مهندسی و علم مواد( Material Science & Engineering)

بحث جامعی بر کوره های القایی

به طور کلی قسمت های مختلف کوره های القائی عبارتند از :
الف- بوته :
حاوی اسکلت فلزی کوره ، کویل ، جداره نسوز – هسته ترانسفورمر، بوغها(yokes)پلات فرم (سکو)
ب- تاسیسات الکتریکی
شامل دژنکتور،سکیونر، ترانسفورماتور، مبدل فرکانس ، خازن ها ، چوکها، کلید های کولرها ،مکنده ها و تابلو های کنترل.
پ- تاسیسات خنک کن:
تاسیسات الکتریکی کوره القائی مثل ترانسفورماتور چوک ، خازن ها ، کلیدهای فشار قوی و تابلو مدار فرمان در محدوده ی زمانی خاصی می توانند کار کنند و اگر از حد معینی گرمتر شوند باعث ایجاد مشکلاتی می گردند ، لذا این تاسیسات باید خنک گردند ، خنک کردن تاسیسات الکتریکی می تواند ب فن ، ارکاندیشن یا کولر گازی صورت گیرد .


کوره های القایی
به طور کلی قسمت های مختلف کوره های القائی عبارتند از :
الف- بوته :
حاوی اسکلت فلزی کوره ، کویل ، جداره نسوز – هسته ترانسفورمر، بوغها(yokes)پلات فرم (سکو)
ب- تاسیسات الکتریکی
شامل دژنکتور،سکیونر، ترانسفورماتور، مبدل فرکانس ، خازن ها ، چوکها، کلید های کولرها ،مکنده ها و تابلو های کنترل.
پ- تاسیسات خنک کن:
تاسیسات الکتریکی کوره القائی مثل ترانسفورماتور چوک ، خازن ها ، کلیدهای فشار قوی و تابلو مدار فرمان در محدوده ی زمانی خاصی می توانند کار کنند و اگر از حد معینی گرمتر شوند باعث ایجاد مشکلاتی می گردند ، لذا این تاسیسات باید خنک گردند ، خنک کردن تاسیسات الکتریکی می تواند ب فن ، ارکاندیشن یا کولر گازی صورت گیرد .
کویل و بدنه کوره در کوره های بوته ای و کوپل ، پوسته ی اینداکتور ، پوسته خنک کن و گلوئی کوره در کوره های کانال دار نیز باید خنک شوند این قسمت ها عموما با آب خنک می گردند(برخی از کوره های کوچک کانال دار بگونه ای طراحی می شوند که تمام قسمت های فوق الذکر یا قسمتی از آن با هوا خنک می شود ) و تاسیسات مخصوصی شامل مبدل های حرارتی ، پمپ ،برج خنک کن و غیره را دارا می باشد و معمولا مقصود از تاسیسات خنک کن همین قسمت می باشد .
ت- تاسیسات حرکت بوته
برای کوره های بزرگ هیدرولیکی و برای کوره های کوچک مکانیکی یا هیدرولیکی است و شامل جک های هیدرولیک ، پمپ هیدرولیک، مخزن روغن ، شیر ها ، ----- ها ، دیگر تاسیسات هیدرولیک و میز فرمان هیدرولیک یا سیستم های چرخ دنده ای دستی یا چرخ دنده ای موتوردار.
ث- محل استقرار کوره
شامل اتاق محل استقرار بوته (furnace pit) ، فونداسیون ، چاله ی تخلیه ی اضطراری ،محل استقرار تاسیسات الکتریکی ، هیدرولیکی و خنک کن و محل استقرار تابلو های مدار فرمان ، تابلوی کنترل مدار آب و میز فرمان هیدرولیک می باشد .
ج- تاسیسات تهویه
تاسیسات دوده و غبار گیر، بخصوص در کوره های بوته ای بزرگ را نیز می توان از تاسیسات مهم کوره بحساب آورد .
هر کدام از شش قسمت فوق مسائل و برنامه تعمیر و نگهداری مخصوص دارد که این برنامه بسته به نوع کوره (کانال دار ، بوته ای )ظرفیت بوته ، فرکانس کوره (خط ، متوسط ، بالا )، سیستم خنک کن کور سیستم حرکت بوته و نوع جداره نسوز تفاوت هایی داشته اما در اصول همسانی زیاد وجود دارد .
به طور کلی مسائل مربوط به کوره های القائی بوته ای و کانال دار از جمله عوامل موثر در کار کوره ، چگونگی کنترل خوردگی و سایش و ... با یکدیگر تفاوت هایی دارند لذا بهتر است دراین بررسی هر کدام به صورت جداگانه ای مورد مطالعه قرار گیرند .
کوره های القایی بدون هسته
عوامل موثر در کار کوره
مهمترین عوامل موثر در بالا بردن راندمان کاری کوره عبارت است از : اجرای دقیق برنامه تعمیر و نگهداری کوره ، شارژ مناسب ، اپراتوری صحیح ، وضعیت جداره نسوز .
الف : اجرای دقیق برنامه تعمیر و نگهداری کوره
کوره های القایی بسته به نوع آن ( کانال دار ، بدون هسته ) ، ظرفیت آن ، مقدار فرکانس ، نوع سیستم خنک کن ، سیستم حرکت بوته و نوع جداره ی نسوز برنامه تعمیر و نگهداری مخصوص به خود دارد و باید به دقت اجرا شود اصول و خطوط کلی تعمیر و نگهداری کوره های القایی در قسمت های بعدی خواهد آمد
ب: شارژ مناسب
کوره های بدون هسته ذوب القائی با فرکانس پایین تر از 250 هرتز تمام ذوب خود را تخلیه نمی کنند تا زمان شارژ بعدی کوتاه تر شود . بعلت وجود ذوب در این کوره های مواد شارژ باید عاری از روغن و رطوبت باشد در غیر این صورت خطر پاشش ذوب و قطعات شارژ جامد به بیرون ار کوره وجود دارد ضمنا وجود روغن و دیگر مواد آلی باعث ایجاد دود در کارگاه می شود . سرد بودن سرباره نسبت به ذوب در کوره های القائی ضمن اینکه این کوره ها را در امر احیای مواد اکسیدی ناتوان می کند باعث می شود این کوره ها نتوانند مقدار زیاد مواد اکسیدی ، خاک و سرباره را تحمل کنند و وجود مقادیر زیاد مواد غیر فلزی غیر آلی باعث ایجاد پل بالای ذوب بالای ذوب بخصوص هنگام سرد بودن ذوب می شود که خود می تواند مشکلاتی را در کار کوره ایجاد کند
ابعاد نامناسب شارژ نیز می تواند هم مستقیما به جداره صدمه بزند و هم در ایجاد پل روی ذوب کمک نماید
پ- اپراتوری صحیح
چرخش و تلاطم ذوب در کوره های القائی بدون هسته به خصوص با فرکانس های پایین تر باعث می شود تهیه ذوب با آنالیز معین و همگن و درجه حرارت مشخص و یکنواخت ، ساده تر شود .
با این حال برای بالا رفتن راندمان و سلامت کوره اصولی را در کار با کوره باید رعایت کرد انتخاب شارژ مناسب ، دمای صحیح ذوب در مراحل مختلف، فرآیند تهیه ذوب ، شارژ کوره به روش صحیح ، اضافه کردن مواد آلیاژی و دیگر مواد افزودنی در زمان های صحیح و مقادیر معین ، توجه به تابلو های مدار فرمان وابزار و وسائل هشدار دهنده و توجه به مسائل ایمنی از جمله وظائفی است که اپراتور کوره ( کوره دار ) هنگام کار با کوره باید رعایت کند ، اپراتوری کوره با توجه به نوع کوره ظرفیت آن ، نوع ذوب تهیه شده، نوع شارژ مواد جامد و پارامتر های دیگر تفاوت می کند .
برنامه تعمیر و نگهداری کوره ، انتخاب شارژ مناسب و اپراتوری صحیح از جمله دستور العمل هایی است که معمولا فروشنده یا سازنده کوره همراه کوره ارسال می کند و می بایست جهت سلامت و بالا بودن راندمان کوره به آن ها عمل کند .
ت:وضعیت جداره نسوز:
جداره کوره های القائی می تواند در اثر سایش مکانیکی به وسیله ذوب و شارژ جامد خوردگی شیمیایی به وسیله سرباره ، ذوب و آتمسفر کوره ، شوک های مکانیکی و حرارتی ، کندگی و انهدام در اثر برخورد و تصادم با شارژ جامد شیوه شارژ نامناسب و غیر متناسب بودن ابعاد و کیفیت شارژ ، درجه حرارت بیش از اندازه بالای ذوب آسیب دیده یا نازک گردد .(نصب و پخت ناصحیح جداره و هر گونه انفجار به هر دلیلی داخل کوره نیز می تواند باعث انهدام یا آسیب به جداره نسوز شود .
و یا در اثر رسوب مواد غیر فلزی غیر آلی بر جداره ضخیم گردد که هر دو مورد برای کوره مضر می باشد . مورد اول ( نازک شدن جداره ) گر چه در مرحله اول باعث بالا رفتن توان گرمایی کوره می شود ولی در مجموع عمر جداره را پایین آورده و گاهی باعث توقف های اضافی می گردد مورد دوم ( ضخیم شدن جداره ) باعث پایین آمدن راندمان کاری کوره شده و گاهی در شارژ کردن نیز اخلال ایجاد می کند . برای شناخت علل ضخیم شدن جداره و نازک شدن جداره بر اثر فعل و انفعال شیمیایی باید ترمومتالورژی ذوب ، سرباره ، آتمسفر کوره و آستر نسوز را شناخت به عنوان مثال وجود اکسید های قلیایی در ذوب آلومینیم در کوره هایی با جداره آلومینایی باعث اکسید شدن آلومینیم مذاب و تشکیل آلومینا و رسوب آن بر جداره و نتیجتا ضخیم شدن جداره می گردد در صورتی که وجود اکسید های قلیایی در کوره های با جداره سلیسی باعث خوردگی شدید آستر نسوز می گردد .
کنترل خوردگی و سایش
جداره کوره های بوته ای بسته ای به شرایط کاری ، نوع جداره از نظر شیمیایی و فیزیکی ، نحوه نصب ، رطوبت گیری و پخت آستر ، نوع و کیفیت شارژ جامد و نحوه شارژ می تواند هنگام کار ضخیم گردد یا اینکه در اثر سایش ، فرسایش خوردگی شیمیایی نارک گردد نازک شدن به مفهوم نزدیک شدن ذوب به کویل و ضخیم شدن به معنای دور شدن ذوب از کویل می باشد . با نازک شدن جداره و نزدیک شدن ذوب به کویل فوران مغناطیسی جذب شده توسط کویل افزایش پیدا کرده نتیجتا آمپری که توسط کویل کشیده می شود افزایش پیدا می کند بنابراین اگر مقدار آمپری که توسط کویل در یک ولتاژ معین کشیده می شود با یک حجم ذوب معین( درجه حرارت ذوب تاثیر جزئی نیز بر آمپر کشیده شده دارد به هر حال دقیق تر است که درجه حرارت هم تقریبا جهت مقایسه یکسان باشد در کوره هایی که فرکانس متغییر است مقایسه باید در یک فرکانس مشخص صورت گیرد .) در حالت جداره ی نو با حالت جداره خورده شده مقایسه گردد افزایش آمپر مشاهده خواهد شد . با اضافه شدن مقدار آمپر کشیده شده که بیانگر جذب بیشتر فوران مغناطیسی توسط ذوب است خاصیت سلفی (inductive)مدار بیشتر می شود و در نتیجه ضریب توان cos آلفا از یک به سمت خاصیت سلفی منحرف می شود و برای یک کردن ضریب توان نیاز به مقدار خازن بیشتری در مدار می باشد .بنابراین بهترین راه کنترل خوردگی جداره زمانی که ذوب داخل کوره می باشد مشاهده مقدار جریان الکتریکی کشیده شده توسط کویل ، ضریب توان و مقدار خازن های داخل مدار و مقایسه ی آن ها با حالت جداره نو می باشد . عکس مطالب فوق در هنگامی است که جداره ضخیم گردد بدین معنا که با ضخیم شدن جداره ذوب از کویل دور شده و در نتیجه حجم فوران مغناطیسی جذب شده توسط ذوب کاهش می یابد و بالتبع جریان کشیده شده توسط کویل کم می شود و نتیجتا مدار خازنی capacitive می شود و ضریب توان از یک به سمت خازنی منحرف می گردد و برای یک کردن cosآلفا نیاز است مقداری خازن از مدار خارج شود بنابراین با کنترل مداوم آمپر کشیده شده توسط کویل ضریب توان cosآلفا و مقدار خازن در مدار برای تصحیح ضریب توان و مقایسه آن با حالت جداره نو می توان دریافت که جداره نازک شده است و یا ضخیم ،مقادیر الکتریکی فوق را می توان در رابطه زیر خلاصه کرد :
مقاومت حمام مذاب (اهم ) ضرب در توان کوره (وات ) برابر است ولتاژ کوره (ولت )
مقاومت حمام زمانی که از مذاب پر است و درجه حرارت ذوب نزدیک به درجه حرارت استفاده می باشد و ولتاژ کوره در یکی از ولتاژ های بالا قرار دارد اندازه گیری می شود این اندازه گیری به طور مداوم از زمانی که کوره نو کوبی شده است انجام می شود کاهش مقاومت حمام به معنای نازک شدن جداره و نزدیک شدن ذوب به کویل ایست و افزایش مقاومت حمام به مفهوم ضخیم شدن جداره و دور شدن ذوب از کویل می باشد معمولا اگر مقاومت حمام 20 درصد کاهش یافت به مفهوم این است که جداره نسوز نیاز به تعمیر دارد
این نکته را باید یاد آور ساخت که با نازک یا ضخیم شدن جداره بالانس فاز کوره هم غیر متعادل شده و در نتیجه مقدار خازن در مدار برای متعادل کردن فاز ها نیز تغییر می کند منتها جهت کنترل خوردگی یا ضخیم شدن جداره نیاز چندانی به کنترل بالانس فاز نمی باشد از طرفی با خورده شدن جداره یا ضخیم شدن آن مقدار حرارت منتقل شده به کویل تغییر یافته و در نتیجه گرمای آب عبوری از داخل کویل تفاوت می کند و اختلاف دمای آب ورودی با آب خروجی تغییر می کند . با نزدیک شدن ذوب به کویل ، اختلاف دمای ورودی و خروجی افزایش و با دور شدن ذوب از کویل اختلاف دمای ورودی و خروجی کاهش می باید از آن جا که بر افزایش و کاهش دمای آب عوامل مهم دیگری نیز موثر هستند این پارامتر به تنهایی نمی تواند معیار سنجش قرار گیرد و در جوار پارامتر های الکتریکی فوق الاشاره می توان از آن بهره گرفت در برخی از کارخانجات این مفهوم اشتباه به وجود آمده است که نزدیک شدن ذوب به کویل را اهم متر کوره نشان می دهد ، در صورتی که اهم متر مقاومت الکتریکی جداره را تعیین می نماید و جداره ی سالم حتی با ضخامتی معادل کمتر از 6/1 ضخامتی اصلی دارای مقاومت الکتریکی به اندازه کافی بالائی است که اهم متر نتواند تشخیص بدهد اگر جداره خیس باشد یا در اثر نفوذ ذوب به جداره اتصال کوتاه به وجود آمده باشد اهم تر وضعیت را نشان می دهد زمانی که اهم متر اعلام خطر می نماید ( در بعضی کوره ها اهم متر مقاومت الکترکی تمامی قسمت های تاسیسات الکتریکی کوره و بوته را همزمان کنترل می کند . در این حالت باید اول مشخص گردد که اتصال کوتاه در بوته است یا تاسیسات الکتریکی و بعد تصمیمات لازم اتخاذ گردد . ) چه از خیس شدن جداره و چه از اتصال کورته باشد باید بلافاصله کوره تخلیه گردد و در جهت رفع عیب تلاش شود . یاد آوری این نکته ضروری است که در زمان پخت جداره مقاومت الکتریکی جداره به خاطر وجود مختصری رطوبت در جداره ، پایین است که این مرد غیر از موارد یاد شده در فوق می باشد ، بنابراین مشخص است که اهم متر خوردگی جداره را نشان نخواهد داد وهنگامی که اهم متر مشخص می کند مقاومت الکتریکی جداره پایین آمده به مفهوم اعلان خطر است و باید ذوب کوره بلافاصله تخلیه گردد . پس مقاومت الکتریکی جداره جهت کنترل سلامت جداره باید مرتب و مداوم بازرسی گردد ولی جهت کنترل نازک یا ضخیم شدن جداره در هنگام پر بودن کوره از ذوب باید ذوب کوره بلافاصله تخلیه گردد پس مقاومت الکتریکی جداره جهت کنترل نازک یا ضخیم شدن جداره در هنگام پر بودن کوره از ذوب باید از ضریب توان cos آلفا مدار ، آمپر کشیده شده توسط کویل و مقدار خازن تصحیح cosآلفا بهره جست ،مشخص است در صورتی که خوردگی جداره موضعی باشد یا در ناحیه ای خوردگی و در ناحیه ای دیگر افزایش ضخامت جداره داشت ، چرا که خوردگی موضعی کوچک گر چه می تواند خطر آفرین باشد اما تاثیر چندانی بر آمپر کشیده شده توسط کویل ندارد و در صورتی که خوردگی در یک ناحیه با ضخیم شدن در ناحیه ی دیگر توام باشد بعلت خنثی کردن اثر یکدیگر باعث گمراهی کنترل کننده خواهد شد . بنابراین جهت کنترل دقیق تر وضعیت جداره از روش های دیگری هم استفاده کرد . در کوره های با فرکانس بالاتر از 250 هرتز چون ذوب کوره پس از آماده شدن کاملا تخلیه می گرد ، می توان از مشاهده مستقیم نیز استفاده کرد و خوردگی های موضعی را تشخیص داد . درکوره های با فرکانس خط و فرکانس سه برابر (150 یا 180 هرتز) چون ذوب کروه کاملا تخلیه نمی گردد ، مشاهده تمام کوره امکان ندارد اما قسمت های فوقانی را می توان مشاهده کرد.

تاثیر سیلیس در فولادها

سیلیس در طبیعت به شکل آزاد نیست بلکه بیشتر به صورت دی اکسید سیلیس خالص و سیلیکات ها می باشد.کانی های حاوی سیلیس را می توان در خاک رس،ماسه و انواع مختلف گرانیت ها و سنگ ها پیدا کرد.سیلیس قسمت اصلی نیمه هادی ها بوده و نیز در شکل سیلیکات و سیلیکا در شیشه ها ،سیمان و سرامیک کاربرد فراوانی دارد.

سیلیس در حالت بلوری به رنگ خاکستری تار بوده و جلای فلزی دارد.با اینکه سیلیس یک عنصر نسبتا خنثی است،ولی با هالوژن ها و مواد قلیایی واکنش می دهد و بیشتر اسید ها بجز ترکیبی از اسید نیتریک و اسید هیدروفلوریک بر آن تاثیری ندارند.سیلیس عنصری بیشتر از 95 درصد از طول موج های امواح ماورای بنفش را انتقال میدهد.

سیلیس از واژه لاتین silex به معنای سنگ چخماق گرفته شده است و اولین بار توسط آنتوین لاوازیه در سال 1787 شناسایی شد و سپس به اشتباه توسط همفری دوی( Humphry Davy) در سال 1800 به عنوان یک ترکیب طبقه بندی شد.در سال 1811،گی لوساک (Gay-Lussac) و تنارد(Thenard) توانستند که سیلیس آمورف و ناخالص را از حرارت دادن پتاسیم در کنار تترافلوراید سیلیس بدست آورند.در سال 1824 میلادی،برزیلیوس سیلیس آمورف را تقریبا با روش مشابه با روش لوساک بدست آورد و سپس با شستن مکرر آن توانست به سیلیس با خلوص بالا دست یابد.

با توجه به اینکه سیلیس با کربن شباهت دارد ،برخی این احتمال را می دهند که حیاتی براساس سیلیس وجوددارد .اما این بیشتر به یک داستان تخیلی و علمی شباهت دارد. افترای اصلی که درمورد حیات پایه سلیس داده می شود،این است که سیلیس برخلاف کربن تمایل ندارد که پیوندهای دوتایی و سه تایی تشکیل دهد.

با وجوداینکه هنوز حیاتی بر پایه سیلیس پیدا نشده است،ولی کانی های سیلیس وجود دارد که کاربردهای خاصی دارند.بعضی از باکتریها و اشکال دیگر حیات مثل رادیولاریا پروتوزا(Radiolaria ptotoza) اسکلت دی اکسید سیلیسی دارند.این نوع از حیات با نام سیلیکای بیوژنیک معروف است.باکتریهای سیلیکاتی از سیلیس در متابولیسم استفاده می کنند.

زندگی که ما بر روی زمین می شناسیم،بر اساس بیوشیمی سیلیسی گسترش نیافته است.دلیل اصلی این ادعا این است که حیات در روی زمین بستگی به چرخه کربنی دارد؛موجودات اوتوتروفیک(موجوداتی که غذایشان را خود تولیدمی کنند مثل گیاهان) (autotrophic) از دی اکسید کربن برای سنتز ترکیبات آلی با کربن استفاده می کنند و موجودات هتروتروفیک (موجوادتی که غذایشان را از موجودات دیگر تامین می کنند مثل حیوانات)(Heterotrophic) از این ترکیبات انرژی و دی اکسید کربن تولیدمی کنند.حال اگر سیلیس بتواند جایگزین کربن شود،در این صورت است که به چرخه سیلیس نیاز خواهد بود.البته دی اکسید سیلیس در سیستم های آبی رسوب می کند و نمی تواند در دستگاه های حیاتی انتقال یابد.



سیلیس را می توان در ترکیب همه فولادها دید.علت اينست كه كانه هاي آهن حاوي درصدهايي از سيليس است و نيز در حين فولادسازي ،از جداره هاي نسوز كوره وارد ذوب آهن مي شود.سيليس اكسيژن زداي قوي است و آخالهاي اكسيدي را نيز حذف مي كند.

وزن اتمي سيليس 28 و نقطه ذوبش 1427 C است.ساختار كريستالي آن مكعبي الماسي است. سيليس فلز نيست بلكه يك شبه فلز metalloid است . سيليس در آهن مذاب بهر نسبتي حل مي شود. ولي در آهن جامد حداكثر تا 15 % حل مي شود.سيليس دماي استحاله دلتا به آستنيت را كاسته و از طرفي دماي استحاله فريت به آستنيت را افزايش مي دهد و منطقه پايداري آستنيت را مي كاهد. در واقع فريت زاي قوي است.

سيليس به عنوان عنصر آلياژي در مقادير بيش از 0.3 % اثرات مفيدي دارد. استحكام فريت را افزايش مي دهد و سختي پذيري را زياد مي كند. وجود سيليس در فولادهاي الكتريكي كه جهت گيري دانه ها مطرح است بسيار مهم است. هم چنين سياليت ذوب را نيزافزايش مي دهد.

حضور سيليس ، راسب شدن گرافيت را تشويق ميكند و مقاومت سايشي را افزايش مي دهد. به علت افزايش استحكام تسليم ، عنصر اصلي در فولادهاي فنر است.به علت افزايش مقاومت در برابر اكسيداسيون و پوسته دار شدن در فولادهاي مقاوم در برابر حرارت استفاده مي شود.براي اينكه مقاومتشان در محيط هاي اسيدي نيز زياد شود، درصد سيليس تا 12% بايد باشد كه در اينصورت فقط باريخته گري قابل توليد بوده و براي رسيدن به ابعاد فقط سنگ زني قابل انجام است.

در مقادیر بالای سیلیس ، سختی پذیری و استحکام فولاد افزایش می یابد ولی این افزایش همراه با کاهش داکتیلیتی و انرژی ضربه است.از اینرو درصد سیلیس در اکثر فولادها به 0.35 % محدود می شود.در فولادهای کربن متوسط و پرکربن ، باافزودن سیلیس سختی پذیری زیاد می شود. درصد کربنی که یوتکتیک در آن رخ می دهد کاسته می شود و دمای آستنیته را می افزاید.افزودن سیلیس به فولادهای کوئنچ و تمپر با 0.5 % کربن ، سختی حاصل از سخت کاری و فریت حاوی کاربید را افزایش می دهد.

در فولادهای فنر کربنی و سیلیس – منگنز دار ، میزان سیلیس بیش از حد طبیعی است و در محدوده1.5 -2 % می باشد و درصد منگنز بین 0.6-1.0 % است.با ازدیاد درصد سیلیس ، حساسیت به تردی تمپر افزایش می یابد. هرچند ، منگنز این حساسیت را بیشتر از سیلیس افزایش می دهد ولی در فولادهای سیلیس – منگنز دار حاوی 1% منگنز، اگر درصد سیلیس بین 1.5-2 درصد باشد ، تردی تمپر بسیار جدی خواهد بود.اگر فولاد تنها0.6 % منگنز داشته باشد سیلیس تا3 % می تواند در ترکیب فولاد حضور داشته باشد بدون اینکه بر افزایش تردی تمپر تاثیر جدی داشته باشد.

سیلیس در فولادهای مقاوم به حرارت ، نیکل-کروم ، کروم دار و کروم-تنگستن برای افزایش مقامت به اکسیداسیون در دماهای بالا بکار می رود.فولادهای شیر کروم-سیلیس تا 3.75 % سیلیس و فولادهای پرنیکل –کروم-تنگستن در محدوده 1-2.5 % سیلیس دارند. این چنین فولادهایی در شیرهای اگزوز موتورهای درون سوز استفاده می شود.

افزودن تقریبا 2 % سیلیس به فولادهای زنگ نزن 18/8 مقاومت به پوسته برداری در دمای 980 C را افزوده و فولادهای تجارتی از این نوع در حدود 2-3 % سیلیس دارند.

سیلیس در فولاد با تشکیل محلول جامد جانشینی باعث می شود کربن بصورت گرافیت رسوب کند. فلذا چنین شکلی از کربن در حین نورد گرم بصورت لایه دکربوریزه شده حذف خواهد شد.بنابر این میزان کربن تا حد امکان کم نگهداشته می شود تا میزان اکسید و کربنی که خواص مغناطیسی فولاد را کاهش می دهد ، کمتر شود.از اینرو ورقهای فولاد سیلیس دار که 2.5-5 % سیلیس دارند، افت جریان ادی و هیسترزیس کمتری در مقایسه با آهن دارند. فلذا در میدان جریان مستقیم، قابلیت نفوذ مغناطیس در آنها برای اکثر کاربردها مفید ومناسب بوده که باعث شده در صنایع الکتریکی کاربرد زیادی پیدا کرده است.

ورقهای الکتریکی از فولادهای سیلیس دار 4-4.75 % سیلیس ساخته می شوند. چون در درصدهای سیلیس بالای 2.5 % آستنیتی وجود ندارد فلذا می توان آنها را عملیات حرارتی کرد.این عملیات تنها برای بازیابی و آزادسازی کرنش های مکانیکی و نفوذ ناخالصی ها و آخالها و رشد کریستالهای بزرگ اکوکسی بزرگ و به دنبال آن بهبود خواص مغناطیسی بکار می رود.یک روش برای آنیل ، عملیات حرارتی فولاد در دمای 800-1000 C در شرایط احیایی و سپس آهسته سرد کردن است.در روش دیگر که برای تولید ورقهای با جهت گیری دانه ای استفاده می شود، شامل پوشش دادن اولیه ورقهای نورد گرم شده و سپس نورد سرد با پودرهای دیرگداز و به دنبال آن آنیل در دمای 1200 C بمدت60 ساعت در اتمسفر هیدروژن دار می باشد. با این عملیات درصد زیادی از دانه ها در راستای ترجیحی جهت دار می شود. ورق با چنین شبکه فریت جهت دار و یکنواخت باعث افزایش راندمان ترانسفورماتور و کاهش افت وات می شود.در عوض مقدار گرمای تولید شده در طی کار ترانسفورماتور را کاسته و هزینه اولیه را کم کرده و سیستم خنک کن دستگاه را ساده تر کرده است.

سیلیس در چدن ها همیشه وجود داشته و یک عنصر گرافیت زاست و پایداری کاربیدهای یوتکتیک و پرلیتی را کاهش می دهد.درصد سیلیس در چدنهای سفید بسیار کم بوده ولی در چدنهای خاکستری حداقل تا 1.5 درصد نیز وجود دارد.

دستورالعمل بازرسي فني مخازن تحت فشار

بازرسي پيش از ساخت
1. بررسي وضعيت عمومي كارخانه از لحاظ دارا بودن تجهيزات مناسب جهت ساخت (از جمله جرثقيل هاي سقفي، غلطك هاي نورد، تجهيزات جوشكاري دستي و اتوماتيك و ...) و تجهيزات مورد نياز جهت كنترل كيفي مراحل ساخت، مواد و محصول
2. بررسي كارخانه به لحاظ دارا بودن سيستم كنترل كيفي مورد قبول (حتي الامكان داشتن گواهي نامه هاي كيفي)
3. حضور در جلسه Pre-inspection Meeting يا جلسه پيش از شروع بازرسي و ارائه نقطه نظرات و پيشنهادات در رابطه با موارد مختلف مطروحه در قرارداد و طرح کنترل کیفی؛ (امضاي صورتجلسه و تأييد آن)
4. مرور گواهي ها يا تأييديه هاي مواد (Material Certificates) همچون ورقها، فلنج ها، لوله ها و ...
همچنين مواد مصرفي مثل الكترودها، رنگ و ...
و بازرسي مواد (تأييد گواهي هاي مربوطه)
5. تست جوشكاران (تأييد ليست جوشكاران)
6. تأييد گروه تستهاي غير مخرب از لحاظ گواهي هاي مرتبط و داشتن حداقل مدرك SNT-TC- IA Level II
7. بازرسي گواهي هاي كاليبراسيون دستگاههاي جوشكاري، گرم كن هاي الكترود، تجهيزات ماشين كاري و ...
بازرسي گواهي هاي كاليبراسيون دستگاههاي مورد استفاده گروه كنترل كيفي (و تأييد آنها)
8. مرور دستورالعملهاي WPS, PQR, NDT ، تستهاي هيدروستاتيك (و يا نيوماتيك)، تستهاي Hardness PMI و ... (در صورت لزوم)، دستورالعمل تنش گيري، دستورالعمل رنگ و سندبلاست و تأييد آنها

بازرسي حين ساخت و نظارت بر تستها
1. بازرسي ابعادي علامت گذاري ها (Marking) پيش از برش ورقها
2. نظارت بر انتقال Stamp (اطلاعات شناسايي مواد) به قسمتهاي مختلف ورق قبل از برش (قسمتهاي تحت فشار)
3. نظارت و كنترل بر آماده سازي لبه هاي ورق (پخ زني ها) طبق WPS و نقشه ها
4. بازرسي چشمي و ابعادي ورق هاي برش خورده
5. نظارت بر انجام تستهاي غير مخرب PT (تست مايعات نافذ ) بر روي لبه هاي ورقها براي ضخامت هاي بالاي cm50 (در صورت نياز)
6. كنترل بر رول كردن اوليه (نورد) ورق ها طبق نقشه ها
7. نظارت بر مونتاژ ورق و جوشكاري درز طولي آن طبق WPSو نقشه
8. بازرسي چشمي جوش
9. نظارت بر رول كردن ثانويه ورق ها
10. بازرسي ورق ها از لحاظ Ovality (بيضوي) و Roundness (گردي)، ضخامت و ابعاد طبق نقشه و استاندارد
11. نظارت بر آزمون غير مخرب RT و PT جوش طولي
12. نظارت بر مونتاژ و جوشكاري درزهاي محيطي طبق نقشه و WPS
13. بازرسي چشمي جوش
14. نظارت بر آزمون غير مخرب RT و PT جوش محيطي
15. نظارت و كنترل علامت گذاري (Marking) محل نازلها روي شل (Shell) پيش از برش
16. نظارت و كنترل ابعادي هدها (عدسي ها و .......) بعد از عمليات Forming از لحاظ ضخامت و انحناي مورد نياز طبق نقشه
17. نظارت بر انجام آزمون غير مخرب MT بر روي سطح خارجي ناكل (Knuckle)عدسي ها
18. نظارت بر مونتاژ و جوشكاري اولين هد به Shell
19. بازرسي چشمي جوش
20. نظارت بر انجام آزمونهاي PTو RT جوش عدسي به Shell
21. نظارت بر مونتاژ جوشكاري فلنج به نازل
22. بازرسي چشمي جوش
23. نظارت بر انجام آزمون RTجهت جوش فلنج به نازل (در صورت امكان)
24. نظارت بر مونتاژ و جوشكاري نازل به شل و يا عدسي
25. بازرسي چشمي جوش
26. نظارت بر انجام آزمون UTجوشكاري نازل به شل و يا عدسي
27. مونتاژ و جوشكاري Reinforcing Pad(ورق تقويتي)
28. نظارت بر انجام تست نشتي هوا (Air Leak Test) با استفاده از آب و صابون جهت ورق تقويتي
29. كنترل بر مونتاژ و جوشكاري عدسي دوم به شل/ بازرسي چشمي جوش/ RTعدسي دوم به شل
30. كنترل چشمي و ابعادي ساخت Leg/Saddle/Skirt
31. بازرسي چشمي جوش Leg/Saddle/Skirtبه مخزن
32. نظارت بر انجام آزمونهاي PTيا MT جوش Skirt به عدسي/ Saddle يا Leg به مخزن
33. نظارت بر مونتاژ و جوشكاري قسمتهاي خارجي و داخلي مخزن (كليپ هاي نردبان، پلت فرم و ...)
34. نظارت بر انجام آزمونهاي PTيا MT جهت قسمتهاي داخلي و خارجي
35. تست PMIو يا Ferrite Content Test (در صورت نياز)
36. بازرسي نهايي ابعادي و چشمي مخزن
37. نظارت بر تنش گيري (عمليات حرارتي پس از جوشكاري) و كنترل چارت PWHT
38. نظارت بر انجام آزمون سختي سنجي (Hardness) و Production Test
39. نظارت بر تميز بودن و تميزكاري سطوح داخلي مخزن
40. نظارت بر انجام تست فشارHydrotest
41. بازرسي نهايي ابعادي و چشمي بعد از فشار
42. نظارت بر سندبلاست و رنگ مخزن
43. نظارت بر ساخت و نصب لوحه شناسايي (Name Plate)

بسته بندي و ارسال
1. بازنگري و كنترل مدارك نهايي سازنده (MDR)
2. بازرسي بسته بندي و علامت گذاري هاي روي مخزن
3. صدور گواهينامه ترخيص مخزن
4. نظارت بر بارگيري مخزن
5. صدور گواهينامه ارسال مخزن

جوش پذيري چدن ها

چدنها در مقايسه با فولادهاي كربني داراي قابليت جوشكاري كم و محدود تري هستند . در ميان چدن ها ، چدن با گرافيت كروي بهترين جوشپذيري را دارا است و بعد از آن چدن چكش خوار قرار دارد . جوشكاري چدن خاكستري به مهرت و توجه ويژه نياز دارد و چدن خاكستري را به دشواري زياد مي توان جوشكاري كرد .
با اين ملاحظات دامنه جوشكاري چدنها بسيار محدود مي شود و صرفا به تعمير و اصلاح قطعات ريخته شده و قطعات فرسوده و شكسته شده منحصر مي گردد .

علت هاي جوش پذيري محدود چدن ها :

- بعلت زيادي كربن در فلز مبنا ، سيكل جوشكاري باعث ايجاد كاربيدهايي در منطقه فلز جوش و تشكيل فاز مارتنزيت پركربن در منطقه متاثر از حرارت haz ميشود . هردوي اين ريز ساختار ها شكننده بوده و باعث ايجاد ترك در حين جوشكاري و يا بعد از آن مي شود . اين مطلب در مورد تمامي چدن ها مصداق دارد .
- به علت ضعف چقرمگي ، چدن ها قابليت تغيير شكل پلاستيكي را ندارند و از اين رو نمي توانند تنش هاي حرارتي ايجاد شده جوشكاري را تحمل كنند . هرچه نرمي چدن بهبود يافته باشد احتمال ترك خوردگي آن كاهش مي يابد . لذا چدن چكش خوار و چدن با گرافيت كروي كمتر از چدن خاكستري ترك خواهند خورد .

با توجه به عامل اول شكنندگي منطقه haz به ميزان و سهولت حل شدن گرافيت در آستنيت در حين جوشكاري بستگي پيدا ميكند . در مورد چدن خاكستري كه داراي پولك هاي گرافيتي با سطح رويه نسبتا وسيعي مي باشند ، انحلال اين نوع گرافيت در آستنيت به سهولت انجام مي شود . در حاليكه در مورد چدن با گرافيت كروي ، چون نسبت حجم رويه به حجم كره گرافيت كم مي باشد بنابراين مقدار گرافيت كمتري در آستنيت حل ميگردد و در نتيجه كاربيد هاي درشت كمتري و مارتنزيت كم كربن تري در منطقه haz تشكيل ميشود . اين مطلب گواه ديگري بر قابليت بهتر جوش پذيري چدن با گرافيت كروي در مقايسه با ساير انواع چدن ها ست .
براي اجتناب از تمايل منطقه حرارت پذيرفته به ترك خوردن لازم است كه قطعه چدني را در موقع جوشكاري با قوس برقي با انرژي حرارتي كم جوشكاري نمود . زيرا اين روش باعث كاهش پهناي منطقه سخت و شكننده كنار فلز جوش مي شود . براي غلبه بر سختي و تردي منطقه حرارت پذيرفته اعمال تدابيري نظير پيش گرمايش و خنك كردن تدريجي قطعه جوشكاري شده ضرورت دارد .
در مورد جوشكاري چدن با قوس برقي دامنه درجه حرارت پيش گرم از درجه حرارت محيط كارگاه تا 300 درجه سانتي گراد توصيه ميشود . اين حرارت براي جوشكاري با استيلن در محدوده 450-650 درجه سانتي گراد قرار دارد . چدن خاكستري به حرارت پيش گرم بيشتري زيادتري و چدن با گرافيت كروي و چدن چكش خوار به درجه حرارت پيشگرم كمتري نياز دارند. درجه حرارت پيش گرم و محدوده آن به نوع چدن ، اندازه قطعه ، روش جوشكاري ، نوع الكترود و مقدار فلز جوشي كه بايد رسوب داده شود بستگي پيدا ميكند .
در مورد قطعات حساس ريختگري چدني ، درست پس از خاتمه جوشكاري عمليات تنش زدايي از طريق حرارت دهي قطعه تا حدود 600 درجه سانتي گراد و نگهداري در اين حرارت بمدت كافي صورت مي پذيرد.

کـــاربرد انـــواع فـــــولادهای ریخته گری در ساخت قالب های بزرگ بدنه خودرو

قالب های بزرگ پرس کاری قطعات خودرو که از طریق ریخته گری ساخته می شوند ، در مقایسه با قالب های ساخته شده به روش آهنگری و فورج ، دارای مزایای متعددی از قبیل تنوع ابعادی ، حجم کم ماشین کاری و همگنی ریز ساختار آلیاژ می باشند. نکته مهم در استفاده از این آلیاژ ، طراحی و نحوه اجرای پروسه ریخته گری است. امروز برای کسب نیازمندی های متنوع شرکت های قالب سازی بزرگ آلمان ، انواع فولادهای کم آلیاژ مخصوص نیز مورد استفاده قرار می گیرند .
قالب ها تأثیر بسیار مهمی در اقتصادی بودن فرآیندهای تغییر شکل فلزات دارند . بر این اساس طی سال های اخیر هزینه های ساخت قالب های بزرگ بیش از بیش مورد توجه قرار گرفته است . در این خصوص ، صرفاً در نظر داشتن هزینه های ساخت آن چنان دقیق نیست ، بلکه کسر تیراژ تولید ، قالب ، هزینه های قالب برای ما اهمیت خواهد داشت . در بخش هزینه های قالب می توان به دوام آن و تناوب اجرای تعمیرات باسازی اشاره کرد . با در نظر داشتن آن چه از قالب های فوق انتظار می رود می بایست بر همین پایه به یک ارزیابی دقیق از میزان تأثیر عوامل دخیل در هزینه های قالب دست یافت تا امکان مقایسه دستاوردهای هر عامل فراهم گردد. بدون شک هزینه مواد قالب نیز در قیمت تمام شده در نظر گرفته می شود . انتخاب این مواد و نحوه عملیات بر روی آن به میزان قابل توجهی بر کسری که قبلاً از آن نام بردیم یعنی کسر تیراژ تولید ، هزینه قالب ، تأثیر خواهد داشت . از طریق ارزیابی دقیق و همه جانبه میزان تاثیر و اهمیت کلیه پارامترهای مؤثر می توان کارآیی یک قالب خاص را به میزان زیادی ارتقاء بخشید .
هزینه مواد اولیه در مقایسه با کل قیمت تمام شده قالب ، بسیار کمتر است . این هزینه علی رغم وجود برخی نظرهای مخالف در این خصوص ، همانند نوک کوه یخی می باشد که از آب سر برآورده و در مقایسه با حجم زیر آب ، درصد بسیار کمی را نشان می دهد .
مقایسه آلیاژهای تولید شده به روش ریخته گری با فولادهای ابزاری آهنگری شده :
از سالها قبل فولادهای ابزاری ریخته گری در قالب های بزرگ صنعتی به شیوه موفقیت آمیزی مورد استفاده قرارگرفته است . در بسیاری از مواقع امکان ساخت چنین قالب هایی با این ابعاد ، از فولاد خشکه ابزاری که قبلا عملیات فورج کاری روی آن انجام گرفته است ، وجود ندارد . علاوه بر این به کارگیری این نوع فولادها مسائل ماشین کاری خاص خود را دارد که همین باعث افزایش هزینه می گردد . از سوی دیگر حجم ماشین کاری در این نوع فولادها به شکل اجتناب ناپذیری زیاد است و این امر باعث دورریز برخی مناطق مستعدتر در ریز ساختار آلیاژ حین ماشین کاری می شود .
فولادهای پر آلیاژی نظیر 1.2379 به دلیل وجود درصد کاربید بالا ، دارای شبکه کاربیدی کاملا بارزی می باشند . به ویژه در فولادهایی با ابعاد بزرگ هر چه به مغز مقطع نزدیک تر می شویم کاربیدها درشت تر و ابعاد شبکه کاربیدی بزرگتر می شود . دلیل این وضعیت هم عدم امکان وجود تغییر شکل های یکنواخت بر تمامی سطح مقطع فولاد می باشد . این حالت بدین معناست که محدوده خارجی مقاطع فورج شده ، تغییر شکل های شدیدتری در مقایسه با ناحیه مرکزی مقطع داشته اند . با استفاده از فولادهای آلیاژی ریخته گیری ، ناحیه کاری فولاد ، منحصر به جداره خارجی قالب ریخته گری خواهد بود . معمولاً در این نواحی از فولادهای پرآلیاژ ریخته گری ، شبکه نسبتاً ریزکاربیدی ناشی از سرعت انجماد بالا پس از ریخته گری تشکیل میشود . حتی در نواحی مرکزی قطعات تولیدی به روش ریخته گری در مقایسه با مقاطع فورج شده دارای شبکه نسبتاً ریزتری می باشند و در کل امروزه روش های ریخته گری ساختار همگن تری به دست می دهد .
تکنیک های ریخته گری :
فولادهای آلیاژی مخصوص قالب ، معمولاً از طریق مدل های فرمی ساخته می شوند . طراحی ریخته گری این قطعات با توجه به فرم هندسی قطعه و از نقطه نظر اجرای عملیات ریخته گری انجام می پذیرد . در ریخته گری قطعات فولاد آلیاژی ، این مرحله تا حدی مشکل ساز می باشد . در حالی که انقباض چدن نشکن حدود 2% می باشد ، در نواحی مرکزی قطعه فولاد آلیاژی حدود 12% انقباض حجمی رخ می دهد . برای آن که در نقاط کاری قالب تغذیه کافی صورت گیرد ، آماده سازی قبلی مدل ریخته گری ، با در نظر داشتن ویژگی های انجماد قطعه ضروری است . این آماده سازی باید به نحوی انجام شود که نواحی کاری قالب در قسمت تحتانی قالب ماسه ای قرار گیرد تا حجم انقباض به سمت بالا و به داخل تغذیه هایی که در بخش فوقانی مدل قرار داده شده است هدایت شود .
دیواره های تقویتی در برخی از نقاط ضخیم تر در نظر گرفته می شوند تا سطح مقطع راه گاه افزایش یابد . اولین ناحیه ای که از طریق این تغییرات منجمد می شود ، سطح روی قالب خواهد بود . سپس جبهه انجماد به سمت دیواره های تقویتی پشت سطح رویه قالب حرکت می کند و نهایتاً در داخل تغذیه ها به پایان می رسد . بنابراین از طریق تغذیه های کار گذاشته شده ، می توان هر گونه کسری حجمی ناشی از انجماد را پس از ریخته گری ، با بارریزی مجدد ذوب ، داخل تغذیه ها جبران نمود .
در ریخته گری قالب های بزرگ فولادی تنها با این شرایط می توان به قطعه ای با کمترین تخلخل و حفره انقباضی دست یافت . افزون بر این طی مراحل قالب گیری و ریخته گری برخی مشکلات دیگر می تواند روی دهد . به عنوان مثال استفاده از چسب و یا نوارهای چسب در ساخت مدل ضروری به نظر می رسد ، اما این مواد حین بارریزی ایجاد گاز می کنند و باعث افت کیفیت قالب می شوند . بنابراین می بایست قبل از ساخت مدل ، طرح قالبی که قرار است ریخته گری شود توسط واحد ریخته گری کنترل و باز بینی شود . داده های سطوح قالب از قبل به واحد ریخته گری ارائه می گردد تا در صورت نیاز پس از بررسی ، اصلاحات ضروری بر روی آن انجام شود ، در نهایت به اصلاحات کمتری پس از ساخت مدل نیاز است و تا حد ممکن کاربرد مواد چسبی محدود می شود .
بسته به کاربردهای مختلف ، فولادهای متنوعی در بازار جهت استفاده وجود دارند . تمامی آلیاژها که فولادهای آن به شکل مقاطع فولادی در بازار عرضه می شوند را می توان به شکل آلیاژ ریخته گری جهت قالب ریزی مورد استفاده قرار داد . در حالی که فولادهایی از قبیل 1.2769 و 1.2602 جایگاه خوب و خاص خود را در ریخته گری قالب های بزرگ پرس کاری بدست آورده اند ، در دیگر فولادهای آلیاژی نیز به وضوح قابلیت های جدیدی دیده می شود . از آن جا که ساخت این قالب ها اغلب در واحدهای ذوب کوچکتر انجام می شود ، شرکت هایی که در ریخته گری فولادهای آلیاژی فعالیت دارند، می توانند بنا به نوع آلیاژ مورد نیاز دامنه انتخاب گسترده داشته باشند . از سوی دیگر خواص قطعات ریخته گری شده از طریق اجرای عملیات تکمیلی بعدی مثل عملیات حرارتی یا تغییر شکل ، قابلیت تنظیم و اطلاح دارد .
فولاد شماره 1.7140 و 1.2769 :
این گرید به عنوان فولاد کم آلیاژی بهسازی شده شناخته می شود . بسته به کاربرد آن و پروسه های تولیدی بعدی ، شرایط عملیات حرارتی متفاوتی را می توان بر روی این فولادها اجرا نمود . از یک سو این فولادها در حالت نرمالیزه و آنیل و یا از سوی دیگر در شرایط عملیات حرارتی شده با استحکام های متفاوت به بازار عرضه می شوند . قابلیت کار برروی این فولادها با شرایط آنیل بسیار مناسب خواهد بود . اما اگر کارآیی از فولاد انتظار رود می بایست فولاد عملیات حرارتی شده را مورد استفاده قرار داد . بر روی هر دو نوع این فولاد فولادها می توان عملیات حرارتی سطحی مثل سخت کاری القایی را انجام داد . با این روش مقاومت به سایش در نواحی که خطر این پدیده وجود دارد کاهش می یابد . معمولاً این عملیات سطحی می بایست با خنک کاری طبیعی بدون استفاده از مایعات خنک کننده فولاد تکمیل شود . در این روش حداکثر سختی قابل دستیابی حدود 56 Hrc است .
این نوع فولادهای نسبتاً کم آلیاژ ریخته گری آسان تری را دارند و همچنین قطعات بزرگ که بعدا بتوان آن را عملیات حرارتی بهسازی نمود بدون مشکل خواهد بود .
فولاد شماره 1.2333 و 1.2320gp3m اسم تجارتی
قالبسازان به طور مداوم نیازمندی های جدیدی برای ریخته گری قالب ها تعیین می کنند که با مواد قدیمی تر قابل دسترسی نیست .
- قابلیت ساخت و تولید در ابعاد بسیار بزرگ .
- شکنندگی کمتر ( کم بودن درصد کربن ) .
- امکان تحویل در حالت عملیات حرارتی شده .
- قابلیت سخت کاری سطحی تا 60hrc .
- قابلیت جوش کاری بدون نیاز به عملیات پیش گرم .
فولادی مانند 1.2320 که دارای درصد آلیاژی بیشتر است ، به خوبی از عهده شرایط فوق برآمده است . با توجه به این واقعیت که گرید 1.2333 از نظر وزن قابل ریخته گری دارای محدودیت می باشد ، قطعات ریخته گری می بایست قبلا از نظر طرح هندسی مورد ارزیابی قرار گیرند . کسب سختی پذیری بالاتر این نوع آلیاژ ، بسته به طرح قطعه و تکنیک ریخته گری مورد استفاده قرار می تواند مشکل ساز شود .
عنصر کربن در هر دو آلیاژ حدود 06/.% می باشد . از این رو عملاً دارای فاز کاربیدهای اولیه نبوده و نتیجتاً از قابلیت چکش خواری نسبتاً خوبی برخوردار هستند . به دلیل وجود درصد کربن بیشتر در مقایسه با فولادهای 1.2769 و 1.7140 قابلیت سختی پذیری در مقایسه با گریدهای قبلی را دارند .
بسته به دمای آستینه کردن درجه سختی فولاد می تواند تا حد 63hrc پس از سرد کردن سریع افزایش یابد . بر روی هر دو آلیاژ به روش های متنوعی می توان سخت کاری سطحی را اجرا نمود . حتی قطعات کوچک را می توان به شکل کلاسیک در کوره خلاء تحت عملیات حرارتی قرار داد .
نتایج آزمایش های جوش کاری نشان می دهد که علی رغم وجود فازهای آلیاژی پایدار ، هردو آلیاژ از قابلیت جوش پذیری خوبی برخوردار هستند . هر جند در حین جوش کاری لازم است از طریق چکش کاری ممتد اقدام به حذف تنش های پسماند ناشی از انقباض حرارتی کرد و خطر ایجاد ترک های گرم را به حداقل رساند . با در نظر داشتن نکات کلیدی فوق می توان برروی هر دو آلیاژ فوق بدون عملیات پیش گرم اقدام به جوش کاری نمود . در جوش کاری های عمیق نیز استفاده از یک لایه زیرکار با الکترود آستینی سودمند خواهد بود .
فولاد 1.2370 :
این آلیاژ طی سال های اخیر در ساخت قالب های برش ، کاربرد روزافزونی یافته است . وجود درصد کاربید بالا در ساختار ، این فولاد را از قابلیت برشی مناسب و مقاومت سایشی بالایی بهره مند کرده است . هر چند در مقایسه با فولاد 1.2382 دارای کربن کمتر و قابلیت چکش خواری و جوش پذیری بهتری می باشد ، اما اتخاذ تدابیر خاص جهت جلوگیری از بروز ترک حین جوشکاری در آن آلیاژ اجتناب ناپذیر است .
فولاد 1.2382 :
فولاد سردکار 1.2382 با حدود 15% فاز کاربید در ریز ساختار ، از دیگر آلیاژها متمایز است و درکل خانواده فولادهای ریخته گری مخصوص قالب های پرس کاری ، از بیش ترین مقاومت سایشی و قابلیت برشی برخوردار است . این فولاد پر آلیاژ در مقایسه با فولادهای کم آلیاژتر دارای محدوده گسترده تری از دمای سخت گرانی است و می توان آن را در محدوده دمایی 1020 تا 1080 درجه سانتی گراد بدون خطر رشد بیش از حد دانه های ریز ساختار حرارت داد . بالطبع در این نوع آلیاژها با افزایش دمای آستینه کردن ، حلالیت کربن در شبکه کریستالی بیشتر می شود . و درصد آستنیت باقی مانده بالا می رود . هر چه دمای آستنیته بالاتری مورد استفاده قرار گیرد به ناچار می بایست درصد آستنیت باقی مانده را از طریق برگشت چند مرحله ای در محدوده دمایی بالای 500 درجه سانتی گراد مورد استحاله قرارداد . با این کار می توان به یک ساختار همگن و پایدار دست یافت .

آستمپرینگ و مارتمپرینگ

آستمپرینگ از دیگر روشهای عملیات حرارتی است که به منظور کاهش تنشهای حاصل در ضمن سخت کردن فولاد ساده ی کربنی یا پر کربن جانشین کوئنچ کردن مستقیم می شود . در این روش سطح و مرکز نمونه در مرحله ی اول کوئنچ شدن ( قبل از Ms) با سرعتهای متفاوتی سرد می شود منتها از آنجایی که قبل از شروع استحاله دمای نقاط مختلف قطعه یکسان خواهند شد استحاله در نقاط مختلف تقریبا همزمان انجام گرفته و بنابراین تنشهای داخلی به حداقل ممکن کاهش می یابد . محصول نهایی فرایند آستمپرینگ بینیت می باشد ،
بنابراین مراحل آن به صورت زیر است :

1-آستنیته کردن فولاد
2-سرد کردن سریع نمونه از دمای آستنیته در حمام نمک مذاب یا روغن ، تا دمایی بلافاصله قبل از دمای شروع استحاله ی مارتنزیتی (Ms)
3-نگه داشتن در این دما به نحوی که دگرگونی آستنیت به بینیت به طور کامل صورت گیرد .
4-سرد کردن در هوا در دمای اتاق

حال اهداف به کار گیری این روش را به جای روش کوئنچ و تمپر بررسی می کنیم :
1-افزایش استحکام به ضربه و انعطاف پذیری در یک سختی یکسان
2-حذف و یا کاهش امکان ایجاد ترک ، تغییر شکل ، تاب برداشتن و یا ایجاد تنشهای داخلی در ضمن عملیات حرارتی
از محدودیت های این روش می توان به موارد زیر اشاره کرد :
1-برای قطعات فولادی حجیم کاربردی ندارد
2-فولادهایی به این منظور به کار می روند که سختی پذیری مناسبی داشته باشند
3-دمای کوئنچ نسبت به سرد کردن یک مرحله ای بالاتر است . پس سرعت سرد کردن کمتر بوده و احتمال تشکیل پرلیت وجود دارد .

در مارتمپرینگ محصول نهایی مارتنزیت تمپر شده می باشد . عملیات مارتمپرینگ یا سریع سرد کردن غیر پیوسته که آن را مارکوئنچینگ هم می نامند شامل مراحل زیر است :

1-آستنیته کردن فولاد
2-سریع سرد کردن فولاد در روغن یا نمک مذاب تا دمایی درست زیر Ms
3-نگهداری در محیط یاد شده تا ابنکه دمای تمامی قطعه یکنواخت شود . این زمان 2 تا 4 دقیقه به ازای هر 1 سانتیمتر ضخامت است .
4-سرد کردن با آهنگی متوسط ( معمولا در هوا ) به گونه ای که سطح و مرکز قطعه تقریبا همزمان سرد شود و همه به مارتنزیت تبدیل شود .
5-تمپر کردن قطعه به منظور افزایش چقرمگی
محدودیت های این روش همان محدودیت های 1 و 2 آستمپرینگ است .
در عملیات دیگری که به مارتمپرینگ اصلاح شده معروف است مرحله ی ایزوترمال بین Msو Mf است . نمونه را تا زیر دمای Ms سرد کرده و مقداری مارتنزیت حاصل شده و سپس زمان داده شده و سرد می کنیم تا دوباره مارتنزیت تشکیل شود و پس از آن دوباره عملیات تمپر را انجام می دهیم . در این حالت سختی سطح افزایش می یابد . چون در عملیات مارتمپرینگ سختی مارتنزیت حاصله کم است تمام فولاد هایی را که قابلیت مارتمپر دارند را می توان آستمپر کرد .

در ضمن دمای Ms را در فولاد ها می توان از رابطه ی زیر محاسبه کرد :
Ms=539 – 42.3 C% - 30.4Mn% - 12.1 Cr% - 17.7Ni% - 7.5Mo%

که با توجه به این رابطه دمای Ms برای فولاد CK35 ، 435 درجه و برای ASAB ، 265 درجه است که نشان می دهد آساب سختی پذیری بیشتری دارد .

بررسی عوامل موثر بر ریز دانه بودن آلیاژهای آلومینیوم

چكيده :
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 همگام 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-پوششهاي 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 . سرعتهاي 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 ضخامتهاي 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 ضخامتهاي 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. [1]

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
شکل (1) نتايج حاصل از اتدازه دانه در ضخامت مختلف نمونه پله اي[1]

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:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

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.[2]


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. [3]

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. [4]
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. [5]

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. [6]

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. [7]


1-3-2 - ريز كردن دانه ها از طريق هم زدن مذاب با استفاده از حبابهاي گاز در خلال انجماد :
آزمايشات نشان داده است كه فرآيند ايجاد حباب گاز (بوسیله دمش گاز) در هنگام انجماد مي تواند در توليد شمشهاي با ساختار هم محور در شرايط تجربي بطور وسيعي مؤثر باشد . با استفاده از تجربيات موجود بايد نتيجه گيري كرد كه هم زدن فلز مذاب در قالب موجب افزايش و تشويق تشكيل ساختار هم محور مي شود .
در حال حاضر مكانيزم تشكيل ديناميكي ساختارهاي هم محور با چهار نظريه مختلف بيان مي شود اين مكانيزمها عبارتند از :
1- مكانيزم حفره اي، كه در سيستم های تحت انرژي ارتعاشي بالا قرار گرفته باشد، عمل می کند.
2- مكانيزم تكثير بلوري، كه مي تواند در اثر تشديد انتقال حرارت از مذاب و در نتيجه توليد نوسانات درجه حرارت كه باعث ذوب شدن جزئي شاخه هاي انجماد مي شود فعالتر گردد.
3- مكانيزم بارشي، كه با تشكيل يك منطقه هم محور در سطح آزاد مذاب شروع شده واز آنجا ذرات بلوري در اثر هم زدن مكانيكي بصورت بارشي بطرف پايين سرازير مي شوند تا تشكيل يك منطقه هم محور مركزي را بدهند.
4- مكانيزم جدايش بلورها، كه در مراحل اوليه انجماد اتفاق مي افتد و در آن بلورهاي هم محور از ديواره قالب و يا از سطح سرد شده مذاب شروع شده و بصورت يك شكل ساده رشد كرده و قبل از تشكيل پوسته جامد پايدار از هم جدا مي شوند . اين بلورها رسوب كرده و به هم آمده و تشكيل منطقه هم محور مركزي را مي دهند.
بجز مكانيزم حفره اي كه تاثير ضعيفي بر روي تشكيل بلورهاي هم محور دارد ساير مكانيزمها مي توانند بوجود آمده و هر يك از طريق مكانيزم خاص خود در تشكيل بلورهاي هم محور نقش داشته باشند.
در كل توسط اين چهار مكانيزم ريز دانگي حاصل مي شود و افزايش دبي گاز بيشتر از يك ليتر در دقيقه فقط در افزايش منطقه ريز شده نقش داشته و در ريز كردن بيشتر دانه ها نقشي ندارد.[8]

1-3-3 - ريز كردن دانه ها با استفاده از پوششهاي فرار:
پوششهاي فرار بر روي دیواره داخلی قالب میتواند باعث ريز شدن ديناميكي دانه هاي شمش آلومينيومي شود. در اينجا عملكرد پوششهاي فرار را بر روي ريز دانگي و استحكام نهايي وبررسي هاي ميكروسكوپي از قبيل ريز مك (micro porosity) بررسي ميگردد.
اين روش بر اساس به كار گيري يك پوشش فرار مناسب بر روي سطوح قالب استوار است پوشش مذكور از مخلوط هگزا كلرور اتان (C2Cl6)و پودر آلومينا با نسبت مشخصي از آب تهيه مي گردد.
هنگامی که مذاب وارد قالب می گردد بلا فاصله جوششی از حبابهای گازی در حين انجماد مذاب به وجود می آيد که مربوط به هگزاکلرور اتان فرار و بخار مرطوب در پوشش است.
اين جريانات اغتشاشی باعث فعال شدن جوانه زنی شده ودر نتيجه ريز شدن ديناميکی دانه ها را در پی خواهد داشت . اين روش را می توان برای ريخته گری فلزات و آلياژهای غيرآهنی به خوبی مورد استفاده قرار داد . اگر چه موادی که بتوانند به عنوان ناقل مناسبی برای هگزاکلرور اتان در پوشش دادن قالب به کار روند متعددند ولی تجربه نشان داده است که بهترين مخلوط به عنوان ناقل هگزاکلرور اتان پودر آلومينا همراه با آب است. جهت فعال کردن مخلوط حداقل 10% هگزاکلرور اتان مورد نياز است. اگر چه برای اطمينان از ايجاد شدن کامل حبابهای گازی مقدار 50% هگزا کلرور اتان توصيه می شود تجربه نشان میدهد که هيچ تمايزی نمی توان بين گازهای متصاعد شده از پوشش فوق و گازهايی که از مواد ديگر بدست می آيد قايل شد . اثر پوشش مورد بحث دراين فرآيند در فوق گدازهای پايين زيادتر بوده و به تدريج با افزايش ديواره قالب فوق گداز ثابت می ماند هنگامی که فوق گداز افزايش می يابد با وجود آن که در ابتدای ديواره قالب مقدار ناچيزی از نواحی ستونی وجود دارد اما به تدريج اثر ريز کنندگی دانه ها از بين خواهد رفت . دامنه فوق گداز جهت موثر بودن اين روش از مقادير خيلی کم تا 80 درجه سانتیگراد مشاهده شده است. [9]

2- روش آزمايش عملي بررسي اثر لرزانش مذاب بر روي ريزدانگي :
جهت ريختن نمونه هاي آزمايشي از شمش Al-5%Si استفاده شده است.ذوب شمش در بوته گرافيتي و در كوره زميني صورت گرفت. پس از اينكه شمش در بوته ذوب گرديد با قرار دادن ترموكوپل در آن دماي ذوب كنترل شده و طي تمام آزمايشات دماي 750oC بوده است.
قالبهاي تهيه شده از جنس ماسه CO2 بوده كه جهت طولاني بودن زمان انجماد از آنها بهره گرفته شده است. طي اين آزمايش 6 نمونه ریخته گری شد كه سه تاي آنها در حالت Static (عادي) و سه تاي ديگر در خالت لرزش ريخته گري شدند. برای ایجاد لرزش قالب بر روی دستگاه ویبره قرار داده می شد. دستگاه ویبره مورد استفاده در این آزمایش دارای فرکانس Hz15 و ارتفاع موج 5 میلیمتر بود.
پس از عمليات ريخته گري نمونه ها را از وسط بريده وپس از پوليشكاري نمونه ها آنها رادر محلول اچ با تركيب شيميايي زير اچ كرده و نمونه ها را ماكرو اچ نموديم :
H2O 25ml , HNO3 45ml
HCL 25ml , HF 25 ml

نحوه تعیین درصد تخلخل به این صورت بوده است که ابتدا قسمتی از نمونه تعیین شده و سپس نسبت سطح تخلخل را به سطح کل قسمت مذکور محاسبه نمودیم و تعیین اندازه دانه ها به این شکل بوده است که نمونه هایی که ویبره نشده بودند راتوسط خط کش و نمونه هایی را که عمل ویبره روی آنها انجام شده بود در زیر میکروسکوپ وبا بزرگنمایی 50× اندازه آنها را بدست آوردیم.

3-نتایج آزمایش:
نمونه های متالوگرافی شده در شکل (2) و (3) مشاهده میگردد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
شکل (2) ساختار ماکروسکپی نمونه شماره 3 ( ریخته گری Static )

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
شکل (3) ساختار ماکروسکپی نمونه شماره 1 ( ریخته گریVibrated )

چنانچه مشاهده میکنید اسنفاده از لرزش اثر شدیدی در کاهش اندازه دانه داشته است. نتايج حاصل از اندازه گیری های ساختار نمونه های ریخته شده در جدول(2) خلاصه شده است.

جدول (2) اندازه دانه و درصد تخلخل در نمونه های مورد آزمایش
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]



3-1-نتیجه گیری از آزمایش:

پژوهش حاضر نشان مي دهد كه لرزانش مذاب در حين انجماد اثرات قابل ملاحظه اي بر ساختار ماكروسكوپي آلياژهاي Al - Si دارد در اين آلياژها لرزانش مذاب سبب تشكيل دانه هاي محوري ريز به جاي دانه هاي درشت و ستوني در ساختار ماكروسكوپي مي گردد. (جدول 2) از طرف دیگر مشاهده می گردد که با ریز شدن دانه بندی، میزان تخلخل بشدت افزایش یافته و از چند درصد به بیش از 10 درصد افزایش یافته است. این امر باعث میگردد که بهبود خواص مکانیکی که از ریز بودن دانه بندی انتظار میرود بدلیل وجود تخلخل زیادتر حاصل نگردد.
این بدین معنا است که ریز کردن دانه ها به وسیله لرزانش باعث افزایش تخلخل نیز می گردد و در نتیجه در مجموع باعث میگردد خواص مکانیکی افزایش نیابد و در نهایت قطعات تولیدی دارای کیفیت کمی باشند. این موضوع (ایجاد تخلخل) محدودیتی است که گسترش استفاده از لرزانش را در تولید قطعات تا ده ها سال پس از دست یابی بشر به این دانش فنی در دهه 1930 میلادی به تاخیر انداخت. در دهه 1960 میلادی تکنولوژی استفاده از (Hot Isostatic Press) HIP به منظور مسدود کردن تخلخل ها پس از ریخته گری باعث گسترش استفاده از لرزانش در تولید قطعات ریخته گری گردید.[10]
HIP روشی است که در آن قطعات در دماهای بالا تحت فشار همه جانبه بالایی قرار میگیرد و طی آن تخلخل های درونی قطعه از بین می رود.
اندازه متوسط دانه ها بشدت به دامنه ارتعاشات بستگي دارد و با افزايش دامنه ارتعاشات اندازه دانه ها كاهش مي يابد. از طرف ديگر لرزانش مذاب سبب ريزتر و كروي تر شدن فاز سيليسيم مي گردد اين عمليات در صورت كم بودن دامنه ارتعاشات سبب كاهش مقدار تخلخل مي گردد ولي در نمونه ريخته شده به دليل زياد بودن دامنه ارتعاشات افزايش ميزان تخلخل مشهود مي باشد.

منابع :

1-دکتر سعید شبستری،مهندس سعید کاظمی،مهندس حامد علی اکبرزاده،مهندس توحید نیک آمیز، ″بررسی تاثیر سرعت سرد شدن وجوانه زایی بر اندازه دانه و DAS آلیازآلومینیومAS5U3G ″،مجله جامعه ریخته گران ایرن-سال بیست ودوم شماره شصت وهفتم،صفحه26
2- فخر الدين اشرفي زاده، ″ آلومينيوم ريختگي با كيفيت بالا″، مجله جامعه ريخته گران –صفحه 34
3- دكتر حميد رضا هاشمي و دكتر پرويز دوامي و دكتر حسين عاشوري، ″ بررسي ساختاري آلياژي از گروه Al-Zn-Mg-Cu تحت فرايند ريخته گري كوبشي″ ، مجله جامعه ريخته گران ايران – سال بيستم شماره شصت ودوم،صفحه37
4- حميد مهدوي، ″ جوانه زني و مكانيسم ريز شدن دانه هاي الومينيوم و آلياژهاي آن″، مجله آلومينيوم پائيز 76،صفحه31
5– F.A.Fasoyinu, D.COUSINEAU, P.Newcombe, T.CASTLES and M.Sahoo,"Grain Refinment of Alloy 356with Scandium,Zirconium,and a combination of Titanium and Born",2001,American Foundry Socity
6- دكتر جلال حجازي و دكتر يوسف خرازي، ″ استفاده از پودر فلزات به عنوان جوانه زا در آلياژهاي 7075 آلومينيوم″ مجله جامعه ريخته گران ايران –سال پانزدهم شماره 1 ،صفحه1
7- دكتر سيد مهدي مير اسماعيلي، ″ بررسي اثرات لرزانش مذاب در خلال انجماد بر خواص آلياژهاي ريختگي″،ویزه نامه جامعه ريخته گران ايران –بهار هشتاد وچهارشماره 29،صفحه11
8- اردشير طهماسبي ، ″ريز كردن دانه ها از طريق هم زدن مذاب با استفاده از حبابهاي گاز در خلال انجماد″، مجله ریخته گری، سال ششم–بهار 64–شماره 4 - صفحه182
9- مهندس مهدي اعتزاري، ″ ريز كردن دانه ها با استفاده از پوششهاي فرار در ريخته گري آلومينيوم″،مجله جامعه ريخته گران ايران–صفحه80
10- “Superalloys, supercomposites and superceramics”, J.K.Tien and T. Casulfield, Academic Press, Inc., London, 1989

«تست ذرات مغناطیسی، مایعات نافذ ، التراسونیك»
و توضیحاتی در رابطه با ضخامت سنجها

در این مطلب شما توضیحات مختصری در رابطه با انواع مختلف تستهای ذرات مغناطیسی و همچنین توضیحات مختصری درباره مایعات نافذ و تست التراسونیك كه جزء تستهای غیر مخرب محسوب می شوند را می خوانید ، در پایان نیز توضیحات مختصری را در مورد انواع مختلف ضخامت سنجها آورده شده است.

تست ذرات مغناطیسی (MT):
از این روش می توان برای یافتن عیوب سطحی و یا نزدیک به سطح در قطعات فرومغناطیسی استفاده نمود. در این تکنیک تمام یا بخشی از قطعه مغناطیس شده و فلوی مغناطیسی از داخل قطعه عبور داده می شود. هر گاه عیبی در سطح یا نزدیکی سطح قطعه وجود داشته باشد باعث نشت فلوی مغناطیسی در قطعه می گردد و نتیجتا باعث به وجود آمدن دو قطب S,N می گردد. که با پاشیدن ذرات ریز فرومغناطیسی مانند اکسید آهن آغشته به مواد فلروسنت بر روی سطح قطعه می توان ترک را زیر نور ماوراء بنفش مشاهده نمود.

مغناطیس کردن به وسیله کابل (MAGNETIZATION by cable):
گاهی اوقات ابعاد قطعات به اندازه ای بزرگ است که امکان استفاده از کویل امکان پذیر نیست. وقتی این مسئله اتفاق می افتد یک سیم مسی عایق شده ( روپوش دار) را میتوان برای ایجاد میدان مغناطیسی در ماده استفاده کرد. در این روش سیم (کابل) را به دور قطعه می چرخانیم ( شبیه کویل ) تا یک میدان طولی در قطعه ایجاد شود.

استفاده از روش پراد (Use of prode method):
پراد وسیله ای است که با استفاده از عبور جریان از میله های مسی موجب ایجاد یک میدان مغناطیسی موضعی می شود . ( (Local magnetize
بطور کلی با روش پراد بیشترین قدرت آشکارسازی برای عیوب موازی خط جوش وجود دارد.

روش یوک (Yoke):
یوک قطعه ای است فلزی و U شکل با یک سیم پیچ پیچیده شده دور آن که جریان را از خود عبور می دهد. هنگامی که کویل حامل جریان شود در امتداد قطعه یوک ، یک میدان مغناطیسی طولی در قطعه تست ایجاد می شود. در میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یوک میدان مغناطیسی خارجی می تواند ذرات آهن را به شدت جذب کند و جهت بررسی عیوب سطحی به کار می رود. اگر ذرات آهن در میدان میان دو قطب یوک اعمال شود. علائم عیوب سطحی را به آسانی می توان مشاهده نمود.
جریان متناوب یکی از مناسبترین جریانهای الکتریکی است که موارد مصرف روزمره دارد به همین دلیل از آن استفاده زیادی به منظور منبعی برای تست ذرات مغناطیسی می باشد.

ذرات (Particles ):
ذرات مورد استفاده در تست MT از موادی که به دقت از لحاظ مغناطیس شوندگی ، شکل و قابلیت نفوذپذیری انتخاب شده اند می باشند. این ذرات، مغناطیس باقی مانده را در خود نگه نمی دارند. این ذرات از براده های تراش کاری هم کوچکترند و در حقیقت این ذرات شبیه پودر می باشند . ذرات بر مبنای روشهای استفاده آنها به دو گروه خشک و تر طبقه بندی می شوند.
ذرات مغناطیسی توسط نشت میدان مغناطیسی جذب می شوند و تجمع ذرات در محل عیب و نشت میدان می توان موجب آشکار شدن علائم عیب شود .
در روش فلروسنت از لامپ UV ( ماوراء بنفش ) که دارای نور مرئی می باشند و به آن نور سیاه نیزگفته می شود استفاده می گردد. پس عملیات تست به وسیله روش فلروسنت در نور مرئی انجام پذیر نیست.
ذرات مغناطیسی باید دارای قابلیت نفوذپذیری زیاد باشند تا اطمینان از این که جذب این ذرات توسط میدانهای ضعیف هم صورت می گیرد حاصل شود و همچنین باید این ذرات قابلیت نگهداری کم داشته باشند تا مغناطیس باقیمانده در آن کم باشد و این مواد باید بلافاصله بعد از قطع میدان برطرف شوند البته اگر جذب نشتی میدان نشوند.

تست ذرات مغناطیسی شامل هفت مرحله اصلی می باشد که این مراحل به ترتیب شامل :
1- آماده سازی سطح قطعه
2- برقرار کردن یک میدان دایروی در قطعه
3- بازرسی برای علائم عیوب طولی
4- برقرار کردن یک میدان طولی در قطعه
5- بازرسی برای علائم حاصل از عیوب عرضی
6- مغناطیس زدایی
7- تمیز کردن کامل سطح قطعه از مواد تست

کاربرد : در صنایع لوله سازی ، خودرو ، فورجینگ ، هوافضا ، کشتی سازی ، بازرسی فنی و غیره و ...

تست مایع نافذ(PT ):
تست مایع نافذ ، یکی از روشهای آزمایش غیر مخرب است که موجب آشکارسازی عیوب سطحی می شود و لذا تست مایع نافذ روشی است که در جهت پیدا کردن ناپیوستگی های سطحی به کار برده می شود. عموما همه مواد ( به جز مواد با سطح متخلخل ) را می توان به وسیله این روش و به طور معمول تست نمود.
بطور خلاصه ، روش انجام این تست به صورت ذیل است :
ابتدا مایع نافذ بر روی سطح قطعه اعمال می شود. سپس بعد از گذشت مدت زمان معینی ، مایع نافذ اعمال شده از سطح پاک می شود و ماده ظاهر کننده بر روی سطح اعمال می شود. بعد از مدت زمان معین ، مایع نافذ نفوذ کرده در ناپیوستگی های سطحی بیرون کشیده شده و علائم کاملا مشخص را در روی سطح آشکار می کند.
با استفاده از این روش می توان عیوبی از قبیل ترکها ، حفرات گازی و درزهای به سطح رسیده را آشکار نمود.

حال به طور خلاصه مراحل تست مایع نافذ را بررسی می کنیم :
1- آماده سازی سطح
سطح تست را باید کاملا تمیز نمود و هر گونه عوامل مزاحم و زائد از قبیل آلودگیها ، چربیها، گریس و روغن ، جرقه جوش ، پوسته اکسیدی و ... را باید از سطح پاک کرد که این کار را می توان با کهنه آغشته به مواد پاک کننده و یا در صورت نیاز به وسیله برس سیمی یا سنگ جت و یا سندبلاس انجام داد.
2- اعمال مایع نافذ
بعد از مرحله تمیزکاری سطحی ، باید مایع نافذ را برروی سطح اعمال نمود که این عمل را با توجه به امکانات و یا شرایط قطعه می توان بوسیله اسپری کردن ، غوطه وری قطعه در مخزن نافذ و یا به وسیله فرچه رنگ انجام داد.
3 – پاک کردن نافذ اضافی
بعد از گذشتن زمان معین ( معمولا بین 5 تا 30 دقیقه ) که بستگی به شرایط سطحی و حساسیت قطعه دارد ، باید سطح را از مایع نافذ اضافی پاک کرد که این عمل را عموما با پارچه آغشته به محلول پاک کننده که توسط شرکت سازنده نافذ توصیه می شود و یا آغشته به آب ( برای نافذ پاک شونده با آب ) باید به دقت انجام داد ولی باید توجه کرد که از اعمال محلول پاک کننده به طورمستقیم بر روی سطح تست خودداری شود چون احتمال خروج مایع نافذ از درزها و ناپیوستگی های سطحی وجود دارد. و در این صورت آشکارسازی عیب مختل می شود. رنگ یک ماده نافذ عموما قرمز است.
4 - اعمال ماده ظاهر کننده بر روی سطح
این ماده عموما از ذرات شبیه گچ به طور خشک و یا محلول در این ماده نفتی تشکیل شده و طبق خاصیت اسمز ( موئینگی ) موجود بیرون کشیدن مایعات نافذ از درزها و ناپیوستگیها می شود. ( رنگ این ماده عموما سفید است ) و لذا علائم حاصل از عیوب ( رنگ قرمز ) در این زمینه سفید ( ماده ظاهر کننده ) آشکار می شود و با وضوح خوبی قابل روئیت می شود.
5 – بازرسی
باید توجه داشت که عملیات بازرسی را بعد از گذشت زمان معین ( معمولا 15 تا 30 دقیقه ) انجام داد تا از خروج مایع نافذ از درزها توسط ظاهرکننده اطمینان حاصل شود.
کاربرد : در صنایع لوله سازی ، خودرو، کشتی سازی وبازرسی فنی و .....

تست التراسونیک ( UT ):
در این روش امواج مافوق صوت با فرکانسهای بالا به درون قطعه فرستاده می شوند. این امواج در مواد ( قطعات ) با دانه بندی ریز می توانند مسافت زیادی را طی کنند. فرکانس مورد استفاده بین 0.1 تا 25 مگا هرتز می باشد. سرعت صوت در جامدات معمولا بین 1000 تا 6000 متر بر ثانیه می باشد. به این ترتیب طول موج صوت مورد استفاده می تواند بین 0.1 تا 10 میلی متر باشد. تکنیک کار معمولا بدین صورت است که با قرار دادن پراب بر روی قطعه کا ر امواج صوتی به درون آن فرستاده می شود که در صورت وجود عیب در داخل قطعه ( به علت تغییر امپدانس ) موجب انعکاس بخشی کل امواج می گردد. پالس فرستاده شده انعکاسات بر روی صفحه CRT نمایش داده می شود و با کالیبره نمودن صفحه CRTبر حسب یک پالس مرجع که معمولا انعکاس از دیوار پشت قطعه و یا سطح منعکس کننده می باشد می توان فاصله عیب از سطح قطعه را مشخص نمود. در این روش که به روش A اسکن موسوم است اطلاعات دریافتی به صورت پالس می باشد که از روی محل پالس روی صفحه نمایشگر و ارتفاع و شکل آن پالس می توان به موقعیت ، اندازه و ماهیت عیب پی برد البته با تکنیکهای دیگر که به B,C اسکن موسوم است می توان اطلاعات دو بعدی و تصویر از سطح مقطع را به دست آورد که اغلب در تستهای دقیق و پیچیده مورد استفاده قرار می گیرد .
کاربرد : در صنایع لوله سازی ، هوافضا ، کشتی سازی و غیره .........

ضخامت سنجها:
جریان گردابی (EDDY CURRENT):
تکنیک جریان گردابی برای اندازه گیری غیرمخرب ضخامت پوششهای غیرهادی بر روی پایه های فلزات غیرآهنی استفاده می شود . یک کویل جریان متناوبی با فرکانس بالا را هدایت می کند که جهت ایجاد یک رشته (Field) مغناطیسی متناوب بر روی سطح پراب استفاده می شود .
زمانی که پراب به سطح هادی نزدیک می شود رشته های مغناطیسی متناوب ، جریان گردابی را در سطح ایجاد می کنند. خصوصیات فلز پایه و فاصله پراب از پایه ( ضخامت پوشش ) بر روی میزان جریان گردابی ایجاد شده تاثیر گذار می باشد. جریان گردابی ایجاد شده یک رشته جریان الکترومغناطیس معکوس خودش را ایجاد می کند که می تواند توسط همان کویل اولیه یا یک کویل ثانویه حس شود. این دستگاه قادر به ذخیره نتایج اندازه گیری شده یا انجام دقیق آنالیز اطلاعات و خروجی جهت اتصال به پرینتر و کامپیوتر میباشد.
این قسمت به عواملی همچون صافی سطح، انحنا، ضخامت پایه و نوع فلز پایه و فاصله تا لبه قطعه حساس می باشد.

التراسونیک (ULTRASONIC) :
ضخامت سنج التراسونیک جهت اندازه گیری ضخامت پوشش بر روی پایه های غیر فلزی بدون تخریب پوشش استفاده می شود. پراب دستگاه شامل یک ایجاد کننده امواج التراسونیک (Transducer) میباشد که یک پالسی را در سرتاسر پوشش می فرستد. پالس فرستاده شده از پایه به طرف Transducer منعکس می شود و به یک سیگنال الکتریکی با فرکانس بالا تبدیل می شود. موج پژواک داده شده جهت تعیین ضخامت پوشش اندازه گیری و آنالیز میشود.

در این روش میزان ضخامت پوشش از رابطه زیر به دست می آید :
d= vt/2
d : فاصله سطح تا قسمت جدایش ( ضخامت پوشش )
V : سرعت امواج صوت در ماده
T : زمانی که این مسافت طی شده است .
میکرومتر (MICROMETER):
در بعضی اوقات از میکرومتر جهت چک کردن ضخامت پوشش استفاده می شود. مزیت این روش این است که امکان اندازه گیری هر نوع پوششی را بر روی هر پایه ای فراهم می کند. اما محدودیت این این روش این است که برای اندازه گیری لازم است به سطح پایه بدون پوشش دسترسی داشت. به همین دلیل جهت اندازه گیری پوششهایی با ضخامت کم مناسب نمی باشند. در این روش دو بار باید اندازه گیری انجام شود ، یک بار با پوشش ودیگر بار بدون پوشش . اختلاف بین این دو ، ضخامت پوشش را به ما می دهد.
تستهای مخرب (DESTRUCTIVE TESTS )
یکی از تکنیکهای روش مخرب ، برش قسمت پوشش و اندازه گیری ضخامت پوشش با مشاهده قسمت برش به صورت میکروسکوپی می باشد. تکنیک دیگر استفاده از میکروسکوپ درجه بندی شده می باشد. در این روش از یک ابزار برشی مخصوص جهت ایجاد حفره کوچک و دقیق v شکل در سرتاسر پوشش و داخل پایه استفاده می شود. در حالی که فهم این روش آسان به نظر می رسد ، امکان اندازه گیری غلط وجود دارد. این روش نیاز دارد تا مهارت کافی پیدا کرده و بتوانیم نتایج را تفسیر کنیم. تنظیم کردن لبه بیرونی و مرز فصل مشترک ممکن است خطاهایی را ایجاد.

گراویمتریک (GRAVIMETRIC):
در این روش با اندازه گیری جرم پوشش و منطقه پوشش می توان ضخامت پوشش را اندازه گیری کرد. ساده ترین راه این است که قسمت مورد نظر را قبل و بعد از ایجاد پوشش وزن کنیم . زمانی که میزان جرم و منطقه تست تعیین شد ، ضخامت از رابطه زیر به دست می آید:
T = 10m/Ad
T = ضخامت بر حسب میکرومتر
M = جرم توده بر حسب میلی گرم
A = منطقه تست بر حسب سانتی متر مربع
d = چگالی بر حسب گرم بر سنتیمتر مکعب

بهبود سطوح شیشه ای در مقیاس نانوبا استفاده از لیزر ضربه ای با طول موج nm 1064

ما روشی را برای ساخت نمونه های در مقیاس نانو بر روی شیشه بوروسیلیکات با استفاده از لیزر نئودیمیم : ایتریوم – آلومینیم (NM1064-NS10) و با استفاده از یک نانو سیستمهای کروی ارائه می نمائیم . اعتقاد بر این است که جذب غیر خطی منطقه نوری ایجاد شده بین ذرات کروی نمونه و شیشه.دلیل اولیه برای ایجاد اشکال نانونی بر بستر شیشه است با تاباندن پرتوی اشعه لیزر از پشت نمونه شیشه . اثرات انعکاس به حداقل رسیده و برای طرح دادن و نقش دار کردن سطح . فقط از تقویت منطقه به طور مستقیم . به دلیل وجود ذرات کروی استفاده می شود . برای اثبات این امر . محاسباتی براساس تئوری پراکنش Mie صورت گرفت و اهمیت نتایج به دست آمده عنوان تابعی از زوایا و جهات پراکنش ارائه گردید. بنابراین اشکال در مقیاس نانو به دست آمده با این روش دارای قطرnm350 هستند و فاصله بین آنها حدودnm640 است که همانند اندازه ذرات کروی به کار رفته می باشد . پتانسیل بالای شیشه های بوروسیلیکاتی باعث شده که کاربرد وسیعی در زمینه بسته بندی و میکروتکنولوژیها مشابه طرحهای بیوشیمی و میکرونورها داشته باشد . علاوه بر پایداری شیمیائی . نوری و مکانیکی آنها . همچنین شیشه های بوروسیلیکاتی در فرایندهای همانندسازی (تکثیر) مقاومت و ثبات گره مکانیکی لازم را دارا می باشند این امر منجر به انجام تحقیقات بسیاری در مورد ویژگیهای پروسه مواردی الکتریک شده است

به طور کلی به دلیل ماهیت خنثی وبی اثرآنها بسیار مشکل است آنها را به وسیله متداولترین تکنیکهای ماشینی ایجاد نمودو ساخت . میکرو ماشینهای لیزری یک روش موثر برای تولید و ساخت ماشینی مواد شیشه است . با این وجود جذب خطی برای شیشه ها بسیار کم و پایین است و آستانه جذب آنها نزدیک nm2310 می باشد . بنابر این در پروسه مواد شیشه ای از لیزرهای بسیارقوی uv وco2 بایستی مورد استفاده قرار گیرد . مکانیسم آسیب و صدمه توسط پالسهای در حد نانو ثانیه به گرمای الکترونهای رسانس بوسیله پرتوی تابشی و انتقال این انرژی به شبکه مربوطه می شود. این صدمه از طریق انتقال حرارت ذخیره شده ناشی از ذوب شدن و به جوش آمدن ماده دی الکتریک رخ میدهد. جذب بسیار کم سطح مقطع مواد بین باندهای بزرگ به لیزری باشدت بالا احتیاج دارد تاجذب انرژی مناسبی رادر مواد برای جابجائی مواد ماکروسکوپی بوجود آورد . شدت حساسیت زیاد . به ایجاد ناحیه ای منجر می شود که شدیدا تحت تاثیرگرمابوده وتنش حرارتی ایجاد شده ممکن است حتی منجر به ترک خوردن شود. نهایتا اینکه انتخاب این تکنیک برای تکنولوژی میکروسیستم ها مناسب نمی باشد. یک روش قابل قبول برای غلبه بر این محدودیت به کار بردن پالسهای لیزر فوق تند برای پروسه می باشد. به دلیل کوتاه بودن مدت زمان پالس . زمان گرما دادن از زمان آرامش و استراحت الکترون فوتون کمتر میباشد. بدین وسیله پرتوی فضایی افزایش یافته و محدوده تحت تاثیر گرما به چند میکرو متر کاهش می یابدعلاوه بر این پی بردیم که پرتو افکنی لیزری مادون قرمز femto secohd منجربه افزایشی در ضریب شکست در نقطه کانونی داخل شیشه ها می شود . تکنیکهای دیگری نظیر iaser induced plasma –assisted ablation , laser induced backside etching به تازگی برای ایجاد شیشه های شفاف مورد استفاده قرار می گیرد اما با استفاده از این روش به دلیل مکانیسم سایش و محدوده شکست و تجزیه کانون اشعه لیزر برای تولید و ساخت ترکیبها در مقیاس نانو روی بسته شیشه بسیار مشکل می باشد .

به منظور غلبه بر محدوده شکست نزدیک منطقه سایش و برش توسط اشعه لیزر می تواند برای ساخت واقعی مورد استفاده قرار گیرد . یک روش شامل بکار بردن و روشن نمودن نوک یک میکروسکوپ تونلی یا یک میکروسکوپ اتمی دارای لیزر پالسی می باشد . ساختارهای کمتر از 2 /λ را می توان به آسانی در بخش زیرین قسمت راس ایجاد نمود . روش دیگر رسوب تک لایه ای از ذرات کروی در مقیاس نانو روی سطح بسته و با استفاده از تقویت و افزایش شدت . جهت ایجاد سوراخهای در مقیاس نانو در بسته می باشد . اعتقاد بر این است که هنگامیکه اشعه لیزر از میان نانو ذرات کروی عبور کرد و به بسته می رسد باعث افزایش منطقه نوری به طور عمده به دلیل تاثیر منطقه نزدیک و پراکنش توسط ذرات کروی می شود . در این مقاله اشعه لیزر Nd : ایتیریم . آلومینیوم . گارنت . (YAG) برای به عمل آوردن شیشه بوروسیلیکات به کاربرده می شود ازطریق فرستادن اشعه لیزر از پشت نمونه شیشه ما انتظار داریم که اثر پراکنش بر تغییرات سطح به حداقل برسد . از تقویت و رشد منطقه توسط نانو ذرات کروی سیلیس (Sio2) بر سطح به منظور تولید نانو نمونه ها بر سطح بسته استفاده می شود. نمودار وضعیت آزمایشی در شکل یک نشان داده شده است.

نمونه ای که به عنوان مدل بکار برده شده . شیشه بوروسیلیکات با ضخامت μm500 می باشد . یک سوسپانسیون کلوئیدی فقط از ذرات کروی سیلیسی با قطر nm 640 که توسط آب دی یونیزه رقیق شده روی نمونه شیشه بکار رفته ومنجر به خشک شدن می گردد. این ذرات کروی بوسیله فرایند خود جوش منظم شده

یک لایه شش وجهی بسته ای را تشکیل دهند. این امر از طریق مشاهده نمونه زیر میکروسکوپ دقیق الکترون (sem ) قابل تصدیق است . همان طور که در شکل 2 نشان داده شده است .

از آنجا ئیکه شیشه بوروسیلیکات تا طول موج nm1064 شفاف است . اشعه لیزر تابشی می تواند از بسته شیشه عبور کرده . وسطح تحتانی ذرات کروی را روشن نماید چون اندازه ذرات کروی کوچکتر از طول موج لیزر است شدت نور تابشی افزایش یافته و اطراف ذرات کروی یک هلال نورایجاد می گردد. ناحیه ناپایـــــدار به ناحیه بسیار کوچـــــــکی از اطراف ذرات کروی محدود شده و در جهت محورسست و ناپایـدار می شود. بعد از یک تک پالس j/cm2 3 ذرات کروی از بسته شیشه جداشده و نانو ساختارها بر سطح ایجاد می شوند همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است .

میکروگرافهای sem آرایش متناوبی از حفره هائی به قطر nm 350 را روی سطح نشان می دهد. ساختمان ایجاد شده بطور شش وجهی مرتب شده اند و فاصله بین مراکز اشکال حدود nm 640 می باشد که برابر با قطر ذرات کروی بکاررفته است . این پدیده تشکیل اشکال در قسمت زیرین جایگاه ذرات کروی را تصدیق می نماید . این موضوع نشان می دهد که افزایش منطقه نور در نزدیک زمینه پراکنش می تواند باعث شود شدت واکنش چندین برابر واکنش اولیه بزرگ شود چون ضریب جذب خطی شیشه در طول موج آزمایش بسیار پایین است . مامعتقدیم شکل گیری مدل . به دلیل جذب غیرخطی مواد شیشه می باشد که با نور تقویت شده است . اگر چه مکانیزمهای فیزیکی برای اشعه های مادون قرمز با حساسیت نسبت به نور هنوز تحت برسی و تحقیق است . مامعتقدیم فرایند توسط فرایند جذب چند فوتون آغاز شده و بنابراین وایستگی غیر خطی شدیدی را به شدت اشعه تابیده شده نشان میدهد این وابستگی به شدت . ویژگیهای نوری مواد را که انتشار نور تابشی را تحت تاثیر قرار می دهند. تغیرمی دهد. بخش انعکاس غیرخطی باعث بوجود آمدن لنز خودکار میشود که می تواند منجر به تخریب نوری گردد. بخش جذبی غیرخطی می توانند درشدت بالا شفافیت و انتقال را کاهش داد. باعث آسیب نوری در مواد می شود که دارای تابش کمتری نسبت به تجزیه دی الکتریک انتقال حرارت می باشند . همچنین وجود یک سطح. تقارن معکوس عامل نرمال را تا خط شکسته و فعل و انفعال و واکنش غیر خطی راممکن می سازد. تقویت منطقه ارزی ازچندین منبع ناشی میگردد. پراکندگی و اثرات نزدیک منطقه جزء مشاهداتی هستند که بخش قبلی هنگامی که اشعه لیزربرسطح فوقانی ذرات کروی تابیده میشود به اثبات رسیده است محاســــــبات انجام شده بر روی افزایش منطقه پیرامون ذرات کروی بیان می نمودکه اثرات متمرکز کردن و اثرات نزدیک یک منطقه هردو به یک میزان در اندازه و شکل اشکال تشکیل شده زیر ذرات کروی نقش دارند. اما زمانیکه نمونه ازپشت . پرتوافکنی شود. اثرات پراکنش به حداقل می رسد ما افزایش شدت را به دلیل پراکنش با استفاده از ذرات کروی دی ا لکتریک . براساس تئوریmie برای طول موج لیزر ذرات کروی سیلیسی nm 1064 و nm640 با ضریب شکست 39/1 محاسبه نمودیم. افزایش شدت به عنوان تابع زاویه پراکنش درشکل 4 نشان داده شده است.

محاسبات نشان میدهد که برای زوایای بین 90 و270 درجه بواسطه پراکنش. افزایش شدت قابل توجهی وجود ندارد. این بدان معنا است که در حدفاصل بین ذره کروی وبسته شیشه ای تقویت و افزایش منطقه بدلیل پراکنش نمی باشد. تقویت و افزایش منطقه نوری همچنین می تواند ناشی از اثرات تداخل سطح پشتی باشد به

دلیل تداخل امواج ورودی و امواج منعکس شده . شدت منطقه الکتریکی در پشت قطعه ای با جذب ضعیف ودارای n>1 بیشتر است بطوریکه آستانه شکست نوری از قسمت پشتی پاین تر است . برای شیشه سیلیکا و

شیشه های بوروسیلیکات در nm 193 قبلا با سایش سطح پشتیکه توسط این شیشه هابه خوبی قابل جذب است بیان شده است . علیرغم وجود تقویت در بخش پشتی . در آزمایشات انجام شده با لیزر nm 1064در غیاب ذ رات کروی در حالت مشابه هیچگونه آسیبی در اثر لیزر در این بخش (بخش پشتی ) مشاهده نگردید. در حالیکه در حضور ذرات کروی حتی برای شدت تابشی بسیار پایین اشکال واضحی . بسته به اندازه ذرات کروی در ابعاد نانو در بخش پشتی تشکیل می گردد. بطور خلاصه یک تکنیک ساده برای توسعه نمونه های نانو روی بسته شیشه ای بروسیلیکاتی استفاده از اشعه nm 1064 نانو ثانیه لیزر yag : nd در این مقاله ارائه گردیده است . به دلیل وجود منطقه نوری تقویت یافته در اطراف ذرات کروی به نظر میرسد جذب غیرخطی پدیده قابل قبولی جهت تشکیل اشکال نانو باشد. منطقه نوری تقویت یافته حاصل تاثیر منطقه مـجاور است . از آنجائیکه اشعه لیزر از قسمت پشت نمونه تابیده می شود. اثر پراکنش کانون القائی در این امر حذف می گردد.

شکست (fracture)

چکيده:
بررسي مکانيزمهاي ايجاد ترک و مکانيزمهاي متفاوت رشد سريع يا در حد بحراني ترک و رشد آرام و پايينتر از رشد بحراني از اهميت ويژه صنعتي برخوردارند. بررسي فعل و انفعالات فيزيکي که به هنگام شکست روي ميدهد چندان ساده نيست، زيرا چگونگي ايجاد ترک و رشد آن و بالاخره نوع شکست در مواد کريستالي به جنس، ساختار شبکه کريستالي، ريزساختار و از آنجا که قطعات معمولا به طور کامل سالم و بدون عيب نيستند به نوع، اندازه و موقعيت عيب، نوع و حالت تنش وارد بر آنها بستگي خواهد داشت. معمولا شکست در فلزات به شکست نرم و شکست ترد تقسيم مي شود.
در صنعت هدف، کنترل و به تعويق انداختن شکست است.

شکست نرم:

بسياري از فلزات و آلياژهاي آنها، به ويژه آنهايي که داراي شبکه fcc هستند، مانند آلومينيوم و آلياژهاي آن، در تمام درجه حرارتها، شکست نرم خواهند داشت. شکست نرم به آرامي و پس از تغيير شکل پلاستيکي زياد به ازاي تنشي بالاتر از استحکام کششي ظاهر ميشود. از مشخصات شکست نرم، تحت تاثير تنش کششي، ظاهر گشتن گلويي يا نازکي موضعي و ايجاد حفره هاي بسيار ريز در درون قسمت گلويي و اتصال آنها به يکديگر تا رسيدن به حد يک ترک ريز و رشد آرام ترک تا حد پارگي يا شکست نهايي است.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
مراحل مختلف شكست نرم در يك فلز انعطاف پذير

در اين نوع شکست علت ايجاد حفرهاي ريز در محدوده گلويي ميتواند تغيير شکل غير يکنواخت ناشي از ناخالصيهاي موجود در ماده اصلي زمينه باشد. لذا با ايجاد حفره هاي بسيار ريز در محدوده گلويي حالت تنش سه محوري برقرار ميشود که منجر به ايجاد ترک ميشود .
در طراحي و ساخت اجزاي ماشين آلات و در ساختمان سازي، تنشهاي وارد بر سازه هاي فلزي در محدوده الاستيکي انتخاب ميشود. بنابراين در کاربرد صنعتي، شکست در حالت تنش استاتيکي در مواد انعطاف پذير ( داکتيل ) يک پيشامد نامطلوب است.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
ترك داخلي در نا حيه نازك شده در نمونه كششي مس با خلوص بالا

شکست ترد:

شکست ترد معمولا در فلزاتي با ساختار کريستالي مکعب مرکزدار(bcc ) و هگزاگونال متراکم (hcp) و آلياژهاي آنها در درجه حرارتهاي پايين ( معمولا پايينتر از دماي معمولي محيط ) و سرعتهاي تغيير شکل بالا بطور ناگهاني ظاهر ميشود. شکست ترد در امتداد صفحه کريستالي معيني، به نام صفحه کليواژ، انجام ميگيرد. در شکست ترد عموما تغيير شکل پلاستيکي قابل توجهي در منطقه شکست مشاهده نميشود.
نظريه شکست ابتدا علت شکست را اين چنين بيان کرد که تمام پيوندهاي اتمي در امتداد صفحه شکست هم زمان با هم گسيخته ميشوند. بدين ترتيب که با ازدياد تنش فاصله اتمها از يکديگر دور ميشوند ودر نهايت به محض اينکه تنش به حد تنش شکست ( تنش بحراني ) رسيد، در نتيجه گسستن تمامي پيوندهاي اتمي در صفحه عمود بر امتداد کشش، شکست پديدار ميشود.
در جدول زير تنشهاي بحراني عمود بر صفحات کريستالي معين در چند تک کريستال براي شکست داده شده است.

شكست ترد وتعدادي از تك كريستالها
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
عملا تنش لازم براي شکست مواد لازم فلزي به اندازه قابل توجهي کمتراز تنش شکست محا سبه شده ا ز طريق تئوري است . بنابراين فعل وانفعال شکست نميتواند از طريق گسستن همزمان تمامي پيوند هاي اتمي درامتداد سطح شکست صورت گيرد. بد ين ترتيب فعل و انفعالات شکست عملا بيشتر از طريق ايجاد يک ترک بسيار ريز به عنوان منشا ترک و رشد و پيشروي آن انجام ميگيرد . براي پيشروي ترک د ر يک ماده لازم است مقدار تنش متمرکز در نوک ترک از استحکام کششي در آن موضع فراتر رود . د ر مواردي که شرايط براي پيشروي منشا ترک مساعد نيست ترک مي تواند متوقف گشته وشکست پديدار نشود.

تئوري گريفيت:

او چنين بيان مي کند که در ماده اي که حاوي تعدادي ترک بسيار ريز باطول معيني است ، همين که مقدار تنش متمرکز درنوک ترک ، حداقل به مقدار تنش لازم براي گسستن پيوندهاي اتمي د رآن موضع ( استحکام کششي ) رسيد، شکست ظاهر ميشود . باپيشرفت ترک ، سطح ترک افزايش مي يابد . اين مطلب بدين معني است که براي ايجاد اين سطح بايد انرژي به کار برده شود . اين مقدار انرژي از انرژي تغيير شکل کسب مي شود.

بنابراين فرضيه گريفيت علت پديدار گشتن شکست ترد را وجود ترکها و خراشهاي سطحي بسيار ريز ( با اندازه بحراني) و پائين بودن استحکام را د رآن مواضع مي داند . اماموادب هم وجود دارد که بد ون داشتن ترکهاي سطحي بسيار ريز شکست ترد د ر آنها پديدار مي شود . بنابراين د ر اين گونه مواد هم بايد فعل وانفعالاتي صورت گيرد که موجب به وجود آمدن تمرکز تنش وفراتر رفتن موضعي مقدارتنش از استحکام کششي ود رنتيجه ايجاد منشا ترک شود. زنر و اشترو مکانيزم اين فعل و انفعال راچنين بيان داشتند که در حين تغيير شکل پلا ستيکي نابجاييها در پشت موانع ( مانند مرزدانه ها ومرز مشترک د و قلوييها ) تجمع يافته وبدين ترتيب در زير نيم صفحه هاي مربوط به اين نابجاييها ترکهاي بسيار ريزي ايجاد مي شود .

اين ترکهاي بسيار ريزهمچنين مي تواند محلهاي مناسبي براي نفوذ عناصري مانند اکسيژن ، ازت وکربن درآنها وايجاد فازهاي ثانوي ترد ودر نتيجه شکست ترد باشند. چنين رفتار ترد د ر شکست ترد مس باوجود عناصري مانند آنتيموان وآهن همراه بااکسيژن مشاهده شده است .



اکنون اين سئوال مطرح مي شود که به ازاي چه مقداري از تنش s جوانه ترک مصنوعي د ر داخل جسم گسترش مي يابد تاحدي که منجر به شکست نمونه شود . در اطراف اين ترک تنش به صورت پيچيده اي توزيع مي شود. حداکثر تنش کششي ايجاد شده د ر راس ترک بزرگتر از خارجيs است و تنش بحراني ( sc ) ناميده ميشود.تا زماني که sc کوچکتراز استحکام کششي است نمونه نمي شکند .
با وارد آمدن تنش به نمونه د ر محدوده الاستيکي ابتدا انرژي پتانسيل در نمونه ذ خيره مي شود . موقعي که ترک شروع به رشد مي کند بين مقدارکاهش انرژي پتانسيل ذخيره شده د رنمونه وانرژي سطحي ناشي از رشد ترک تعادل برقرار است . تازماني رشد ترک ادامه پيدا مي کند که از انرژي الاستيکي کاسته و به انرژي سطحي افزوده شود، يعني تالحظه اي که شکست ظاهر گرد د .
ابتدا گريفيث با توجه به روابط مربوط به انرژي پتانسيل ذ خيره شده و انرژي سطحي ترک در ماده الاستيکي ،مانند شيشه و تغيير و تبد يل آنها به يک د يگررابطه زير را ارائه کرد:



s=√2Egs ∕ pa


اين رابطه براي حالت تنش د و بعدي برقرار است . gs د ر اين رابطه انرژي سطحي ويژه و E مد ول الاستيکي ماده است .
براي حالت تغيير شکل د و بعدي ( حالت تنش سه بعدي باصرفنظر از تغيير شکل د ربعد سوم ) رابطه زير را ارائه کرد:

s = √ 2Egs ∕ pa(1_ n² )

لازم به تذکر است که رابطه گريفيث براي يک ماده الاستيکي شامل ترک بسيار ريز باراس ترک تيز ارائه شد و اين رابطه ترک باشعاع راس ترک 0≠r را شامل نمي شو د . بنابراين رابطه گريفيث شرط لازم براي تخريب است ، اما شرط کافي نيست .
در رابطه گريفيث انرژي تغيير شکل پلاستيکي در نظر گرفته نشده است . ازاين ر و اروان انرژي تغيير شکل پلاستيکي ، که براي فلزات و پليمرها در فرآيند شکست قابل توجه است رادر نظر گرفت و رابطه زير راارائه کرد:

s = √ 2E(gs+gp) ∕ pa

سپس اروين رابطه گريفيث را براي موادي که قابليت تغيير شکل پلاستيکي دارند ، به کار برد و باتوجه به ميزان رها شدن انرژي تغيير شکل الاستيکي در واحد طول ترک د رحين رشد ( G) رابطه زير را براي حالت تنش د و بعدي ارائه داد :


s = √ EG ∕ pa

بامقايسه با رابطه قبل (gs+gp) 2 = s است . بد ين ترتيب د ر لحظه ناپايداري ، وقتي ميزان رها شد ن انزژي تغيير شکل الاستيکي به يک مقدار بحراني رسيد ، شکست پديدار مي شود. در اين صورت در لحظه شکست :

براي حالت تنش دو بعدي Gc= pasc² ∕ E
براي حالت کرنش دو بعديGc= pa(1- n² ) sc² ∕ E = Kc² ∕ E

Gcمقياسي براي تافنس شکست يک ماده بوده و مقدار آن براي هر ماده اي ثابت و معين است . بامعلوم بودن اين کميت مي توان مشخص کرد که مقدارa به چه اندازه اي بايد برسد تاجسم بشکند . بدين ترتيب اين رابطه در مکانيزم شکست اهميت دارد. هرچقدر Gcکوچکتر باشد ، تافنس کمتر يا به عبارتي ماده تردتراست .
رابطه زير را براي حالت تنش دو بعدي مي توان به صورت زير نوشت :


Gc = √ EGc ∕ pa


و براي شرايط تغيير شکل نسبي د و بعدي رابطه زير ارائه شده است :


s = √ EGc ∕ pa(1_n²)


تعيين تنش شکست بحراني sc کار چندان ساده اي نيست . اما مي توان گفت که به ازاي تنشهاي جسم باوجود ترک هنوز نمي شکند . از اين رو تنش درحد پاينتر از مقدار بحراني با ضريب شدت تنش K توصيف و رابطه زير براي آن ارائه شد ه است :

K= fs√ pa

در اين رابطه f ضريب هند سه نمونه معيوب ، s تنش اعمالي وa اندازه عيب است ، در شکل تئوري گريفيث اگر عرض نمونه نامحدود فرض شود ، دراين صورت 1 = f است . با انجام آزمايش روي نمونه اي با اندازه معيني از عيب مي توان مقدار k ، که به ازاي آن ترک شروع به رشد کرده و موجب شکست ميشود ، را تعيين کرد . اين ضريب شدت تنش بحراني به عنوان تافنس شکست ناميده ميشود و به Kc نشان داده ميشود .اماازطرفي ، همچنين به ازاي تنش ثابتي درحد کوچکتر از استحکام کششي باافزايش کند ترک ، طول ترک (a) ميتواند به مقدار بحراني برسد و به ازاي آن نمونه تخريب شود.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
تافنس شكست (Kc) از فولادي با تنش تسليم MN.m2 2070 با افزايش ضخامت تا تافنس شكست در حالت تغيير شكل صفحه اي (دو بعدي) كاهش مي يابد.

کميتهاي Kcو Gc بستگي به ضخامت نمونه دارد. همين که ضخامت نمونه افزايش يافت ، تافنس شکست Kcتا مقدار ثابتي کاهش مي يابد ، اين مقدار ثابت Kc تافنس شکست تغيير شکل نسبي دو بعدي KIc ناميده مي شود . Kc کميتي مستقل از اندازه نمونه است و در محاسبه استحکام که مستلزم اطمينان بالاست ، به کار ميرود .
بنابراين در طراحي در محاسبات بايد روابط زير توجه شود :

s< Kc ∕ √ pa

و در حالت تغيير شکل دو بعدي ( حالت تنش سه بعدي باناچيز بودن تغيير شکل در بعد سوم):

s< K1c ∕ √ pa

کميتهاي K1c و G1c نه فقط براي گسترش ترک ترد ونرم تعريف شد ه است ، بلکه همچنين براي شکست تحت شرايط تنش خوردگي ، خستگي و خزش نيز به کار ميرود. در جداول زير تافنس شکست تعدادي از مواد ارائه شده است .

تافنس شكست تعدادي از مواد طراحي
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

تافنس شكست در حالت تغيير طول نسبي دومحوري (KIc) تعدادي از مواد
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
اگر حد اکثر اندازه عيب موجود در قطعه a و مقدار تنش وارد برآن s باشد ، ميتوان ماده اي را باتافنس شکست Kc يا K1c به اندازه کافي بالا ، که بتواند از رشد ترک جلوگيري کند، انتخاب کرد. همچنين اگر حداکثر اندازه مجاز عيب موجود درقطعه و تافنس شکست ماده ، يعني Kc يا K1c، معلوم باشد در آن صورت ميتوان حداکثر تنش قابل تحمل براي قطعه رامشخص کرد. از اين رو ميتوان اندازه تقريبي قطعه را تيين کرد، آن چنان که از پايينتر آمدن حداکثر تنش ايجاد شده از حد مجاز، اطمينان حاصل شود.
همچنين اگر ماده معيني انتخاب و اندازه قطعه و تنش وارد برآن مشخص شده باشد ، حد اکثر اندازه مجاز عيب قابل تحمل را ميتوان به طور تقريب بدست آورد.
توانايي هرماده در مقابل رشد ترک به عوامل زير بستگي دارد:
1- عيوب بزرگ ، تنش مجاز را کاهش ميدهد. فنون خاص توليد، مانند جداسازي و کاهش ناخالصيهااز فلز مذاب و فشردن ذرات پودر در حالت داغ در توليد اجزاي سراميکي همگي ميتواند موجب کاهش اندازه عيب شود و تافنس شکست را بهبود ببخشد.
2- در فلزات انعطاف پذير ، ماده مجاور راس ترک ميتواند تغيير فرم يابد . به طوري که سبب باز شدن راحت راس ترک و کاسته شدن از حساسيت آن شده و ضزيب شدت تنش را کاهش داده و از رشد ترک جلوگيري ميکند معمولا افزايش استحکام فلز انعطاف پذيري را کاهش ميدهد و سبب کاهش تافنس شکست ميشود ، مانند سراميکهاوتعداد زيادي از پليمرها ، تافنس شکست بسيار پايينتر از فلزات دارند.
3- مواد ضخيمتر وصلبتر داراي تافنس شکست کمتر از مواد نازک هستند.
4- افزايش سرعت وارد کردن بار، مانند سرعت وارد شدن بار د ر آزمايش ضربه ، نوعاتافنس شکست جسم را کاهش ميدهد.
5- افزايش درجه حرارت معمولا تافنس شکست راافزايش ميدهد، همان گونه که د ر آزمايش ضربه اين چنين است .
6- با کوچک شدن اندازه دانه ها معمولا تافنس شکست بهبود مييابد ، د ر حالي که با وجود عيوب نقطه اي و نابجاييهاي بيشتر تافنس شکست کاهش مييابد. بنابراين مواد سراميکي دانه ريز ميتواند مقاومت به رشد ترک را بهبود بخشند.

نويسنده:عليرضا سنجري
منبع:felezat.com