بررسی آلیاژهای حافظه دار صنعتی

عنوان تحقیق: بررسی آلیاژهای حافظه دار صنعتی

فرمت فایل: word

تعداد صفحات: 113

شرح مختصر:

با گذشت زمان، علم و فناوری، تأثیر زیادی از مواد پیشرفته و جدید خواهد پذیرفت که در این میان، آلیاژهای حافظه‌دار جایگاه ویژه‌ای به خود اختصاص داده‌اند. این دسته از مواد، با قابلیت‌های بی‌نطیری که تاکنون از خود بروز داده‌اند، فصلی جدید را در فناوری پیشرفته و روز دنیا گشوده‌اند.

اولین مشاهدات ثبت‌شده در مورد پدیده‌ی حافظه‌داری به سال 1932 میلادی، در مورد آلیاژ Au-Cu بر‌می گردد. در سال 1938 پیدایش و پس از آن، از بین رفتن یک فاز معین در اثر کاهش و افزایش دما در آلیاژ Cu-Zn گزارش شد. در نهایت، پایه و اساس رفتار حافظه‌داری و ترمو الاستیک (الاستیک حرارتی)، بین سال‌های 1949 تا 1951 تشریح و تفسیر گردید. از آن زمان به بعد، این آلیاژها، به مرور کاربرد‌های فراوانی یافتند؛ تا این‌که امروزه، رد پای این آلیاژها را در صنایع هوافضا، صنایع پزشکی، خودروسازی، روباتیک و...، به‌وضوح می‌توان مشاهده نمود.

علوم و تکنولوژی در قرن آینده به طور قطع تاثیر زیادی از مواد جدید خواهد گرفت . آلیاژ های حافظه دار یکی از این مواد نو هستند.این آلیاژها جزء گروهی از آلیاژهای فلزی هستند که این توانایی را دارند که اگر آنها را تا بالای دمای ویژه ای گرم کنیم ؛ قادر به بازیابی شکل اولیه خود خواهند بود.

درواقع آلیاژهای حافظه‌دار [1] موادی هستند که خصوصیات حافظه‌پذیری دارند. چنانچه یک آلیاژ حافظه‌دار مقداری تغییر شکل دهد و سپس تا دمایی بالاتر از دمای تغییر شکلش گرم شود، می‌تواند به شکل اولیه خود باز گردد.دمای تغییر فرم، دمای تبدیل فاز آستنیت به مارتنزیت و بالعکس است. این دو فاز، دارای خواص کاملا متفاوتی هستند.‏

 فهرست

 چکیده‌ج

فصل اول: معرفی سوپرآلیاژها

مقدمه. 2

معرفی و به کارگیری سوپرآلیاژها4

1-2- بعضی از ویژگیها و خواص سوپر آلیاژها5

1-3- کاربردها6

1-4- شکل سوپر آلیاژها7

1-5- دمای کاری سوپرآلیاژها8

فصل دوم:انتخاب و تقسیم بندی سوپرآلیاژها9

 فصل دوم:انتخاب و تقسیم بندی سوپرآلیاژها

2-1- مقایسه سوپر آلیاژهای ریخته و کار شده10

2-1-1- سوپر آلیاژهای کار شده10

2-1-2- سوپر آلیاژهای ریخته. 11

2-2- خواص سوپر آلیاژها12

2-2-1- خواص مکانیکی. 12

2-2-2- خواص فیزیکی و چگالی. 14

2-3- انتخاب سوپر آلیاژها14

2-4-1- سوپرآلیاژهای کارپذیر16

2-4-2- سوپرآلیاژهای متالورژی پودر17

2-4-3- سوپرآلیاژهای پلی‌کریستال ریختگی. 18

4-2-4- سوپرآلیاژهای تککریستالی انجماد جهتدار18

2-5-1- سوپرآلیاژهای پایه نیکل. 23

2-5-2- سوپرآلیاژهای پایه آهن. 23

2-5-3- سوپرآلیاژهای پایه کبالت.. 24

 فصل سوم:متالورژی سوپر آلیاژها (عناصر آلیاژی و اثرات آن بر ریزساختارها)

مقدمه. 26

عناصر اصلی در سوپر آلیاژها26

عناصر جزئی مفید در سوپر آلیاژها27

عناصر تشکیل دهنده فازهای ترد27

عناصر ناخواسته و مضر در سوپر آلیاژها28

عناصر ایجاد کننده مقاومت خوردگی و اکسیداسیون. 28

3-7- خلاصه عناصر آلیاژی. 28

3-8- ریز ساختارها29

3-8-1-مقدمه. 29

3-8-2- خلاصه فازها در سوپر آلیاژهای پایه نیکل و پایه آهن ـ نیکل. 29

3-9- نمونه ریز ساختارها30

3-10- تاثیر فرایند بر بهود ریز ساختار31

 فصل چهارم:فرآیندهای تولید سوپرآلیاژها

4-1- ریخته گری دقیق. 34

4-1-1-ریخته گری دقیق چیست؟34

4-1-2-کاربرد در سوپر آلیاژها34

4-2- محصولات ریخته گری دقیق. 35

4-2-1-قطعات چند بلوری. 35

4-3- شکل دهی سوپر آلیاژها39

3-4-1- مقدمه. 39

3-4-2- نقش عناصر آلیاژی بر قابلیت شکل پذیری. 41

3-4-3- تاثیر شرایط آلیاژ بر شکل پذیری. 42

4-4- متالورژی پودر43

4-4-1-مقدمه. 43

4-4-2-تاریخچه. 44

4-4-3-سوپر آلیاژهای متالورژی پودر امروزی. 46

4-4-4-سوپر آلیاژهای پایه کبالت متالورژی پودر48

4-5-عملیات حرارتی. 49

4-5-1-چرا عملیات حرارتی انجام می گیرد؟49

4-5-2-عملیات حرارتی چیست؟49

4-5-3-عملیات حرارتی مشترک سوپر آلیاژها50

4-5-4- تعدادی از عملیات حرارتی ناآشکار50

4-6- فن آوری و روش اتصال. 52

4-6-1- مقدمه. 52

4-6-2- اتصال سوپرآلیاژها54

4-6-3- اتصال انواع آلیاژها54

4-7- ماشین کاری. 56

4-7-1- مقدمه. 56

4-7-2-روش های ماشین کاری. 57

4-7-3- مروری بر ماشین کاری سوپر آلیاژها57

4-7-4مواد ابزار برشی. 58

4-7-5-عمر ابزار60

4-7-6-سنگ زنی. 60

4-7-7-مقایسه ساخت.. 61

4-7-8-عملیات ماشین کاری ویژه63

 فصل پنجم:ارتباط بین ساختار و خواص

5-1-مقدمه. 69

5-1-1-ریز ساختار69

5-1-2-خواص مکانیکی. 69

5-1-3-لکه. 70

5-1-4-اکسید و پوسته. 70

5-2-جلوگیری ، کاهش و اندازه گیری آلودگی های فلزی. 71

5-3-اثرات عناصر مضر (سنگین) بر خواص... 71

5-4-دسترسی به اطلاعات خواص... 76

5-5-خواص سوپرآلیاژهای کارشده77

 فصل ششم:خوردگی و حفاظت سوپر آلیاژها

6-1-مقدمه. 80

6-2خلاصه فرایند اکسیداسیون. 81

6-3-حفاظت در مقابل اکسیداسیون و خوردگی داغ. 83

6-4-پوشش هایی برای حفاظت سوپر آلیاژها83

6-4-1-پیشینه. 83

6-4-2-انواع پوشش ها84

 فصل هفتم:نگاهی به گذشته و آینده

7-1-قرن بیستم. 88

7-1-1-توسعه تا سال 1960 میلادی. 88

7-1-2-نمودار پیشرفت استحکام / دما سوپر آلیاژها89

7-1-3-چهار دهه آخر91

7-1-4-نمودارهای دیگر سوپر آلیاژها92

7-1-5-نتیجه پیشرفت ها95

7-2-قرن بیست و یکم. 96

7-2-1-مواد جایگزین. 96

7-2-2-شبیه سازی مدل. 96

7-2-3-دورنمای آینده نزدیک.. 98

7-2-4-بعضی از آلیاژهای بهبود یافته حال حاضر99

7-2-5-دورنمای بلند مدت.. 100

منابع:103

فهرست جداول

جدول 4-1 ـ ترکیب شیمیایی تعدادی از سوپر آلیاژهای متالورژی پودر47

جدول 4-2 ـ کاربرد سوپر آلیاژهای متالورپی پودر سیستم های موتوری. 47

جدول 4-3 ـ کاربردهای هوا فضایی سوپر آلیاژهای متالورژی. 47

جدول 4-4 ـ موتورها و سیستم های استفاده کننده از سوپر آلیاژهای متالورژی پودر در شرایط پرس گرم و ایزواستاتیک 48

جدول 4-5 ـ عملیات حرارتی تابکاری انحلالی و سیکل های پیر سخت کردن آلیاژهای کار شده مقاوم در برابر حرارت 51

جدول 4-6 ـ عملیات حرارتی تابکاری انحلالی و سیکل های پیر سخت کردن آلیاژهای پایه نیکل رسوب سخت شده52

جدول 4-7 ـ تعدادی از فولادهای تندبر به کار رفته در ماشین کاری سوپر آلیاژها59

جدول 4-8 ـ تعدادی از کاربیدهای تف جوشی شده به کار رفته در ماشین کاری سوپر آلیاژها59

جدول 4-9- زمان ساخت لازم برای تولید قطعه ای از سوپر آلیاژهای پایه نیکل Hastelloy X, Rene 41 و سوپر آلیاژ پایه نیکل Hastelloy X, Rene 41 و سوپر آلیاژ پایه کبالت HS-25 زمان به ازائ قطعه و زمان کلی تولید .62

جدول 4-10 ـ رده بندی ساخت سوپر آلیاژهایی که زمان ساخت آنها در جدول نشان داده شده است.63

جدول 5-1 ـ نتایج تنش ـ گسیختگی سوپر آلیاژ پایه نیکل ریخته MAR-M-002 نیتروپن دار یا سیلیسیم دار74

 فهرست اشکال

شکل 1-1 ـ استحکام گسیختگی سوپر آلیاژها4

شکل 2-2 ـ مقایسه استحکام گسیختگی سوپر آلیاژهای معمولی با یک آلیاژ ODS. 13

شکل 2-3- قطعه نمونه تهیه شده از آلیاژ کارپذیر16

شکل 2-4- قطعه نمونه ساخته شده از سوپرآلیاژ پلی کریستال. 18

شکل 2-5- قطعه نمونه تهیه شده از سوپرآلیاژ پایه آهن. 24

شکل 3-3 ـ درشت ساختار سه نوع تیغه توربین PC (چپ) CGDS (وسط) SCDS (راست)32

شکل 3-4 ـ درشت ساختار تا ریزساختار یک تک بلور سوپر آلیاژ پایه نیکل. 33

شکل 4-1 ـ کوره قدیمی ریخته گری تولید قطعات DS. 36

شکل 4-2 ـ پره های هدایت و اجزاء آن از آلیاژ پایه کبالت ریخته چند بلوری. 37

شکل 4-3- پره های هوا و قطعات دیگر توربین گاز ریخته گری دقیق شده37

شکل 4-4- تیغه توربین توخالی ریخته چند بلوری با طرح خنک کنندگی ساده به همراه سطح مقطع تعدادی قطعات خنک کننده دیگر.38

شکل 4-5- مقطعی از تیغه با شکل پیچیده از جنس آلیاژ پایه نیکل چند بلوری. 38

شکل 4-6 ـ یک قطعه ریخته بزرگ.. 39

شکل 4-7 ـ موتور توربین گاز ریخته گری شده (a) افشانک های یکپارچه چند بلوری (b) گدنده های یکپارچه 39

شکل 4-8 ـ اثر کار سرد بر سختی تعدادی از سوپر آلیاژها و فولادها41

شکل 4-9 ـ مراحل فرآیند تولید دیسک کمپرسور توربین به روش متالورژی پودر و کاهش وزن اولیه در این روش در مقایسه با روش تولید سنتی. 44

شکل 4-10 ـ قطعات استفاده شده برای مقایسه قابلیت ماشین کاری داده شده در جدول های 4-7 و 4-8 62

شکل 5-1- اثرات Te, Se, Pb بر خواص تنش ـ گسیختگی سوپر آلیاژ پایه نیکل کاری شده Nimonic 105 در دمای C 815 و (a) 350 Mpa عمر گسیختگی (b) درصد کاهش سطح (RA)72

شکل 5-4 ـ اثر مقدار Bi و ریز ساختار بر عمر گسیختگی سوپر آلیاژ پایه نیکل ریخته MAR-M-002 در شرایط (a)CGDS(b), PC در جهت عمود بر مرز دانه ها و (c)cgds در جهت موازی با مرزدانه ها.74

شکل 5-3- اثر سرب بر رفتار خزش و پیدایش ترک در آلیاژ کار شده Nimonic 105 در دمای 815 C و تنش 232 Mpa .74

شکل 5-6 ـ اثر مقدار سرب بر خواص خزش ـ گسیختگی سوپر آلیاژ پایه نیکل IN-718. 76

شکل 5-7 ـ استحکام گسیختگی 1000 ساعت سوپر آلیاژهای پایه نیکل کار شده نسبت به دما.78

شکل 5-8 ـ استحکام گسیختگی 1000 ساعت سوپر آلیاژهای پایه کبالت و پایه آهن ـ نیکل نسبت به دما78

شکل 7-1 ـ توانایی دما ، استحکام سوپر آلیاژهای منتخب به صورت تابعی از سال پیدایش (1945 تا 1970) a کمپرسور و دیسک توربین b محفظه احتراق c پره توربین d تیغه های توربین.90

شکل 7-2 ـ توانایی دما ـ استحکام سوپر آلیاژهای پایه نیکل منتخب به صورت تابعی از سال پیدایش (تقریباً 1950 تا 1990)91

شکل 7-3 ـ پیشرفت استحکام تسلیم سوپر آلیاژ دیسک توربین از سال 1940 تا 1990. 93

شکل 7-4 ـ افزایش دما ت استحکام سوپر آلیاژ های پایه نیکل از سال 1942 تا 1982 میلادی دماهای نشان داده شده دماهای لازم برای گسیختگی در 1000 ساعت و تنش Mpa 150 هستند .94

شکل 7-5- افزایش توانایی دما-استحکام سوپرآلیاژهای پره های توربین بزرگ به صورت تابعی از سال پیدایش(تقریبا از سال 1950 تا 1990) نتایج پیشرفت انواع pc ، CGDS ، SCDS آلیاژ IN-738 را نشان می دهد.94

شکل 7-3- افزایش توانایی دما-استحکام سوپرآلیاژها به صورت تابعی از سال پیدایش – تقریبا 1942 تا 1990. 101

شکل 7-4. 102

دانلود تحقیق آماده قالب word با عنوان سوپرآلیاژها ۱۰۰ ص

مقدمه طراحان نیاز فراوانی به مواد مستحکم‌تر و مقاوم‌تر در برابر خوردگی دارند. فولادهای زنگ نزن توسعه داده شده و به کار رفته در دهه‌های دوم و سوم قرن بیستم میلادی، نقطه شروعی برای برآورده شدن خواسته‌های مهندسی در دماهای بالا بودند. بعداً معلوم شد که این مواد تحت این شرایط دارای استحکام محدودی هستند. جامعه متالوژی با توجه به نیازهای روز افزون بوجود آمده، با ساخت جایگزین فولاد زنگ نزن که سوپر آلیاژ نامیده شد به این تقاضا پاسخ داد. البته قبل از سوپر آلیاژها مواد اصلاح شده پایه آهن به وجود آمدند، که بعدها نام سوپر آلیاژ به خود گرفتند. با شروع و ادامه جنگ جهانی دوم توربین‌های گازی تبدیل به یک محرک قوی برای اختراع و کاربرد آلیاژها شدند. در سال 1920 افزودن آلومینیوم و تیتانیوم به آلیاژهای از نوع نیکروم به عنوان اختراع به ثبت رسید، ولی صنعت سوپر آلیاژها با پذیرش آلیاژ کبالت (ویتالیوم) برای برآورده کردن نیاز به استحکام در دمای بالا در موتورهای هواپیما پدیدار شدند. بعضی آلیاژهای نیکل- کروم (اینکونل و نیمونیک) مانند سیم نسوز کم و بیش وجود داشتند و کار دستیابی به فلز قوی‌تر در دمای بالاتر برای رفع عطش سیری ناپذیر طراحان ادامه یافت و هنوز هم ادامه دارد. 1-1- معرفی و به کار گیری سوپر آلیاژها سوپر آلیاژها؛ آلیاژهای پایه نیکل، پایه آهن- نیکل و پایه کبالت هستند که عموماً در دماهای بالاتر از oC540 استفاده می‌شوند. سوپر آلیاژهای پایه آهن- نیکل مانند آلیاژ IN-718 از فن‌آوری فولادهای زنگ نزن توسعه یافته و معمولاً به صورت کار شده می‌باشند. سوپر آلیاژهای پایه نیکل و پایه کبالت بسته به نوع کاربرد و ترکیب شیمیایی می‌توانند به صورت ریخته یا کار شده باشند. در شکل 1-1 رفتار تنش- گسیختگی سه گروه آلیاژی با یکدیگر مقایسه شده‌اند (سوپر آلیاژهای پایه آهن- نیکل، پایه نیکل و پایه کبالت). در جدولهای 1-1 و 1-2 فهرستی از سوپر آلیاژها و ترکیب شیمیایی آنها آورده شده است. سوپر آلیاژهای دارای ترکیب شیمیایی مناسب را می‌توان با آهنگری و نورد به اشکال گوناگون در آورد. ترکیب‌های شیمیایی پر آلیاژتر معمولاً به صورت ریخته‌گری می‌باشند. ساختارهای سرهم بندی شده را می‌توان با جوشکاری یا لحیم‌کاری بدست آورد، اما ترکیب‌های شیمیایی که دارای مقادیر زیادی از فازهای سخت کننده هستند، به سختی جوشکاری می‌شوند. خواص سوپر آلیاژها را با تنظیم ترکیب شیمیایی و فرآیند (شامل عملیات حرارتی) می‌توان کنترل کرد و استحکام مکانیکی بسیار عالی درمحصول تمام شده بدست آورد. 1-2- مروری کوتاه بر فلزات با استحکام در دمای بالا استحکام اکثر فلزات در دماهای معمولی به صورت خواص مکانیکی کوتاه مدت مانند استحکام تسلیم یا نهایی اندازه‌گیری و گزارش می‌شود. با افزایش دما به ویژه در دماهای بالاتر از 50 درصد دمای نقطه ذوب (بر حسب دمای مطلق) استحکام باید بر حسب زمان انجام اندازه‌گیری بیان شود. اگر در دماهای بالا باری به فلز اعمال شود که به طور قابل ملاحظه‌ای کمتر از بار منجر به تسلیم در دمای اتاق باشد، دیده خواهد شد که فلز به تدریج با گذشت زمان ازدیاد طول پیدا می‌کند. این ازدیاد طول وابسته به زمان خزش نامیده می‌شود و اگر به اندازه کافی ادامه یابد به شکست (گسیختگی) قطعه منجر خواهد شد. استحکام خزش یا استحکام گسیختگی (در اصطلاح فنی استحکام گسیختگی خزش یا استحکام گسیختگی تنشی نامیده می‌شود) همانند استحکام‌های تسلیم و نهایی در دمای اتاق یکی از مولفه‌های مورد نیاز برای فهم رفتار مکانیکی ماده است. در دماهای بالا استحکام خستگی فلز نیز کاهش پیدا می‌کند. بنابراین برای ارزیابی توانایی فلز با در نظر گرفتن دمای کار و بار اعمال شده لازم است، استحکام‌های تسلیم و نهایی، استحکام خزش، استحکام گسیختگی و استحکام خستگی معلوم باشند. ممکن است به خواص مکانیکی مرتبط دیگری مانند مدول دینامیکی، نرخ رشد ترک و چقرمگی شکست نیز نیاز باشد. خواص فیزیکی ماده مانند ضریب انبساط حرارتی، جرم حجمی و غیره فهرست خواص را تکمیل می‌کنند. 1-3- اصول متالورژی سوپر آلیاژها