاکتوهای محیطی از قبیل رطوبت نیز بر سهولت مخلوط سازی تاثیر مگذارند.

2-   روانسازی پودر :

روانسازی پودر های فلزی عمدتا بوسیله استیاراتهای با مبنای آلومینیوم ، روی ، لیتیم ، منیزیم و کلسیم انجام می گیرد طول زنجیره مولکولی این مواد حدود 12 تا 22 اتم کربن بوده ، فعالیت سطحی آنها زیاد است و در دماهای نسبتا کم ذوب می شوند .

3-   خشک کردن پاششی :

پودر ریز و سخت موادی از قبیل تنگستن ، مولیبدن ، کربور تنگستن و اکسید آلومینیوم از جمله پودرهای کند جریان و دارای چگالی ظاهری کم می باشد با کلوخه سازی این پودرهای ریز می توان سیالیت آنها را افزایش داد بدین منظور پودر را با یک ماده آلی و عاملی فرار مخلوط شده و دوغابی می سازد که بدرون محفظه گرم شده ای پاشیده شده و در اثر نیروی کشش سطحی بصورت دانه های کلوخه شده کروی در می آید .

فشردن پودر :

هدف اصلی فشردن پودر عبارت است از تولید خشته باویژگیهای مورد نظر با ایجاد حداقل اصطکاک بین پودر و جداره قالب . برای این منظور باید نسبت نیروهای محوری به شعاعی درحد امکان کاهش یابد تا سایش قالب به میزان کمینه آن رسده و راندمان فشردن بهبود یابد . نسبت ارتفاع به قطر خشته نیز به منظور همگن کردن ویژگیهای قطعه کوچک انتخاب می شود.

فشردن پودر و افزایش چگالی انباشتی  آن نیاز به اعمال نیروی خارجی دارد . فشردن پودر چند مرحله دارد که  در مرحله نخست فشردن در اثر تغییر آرایش دانه ها و سر خوردن آنها بر روی یکدیگر تعداد نقاط تماس زیاد می شود فشردن بیشتر چگالی پودر را از طریق بزرگ شدن سطوح تماس در اثر تغییر شکل موم سان افزایش داده و باعث ایجاد کار سختی و در همان حال بوجود آمدن سطوح تماس تازه بین دانه ای می شود . در این مرحله سطوح تماس حالت تخت بخود می گیرد .

در خلال فشردن ، جوش سرد ایجادشده در سطوح تماس دانه ها باعث ایجاد استحکام خشته پودر می شود . استحکام پس از فشرده شدن ، و پیش از تف جوشی خشته ، استحکام خام نامیده می شود . با افزایش بیشتر فشار میزان تغییر شکل موم سان دانه های پودر نیز بیشتر شده و از سطوح تماس بین آنها به درون دانه ها و بطن خشته گسترش می یابد . در این حالت با کاهش میزان تخلخل دانه کاملا کار سخت می شود . روشن است که هر گونه افزایش چگالی خشته پودر مستلزم وارد شدن فشار بیشتر از طرف عامل خارجی ، بر آن است

فشردن پودراغلب موارد ، به کمک دوسمبه که یکی در بالا و دیگری در پایین قالب قرار گرفته انجام می شود سمبه بالایی پیش از مرحله پر کردن قالب از دهانه محفظه آن فاصله می گیرد .

موقعیت سمبه پایینی در هنگام تغذیه پودر به قالب اصطلاحا وضعیت پر شدن نامیده می شود و ورود میزان معین و از پیش تعین شده پودر به درون محفظه قالب را امکان پذیر می سازد . ریزش پودر بدرون قالب بوسیله یک کفشک خوراک دهنده لرزان صورت گرفته و سمبه پایینی در وضعیت فشردن پودر در موقعیتی قرار می گیرد که پودر بخش مرکزی محفظه فالب را پر نماید ، بدین وسیله پس از پر شدن قالب ، سمبه پایینی قدری پاییین تر رفته و سمبه بالایی نیز بدرون قالب وارد می شود .

فشردن پودر با اعمال فشار از طرف هر دو سمبه انجام می شود و پس از پایان کار سمبه بالایی از محفظه قالب خارج شده و سمبه پایینی  خشته را بیرون می اندازد .

پیوند هایی که در اثر فشردن پودر بین دانه های آن بوجود می آید تامین کننده استحکام قطعه خام حاصل از شکل دهی می باشد . بالا بودن چگالی انباشتی پودر به ایجاد پیوند های بین دانه ای کمک کرده و تمیز بودن سطح دانه ها استحکام  پیوند ها را افزایش می دهد . بعلاوه اگر نیروی فشردن پودر زیاد باشد ٬ بیروهای برشی باعث خرد شدن لایه های نازک سطحی روی دانه ها خواهد شد .

هر چه دانه های پودر ریزتر باشند فشردن آنها مشکر تر خواهد بود زیرا منفذهای درشت ٬ در مقایسه بامنافذ ریز ٬ ساده تر فرو می ریزند ٬ از این رو است که آهنگ چگالش ٬ در اثر فشردن ٬ برای پودرهای درشت دانه تند تر است . پودرهای دارای تخلخل درونی مشکل فشرده شده و چگالش آنها در مرحله نخست شکل دهی تنها دراثر فروپاشی منافذ بزرگتر بین دانه ها صورت می گیرد ٬ بهمین لحاظ تراکم پذیری این گونه پودرها در مراحل آغازین فشردن بالا است ولی دربرابر چگالش زیاد مقاوم می باشد.

 

فرایند فشردن دو طرفه (compaction with double acting pressure )

 در این حالت بر خلاف فرایند یكطرفه ،اعمال فشار  حداقل به وسیله دو سمبه از بالا و پایین همزمان انجام می شود.قطعه به دست آمده ،توزیع چگالی بهتری دارد و حال آن كه مقدار آن در وسط قطعه كمتر است.

 

فرایند فشردن ایزواستاتیكisostatic press):

این فرایند بیشتر برای تولید قطعات با شكل های پیچیده و دستیابی به قطعات با دانسیته بسیار زیاد (نزدیك به تئوری ) استفاده می شود.در واقع ،در روش های فشردن معمولی ،اعمال فشار در دو جهت است كه این امر سبب عدم دسترسی به توزیع یكسان چگالی می گردد.با استفاده از پرس های ایزواستاتیك می توان  قطعه را از تمام جهات به طور یكسان تحت فشار قرار داد و قطعه ای با خواص مكانیكی بهتر تولید كرد.                                                               

 

الف ) پرس های ایزواستاتیك سرد (cold isostatic press)

پرس های ایزواستاتیك سرد كه در آن ،تنها از فشار استفاده می گردد.بدین ترتیب كه پودر مورد نظر درون قالب های انعطاف پذیر ریخته شده،بعد از تخلیه هوای قالب و درزگیری ،توسط یك محیط سیال،قالب تحت فشار قرار می گیرد.پس از شكل گیری پودر قطعه از قالب خارج می گردد.

ب ) پرس ایزواستاتیك گرم (warm isostatic press)

انجام کار مکانیکی در دمای بالا تر از دمای تبلور مجدد را کار مکانیکی گرم می گویند گاهی درPM دوعمل فشردن و زینتر کردن را با هم انجام می دهند(در دمای بالای تبلور مجدد) که به آن عمل فشردن گرم می گویند که این کاردر اثر نیروی فشاری ایزواستاتیک (فشار پایستار و در همه جهات کاملا مساوی را ایزو استاتیک می نامند.) انجام می گیرد.

مسلما سرعت عمل در این روش زیاد و هزینه تمام شده کمتر است اما علاوه بر این حصول برخی خواص از قبیل کا هش پدیده نفوذ علل الخصوص در ساخت اینسرت های برشی جایی که چسبنده بودن براده به ابزار مطرح می گردد بهتر از مراحل قبلی ذکر شده است و همین امر زمینه را برای گسترش کاربردهای این فرایند فراهم ساخته است .

پرس های ایزواستاتیك گرم كه برای افزایش تفجوشی درمراحل بعدی و كنترل دقیق خروج مواد افزودنی پودر می توان هنگام اعمال فشار از دمای نسبتا" پایینی نیز استفاده كرد (دما در حدود 200 درجه سانتی گراد). دو فرایند فوق شبیه به یكدیگر و فقط وجود دمای پایین در روش اول مورد اختلاف است.

 

ج )پرس های ایزواستاتیك داغ (hotisostatic press)

پرس های ایزواستاتیك داغ كه علاوه بر فشردن پودر در قالب،عمل تفجوشی نیز اتفاق می افتد. این روش بیشتر برای شكل گیری پودر هایی است كه خاصیت تراكم پذیری تراكم پذیری آن ها كم است. پودر فلزاتی نظیر برلیم ،اورانیم ،زیركونیم و تیتانیم از این گروه هستند.

فرایند آهنگری پودر (powder forging)

این روش تقریبا" همانند روش آهنگری معمول است با این تفاوت كه بلوك اولیه آن از طریق فرایند های متالورژی پودر تهیه می شود.بلوك اولیه را بر حسب شكل قطعه نهایی طراحی نموده،توسط پرس های معمولی شكل می دهند و تفجوشی می نمایند.سپس آن را در قالب نهایی قرار داده،آهنگری می كنند.این عمل علاوه بر از بین رفتن تخلخل بلوك اولیه سبب دستیابی به شكل هندسی دقیق قطعه و بهبود خواص مكانیكی خواهد شد.از روش آهنگری پودر برای تولید قطعاتی استفاده می شود كه بایستی تخلخل آن های حداقل باشد و بتواند در محیط های با تنش زیاد كار كند.بیشتر قطعات آهنگری پودر از خانواده های آلیاژ آهنی است كه از پودر اتمیزه شده و گرافیت استفاده می شود.

پودر گرافیت به دو منظور استفاده می شود اول احیای اكسیدها در همگام تفجوشی و دوم تامین كربن لازم برای آلیاژ سازی البته نقش روانكاوی گرافیت را نیز نباید از یاد برد.بلوك اولیه برای جلوگیری از اكسیداسیون هنگام آهنگری و روانكاوی با مواد مخصوص در قالب پوشش داده می شود.

 

 

با زیاد شدن فشار شکل دهی ،چگالی خشته افزایش یافته ، که طبعا بهبود ویژگیهای قطعه تف جوش را نیز به دنبال خواهد داشت . البته هر چه فشار زیادتر شود قطعه در قالب جفت تر شده و لذا نیروی بیرون اندازی نیز زیادتر خواهد شد . روانسازی دیواره قالب ویا پودر اصطکاک جداره قالب رادر خلال بیرون اندازی کاهش می دهد. دراین حال نیز در اثر بیرون اندازی خشته ، تنش آن آزاد و نتیجتا ابعادش از ابعاد محفظه قالب بزرگتر خواهد شد. این رجعت کش سان معمولا کمتر از 0.3 درصد ابعاد قالب بوده، ولی وجود تنش وکرنش دیفرانسیلی  دردرون قطعه خام ممکن است باعث شکست آن گردد.

فشردن ، پودر را به توده ای شکل گرفته ودارای اسحکام کافی برای جابجایی و انجام فرایندها بعدی تبدیل می کند. متداولترین روش فشردن پودر ، شکل دهی آن در قالب سخت و در اثر اعمال فشار در یک راستا (هم محور) است . نخستین مساله مورد نظر در فرایند شکل دهی دستیابی به قطعه خام دارای چگالی و استحکام مطلوب است. نیروی فشارنده پودر بطور یکنواخت به بطن آن منتقل نشده و لذا خشته پودری چگالی همگنی نخواهد داشت . ویژگیهای پودر واکنش آن در مقابل تنش های فشردن را تحت تاثیر قرار داده و بسته به نوع  پود ر، اندازه و شکل آن و همچنین شکل قطعه می توان از شقوق مختلف فشردن استفاده کرد .

فشار را می توان بطور پیوسته و ناپیوسته اعمال کرد . سرعت انتقال نیروبه پودر نیز باعث تفاوت بین روشهایی از قبیل فشردن انفجاری و فشردن  متعارف شده است ، بعلاوه دما متغیر دیگری است که بسته به روش انتخابی از دمای اتاق تا 2000 درجه سانتی گراد تغییر می کند .

در روش ایزواستاتیک ، به عکس روش متعارف ، قالب قابلیت انعطاف داشته و فشار اعمال شده نیز به عکس فشار یک امتدادی در قالب سخت ، از همه طرف وارد می شود.

پس از کنترل مناسب مخلوط ریخته شده در قالب آن را می فشارند تا چگالی آن بالا رود که محصول حاصل از این فشار قطعه خام نامیده می شود.

عمل فشردن پودر در قالب توسط یکی ار انواع قالب های پرس(با ساختر کلی سمبه ماتریسی به همراه یک قطعه بیرون انداز) : پرس مکانیکی و ابزار صلب فشاری (به صورت دستی و ربای تولید قطعات کوچک)صورت می گیرد اما امروزه برای تولید انبوه و قطعات بزرکتر از پرس های هیدرولیکی و یا هیدرولیک_مکانیک و حتی پنوماتیک استفاده می گردد ,در دهه ی اخیر از روش های دیگری نظیر نورد آهنگری ویا حتی فشار ناشی از موج انفجار نیز در PMبهره گرفته اند.

این فرایند همانند کار ایزو استاتیک سرد است چرا که در این فرایند عمل تبلور مجدد صورت نمی گیرد بلکه تنها در اثر فشار چگالی قطعه افزایش می یابد و مواد پودر به هم فشرده شده و بین مواد پیوند های ثانویه ای ایجاد می گیرد.

 

جدول مربوط به میزان فشار متعارف برای کاربرد های مختلف :

 

 کاربرد                             فشار فشردن (مگا پاسکال)

----------------------------------------------------------

فلزات متخلخل و فیلتر ها                              70_40

فلزات دیر گداز و کاربید ها                          200­_10

قطعات ماشین                                       350_150

یاتاقان ها و قطعات آهنی                         1650_700

 

*   گاهی اوقات قالب گیری قطعات کوچک به صورت تزریقی صورت می پذیرد یعنی پودر مورد نظر به حالت خمیری در می آید(دمای مواد پایین تر از مذاب است )و با سیالیت مناسب در داخل قالب پرس قرار می گیرد در این حالت فشار مورد نیاز بسیار پایین واین عمل با پرس های ساده تری صورت می گیرد.که از مزایای دیگر تزریق می توان به یکنواختی کامل تر دانه بندی محصول اشاره کرد.

 

فرایند نورد  (powder rolling)

نورد پودر فرایندی است كه در آن پودر مورد نظر به طور مداوم از بین غلتك های معینی كه می توانند در وضعیت عمودی ،افقی یا مایل قرار گرفته باشند،عبور كرده به شكل صفحه یا تسمه تفجوشی نشده از آن خارج گردد.

سپس صفحه مزبور از درون كوره ای با اتمسفر و دمای كنترل شده عبور داده شده،در صورت بیاز بازهم تحت عملیات نورد قرار می گیرد.

مرحله مهم در فرایند نورد پودر،چگونگی تغذیه پودر به درون غلتك هاست ، به گونه ای كه چگالی صفحه نورد شده در طول پهنا ثابت قرار گیرد.

در انتها بعد از تولید صفحه یا تسمه از فرایند نورد پودر ،آن را به طور مداوم از درون كوره تفجوشی عبور داده و آن را نورد گرم می كنند.گاهی اوقات صفحه تفجوشی شده را نورد نموده سپس تحت عملیات تفجوشی قرار داده و مجددا" نورد می كنند.

فرایند تزریق پودر

فرایند قالب گیری تزریقی روش كم نظیری برای شكل دادن هر گونه پودر فلزی و غیر فلزی است . دانه های پودر در این روش بسیار ریزتر از سایر روش هاست و مقدار مواد ترموپلاستیك نیز برای سیلان بیشتر پودر به كار می رود.البته در این فرایند فشار از روش های دیگر كمتر است، اما به دلیل اینكه پودر به وسیله مواد پلاستیكی و حرارت ،حالت خمیری به خود می گیرد، بنابراین فشار اعمال شده به شكل ایزواستاتیك بوده و چگالی حاصل نیز از توزیع بسیار خوب و یكنواختی برخوردار است.قطعات پیچیده و ظریف را براحتی می توان از این روش تولید كرد.به دلیل ریزبودن ذرات پودر ،دمای تفجوشی در مقایسه با سایر فرایند ها كمتر است.همچنین اتمسفر تفجوشی بیشتر مخلوطی از گاز احیایی مانند هیدروژن انتخاب می شود.خواص مكانیكی قطعات تولید شده از این روش همانند سایر روش های تولید ،با افزایش چگالی افزایش یافته و چنانچه چگالی آن ها در محدوده 93% تا 97% تئوری باشد خواص حاصل تقریبا" در حد قطعات نوردی است.

فرایند فشردن داغ (hot press)

برای تولید قطعات با دانسیته زیاد و میكرو ساختار كنترل شده می توان از روش فشردن داغ ، كه در آن اعمال فشار و حرارت با هم انجام می شود استفاده می شود.در واقع این روش همانند تولید قطعه از طریق پرس ها ی معمولی است با این تفاوت كه قطعه علاوه بر فشار تحت اتمسفر كنترل شده حرارت نیز می بینند.با وجودی كه كیفیت قطعات تولیدی با این روش بسیار خوب است،به دلیل مشكلات زیاد در طراحی ، ساخت و تولید (امكان جوش خوردن قطعه به قالب ، سرعت تولیدی كم ، سایش و جزش ابزاز آلات پرس ) و مشكلات برای ایجاد اتمسفر كنترل شده، این روش زیاد مورد توجه نیست .

فرایند اكستروژن داغ (Hot Extrusion)

این فرایند تلفیقی از فشردن و كار مكانیكی در حالت گرم است كه موجب تولید قطعه ای با دانسیته بالا می گردد. نوع تغییر فرم انجام شده در این روش با پرس ایزواستاتیك گرم و یا نورد گرم قابل رقابت است.اصولا" از سه روش عمده برای اكستروژن استفاده می گردد.در حالت اول پودر آماده شده در مخزن گرم شده به دستگاه ریخته و مستقیما" اكسترود می شود.این روش مناسب آلیاژ های منیزیم است كه گرمای مخزن بعد از 15 تا 30 ثانیه پودر را گرم ،و آن را آماده عمل می كند.

حالت دوم بزای اكستروژن گرم الیاژهای آلومینیوم مناسب است.در این روش ابتدا پودر در حالت سرد پرس و سپس تفجوشی شده  یا تحت عملیات پرس گرم قرار گرفته و بعد همانند روش اكستروژن آلیاژ های ریختگی عمل می شود.در روش سوم ابتدا پودر دروم كپسول های فلزی (متناسب با سطح اكستروژن)ریخته شده ،سپس تفجوشی می شود .

 

 

 

تف جوشی (زینترینگ)

عبارتست از حرارت دادن پودر دردمای زیر دمای ذوب فلز طوریکه در این دما پودرهای فلزی بتوانند پیوند ایجاد کنند .(70تا 80%نقطه ذوب)یکی از مشخصه های مهم تف جوشی حساسیت شدید پیشرفت آن نسبت به دما است .

نیروی محرکه و مکانیزم تف جوشی دو مقوله متفاوتند . عامل نخستین که معمولاانرژی سطحی است ، نیروی لازم برای انتقال جرم را فراهم می سازد ، انرژی سطحی در واحد حجم با قطر دانه  پودرتناسب معکوس دارد و از این رو ریز شدن دانه ها باعث افزایش نیروی محرکه  فرایند خواهد شد و البته باید توجه داشت که تمام انرژی سطحی بصورت نیروی محرکه ظهور نکرده بلکه مقداری از آن صرف ایجاد مرزدانه ها می گردد که این مرزها نیز دارای انرژی مرزدانه ای می باشند . بنابراین نیروی محرکه موثر ممکن است بسیار کم و نتیجتا آهنگ تف جوشی هم کند باشد.

در عملیات تف جوش قطعه ی خام مرحله ی قبل در یک محیط با جو کنترل شده تا دمایی در حدود 70تا80% دمای ذوب ماده حرارت داده می شود وبه مدت کافی در این دما باقی می ماند وبعد به حالت کنترل شده سرد می گردد,در حالی که در مورد موادی که اختلاف نقطه ی ذوب بالا دارند دمای زینتر کردن می تواند بالای نقطه ذوب یک یا  چند ماده تشکیل دهنده باشد .

خود عمل زینتر کردن از 3 مرحله ی زیر تشکیل می شود:

1-   سوزاندن و پاک کردن مواد روانساز و چسب

2-   افزایش و نگه داشتن دمای بالا برای جوش خوردن بافت

3-   سرد کردن کنترل شده محصول نهایی برای حصول خواص نهایی

 

 

 

مراحل تف جوشی(زینترینگ) :

1-   مرحله نخست تف جوشی :

تماس نقطه ای بین دانه های پودرمنجر به رشد گلوگاههایی می شود که آهنگ  گسترش آنها بستگی به مکانیزم انتقال جرم داشته ، و هر چه سرعت رسیدن ماده از مجاری و مسیرها ی مختلف به منطقه تماس تندتر باشد تف جوشی نیز آهنگ بالاتری خواهد داشت .

در مرحله اول در یک محیط احیا کننده (محیطی که تا حدودی بازی است و مانعی برای اکسیداسیون مواد قطعه ی خام) قطعه ی خام حرارت می بیند تا چسب ویا مواد روان ساز از آن تبخیر گردند,در این مرحله ماده ی حاصل متخلخل می شود که خود همین مسئله در ساخت صافی ها و فیلتر ها چاره ساز است (به دلیل خلل و فرج ناشی از تبخیر چسب).

با تغییر اندازه دانه ها می توان مکانیزم  غالب فرایند را نیز تغییر داد ، معمولا تف جوشی  دانه های ریز تر بامکانیزم نفوذ سطحی انجام می شود و آهنگ میانگین تف جوشی نیز تندتر می باشد

بطور کلی ، رشد گلوگاه دانه های پودر ریزتر از آهنگ تند تری برخوردار بوده و با انتخاب زمان تف جوشی کوتاهتر و یا دماها ی کمتر می توان به نتایج مطلوب دست یافت . در مقابل دانه های درشت تر کند تر تف جوش شده و برای دستیابی به نتایج مشابه با مورد پیشین نیاز به زمان تف جوشی طولانی تر یا دمای بالاتری می باشد.

2-   مرحله دوم تف جوشی :

این مرحله از تف جوشی از نظر شکل گیری ویژگیهای قطعه از بیشترین اهمیت برخوردار بوده و مشخصه اصلی آن چگالش همراه با رشد دانه ها است . ساختار منافذ در مرحله میانی صاف شده ولی تا مرحله نهایی بصورت بهم پیوسته باقی می مانند . تغییرات ابعادی ناشی از تف جوشی در بسیاری از موارد مطلوب نبوده ، و در اینگونه موارد بمنظور کاهش میزان چگالش شکل دهی در فشار بالا انجام شده و زمان ودمای تف جوشی کاهش داده می شود . بعکس د رمورد فلزات دیرگداز تاکید بیشتر ، بر چگالش قطعه است. لذاست که مرحله دوم تف جوشی را باید از زوایای متفاوت مورد توجه قرار داد .

در مرحله ی دوم باز هم دما افزایش می یابد(گاهی تا 90%نقطه ذوب مخلوط) تا مواد به خوبی به هم جوش بخورند و بعد تا مدتی دما ثابت می ماند تا موقعیت ساختاری مجموعه ثابت گردد.

در آغاز مرحله دوم جدایش منفذها از مرزدانه ها ناچیز می باشد . ولی با پیشرفت فرایند چگالش ، کمتر بودن تحرک منافذ باضافه کاهش نیروی پیوند دهنده آنها باعث جداشدنشان می گردد . جداشدن منافذ از مرز دانه ها عامل محدود کنده چگالی نهایی ناشی از تف جوشی می باشد .

برای دستیابی به چگالی های تف جوشی بالا ، لازم است دشد دانه در خلال تف جوشی محدود شود ، آهنگ این رشد بهتحرک مرزدانه ، نیروی وارد برآنو نیروهای بازدارنده بستگی دارد .

طولانی بودن زمان تف جوشی برای دستیابی به ویژگیهای مطلوب و چگالش قطعه ضروری است . از طرف دیگر دما برفرایند تف جوشی تاثیری پیچیده دارد و آهنگ نفوذ ، رشد دانه و جابجایی منافذ ، جملگی فرایندهای فعال شونده با گرما می باشند . در بسیاری از مواد این اتفاقات بستگی به مورفولوژی قطعه دارد ، بعلاوه چون ریز ساختار قطعه دائما در حال تغییر می باشد . بیشترین تاثیر دما بر آهنگ نفوذ و رشد دانه می باشد وآهنگ چگالش با افزایش ضریب نفوذ و کاهش اندازه دانه ها  شدت می یابد.

3-   مرحله سوم تف جوشی :

 مرحله پایانی تف جوشی فرایندی کند است که در آن منافذ کروی مجزا ازهم بامکانیزم نفوذ حجمی منقبض می گردد. منفذی که بر روی مرز دانه قرار گرفته است بوسیله نیروی قابل ملاحظه ای که از زاویه دو وجهی کوچک ناشی می شود ، به مرز دانه وصل شده است. پس از گسسته شدن پیوند بین منفذ و مرز دانه ، لازمست منفذ آزاد شده تهیجاها رابه سمت مرزدانه های اطراف هدایت نماید تا انقباض که فرایندی کند نیز هست ، ادامه یابد .

همچنین در اثر طولانی شدن دوره گرمایش ، فرایند درشت شدن منافذ باعث خواهد شد که اندازه میانگین آنها افزایش یافته ولی از تعداد آنها کاسته شود. تفاوت بین انحنا  منافذ منجر به رشد منافذ بزرگتر در قبال از بین رفتن کوچکترها، که ناپایدارند ، خواهد شد.

فشردن پودر باعث کاهش میزان تخلخل آن و در عین حال افزایش تعداد نابجایی درپودرمی شود با توجه به کاهش تخلخل انقباض حاصل از تف جوشی نیز کم شده و زیادتر شدن نابجایی تند شدن آهنگ اولیه فرایند تف جوشی رابه دنبال خواهد داشت . بنابراین فشردن پودردر افزایش استحکام مکانیکی ، چگالی ، ثابت ماندن هندسه قطعه و کنترل ابعادی آن تاثیر مثبت بر جای می گذارد .

دلیل عمده استفاده از فرایند تف جوشی ، تاثیر آن بر ویژگیهای خشته پودراست و هر چه دامنه پیشروی آن بیشتر باشد ، معمولا قطعه از کیفیت های بالاتری برخودار می باشد.

از نقطه نظر تف جوشی کوچک بودن دانه های پودر یک مزیت بحساب می آید و هر چه دانه ها ریز تر باشند آهنگ فرایند تندتر خواهد شد ، البته این ریزی پرس کردن (فشردن) دانه ها رامشکل تر می کند. طولانی کردن زمان هر چند میزان تف جوشی قطعه راافزایش می دهد ولی هزینه رابالا برده و بعلاوه رشد دانه ها رابهمراه دارد.

دمای تف جوشی یکی از متغیرهای بسیار موثر بر تف جوشی است ، و هرچه افزایش یابد آهنگ فرایند نیز تند تر می شود ، لیکن هزینه های طراحی کوره و انرژی مصرفی در اثر بیشتر شدن دما فزونی می یابد.

تف جوشی مخلوط های پودری بامشکلات زیادی مواجه است و برای همگن شدن قطعه و حذف گرادیان ترکیب شیمیایی باید دما و زمان کنترل شود. تف جوشی مخلوط  پودرهای ریز دانه ، بخاطر کوتاه بودن مسیر های نفوذ با سهولت بیشتری انجام می شود واگر ضریب نفوذ دو مولفه پودر با هم اختلاف زیادی داشته باشد ممکن است . در قطعه منفذ ایجاد شود . این مساله ، بخصوص درحالیکه نقطه ذوب عنصر آلیاژی پایین تر باشد ، باعث متورم شدن قطعه می گردد. مثالی از این مورد افزایش آلومینیوم به آهن است ، که  ذوب ّآلومینیوم درخلال تف جوشی باعث تورم قطعه می گردد. عدم کنترل چرخه تف جوشی نیز می تواند به تشکیل فازهای مخرب از قبیل ترکیبات بین فلزی شکننده بیانجامد .

تمام فلزات ، باستثناء چند مورد ، درخلال تف جوشی نیاز به نوعی حفاظت از اکسایش دارند ، زیرا اکسید سطح پودر اتصال دانه ها از طریق نفوذ رابااشکال مواجه ساخته و از گسترش ویژگیهای مکانیکی جلوگیری می کند . اتمسفر تف جوشی همچنین می تواند به زدایش ماده روانساز وملات استفاده شده در فرایند فشردن پودر نیز کمک نماید.

با توجه به اینکه سطح دانه ها همیشه از قشر نازکی از اکسید پوشیده می باشد ، وجود اتمسفر احیاکننده نه تنها از اکسایش بیشتر آنها جلوگیری می کند بلکه هر گونه اکسید قبلی رانیز احیاء می نماید.

تف جوشی اغلب ویژگیهای مهندسی مواد را بهبود می بخشد حرکات اتمی باعث ایجاد پیوند بین ذرات شده و در نتیجه استحکام مکانیکی و دیگر ویژگیهای قطعه ارتقاء می یابد . به منظور تشدید فرایند تف جوشی می توان از فشار خارجی  و یاافزودنیها ی شیمیایی بهره گیری کرد ، اینگونه عملیات می تواند چگالی قطعه را به مقدار نظری آن برساندو از همین رو مورد توجه خاص محققین قرار گرفته است .

متالورژی پودر در انبوه سازی  قطعات از کارایی چشمیگیری برخوردار بوده و می توان از بهره وری ذاتی آن بنحو اتحسن استفاده  کرد . از جمله مزایای انکار ناپذیر این تکنولوژی که تولید اقتصادی بسیاری از فراورده ها  را میسر کرده است ، می توان به کنترل ابعادی وامکان ساخت قطعات دارای اشکال پیچیده  اشاره کرد .

 

 

 

ویژگیهای پودر فلزی

ویژگیهای  یك پودر مهم می باشد زیرا معمولا انتخاب یك روش فرایند ویژه به وسیله این مورد انجام می شود . مشخصات پودر تقریبا یك روش پیچیده است نه فقط ویژگی های منحصر به فرد ذرا ت (اندازه ، شكل و غیره)‌ بایستی تعیین شوند ؛ بلكه هم چنین مشخصات توده پودر (توزیع اندازه ذرات ، ویسكوزیته ظاهری و غیره ) و خلل و فرج در توده پودر (اندازه متوسط خلل و خروج ها ،‌حجم خلل و خروج ها ) . به طور كلی مشخصات زیر بایستی تعیین شوند :

 

تركیب شیمیایی : تركیب شیمیایی همانند حجم ناخالصی می تواند با شیوه های شیمیایی تجزیه و تحلیل معمولی تعیین شود؛فراترازاطلاعات شیمیایی جرم،‌اغلب نیازی برای دانستن شرایط سطح پودر وجود دارد (اكسیداسیون رشته های آلی قابل مشاهده ، پوشش سطح و غیره ) اندازه گیری اتلاف وزن هیدروژن (ASTM E159) می تواند ایده ای در رابطه با اكسیداسیون سطح بیان كند ، هنگامی كه میزان غلظت می تواند به وسیله انحلال اسید اندازه گیری شود . در برخی موارد خاص ، وسیله الكترونی طیف سنجی مورد نیاز است .

ساختار درونی ذرات : جدایش ریز ، خلل و فرج داخلی و رسوب كردن می تواند به وسیله ی تكنیك های میكروسكوپی مرسوم مانند میكروسكوپ نوری و میكروسكوپ الكترونی مطالعه شود .

اندازه ی متوسط ذرات و توزیع اندازه ذرا ت : انواع رنج وسیعی  از روش ها برای اندازه گیری توزیع اندازه ذرات در دسترس هستند ، یك شیوه از توانایی چشم برای سریع دیدن ذرا ت با اندازه نا پیوسته در یك میكروسكوپ استفاده می كند (ASTM E20) روش مشهور دیگر الك كردن (غربال زنی ) می باشد : پودر از طریق دسته ای از غربال ها با افزایش اندازه منفذ (Mesh) و مقدار پودر در هر غربال بهره برداری می شود ، وزن می شود . تكنیك های دیگر براساس اندازه گیری رسوبی، رسانایی الكتریكی ، پراكندگی نور یا حتی تكنیك های اشعه x برای بسیاری از پودرهای ظریف می باشند.

 

شكل ذرات : یك حالت ممكن برای شكل ذرات در شكل6-2 نشان داده شده است شكل ذرات بسیار مهم است و بایستی با توزیع اندازه در نظر گرفته شود ؛ كه می تواند توسط میكروسكوپ الكترونی تعیین شود .

مساحت رویه: 

مساحت سطح ویژه به صورت سطح بر واحد جرم بیان می شود (m2/g) و به شكل پودر ، بسیار وابسته است  مساحت رویه می تواند توسط تكنیك جذب تعیین شود .

چگالی ظاهری :

چگالی ظاهری پودر به معنای وزن بر واحد حجم پودر تعریف می شود بعد از ریختن از طریق یك جریان سنجش (ASTM B212,ASTM B213)Hall ویا یک حجم سنج B329) SCOTT (ASTM

چگالی انباشتگی (لرزشی):

چگالی انباشتگی،وزن تقسیم بر حجم بعد از ارتعاش پودر است ASTM B527))

دبی : دبی پودر فلز بر ویژگی های نهایی محصول  

موضوعات مرتبط: نانو پودر ها , ,

|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0


منوی کاربری


عضو شوید


نام کاربری
رمز عبور

:: فراموشی رمز عبور؟

عضویت سریع

نام کاربری
رمز عبور
تکرار رمز
ایمیل
کد تصویری
موضوعات
نویسندگان
نظر سنجی

سطح وبسایت چطوری در نظر میگیرید

خبرنامه
براي اطلاع از آپيدت شدن وبلاگ در خبرنامه وبلاگ عضو شويد تا جديدترين مطالب به ايميل شما ارسال شود



دیگر موارد


خبرنامه وبلاگ:

برای ثبت نام در خبرنامه ایمیل خود را وارد نمایید



تبادل لینک هوشمند

تبادل لینک هوشمند

برای تبادل لینک ابتدا ما را با عنوان Special reference Metallurgy و آدرس metallurgyy.lxb.ir لینک نمایید سپس مشخصات لینک خود را در زیر نوشته . در صورت وجود لینک ما در سایت شما لینکتان به طور خودکار در سایت ما قرار میگیرد.






آمار وب سایت

آمار مطالب

:: کل مطالب : 384
:: کل نظرات : 16

آمار کاربران

:: افراد آنلاین : 8
:: تعداد اعضا : 955

کاربران آنلاین


آمار بازدید

:: بازدید امروز : 13
:: باردید دیروز : 18
:: بازدید هفته : 60
:: بازدید ماه : 1003
:: بازدید سال : 33491
:: بازدید کلی : 165797