رفتن به مطلب
لطفا جهت استفاده از تمام مطالب ثبت نام کنید ×
انجمن های دانش افزایی چرخک
لطفا جهت استفاده از تمام مطالب ثبت نام کنید

آلیاژهای غیر آهنی


ارسال های توصیه شده

[align=justify]آلیاژهای غیر آهنی

 

عنوان کتاب:عملیات گرمایی،سختار و خواص آلیاژهای غیرآهنی

مؤلف:آلیاژهای غیرآهنی

ترجمه:اردشیر طهماسبی

ناشر:مرکز نشر دانشگاهی

جلال بهرامی

 

 

مهندسانی که به انتخاب و استفاده از مواد فلزی مشغول هستند به دلایل به کار گرفتن‏ عملیات گرمایی برای این مواد آگاه هستند.آگاهی‏ از این دلایل نیازمند شناخت اصول و اثرات‏ نموداری فازی و سینیتیک تبدیل‏های فازی بر روی زیرساختار،و در نتیجه خواص آلیاژهای خاص‏ موردنظر است.کتاب در راستای ارائهء این اصول‏ برای چند مورد از آلیاژهای غیرآهنی فراهم شده‏ است.

 

 

بدیهی است که برای فهم کتاب حاضر، همان‏گونه که مؤلف نیز به آن اشاره می‏کند، طی دوره‏ای مقدماتی در زمینه متالورژی و علم‏ مواد لازم است.بنابراین کتاب را می‏توان برای‏ دانشجویان متالورژی و علم مواد و همچنین برای‏ سایر دانشجویان متالورژی و علم مواد و همچنین برای‏ سایر دانشجویان رشته‏های وابسته،چون مهندسی‏ مکانیک بسیار مفید دانست.

 

 

با توجه به فصول اول کتاب که به تغییر شکل‏ موسسان و تابکاری،انجماد و رسوب سختی‏ پرداخته است،می‏توان با نویسنده هم نظر شد که‏ کتاب برای مهندسانی که علاقه‏مند به اطلاعات‏ مربوط به عملیات گرمایی آلیاژهای غیرآهنی‏ هستند،ولی با اصول این موضوع سروکار نداشته‏اند،نیز مفید خواهد بود.

 

 

همان‏طور که گفته شد فصل اول به برخی‏ از اصول و ملاحظات مربوط به تغییر شکل‏ موسسان و تابکاری با تأکید بر ملاحظات‏ زیرساختاری پرداخته است.در این فصل و در بخش رفتار کلی تنش-کرنش،مرور بر تغییر شکل موسسان فلزات رفتار کششی ساده، اساس کار قرار گرفته است.

 

 

سایر انواع تغییر شکل‏ها به‏ویژه در رفتار عملی فلزات اهمیت دارند،اما برای نشان دادن‏ اصول کار بررسی رفتار کششی ساده به تنهایی‏ کافی است.برخی اصطلاحات مربوط به خواص‏ مکانیکی که در آزمون کشش مشتق شده در این‏ بخش توصیف می‏شود.این اطلاعات در محدودهء آزمون‏های کشش برای مواد فلزی پربلور ارائه‏ شده است.رفتار تک‏بلور و نابجایی‏ها،نقش‏ اساسی در کنترل خواص مکانیکی بازی می‏کنند و بنابراین شناخت کیفی رفتار آنها اهمیت دارد. اصولا اغلب مشاهدات مربوط به نابجایی‏ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری انجام‏ می‏شود.

 

 

در این بخش از کتاب ابتدا به‏ مکانیسم‏های استحکام بخشی پرداخته شده‏ و متذکر می‏شود که هرچیزی که بتواند مانع‏ حرکت نابجایی در در بلور شود باید بتواند استحکام‏بخشی ایجاد کند و سپس چهار روش‏ عمومی و مهم این نوع مکانیسم‏ها بررسی‏ شده است.

 

 

این چهار روش عبارت‏اند از:

کار(کنش)سختی،اثر اندازهء دانه،اثر ذره‏ و اثر محلول جامد.

اثرهای زیرساختاری،بافت‏های‏ تغییر شکل،بازیابی،تبلور مجدد و رشد دانه و مکانیسم‏های تابکاری،مباحث بعدی این‏

فصل هستند.درشکل زیر که خلاصه‏ای از نیروی محرک و مکانیسم‏های مربوط به‏ بازیابی،تبلور مجدد و رشد دانه را نشان می‏دهد نیروی محرک،اختلاف انرژی ترمودینامیکی بین‏ حالت تغییر شکل موسسان یافته و ساختار در هر مرحله است.در واقع در این بخش ساختار معیوب‏ در سه مرحلهء تابکاری بررسی و مکانیسم منجر به این شرایط توضیح داده شده است.رهیافت‏ مورد استفاده عبارت است از توصیف کیفی‏ فرایندها به منظور آشنا شدن با مکانیسم‏های‏ دخیل.سپس به بحث دوقلوهای تابکاری که در ساختارهای میکروسکوپی دیده می‏شود،اشاره‏ شده است.در شکل زیر چگونگی نمایان شدن‏ دوقلوها در ساختار میکرسکوپی نشان داده‏ می‏شود.

 

 

تغییر شکل موسان در فصل اول بیشتر منحصر به لغزش است.چرا که لغزش فرآیند غالب در تغییر شکل مومسان فلزات و آلیاژها به‏ شمار می‏رود.اما در برخی بلورها دیده می‏شود که‏ نه تنها از طریق لغزش بلکه از طریق دوقلو شدن‏ مکانیکی یعنی مکانیسمی که در مورد برخی از آلیاژها به‏ویژه آلیاژهایی که غیر مکعبی‏اند و می‏توانند خود را از تنش رها کنند نیز تغییر شکل‏ موسان رخ داده است.بخش حاضر شرح‏ مختصری دربارهء بلورشناسی و تأثیرات دوقلو شدن ارائه می‏دهد.

 

 

انجماد در فصل دوم کتاب مورد برسی قرار گرفته است و نویسنده متذکر شده که چون فرآیند ساختار و بنابراین خواص قطعات ریختگی را کنترل و نوع عملیات گرمایی قبل از کاربرد قطعات‏ کار شده را مشخص می‏کند،آشنایی با آن مهم‏ است.در فصل حاضر اصول تشکیل بلور مذاب‏ به اختصار بررسی شده و سپس منشأ هسته‏بندی‏ در آلیاژها به تفصیل ارائه می‏شود.

 

 

فرآیند انجماد با تعیین یک منحنی سرد شدن،یعنی دمای فلز برحسب زمان،بررسی‏ می‏شود.در شکل دو نوع از این منحنی به صورت‏ شیمیایی نشان داده شده است.در این فرآیند فلز تا دمایی بالاتر از نقطهء ذوب گرما داده شده و سپس سرد می‏شود.وقتی دما به اندازه‏ای رسید که هسته‏بندی بلورها آغاز شده است،اختلاف‏ انرژی بین مناطقی که بلوری شده‏اند و مناطقی‏ که هنوز به حالت مذاب‏اند به گرما تبدیل می‏شود. اگر آهنگ سرد کردن به حد کافی پایین باشد، این گرما اتلاف گرمای ناشی از انتقال گرما از فلز به محیط را جبران می‏کند و دما در خلال‏ فرآیند انجماد ثابت می‏ماند(شکل 4 الف)وقتی‏ انجماد کامل شد مجددا دما کاهش خواهد یافت. اما اگر فوق تبرید زیادی اتفاق افتد،در آن صورت‏ گرمای آزاد شده برای جبران کامل اتلاف گرما کافی نیست و منحنی سرد شدن بیشتر شبیه‏ منحنی نشان داده شده در(شکل زیر)خواهد بود.

 

 

امروزه یکی از روش‏های استحکام بخشی‏ به مواد فلزی،افزودن ذره‏های سخت و کاملا پرکنده به آن است و با این‏که می‏توان این‏ عمل را با مخلوط کردن انجام داد ولی مخلوط کردن همیشه عملی نیست.با انتخاب مناسب‏ عناصر آلیاژی اضافه‏شونده و عملیات گرمایی‏ می‏توان توزیع مناسبی از رسوب حالت جامد فاز دوم را در زمینه‏ای که آن رسوبات را در خود حل‏ کرده است پدید آورد.اگر با این عمل فلز استحکام‏ یافت آن را رسوب سختی می‏نامند،که روشی‏ قابل استفاده در سطح وسیع برای استحکام‏ بخشی مواد فلزی است.در فصل حاضر رسوب‏ سختی مرور شده است.درفصل‏های بعدی از این عملیات گرمایی به منزلهء روش استحکام بخش به آلیاژهای آلومینیم،مس و نیکل استفاده می‏شود.

 

همان‏طور که می‏دانیم آلومینیم با چگالی‏ کم خود،از ابتدا به منزلهء فلزی مناسب برای‏ ساخت آلیاژهای مهندسی جذابیت یافته است. گرچه استحکام این آلیاژها به اندازه‏ی استحکام‏ فولاد نیست ولی استحکام به وزن این‏ آلیاژها بسیار مناسب است،و به این دلیل است‏ که تعداد زیادی از آلیاژهای تجارتی آلومینیم‏ ساخته می‏شوند.استحکام اغلب این آلیاژها بر اثر رسوب سختی یعنی فرایندی است که در فصل‏ بعد توضیح داده می‏شود،افزایش یافته است.

 

در فصل حاضر تحت عنوان آلیاژهای‏ آلومینیم،متالورژی فیزیکی مربوط به عملیات‏ گرمایی یکی از آلیاژهای تجاری آلومینیم،یعنی‏ آلیاژ 2024 به تفصیل بررسی شده است.

 

در دنبالهء مطالب،با بحث آلیاژهای نیکل رو به رو هستیم.همان‏طور که می‏دانیم یکی از کاربردهای مهم مواد،استفاده آنها در سیستم‏های‏ دمای بالا چون موتور هواپیماهای جت و توربین‏های گازی است که در آنها مقاومت در مقابل خوردگی و اکسایش و نیز استحکام باید حفظ شود.در میان آلیاژهای آهن،کبالت‏ یا نیکل که ابرآلیاژ خوانده می‏شوند،آلیاژ نیکل‏ بیشترین کاربرد را دارد.قابلیت مصرف این آلیاژها به وجود کروم،به‏ویژه برای مقاومت در مقابل‏ اکسایش،و سایر عناصر آلیاژی باری افزایش‏ استحکام در دمای بالا به‏ویژه مقاومت در برابر خزش مبتنی است.در فصل حاضر متالورژی‏ فیریکی برخی از آلیاژهای نیکل بررسی می‏شود.

 

در پیوست 3 کتاب،تعدادی از آلیاژهای نیکل‏ و بعضی کاربردهای آنها فهرست شده است.در فصل حاضرآلیاژهای ساده‏تر نیکل توصیف‏ شده‏اند تا دلایل وجود بسیاری از عناصر آلیاژی‏ نشان داده شود و سپس چند نمونه از این آلیاژها به تفصیل بررسی شده‏اند.

 

آلیاژهای نیکل-کروم،آلیاژهای نیکل- آلومینیم،آلیاژهای نیکل-کروم،آلومنینم و آلیاژهای نیکل-کروم-آلومینیم-تیتانیم،مباحث‏ بعدی این فصل هستند.

 

در بحث آلیاژهای کمپلکس نیکل،با توجه‏ به اینکه در بخش‏های قبلی اصول درک‏ ابرآلیاژهای نیکل از لحاظ متالورژی فیزیکی‏ پی‏ریزی شده و این امر با بررسی تأثیر ترکیب‏ شیمیایی و عملیات گرمایی بر روابط فازی و در نتیجه بر خواص در سییستم‏های ساده‏ گرفته است،ابتدا ترکیب شیمیایی چند ابرآلیاژ تجارتی براساس اصولی که از خواص و رفتار سیستم‏های ساده‏تر نتیجه می‏شود بررسی شده‏ و عامل‏های اصلی در طراحی آلیاژ در جدول نشان‏ داده شده است.برای توجیه تأثیرات عناصر ذکر شده در جدول،داده‏هایی ارائه و سپس این تأثیرات‏ به ترکیب شیمیایی برخی آلیاژهای تجارتی‏ ارتباط داده می‏شود.

 

در شکل الف همانطور که دیده می‏شود ارزیابی‏ ساختار میکروسکوپی ابرآلیاژ نیکل به طور خلاصه ارائه شده دیده می‏شود که تمایل عمدتا به سمت تنظیم عناصر برای افزایش مقدار

 

و افزایش مقاومت در برابر خزش بوده است.این‏ کار بیشتر شامل افزایش مقدار Ti و Al و کاهش‏ مقدار Cr بوده است.همچنین تأثیر عناصر بر ریخت‏شناسی(شکل)کاربیدها مطالعه می‏شود تا توزیع مناسب فازی برای کسب استحکام‏ خزشی ممکن شود.تشکیل فاز سیگما اهمیت‏ ویژه‏ای دارد این ارزیابی در شکل(ب)خلاصه‏ شده است.

 

با توجه به مباحث مطروحه در کتاب،نقش‏ کلیدی کروم در این آلیاژهای با دمای بالا دیده‏ می‏شود.این عنصر سهم عمده‏ای در مقاومت در برابر اکسایش و خوردگی دارد.و هیچ عنصر دیگری نمی‏تواند این نقش را ایفا کند.از طرفی‏ کروم آلیاژ را از عنصر Al و Ti که‏ رسوبات مورد نیاز

 

را تشکیل می‏دهند استفاده‏ می‏گردد.بنابرین در طراحی آلیاژ،یافتن ترکیب‏ شیمیایی و ساختار مناسب که بتواند توازن موثری‏ بین استحکام و مقاومت در برابر خوردگی ایجاد کند اهمیت می‏یابد.

 

در فصل آلیاژها کبالت،افزایش عناصر آلیاژی و عملیات گرمایی برای ایجاد مقاومت در برابر خوردگی و استحکام در ابرآلیاژهای کبالت‏ مورد بررسی قرار می‏گیرد.در واقع با وجود شباهت‏ نیکل و کبالت،هنوز آلیاژ قابل استفاده‏ای از کبالت که در آن رسوب‏هایی با مشخصه‏های

 

در آلیاژهای نیکل وجود داشته باشد حاصل نشده‏ است.

 

بنابراین می‏توان گفت که آلیاژهای کبالت‏ به اندازهء آلیاژهای نیکل برای کاربرد در دماهای‏ بالا مناسب نیستند،مگر این‏که دما به اندازه‏ای‏ بالا برود که رسوب‏های در آلیاژهای نیکل حل‏ شوند.در این گستره است که آلیاژهای کبالت‏ توان رقابت با آلیاژهای نیکل را دارند.ایجاد استحکام کافی در دمای بالا در این آلیاژها براساس استحکام‏بخشی محلول جامد و تشکیل ساختار کاربیدی پخش شده،استوار است.پخش‏ مناسب کاربیدها از طریق افزایش کافی کربن و عناصر کاربیدزا(مانند (ZrùTi و انتخاب عملیات‏ گرمایی مناسب انجام می‏گیرد.

 

در جدول زیر نقش عناصر آلیاژی در آلیاژهای‏ کبالت به طور خلاصه ارائه‏شده است.

 

در رابطه با آلیاژهای منیزیم گفتنی است که‏ چگالی بسیار پایین آن،این فلز را برای کاربردهای‏ مهندسی مناسب جلوه می‏دهد.این فلز در مقایسه‏ با آلومینیم،دارای چگالی خیلی پایین‏تری است، یعنی سبک‏بر است.این سبکی باعث شده تا این فلز با سایر فلزات و آلیاژها از نظر نسبت‏ استحکام به فون(استحکام ویژه)قابل مقایسه‏ شود.برای مثال اگر در قطعه‏ای سختی مورد نیاز باشد،باید قطعه بزرگ گرفت.در این صورت‏ منیزیم به دلیل سبکی و استحکام ویژهء بالا فلز مناسبی خواهد بود.امروزه انواع گوناگونی از آلیاژهای منیزیم با خواص مختلف در دسترس‏ مهندسان و طراحان آلیاژها است.به این آلیاژها می‏توان عناصر خاصی اضافه کرد که باعث‏ استحکام بخشی محلول جامد فلز شده،خواص‏ خزشی آن را بهبود بخشد و امکان رسوب سختی، یا قابلیت ریخته‏گری آنرا افزایش دهد.در فصل‏ حاضر برای نشان دادن دلایل ابداع هرنوع ترکیب‏ شیمیایی آلیاژ و عملیات گرمایی،چند آلیاژ بررسی‏ شده‏اند.آلیاژهای منیزیم-آلومینیم-روی و مقاومت آلیاژهای منیزیم در برابرخوردگی از مباحث این فصل هستند.

 

در بحث آلیاژهای مس نویسنده به این نکته‏ اشاده می‏کند که مس و آلیاژهای آن به علت‏ داشتن خواص گوناگون،به عنوان فلزی مهندسی‏ به کار گرفته می‏شوند.رسانندگی الکتریکی و گرمایی بالا و سخولت شکل دادن و مقاومت‏ بسیار عالی این آلیاژها در برابر خوردگی در شرایط خاص سه مشخصهء جالب این آلیاژها است.امروزه‏ متداول‏ترین کاربرد مس در رسانندگی الکتریکی‏ بالا است و برای حصول به آن لازم است از مس‏ به صورت مس خالص تجارتی استفاده شود.در فصل حاضر ابتدا مس خالص تجارتی مورد بررسی‏ قرار می‏گیرد.به دلیل آنکه رسانندگی الکتریکی‏ مس بر مقدار زیادی ناخالصی‏های موجود در آن‏ وابسته است،بنابراین توجه ویژه‏ای به تأثیر مقادیر کم از سایر عناصر در مس شده است. در این فصل و در ادامه،ابتدا برنج‏ها به‏ویژه به‏ دلیل تغییر شکل‏پذیری‏شان بررسی شده و سپس‏ آلیاژهای مس-قلع و مس-آلومینیم و سرانجام‏ آلیاژهای رسوب سخت‏شونده‏ی مس-بریلیم‏ مورد توجه قرار گرفته‏اند.علی‏رغم این‏که انواع‏ مختلف دیگری از آلیاژهای با پایهء مس وجود دارند که دارای اهمیت هستند،گروه انتخاب شده‏ برای بررسی دقیق در این فصل به خوبی نمایانگر انواع آلیاژهای مختلف دسترس‏پذیر مس است‏ که کاربردهای این آلیاژهای تجارتی و اصول‏ متالورژی فیزیکی مرور شده در سه فصل اول را نشان می‏دهد.مس خالص تجارتی،آلیاژهای‏ مس-روی،آلیاژهای مس-قلع،آلیاژهای مس‏ -روی-قلع،آلیاژهای سرب‏دار مس،آلیاژهای‏ مس-آلومینیم،آلیاژهای مس-بریلیم بخش‏های‏ مختلف این فصل را تشکیل داده ‏اند.

 

نقطهء ذوب بالا(1820)،چگالی کم‏ ( gr/cm3 5/4)و مقاومت خوب در مقابل‏ خوردگی،تیتانیم و آلیاژهای آن را به عنوان‏ موادی مهم برای بسیاری از کاربردها مطرح‏ می‏کند.و علی‏رغم هزینهء بالای تهیهء این فلز هنوز هم برای بسیاری از کاربردها مصرف دارد. استحکام این فلز و آلیاژهای آن،همراه با چگالی‏ کم،اهمیت ویژه‏ای دارد.در شکل زیر نسبت‏ استحکام به چگالی(که در اینجا به صورت نسبت‏ استحکام تسلیم به چگالی داده شده است)،در مورد تیتانیم خالص و آلیاژهای پر استحکام‏ آلومینیم و منیزیم نشان داده شده است.به علاوه‏ تیتانیم خالص را می‏توان از طریق آلیاژ کردن و عملیات گرمایی استحکام بخشید و چگالی کم‏ آن را حفظ کرد.خواص تیتانیم و آلیاژهای آن به‏ وجود عناصر بین نشینی(مانند H و O و N و C )حتی مقادیر اندک بسیار حساس است.چون‏ کنترل این عناصر در خلال تصفیه و عملیات‏ گرمایی باید به دقت انجام شود،بنابراین ابتدا در این فصل تأثیر آن‏ها مورد بررسی قرار گرفته‏ است.سپس آلیاژهای محلول جامد سخت شده‏ مورد توجه قرار گرفته و در نهایت آلیاژهای‏ پیچیده‏تر که متضمن تبدیل فازهای حالت‏ جامد

 

به

 

هستند بررسی می‏شوند.با این‏ حال نویسنده متذکر می‏شود که ساختار میکروسکوپی آلیاژهای تیتانیم ممکن است‏ بسیار پیچیده باشد و در برخی موارد نیز به خوبی‏ شناخته شده نیست.در ادامه و در بخش‏هایی از فصل حاضر که دربارهء آلیاژهای تجارتی بحث‏ می‏کند،ساختار میکروسکوپی تا حد قابل استفاده‏ برای درک تأثیرات عملیات گرمایی بر خواص، بدون پرداختن به جزئیاتی که هنوز شناخته‏ نشده‏اند بررسی می‏گردد.تیتانیم خالص تجارتی، محلول‏های جامد بین نشینی،آلیاژهای آلفا،آلیاژهای‏ آلیاژهای

 

+

 

تجارتی V 1 Mo Al 8 Ti ،آلیاژ تجارتی V 4 Al 6 Ti و...دیگر مباحث این‏ فصل را تشکیل داده‏اند.

 

گفتنی است برای تبدیل یکاها به سیستم‏ SI تلاش زیادی صورت نگرفته،ولی برخی‏ ضرایب تبدیل در پیوست 2 آورده شده است. بزرگنمایی تصاویر زیر ساختارها به کمک یک‏ خط شاخص که طول واقعی آن به میکرون ذکر شده،نشان داده می‏شود.

 

کتاب دارای هشت پیوست است:

 

پیوست 1:مرجع‏های عمومی

 

پیوست 2:ضرایب تبدیل یکاهای انگلیسی‏ /متری

 

پیوست 3:ترکیب شیمیایی و کاربردهای‏ نمونه‏وار تعدادی از ابرآلیاژهای نیکل

 

پیوست 4:ترکیب شیمیایی و کاربردهای‏ نمونه‏وار ابرآلیاژهای کبالت

 

پیوست 5:ترکیب شیمیایی و برخی‏ کاربردهای چند آلیاژ تجارتی منیزیم.

 

پیوست 6:خواص مکانیکی نمونه‏وار(در

 

25)چند آلیاژ تجارتی منیزیم

 

پیوست 7:نامگذاری حالت‏های آلیاژهای آلومینیم

 

پیوست 8:نامگذاری حالت‏های مس و آلیاژهای آن

 

 

 

 

 

برگرفته از : کتاب ماه علوم و فنون » مرداد 1382 - شماره 64

[/align]

لینک به دیدگاه
به اشتراک گذاری در سایت های دیگر

به گفتگو بپیوندید

هم اکنون می توانید مطلب خود را ارسال نمایید و بعداً ثبت نام کنید. اگر حساب کاربری دارید، برای ارسال با حساب کاربری خود اکنون وارد شوید .

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از 75 اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به صورت لینک

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.

×
×
  • اضافه کردن...