ریخته گری فولاد – ذوب فلزات
فهرست
مقدمه
معرفي و به كار گيري سوپر آلياژها
مروري كوتاه بر فلزات با استحكام در دماي بالا
اصول متالورژي سوپر آلياژها
بعضي از ويژگيها و خواص سوپر آلياژها
كاربردها
فصل دوم
انتخاب سوپر آلياژها
كليات
شكل سوپر آلياژها
دماي كاري سوپرآلياژها
مقايسه سوپر آلياژهاي ريخته و كار شده
سوپر آلياژهاي كار شده
سوپر آلياژهاي ريخته
خواص سوپرآلياژها
كليات
سوپر آلياژهاي پيشرفته
خواص مكانيكي و كاربرد سوپرآلياژها
انتخاب سوپرآلياژها
كاربردهاي آلياژهاي كار شده در دماي متوسط
كاربردهاي آلياژهاي ريخته در دماي بالا
فصل سوم
متالورژي سوپرآلياژها
گروه‌ها، ساختارهاي بلوري و فازها
گروه‌هاي سوپرآلياژها
ساختار بلوري
فاز در سوپرآلياژها
مقدمه‌اي بر گروه‌هاي آلياژي
سوپر آلياژهاي پايه آهن- نيكل
سوپرآلياژهاي پايه نيكل
سوپرآلياژهاي پايه كبالت
عناصر آلياژي و اثرات آنها بر ريزساختار سوپرآلياژها
عناصر اصلي در سوپرآلياژها
عناصر جزئي مفيد در سوپرآلياژها
عناصر تشكيل دهنده فازهاي ترد
عناصر ناخواسته و مضر در سوپرآلياژها
عناصر ايجاد كننده مقاومت خوردگي و اكسيداسيون
استحكام دهي سوپرآلياژها
رسوب‌ها و استحكام
فاز
فاز
كاربيدها
كاربيدهاي M7C3
بوريدها و عناصر جزئي مفيد ديگر (به جز كربن)
تاثير فرآيند بر بهبود ريز ساختار
فصل چهارم
ذوب و تبديل
تشريح فرآيند EAF/AOD
عمليات كوره قوس الكتريكي/ كربن زدايي با اكسيژن و آرگن (EAF/AOD)
تركيب شيميايي آلياژ و آماده كردن شارژ
بارگذاري EAF
كوره قوس الكتريك
تانك AOD
پاتيل ريخته‌گري
مروري بر ذوب القايي در خلاء (VIM)
تشريح فرآيند VIM
عمليات ذوب القايي در خلاء
عمليات ذوب القايي در خلاء
كوره القائي تحت خلاء
سيستم‌هاي ريخته‌گري
عمليات ذوب القايي در خلاء
مروري بر ذوب مجدد
تشريح فرآيند ذوب مجدد در خلاؤء با قوس الكتريكي (VAR)
تشريح فرآيند مجدد با سرباره الكتريكي (ESR)
عمليات ذوب مجدد در خلاء با قوس الكتريكي
كوره VAR
عمليات ذوب مجدد در خلاء با قوس الكتريكي
كنترل ذوب مجدد در خلاء با قوس الكتريكي
عمليات ذوب مجدد با سربار الكتريكي (ESR)
كوره ESR
عمليات كوره ذوب مجدد با سرباره الكتريكي
كنترل ذوب مجدد با سرباره الكتريكي
محصولات ذوب سه مرحله‌اي
فرآيند ذوب سه مرحله‌اي شمش
تبديل شمش و محصولات نورد
همگن‌سازي توزيع عنصر محلول در شمش‌ها
آهنگري محصول نيمه تمام
آهنگري محصول نيمه تمام آلياژ IN-718
اكستروژن
نورد
دسترسي به محصولات نورد
مقدمه
طراحان نياز فراواني به مواد مستحكم‌تر و مقاوم‌تر در برابر خوردگي دارند. فولادهاي زنگ نزن توسعه داده شده و به كار رفته در دهه‌هاي دوم و سوم قرن بيستم ميلادي، نقطه شروعي براي برآورده شدن خواسته‌هاي مهندسي در دماهاي بالا بودند. بعداً معلوم شد كه اين مواد تحت اين شرايط داراي استحكام محدودي هستند. جامعه متالوژي با توجه به نيازهاي روز افزون بوجود آمده، با ساخت جايگزين فولاد زنگ نزن كه سوپر آلياژ ناميده شد به اين تقاضا پاسخ داد. البته قبل از سوپر آلياژها مواد اصلاح شده پايه آهن به وجود آمدند، كه بعدها نام سوپر آلياژ به خود گرفتند.
با شروع و ادامه جنگ جهاني دوم توربين‌هاي گازي تبديل به يك محرك قوي براي اختراع و كاربرد آلياژها شدند. در سال 1920 افزودن آلومينيوم و تيتانيوم به آلياژهاي از نوع نيكروم به عنوان اختراع به ثبت رسيد، ولي صنعت سوپر آلياژها با پذيرش آلياژ كبالت (ويتاليوم) براي برآورده كردن نياز به استحكام در دماي بالا در موتورهاي هواپيما پديدار شدند. بعضي آلياژهاي نيكل- كروم (اينكونل و نيمونيك) مانند سيم نسوز كم و بيش وجود داشتند و كار دستيابي به فلز قوي‌تر در دماي بالاتر براي رفع عطش سيري ناپذير طراحان ادامه يافت و هنوز هم ادامه دارد.
1-1- معرفي و به كار گيري سوپر آلياژها
سوپر آلياژها؛ آلياژهاي پايه نيكل، پايه آهن- نيكل و پايه كبالت هستند كه عموماً در دماهاي بالاتر از oC540 استفاده مي‌شوند. سوپر آلياژهاي پايه آهن- نيكل مانند آلياژ IN-718 از فن‌آوري فولادهاي زنگ نزن توسعه يافته و معمولاً به صورت كار شده مي‌باشند. سوپر آلياژهاي پايه نيكل و پايه كبالت بسته به نوع كاربرد و تركيب شيميايي مي‌توانند به صورت ريخته يا كار شده باشند.
در شكل 1-1 رفتار تنش- گسيختگي سه گروه آلياژي با يكديگر مقايسه شده‌اند (سوپر آلياژهاي پايه آهن- نيكل، پايه نيكل و پايه كبالت). در جدولهاي 1-1 و 1-2 فهرستي از سوپر آلياژها و تركيب شيميايي آنها آورده شده است.
سوپر آلياژهاي داراي تركيب شيميايي مناسب را مي‌توان با آهنگري و نورد به اشكال گوناگون در آورد. تركيب‌هاي شيميايي پر آلياژتر معمولاً به صورت ريخته‌گري مي‌باشند. ساختارهاي سرهم بندي شده را مي‌توان با جوشكاري يا لحيم‌كاري بدست آورد، اما تركيب‌هاي شيميايي كه داراي مقادير زيادي از فازهاي سخت كننده هستند، به سختي جوشكاري مي‌شوند. خواص سوپر آلياژها را با تنظيم تركيب شيميايي و فرآيند (شامل عمليات حرارتي) مي‌توان كنترل كرد و استحكام مكانيكي بسيار عالي درمحصول تمام شده بدست آورد.
1-2- مروري كوتاه بر فلزات با استحكام در دماي بالا
استحكام اكثر فلزات در دماهاي معمولي به صورت خواص مكانيكي كوتاه مدت مانند استحكام تسليم يا نهايي اندازه‌گيري و گزارش مي‌شود. با افزايش دما به ويژه در دماهاي بالاتر از 50 درصد دماي نقطه ذوب (بر حسب دماي مطلق) استحكام بايد بر حسب زمان انجام اندازه‌گيري بيان شود. اگر در دماهاي بالا باري به فلز اعمال شود كه به طور قابل ملاحظه‌اي كمتر از بار منجر به تسليم در دماي اتاق باشد، ديده خواهد شد كه فلز به تدريج با گذشت زمان ازدياد طول پيدا مي‌كند. اين ازدياد طول وابسته به زمان خزش ناميده مي‌شود و اگر به اندازه كافي ادامه يابد به شكست (گسيختگي) قطعه منجر خواهد شد. استحكام خزش يا استحكام گسيختگي (در اصطلاح فني استحكام گسيختگي خزش يا استحكام گسيختگي تنشي ناميده مي‌شود) همانند استحكام‌هاي تسليم و نهايي در دماي اتاق يكي از مولفه‌هاي مورد نياز براي فهم رفتار مكانيكي ماده است. در دماهاي بالا استحكام خستگي فلز نيز كاهش پيدا مي‌كند. بنابراين براي ارزيابي توانايي فلز با در نظر گرفتن دماي كار و بار اعمال شده لازم است، استحكام‌هاي تسليم و نهايي، استحكام خزش، استحكام گسيختگي و استحكام خستگي معلوم باشند. ممكن است به خواص مكانيكي مرتبط ديگري مانند مدول ديناميكي، نرخ رشد ترك و چقرمگي شكست نيز نياز باشد. خواص فيزيكي ماده مانند ضريب انبساط حرارتي، جرم حجمي و غيره فهرست خواص را تكميل مي‌كنند.
