بررسی مصارف مهم نيكل

بررسی مصارف مهم نيكل
بررسی مصارف مهم نيكل
110,000 ریال 
تخفیف 15 تا 30 درصدی برای همکاران، کافی نت ها و مشتریان ویژه _____________________________  
وضعيت موجودي: موجود است
تعداد:  
افزودن به ليست مقايسه | افزودن به محصولات مورد علاقه

تعداد صفحات : 83 صفحه _ فرمت WORD _ دانلود مطالب بلافاصله پس از پرداخت آنلاین

فهرست
فصل اول-متالوژي نيكل   
1-مصارف مهم نيكل   
2-تهيه فولادهاي نيكلي ضدزنگ وآلياژهايش   
الف)انرژي الكتريكي و هسته اي   
ب)كاتاليزور   
ج)حفاري   
د)ضايع دريايي   
هـ)كاربردهاي ديگر   
3-تاريخچه نيكل وآلياژهاي آن   
4-مشخصات  كلي آن   
5-كاني هاي نيكل   
الف)كاني هاي سولفيدي   
ب)پيرونيت نيكل دار   
6-معرفي وكاربردها سوپر آلياژها   
1-سوپر آلياژهاي كارپذير   
2-سوپر آلياژهاي متالوژي پودر   
3-سوپر آلياژهاي پلي كريستال ريختگي   
4-سوپر آلياژهاي تك كريستالي انجماد جهت دار   
الف) سوپر آلياژهاي پايه نيكل   
ب)سوپر آلياژهاي پايه آهن   
ج)سوپر آلياژهاي پايه كبالتي   
7-بازار سوپر آلياژها    
فصل دوم
1-آلياژهاي بكار رفته در پره هاي توربين ها   
2-خلاصه اي از مشخصات سوپر آلياژهاي پايه نيكلي   
3-تركيبات شيميايي سوپر آلياژهاي پايه نيكلي   
4-ميكروساختارهاي سوپر آلياژهاي پايه نيكل   
5-بررسي مزر دانه ها   
6-كاربيدها   
-واكنشهاي كاربيدي   
7-عمليات حرارتي سوپر آلياژهاي پايه نيكل   
8-تاثير عناصر آلياژي بر پايه اي سطحي سوپر آلياژهاي پايه نيكل   
9-تاثير عناصر آلياژي بر خوردگي داغ و اكسيداسيون   
فصل سوم
1-ارزيابي جوش پذيري آلياژها   
2-مواد وروشهاي آزمايشي   
3-نتايج آزمايش    
4-نتيجه گيري   
5-مشكلات موجود در جوشكاري سوپر آلياژها   
الف-ترك ناحيه ذوب وترك ناحيه HAZ   
ب-ترك عمليات حرارتي پس از جوش   
ج-تاثير آلودگي در كيفيت جوش   
د-ترك خستگي حرارتي   
6-معرفي اجمالي متالوژي جوش سوپر آلياژها   
7-نكات مهم در جوشكاري سوپر آلياژها   
8-محدوديت هاي جوشكاري   
9-محدوديت هاي كاربردي پره هاي متحرك   
10-قابليت جوش پذيري سوپر آلياژ IN 738   
11-مكانيزم هاي بوجود آورنده ترك   
فصل چهارم پوشش دهي
1-تاثير پارامترهاي پوشش دهي سوپر آلياژIN738           
2-مقدمه   
3-روش آزمايش
4-نتايج
5-نتيجه گيري

 

مقدمه:
با توجه به رشد روز افزون بازار توربين هاي گازي در سطح دنيا ونياز به تعميرات قطعات توربينها باعث شد تا صنعت تعميرات به صورت جدي واصولي در ايران پي گيري شود و چون تعميرات قطعات داغ توربين ها كه جنس آنها از سوپر آلياژها مي باشند با مشكلاتي همراه مي‌باشد ويك سري دستورالعمل خاص خود را مي طلبد كه بايد با روشهاي استاندارد وكنترل شده اي تعميرات روي آنها صورت گيرد كه فعلا در ايران در شركت قطعات توربين شهريار به روش جوشكاري TiG انجام مي گيرد كه در آينده پيش بيني مي شود از پروسه جوشكاري ليزر نيز استفاده گردد.
در تمام سوپر آلياژهاي در توليد با مشكلاتي مواجه مي باشيم كه نياز را براي تعميرات ضروري نمود از آن جمله سوپر آلياژ IN738 مي‌باشد كه در اين پروژه به نكات مهم در جوشكاري اين سوپر آلياژ پرداخته ايم.

 

فصل اول
1- مصارف مهم نيكل عبارتند از:
تهيه فولادهاي ضدزنگ، آلياژهاي ويژه (آلياژ نقره و نيكل جهت ساخت لوازم خانگي)، آب كاري كروم و ضرب مسكوك و نمك هاي نيكل مصارف شيميايي داشته و در برخي باتري ها كاربرد دارد.
2- تهيه فولادهاي نيكلي ضدزنگ و آلياژها:
در حدود 65% نيكل مصرف شده در جهان غرب براي ساخت فولاد ضد زنگ Austenitic استفاده شده است و 12% براي سوپرآلياژها (آلياژهاي مقاوم در برابر خوردگي مانند آلياژ نقره آلماني كه شامل آلياژ- Ni- Zn-Cu مي‌باشد) استفاده مي شود. فولاد نيكل براي صفحات حفاظتي (دفاعي) و گار صندوق هاي ضد سرقت استفاده مي شود.
اهميت نيكل در توانايي و قابليت هاي آن نهفته است كه به هنگام تركيب با ديگر عناصر براي ساختن آلياژ، مقاومت و استحكام فلز و نيز مقاومت در برابر خوردگي آن را در بازه گسترده اي از دما، افزايش مي‌دهد. اين فلز در صنعت آهن و فولاد ضروري است و آلياژهاي نيكل دار نقش كليدي را در توسعه مواد مورد نظر در صنايع هوافضا ايفا مي كنند. توليد ساليانه اين فلز از 103*20 تن در سال 1920 تا 103*750 در سال 1976 افزايش يافته است كه بطور متوسط ساليانه رشدي برابر با 3% داشته است. اما، در بين سالهاي 1976 تا 1986 هيچ تغيير محسوسي در توليد يا مصرف اين فلز رخ نداده است و مصرف جهاني نيكل در سالهاي 1981 و 1982 كاهش يافته و به 650000 تن در سال رسيده است. ذخيره تعيين شده نيكل بيش از مقدار مورد نياز است و ميتواند براي سالهاي متمادي همين سقف توليد را داشت.
توليد استيل بيش از 50 درصد نيكل را مصرف مي‌كند و آلياژهاي آهني و آلياژهاي مبتني بر پايه نيكل در مقام هاي بعدي مصرف نيكل جاي دارند. آبكاري تنها 11% از نيكل توليدي را مورد استفاده قرار مي‌دهد. محصولات حاصل از آن عبارتند از استيل كه در ظرفشويي ها، لباسشويي ها، ظروف آشپزخانه و نيز بخش هاي آبكاري شده با نيكل براي دوچرخه،موتور سيكلت، جواهر آلات، فريم عينك، وسايل موسيقي كه   نيكل توليدي را مصرف مي كنند. مقاومت بالاي استيل نيكل دار، وزن سبك آنها و هزينه نگهداري اندك آنها منجر به رشد فزاينده مصرف آنها در تانكرها و قطارها در زمينه ساخت و ساز و ماشين آلات شده است.
در دهه هفتاد، مصرف نيكل در صنايع خودرو سازي به شدت افت كرد كه به علت كاهش مصرف ميانگين آن در اتومبيل ها از 2 كيلوگرم در سال 1970 به 5/0 كيلوگرم در سال 1985 بود. صنايع شيميايي چهارمين بازار بزرگ مصرف نيكل را دارد كه براي توليد استيل بكار مي رود.
صنعت ساخت و ساز، صنايع الكترونيك هر يك 6% مصرف نيكل سال 1987 را به خود اختصاص دادند. مصرف استيل در ساختمان سازي رو به افزايش است، زيرا در تجهيزات مربوط به به غذا و تجهيزات كنترل محيط زيست مصرف مي شوند نرخ رشد مصرف نيكل در صنايع الكترونيك بيش از 10 درصد در سال است. آلياژ 42، كه يك آلياژ- نيكل- آهن است، كاربرد فراواني در چهارچوبه هاي سربي دارد، حال آنكه، آلياژ مس- نيكل- قلع 72500 C، در فنرها، گيره كاغذ و پايانه ها مصرف مي شود.
امروزه آلياژهاي مس، نيكل با 75 درصد مس و 25 درصد نيكل كاربرد گسترده اي يافته اند، هرچند كه كانادا، هلند و جمهوري آفريقايي جنوبي هنوز از سكه هاي نيكل خالص استفاده مي كنند زيرا كه از دوام بيشتري برخوردار است.
در صنايع هوافضا، نيكل يك عنصر كليدي در ابر آلياژهاست كه در برابر تنش و خوردگي در دماي CO 1000 و بيشتر مقاومت مي‌كند. اين مواد در موتورهاي توربين گاز مورد استفاده قرار مي گيرند.
الف- انرژي الكتريكي و هسته اي:
در صنعت برق و توليد نيرو، استيل هاي نيكل دار كاربرد گسترده اي در نيروگاههاي هسته دارند و كاربرد روز افزوني در سيستم هاي زدايشگر براي زدايش دي اكسيد گوگرد از نيروگاههاي زغالي، نفتي و گازي دارند.
ب- كاتاليزور:
مواد شيميايي نيكل دار در توليد كاتاليزورهاي نيكل مصرف مي شوند كه در هيدروژنه كردن روغن نباتي، در تصفيه روغن هاي سنگين، تشديد كننده هاي سراميك و نمك نيكل در آبكاري بكار مي رود. نيكل در قطعات ريز تقسيم شده يك كاتاليزور براي نفت‌هاي هيدروژني است.
ج- حفاري:
مواد نيكل دار در صنعت نفت از سرمته حفاري تا لوله كشي و مخازن فرآوري طرح‌هاي پتروشيمي و ساخت سكوهاي نفتي دريايي ايفا مي كنند.
د- صنايع دريايي:
در صنايع دريايي، مواد نيكل دار در كشتي ها و پروژه هاي شيرين سازي آب شور دريا بكار مي روند.
هـ -كاربردهاي ديگر:
23% باقي مانده مصرف در باتريهاي شارژ مجدد (مانند باتريهاي هيدريد فلزي نيكل و باتريهاي كادميوم نيكل)، كاتاليزورها، آزمايشگاه هاي شيميايي در بوته ها. محصولات شيميايي ديگر، ضرب سكه و ريخته گري و آبكاري الكتريكي تقسيم شده است.
نيكل خاصيت مغناطيسي دارد و مي تواند با مقادير زيادي كبالت همراه شود و اين دو در آهن متئوريتي يافت مي شوند. اين فلز نفوذپذيري مغناطيسي بالايي دارد و براي نشان دادن ميدان هاي مغناطيسي استفاده مي شود مانند آلياژ Alnico در مغناطيس استفاده مي شود.
ضرب سكه در ايالات متحده و كانادا كه نيكلي كه در ساخت سكه هاي سنتي استفاده مي شود nickles مي گويند.
 
3- تاريخچه:
استفاده از نيكل مي تواند در بيشتر از (BC 3500 سال قبل از ميلاد) رديابي شود. برنز در جايي كه اكنون Syria نام دارد، محتواي نيكل بالاتر از 2% نشان مي‌دهد.
در بيشتر نسخه هاي خطي چيني، مس سفيد مشاهده شده است كه در مشرق زمين بين 1400 تا 1700 است. اما از آن جايي كه كانسارهاي نيكل به آساني با كانسارهاي نقره اشتباه گرفته مي شود پس از درك اين فلز و زمانهاي استفاده از آن ضروري مي‌باشد.
كانه هاي حاوي نيكل مانند Kupfernickle نيكلين يا مس دروغين يا كاذب بود كه ارزش آن بخاطر شيشه رنگي سبز بود.
در سال 1751، Baron Axel Fredrik Crostedt تلاش نمود تا مس را از Kupfernickle استخراج نمايد (كه حالا نيكوليت ناميده مي شود) و در عوض يك فلز سفيد بدست مي آيد كه نيكل نام دارد. سكه نيكل اوليه فلز خالصي بود كه در سال 1881 ايجاد شد.
تصور مي شود كه نيكل از واژه “kupfer Nickle” گرفته شده باشد كه معدنكاران قرون وسطاي ساكسون به كاني اي كه به اشتباه آنرا كانه مس مي پنداشتند ولي نمي توانستند از آن مس استحصال كنند اطلاق مي شد ولي اين كاني آرسنيد نيكل يا نيكوليت (NiAs) بود.
براي نخستين بار، كاني شناس سوئدي اكسل كرونستد در سال 1751، نيكل را بصورت يك فلز جدا كرد كه اين عمل در حين مطالعه گرسدورفيت (NiAsS) معدن Los سوئد اتفاق افتاد. موقعيت نيكل بعنوان يك عنصر مستقل در سال 1775 توسط توربرن برگمان و همكارانش تأييد شد اما اين مسئله تا سال 1804 كه جرميس ريشتر يك نمونه نسبتاً خالص از فلز را بدست آورد و خواص آنرا توصيف كرد، بطور جدي مطرح نشده بود.
آلياژهاي نيكل دار را مدتها پيش از كرونستد بكار مي بردند. چيني ها براي سده هاي متمادي از مس سفيد (40% مس، 32% نيكل، 25% روي و 3% آهن) كه ظاهري نقره‌اي داشت، استفاده مي كردند. اين مواد در اواخر قرن هيجده به مقدار كمي در اروپا استفاده مي شود. بعلت بهاي آن كه   بهاي نقره است، اين آلياژ توانايي بالقوه اي دارد تا جانشين نقره شود. تا دهه 1830، آلياژهاي مس، نيكل، روي كه بنام نقره آلماني شهرت داشتند و پس از آن آلياژ نيكل نقره در حد تجاري و كلان در آلمان و انگلستان به ميزان فراواني توليد مي شدند. علاوه بر رنگ نقره اي آن، قالبگيري و كار كردن آن ساده بود، در برابر هوازدگي مقاومت مي كرد و توليد اقتصادي بود. تغيير و ابداع چشمگير بعدي در سال 1857 رخ داد كه در آن هنگام آمريكا سكه هاي مس، نيكل ضرب كرد (داراي 12% نيكل) و ديگر كشورها از آن تقليد كردند.
در اواسط دهه 1800، نيكل به ميزان كمي از كانه هاي سولفيدي معادن آلمان، نروژ، سوئد و روسيه توليد مي شد. هر چند كه نيكل فلزي خالص براي نخستين بار در سال 1838 در آلمان توليد شد، توليد جهاني نيكل تا سال 1876 كمتر از 1000 تن در سال بود.
در فاصله سالهاي 1880-1870، وقتيكه پاركز، ماربو و رايلي كاربرد آنرا در تهيه آلياژ نشان دادند و فلايت مان موفق به تهيه نيكل چكش خوار شد و آبكاري با نيكل با موفقيت انجام شد، تقاضا براي نيكل به يكباره افزايش يافت. اولين ورق زره فولاد نيكل در سال 1885 در فرانسه و پس از مدت كوتاهي در ايتاليا، انگلستان و آمريكا ساخته شد. در اوايل 1890 خصوصيات مناسب فولادهاي نيكل در نيروي دريايي منجر به تقاضاي شديد براي نيكل شد.
در سال 1863، پير گارنير، كانه هاي اكسيد نيكل نيوكالدونيا را كشف كرد و از سال 1875 اين جزيره فرانسوي، بزرگترين توليد كننده نيكل شد كه تا سال 1905 كه جزء كانادا شد، اين مقام را همچنان حفظ كرد. استخراج كانه هاي سولفيدي حوضه سادبري در اونتاريوي كانادا از سال 1886 آغاز گشت و اين پيكره هاي معدني، مهمترين ذخيره‌هاي نيكل جهان را براي عرضه به بازارهاي جهاني براي زمان طولاني از قرن بيستم در اختيار داشتند. حتي در سال 1950، منطقه سادبري 95% نيكل دنياي غرب را تأمين مي كرد. از آن زمان به بعد، جايگاه رفيع كانادا رو به افول نهاد و تا سال 1980، نيكل براي مدت طولاني در طول قرن بيستم از اين منطقه معدنكاري، ذوب و پالايش (خالص سازي) مي شد.
تا پايان جنگ جهاني اول، نيكل صرفاً براي مقاصد نظامي بكار مي رفت، اما پژوهش‌هاي فراوان بين دو جنگ جهاني، در زمينه استفاده هاي احتمالي صنعتي نيكل، به كار بردهاي نوين فراواني انجاميد. در دهه 1990، هزاران آلياژ نيكل مورد استفاده قرار مي گرفت كه ميزان نيكل آنها بين 99% تا 1% (براي سخت كردن فولاد) تغيير مي كرد.

4- مشخصات:
تصور مي شود كه نيكل از واژه آلماني Kupfernickel به معناي مس سفيد گرفته شده است. نماد عنصر نيكل Ni بوده و با عدد اتمي 28 مي‌باشد. نيكل بيستمين عنصر فراوان در پوسته زمين است و فراواني نيكل در پوسته زمين 020/0% مي‌باشد. نيكل فلز سفيد- نقره اي رنگي است كه داراي صيقل (جلا) است. اين فلز در گروه آهن بوده و سخت، قابل انعطاف و شكل پذير است.

5- كاني هاي نيكل:
نيكل در طبيعت به طور خالص يافت نمي شود برخي كانيهاي نيكل دار موجود در معادن نيكل نسبتاً كمياب هستند و از اين ميان فقط پنتلانديت، گارنيريت و ليمونيت نيكل دار اهميت اقتصادي دارند. واژه گارنيريت را معمولاً به مخلوطي از سيليكاتهاي نيكل دار با ميزان متفاوتي از نيكل اطلاق مي كنند و مي تواند مخلوط كلوئيدي از سيليس و هيدروكسيد نيكل باشد. ليمونيت نيكل دار واژه اي است كه براي تعريف اكسيدهاي آهن نيكل دار اندكي متبلور شده بكار مي رود كه مهمترين جزء آنها گوتيت (Feo.OH-a) است.
پيروتيت جزء كانيهاي نيكل بحساب نمي آيد، چون كه يك سولفيد آهن است و نيكل در تركيب و ساختمان آن جايكاه مهمي را بخود اختصاص نمي دهد. تركيب پيروتيت كانسارهاي مختلف از Fes تا Fe7S8 تغيير مي‌كند. مقدار كمي نيكل ميتواند جانشين آهن شود و در نتيجه برخي پپروتيت ها را نيكل دار مي‌كند (بدون در نظر گرفتن ذرات احتمالي پنتلانديت كه ممكن است در بلور وجود داشته باشند.
•    نيكل با آرسنيك تلفيق مي شود و كاني نيكوليت را به وجود مي آورد.
•    نيكل با سولفور تلفيق مي شود و كاني ميلريت Millerite را به وجود مي آورد.
•    نيكل با آرسنيك و سولفور تلفيق مي شود و نيكل درخشان را به وجود مي آورد.
الف) كانه هاي سولفيدي
كانه هاي سولفيد نيكل اساساً عبارتند از پپروتيت نيكل دار، پنتلانديت (9S8(NiFe و كالكوپپريت). (CuFeS2 كانيهاي ديگر كه به ميزان كم اما با اهميت يافت مي‌شوند عبارتند از مگنتيت (Fe3O4) ايلمنيت (FeTiO3) پپريت (FeS2)، كوبانيت (CuFe2S3) و ويولاريت. كانه هاي سولفيدي معمولاً 2-4/0 درصد نيكل، 2-2/0 درصد مس، 30-10 درصد آهن و 20-5 درصد گوگرد دارند. سيليس، منيزيم، آلومينا و اكسيد كلسيم نقش توازن بار الكتريكي را بعهده دارند.
كالكوپپريت كه مهمترين كاني مس دار است و نيز كوبانيت كه اغلب به ميزان كمتري وجود دارد، از كانيهاي نيكل دار بحساب مي آيند.
•    نيكوليت(NiAs)
•    پنتلانديت (Ni, Fe) 9S8
پنتلانديت متداولترين كاني سولفيدي، احتمالاً منبع 60% نيكل جهان بحساب مي‌آيد.
•    پپروتيت نيكل دار
پپروتيت نيكل دار معمولاً فراوانترين فاز كانه نيكل است كه داراي نيكل بصورت انحلال جامد- Ni5/0- 2/0% علاوه بر پنتلانديت هاي بسيار دانه ريز بصورت انكلوزيون است.
•    كلوآنتيت (NiAs2)
•    ميلريت (NiS)
•    برايت اوپتيت (NiSb)
•    مورنوسيت (NiSO4.7H2o)
•    آنابرژيت (Ni(AsO4)2.8H2o)
•    گارنيريت ((Ni,Mg)6Si4O10(OH)8
•    مكيناويت
•    براويت
•   پاركريت

6) معرفي و كاربرد سوپر آلياژها
سوپرآلياژها در واقع آلياژهايي مقاوم در برابر حرارت، خوردگي و اكسيداسيون مي‌باشند كه به لحاظ تركيب شيميايي شامل سه گروه پايه نيكل، نيكل- آهن و پايه كبالت مي باشند. اولين استفاده از سوپر آلياژها در ساخت توربين هاي گازي، طرح هاي تبديل ذغال سنگ، صنايع شيميايي و صنايعي كه نياز به مقاومت حرارتي و خوردگي داشته‌اند بوده است.امروزه تناژ وسيعي از قطعات مصرفي در توربين هاي گازي از جنس سوپر آلياژها مي باشند. در ذيل به بعضي از مصارف اين قطعات اشاره شده است:
-    توربين هاي گازي هواپيما
-    توربين هاي بخار نيروگاه هاي توليد برق
-    ساخت قالب هاي ريخته گري و ابزارهاي گرمكار
-    مصارف پزشكي و دندانپزشكي
-    فضاپيماها
-    تجهيزات عمليات حرارتي
-    سيستم هاي نوتروني و هسته اي
-    سيستم هاي شيميايي و پتروشيمي
-    تجهيزات كنترل آلودگي
-    تجهيزات و كوره هاي نورد فلزات
-    مبدل هاي حرارتي تبديل ذغال سنگ
به منظور انتخاب سوپر آلياژها جهت مصرف در كاربردهاي فوق لازم است خواص فني نظير شكل پذيري، استحكام، مقاومت خزشي، استحكام خستگي و پايداري سطحي در نظر گرفته شوند.
تقسيم بندي سوپرآلياژها بر حسب روش توليد
با توجه به نحوه توليد مي توان سوپرآلياژها را به چهار گروه كلي تقسيم بندي نمودكه عبارتند از:
1)سوپرآلياژهاي كارپذير
سوپرآلياژهاي كارپذير در حقيقت گروهي از سوپرآلياژها هستند كه قابليت كار مكانيكي دارند و از روش هاي مكانيكي مي توان به آنها شكل داد. به منطور توليد مقاطع معيني از سوپرآلياژهاي كارپذير، اولين گام آن است كه شمش هاي سوپرآلياژها به دليل حضور عناصر فعال (عناصري كه سريع در مجاورت هوا اكسيد مي شوند) در شرايط خاصي تهيه شوند.
فرايندهاي ذوب در خلاء در مورد تهيه سوپرآلياژهاي پايه نيكل و پايه آهن جزء ضروريات مي‌باشد. اما در مورد سوپرآلياژهاي پايه كبالت امكان ذوب در هواوجود دارد. اين فرايند به طور خلاصه شامل ذوب القائي تحت خلاء (VIM)، ذوب مجدد قوس الكتريكي در خلاء (VAR) و ذوب مجدد با سرباره (ESR)، فرايندهاي ترمونكانيكي و متالورژي پودر مي باشند. پس از تهيه شمس آلياژهاي كارپذير به يكي از روش هاي فوق عمليات شكل دهي صورت مي گيرد. عمليات شكل دهي سوپرآلياژها نيز مي تواند توسط عمليات متداول كليه آلياژهاي فلزي انجام پذيرد. سوپر آلياژهاي پايه آهن، كبالت و نيكل را مي توان به صورت مفتول، صفحه، ورق، نوار، سيم و اشكال ديگر توسط فرايندهاي نورد، اكستروژن و آهنگري توليد نمود. معمولاً عمليات شكل دهي در دماي بالا صورت مي گيرد و تعداد كمي از سوپرآلياژها را مي توان به صورت سرد شكل دهي نمود.
ساختارهاي يكنواخت و ريزدانه اي كه از شكل دهي سرد حاصل مي شود نسبت به ساختارهاي شكل دادن گرم ارجحيت دارند.
عمليات ترموديناميكي بر روي سوپرآلياژها معمولاً در حدود 1000-950 درجه سانتي گراد انجام مي شود كه به اين ترتيب در حين شكل دادن عمليات حرارتي نيز صورت مي گيرد.
2)سوپرآلياژهاي متالورژي پودر
بسياري از انواع آلياژهاي كارپذير از طريق فرايندهاي متالورژي پودر توليد مي گردند. امروزه قطعات متالورژي پودر از جنس سوپرآلياژ با دانسيته كامل از طريق روش هاي اكستروژن يا پرسكاري ايزواستاتيك گرم (HIP) توليد مي گردند. مهمترين اين قطعات قيچي ها و سوزنهاي جراحي مي باشند.
فرايندهاي متالورژي پودر به دليل داشتن مزاياي زير بر فرايندهاي ريخته گري ترجيح داده مي شوند هر چند كه معايبي را نيز به همراه خواهند داشت:
-    يكنواختي در تركيب شيميايي و ساختار كريستالي
-    ريز بودن اندازه دانه هاي كريستالي
-    كاهش جدايش ها
-    راندمان بالاتر از نظر مصرف مواد
اما مشكلاتي نظير حضور گاز باقيمانده، آلودگي كربني و آخال هاي سراميكي باعث مي‌گردد كه در برخي موارد نيز فرايندهاي شمش ريزي و ترمومكانيكي متداول صورت پذيرند.
3)سوپر آلياژهاي پلي كريستال ريختگي
وجودمحدوديت هاي تكنولوژيكي سبب محدود شدن رشد صنعت سوپر آلياژ مي گردد و بنابراين با پيدايش فرايندهاي جديد توليد، اين صنعت نيز روز به روز توسعه مي يابد. تعداد زيادي از فرايندها را مي توان در توليد قطعات سوپرآلياژ با اندازه نزديك به قطعه نهايي مورد استفاده قرار داد اما اساساً اين قطعات توسط فرايند ريخته گري دقيق توليد مي گردند.
محدود تركيب شيميايي سوپرآلياژهاي ريختگي بسيار گسترده تر از سوپرآلياژهاي كارپذير بوده و بنابراين خواص متنوع تري نيز از اين طريق قابل حصول خواهند بود هرچند كه انعطاف پذيري و مقاومت به خستگي در فرآيندهاي كار مكانيكي بهتر از ريخته گري خواهد بود، اما امروزه با توسعه فرآيندهاي جديد ريخته گري و انجام عمليات حرارتي متعاقب، خواص سوپر آلياژهاي ريختگي نيز افزايش يافته است.
4)سوپر آلياژهاي تك كريستالي انجماد جهت دار
به منظور توسعه توربين هاي گازي مصرفي در هواپيماها و افزايش دماهاي كاري و كارآيي موتورها، به طور مداوم روش هاي توليد سوپر آلياژها در حال بهبود است.
قسمت هاي بحراني توربين ها معمولاً شامل پره هاي تحت فشار بالا، هواكش ها و ديسك ها مي باشند. در طول 15 سال گذشته تحقيقات بسياري در زمينه افزايش راندمان توربين ها صورت گرفته است و عمده اين تحقيقات بر امكان افزايش دماي ورودي، فشار كاري و كاهش هزينه هاي توليد استوار بوده است. توسعه فرايند انجماد جهت دار به منظور توليد تك كريستالي هاي ريختگي سبب شده تا بتوان از اين طريق پره هاي توربين را با دانه هاي جهت دار در راستاي اعمال تنش توليد نمود و به اين ترتيب علاوه بر خواص پايدار حرارتي، استحكام خستگي، استحكام خزشي و انعطاف‌پذيري نيز افزايش يابند.
با توسعه اين تكنولوژي، امروزه در توربين هاي مصرفي در نيروگاه هاي برق نيز از قطعات تك كريستال از جنس سوپرآلياژها استفاده به عمل مي آيد.
در سال هاي اخير شركت هواپيمايي PWA يكي از پيشگامان توليد سوپرآلياژها مي‌باشد و توليد آلياژهاي PWA 1480 به صورت تك كريستال توسط اين شركت، سبب افزايش عمركاري هواپيماي جنگي F-100 گرديده است.
تقسيم بندي سوپرآلياژها بر حسب تركيب شيميايي
به طور كلي اين آلياژها شامل سه گروه پايه نيكل، پايه آهن و پايه كبالت مي باشند كه بسته به درجه حرارت كاربردي مورد استفاده قرار مي گيرند.
 
الف)سوپر آلياژهاي پايه نيكل
امروزه آلياژهاي نيكل در حالت هاي «تك فازي»، «رسوب سختي شده» و «مستحكم شده توسط رسوبات اسيدي و كامپوزيت ها» در مصارف صنعتي مختلف مورد استفاده قرار مي گيرند.
سوپرآلياژهاي پايه نيكل پيچيده ترين تركيباتي مي باشند كه در قطعات دماي بالا به كار مي روند. در حال حاضر 50 درصد وزن موتورهاي هواپيماهاي پيشرقته از جنس اين آلياژها مي‌باشد. خصوصيات اصلي آلياژهاي نيكل، پايداري حرارتي و قابليت مستحكم شدن مي‌باشد.
بسياري از اين آلياژها حاوي 10 الي 20 درصد كرم، حداكثر 8 درصد آلومينيوم و تيتانيم، 5 تا 15 درصد كبالت و مقادير كمي موليبدن، نيوبيم و تنگستن مي باشند.
دو گروه اصلي از آلياژهاي آهن- نيكل كه ميزان نيكل آنها بيشتر از مقدار آهن است عبارت از گروه Incoloy 706 و Inconel718 مي باشند.
اين آلياژها معمولاً حاوي 3 تا 5 درصد نيوبيم مي باشند و در رديف آلياژهاي پايه نيكل قرار مي گيرند. آلياژهاي پايه نيكل معمولاً تا دماي 650 درجه سانتي گراد استحكام خود را حفظ مي كنند. اما در دماهاي بالاتر به سرعت استحكام خود را از دست مي دهند.
ب)سوپر آلياژهاي پايه آهن
سوپرآلياژهاي پايه آهن نشأت گرفته از فولادهاي زنگ نزن آستينتي مي باشند كه داراي زمينه اي از محلول جامد آهن و نيكل بوده و براي پايداري زمينه نياز به حداقل 25 درصد نيكل است.
-    گروه هاي متعددي از اين آلياژها تا كنون مشخص گرديده اند كه هر يك با مكانيزم‌هاي خاصي مستحكم مي شوند. برخي از اين آلياژها نظير 57-V و 286-A حاوي 25 تا 35 درصد وزني نيكل مي باشند و استحكامشان به دليل حضور آلومينيوم و تيتانيم مي‌باشد.
-    گروه دوم الياژهاي پايه آهن كه آلياژهاي X750 و Incoloy901 نمونه هاي آن مي‌باشند، حداقل 40 درصد وزني نيكل داشته و همانند گروه هاي با نيكل بالاتر استحكام بخشي توسط سختي رسوبي صورت مي گيرد.
-    گروه ديگر اين آلياژها بر پايه آهن- نيكل- كبالت مي باشند و استحكام اين گروه در محدوده 650 درجه سانتي گراد مناسب بوده و ضريب انبساط حرارتي آنها پايين مي‌باشد. اين آلياژها شامل Incoloy با شماره هاي 903،907،909، 1-1-CTX Pyromet و 3-CTX Pyromet و غيره مي باشند.
ج)سوپرآلياژهاي پايه كبالت
سوپرآلياژهاي كارپذير پايه كبالت بر خلاف ساير سوپرآلياژها مكانيزم استحكام بخشي متفاوتي دارند و خواص حرارتي خوبي در دماي حدود 1000 درجه سانتي گراد خواهند داشت.
سوپرآلياژهاي پايه كبالت حاوي كُرم، مقاومت به خوردگي و اكسيداسيون خوبي داشته و هم چنين قابليت جوشكاري و مقاومت به خستگي حرارتي آنها نسبت به آلياژهاي پايه نيكل بالاتر مي‌باشد. از طرف ديگر امكان ذوب و ريخته گري اين آلياژ، در هوا با اتمسفر آرگون مزيت ديگري نسبت به ساير سوپرآلياژها كه نياز به خلاء دارند مي‌باشد.
سه گروه اصلي آلياژهاي پايه كبالت را مي توان به صورت ذيل در نظر گرفت:
-    آلياژهايي كه در دماهاي بالا در محدوده 650 تا 1150 درجه سانتي گراد مورد استفاده قرار مي گيرند كه شامل آلياژهاي S-816، HAYNES25، 188HAYNES، 25556HAYNES، 50UMCO مي باشند.
-    آلياژهايي كه تا حدود 650 درجه سانتي گراد به كار مي روند نظير MPTN3، MP159
-    آلياژ مقاوم به سايش Stellite B6
-    آلياژ 2525 HAYNES بيشترين كاربرد را در ميان آلياژهاي كارپذير پايه كبالت داشته است و در ساخت قطعات گرمكار نظير توربين هاي گازي، اجزاء راكتورهاي هسته اي، ايمپلنت هاي جراحي و غيره مورد استفاده قرار گرفته اند.
-    آلياژهاي گروه پايه كبالت كه شامل كرم- تنگستن-كربن مي باشند معروف به آلياژهاي satellite بوده كه به شدت مقاوم به سايش مي باشند.
اين گروه معمولاً در مواردي كه مقاومت سايشي در درجه حرارت هاي بالا مورد نياز باشد به كار مي روند. در واقع سختي اين مواد در دماي بالا حفظ شده و در مواقعي كه نمي توان در حين كار روغنكاري انجام داد به خوبي مورد استفاده قرار مي گيرند.
7- بازار سوپرآلياژها
شايد بتوان گسترش بازار سوپرآلياژها را در دنيا مربوط به صنايع هوا-فضا در نظر گرفت كه با توجه به رشد روزافزون اين صنعت و قطعات يدكي آن در سطح جهان پيش بيني مي گردد كه تنها بازار قطعات يدكي هواپيماها بالغ بر 5.‌4 ميليارد دلار باشد، بررسي ها حاكي از آنست كه تا سال 2015 تعداد 16000 فروند هواپيماي جديد با موتورهاي توربين گازي وارد بازار مي شوند كه نيمي از وزن اين موتورها از جنس سوپرآلياژ خواهد بود.
بر اساس آمارهاي تخميني موجود در ايرن، سوپر آلياژها سالانه به ميزان 80 ميليون دلار در سه وزارت خانه نفت، نيرو و دفاع مورد استفاده مي گيرند.
فصل دوم
1- آلياژهاي بكار رفته در پره هاي توربين
آلياژهاي بكار رفته در توربين گازي معمولاً از جنس سوپرآلياژهاي پايه نيكل (پره هاي متحرك) و پايه كبالت (پره هاي ثابت) مي باشد. روشهاي عمده توليد پره ها معمولاً ريخته گري و فورج مي باشند نحوه ساخت پره هاي سوپرآلياژها در سال 1940 شروع شد. و از آن به بعد پيشرفتهاي قابل توجه در نحوه ساخت و افزايش استحكام صورت گرفت كه ذوب در خلاء بصورت القايي (VIM) بصورت تجاري از سال 1950 و بعد از آن آلياژهاي پلي كريستالي از سال 1970 شروع به توليد شد.
از دهه 60، آلياژهاي پلي كريستال داراي نظم دانه اي خاصي شده بطوريكه انجماد جهت دار پره هاي توربين در سال 1980 پره هاي تك كريستالي وارد مرحله اي جديد از توليد شدند.
2- خلاصه اي از مشخصات سوپرآلياژهاي پايه نيكلي
سوپرآلياژها، موادي هستند كه در حرارتهاي بالا (85% دماي ذوب آلياژ) داراي استحكام مكانيكي بالا و مقاوم در برابر از بين رفتن سطح (مثلاً خوراكي) مي باشند. سوپرآلياژهاي پايه نيكلي از مهمترين و پركاربردترين آلياژها در مقايسه با سوپرآلياژ پايه كبالت و يا پايه آهن بشمار مي روند وجود نيكل بعنوان فلز پايه مي تواند باعث استحكام پذيري اين آلياژ با روشهاي معمول (رسوب سختي) شود. با آلياژ نمودن با كروم و آلومينيوم مي توان پايداري سطح آلياژ بدست آمده را جهت كاربردهاي مختلف مهيا نمود.

3- تركيبات شيميايي سوپرآلياژهاي پايه نيكلي
تركيبات شيميايي بسياري از سوپرآلياژهاي پايه نيكل كه با بيش از 12 عنصر مي‌باشند يكي از پيچيده ترين آلياژها بشمار مي روند. در عمليات ذوب ريزي عناصر مضري مثل سيلسيوم، فسفر، گوگرد، اكسيژن و نيتروژن كنترل و عناصر ناچيز مثل سلنيوم، بيموت و سرب در حد PPm (خصوصاً براي ساخت قطعات با شرايط بحراني) نگهداشته مي‌شوند. كه در اين جا فقط به تركيبات شيميايي سوپرآلياژ IN-738 مي پردازيم.
Ta    B    C    V    Cb    AL    Ti    Mo    W    Fe    Co    Ni    Cr    عناصر
آلياژ
1.75    0.001    0.10    0    0.90    3.4    3.4    1.75    2.6    0.2    8.3    61.6    16    IN-738
وجود عناصري همچون موليبدن، نيوبيم و تنگستن علاوه بر افزايش استحكام، باعث ايجاد و تشكيل كاربيدهاي مفيد مي گردند. و از طرفي عناصر كرم و آلومينيوم باعث پايداري سطح مي شوند و با ايجاد لايه اكسيدي محافظ  ،   مقاومت به اكسيداسيون و خوردگي را افزايش مي دهند.
4- ميكروساختارهاي سوپرآلياژهاي پايه نيكل:
فازهاي عمده اي در آلياژهاي پايه نيكل وجود دارد كه عبارتند از:
فاز زمينه  : اين فاز بصورت پيوسته و غير مغناطيسي مي باشد اين فاز در برگيرنده درصد بالايي از عناصر كبالت، آهن، كرم، موليبدن و تنگستن مي باشد. نيكل خالص معمولاً داراي خواص خزشي ضعيفي است در حاليكه سوپرآلياژهاي پايه نيكل با داشتن فاز   داراي استحكام بالا در درجه حرارتهاي زياد مي باشد.
فاز  : وقتي مقدار كافي آلومينيوم و تيتانيوم به آلياژ اضافه شود رسوبات  با تركيب Ti و   با شبكه f:c.c در زمينه   ايجاد مي شود در فاز   ممكن است عناصري مثل Nb، Ta و Cr بطور محسوس وجود داشته باشند.
فاز   داراي تركيب بين فلزي (Intermetalic compound) با شبكه f.c.c با شرايط (Super laftic) شبيه ساختار   بوده كه داراي نظم پر دامنه مي باشد، اين فاز تا دماي ذوب خودش يعني   پايداري خود را حفظ مي كند،   بدليل هم ساختار بودن با فاز زمينه   (f.c.c) يك سازگاري (Coherent) مناسبي را بوجود مي آورد.
عناصري هم چون Ta، Nb، Ti سخت كننده هاي محلول جامد (Solid-solution hardeners) در دماي محيط بشمار مي روند. W و Mo هم در دماي محيط و هم در دماي بالا باعث افزايش استحكام مي شوند، در حاليكه Co بصورت محلول جامد باعث افزايش استحكام   نمي شود.
فاز  : تركيب فاز بصورت   با ساختار شبكه اي bct است كه بيشتر در آلياژ Ni-fe بوجود مي آيند (مثل سوپرآلياژهاي IN-718, IN-706 اين فاز در دماي پائين و مياني داراي استحكام خوبي است ولي در دماي بالا ( ) ناپايدار مي باشد. بر خلاف فاز  ، فاز   بعلت نا هم خواني و بي نظمي باعث ايجاد تنش برشي مي كند. اين فاز همراه با  ممكن است در زمينه    رسوب كند.
5- بررسي مرز دانه ها:
با افزايش مقدار كمي بُر و زير كو نيم خواص خزشي سوپرآلياژهاي پايه نيكل بهبود يافته و يك چشم انداز قابل توجهي از پيشرفت در زمينه كاربردهاي سوپرآلياژها ايجاد نموده است. قابليت فورج كاري (Forge ability) و ايجاد خواص برتر با افزودن (0.01-0.05) منيزيم ميسر شده است عقيده بر اين است كه وجود منيزيم حركت سولفور در مرز دانه كه باعث ايجاد فاز تردي را مي كند قفل مي كند كه هنوز مكانيزم عمل روشن نيست. وجود عناصري مثل بر و زيركونيم در مرز دانه باعث سدي در برابر حركت تركها در مرز دانه خصوصاً در شرايط دما و تنش بالا مي شود. تأثير بر و زيركونيم بيشتر در سوپرآلياژهاي دانه درشت باعث بهبود و خواص گسيختگي مي شود.
بر هم چنين رسوب كاربيدها در مرز دانه را با كم كردن مقدار كربن، كاهش مي دهد منيزيم هم چنين نقشي در آلياژ دارد. در هرصورت اين دسته عناصر باعث تغيير شكست از حالت مرز دانه اي (Intergranulas) به حالت درون دانه اي (Trarsganulay) مي‌كند كه اين امر با افزايش داكتيلتي ذاتي در سوپرآلياژ بوجود مي‌آيد.
6- كاربيدها:
نقش كاربيدها در سوپرآلياژ بسيار حساس مي باشد. كاربيدها اغلب در آلياژهاي پايه نيكل بر روي مرز دانه ها رسوب مي كنند در حاليكه در سوپرآلياژهاي پايه كبالت و آهن در محلهاي بين دانه اي (Intryranolas) راسب مي شوند. طبق بررسيهاي جديد بعمل آمده به نظر مي رسد كاربيدهاي مرزدانه اي براي داكتيليتي مضر بوده ولي بعضي از محققين عقيده دارند كه كاربيدهاي مجزا (مثل حالت منيزيم) باعث بهبود خواص استحكام گسيختگي در دماي بالا مي شود. متداولترين كاربيدها در آلياژهاي پايه نيكل MC و   و   مي باشند كاربيد MC معمولاً بصورت درشت، راندم و حالت مكعبي يا شكل نقطه نستعليقي است ساختار MC بصورت (F.c.c) بوده كه در حين انجماد بوجود مي آيند.
كاربيدهاي MC معمولاً منبع كربني براي واكنشهاي فازهاي ايجاد شده بعدي در حين عمليات حرارتي بشمار مي روند...

 

منابع و مراجع
1-S.P.Cooper, A.Strong, “High temperature stability of pack aluminide coating on IN738LC”, High temperature alloys for gas turbines, 1982, pp.249-260.
2-R.Jaffe, “Turbines and industrial application”, source book on materials for elevated- temperature applications, ASM, 1979, pp.19-33
3-E.F.Bradley, Superalloys-A technical guide, ASM International, 1988.
4-F.Faber, “The role of chromium in corrosion and oxidation resistant alloys and coating”, “high temperature alloys for gas turbines, 1978, pp.69.
5-G.William Goward, proceedings on the Electrochemical society, Vol. 77-1 pp.369-384
6-R.Bauer, H.W.Grunling and K. Schneider, “Hot-Corrosion behavior of chromium diffusion coatings”, Materials and coating to resist high temperature corrosion, pp.369-387.
7-R.Bianco, M.A.Harper and R.A.Rapp, “Co-depositing elements by halide activated pack cementation”, J.of metals, Nov. 1991, pp.68-73.
8-Henry M.J.Mazille, “Chemical Vapour deposion of chromium on to Nickle”, Thin solid film, 65, 1980, pp.67-74

نظري براي اين محصول ثبت نشده است.


نوشتن نظر خودتان

براي نوشتن نظر وارد شويد.

محصولات
نظر سنجي
نظرتون در مورد ویکی پروژه چیه؟
  •   مراحل ثبت نام خیلی زیاده!
  •   مطلب درخواستیم رو نداشت!
  •   ایمیل نداشتم که ثبت نام کنم!
  •   مطلبی که میخواستم گرون بود!
نظرنتيجه