new5 free

بررسي تأثير عمليات ذوب در خلأ بر ريزساختار و خواص مكانيكي فولاد رسوب سخت شونده حاوي نيكل، تنگستن و تيتانيم

59.000تومان

توضیحات

فایل pdf

يان نامه براي دريافت درجه كارشناسي ارشد “M.Sc.”
مهندسي مواد – شناسايي، انتخاب و روش ساخت مواد

فهرست مطالب
چكيده ————————————————————————– 1
مقدمه ————————————————————————— 2
فصل اول- كليات
1 -1- هدف ———————————————————————- 5
1 -2- روش تحقيق —————————————————————- 5
فصل دوم- مروري بر منابع
2 -1- تاريخچه توسعه فولادهاي رسوب سخت شونده ————————————— 7
2 -2- مزايا و محدوديت هاي فولادهاي رسوب سخت شونده ———————————- 7
2 -3- كاربرد فولادهاي رسوب سخت شونده ———————————————- 7
2 -4- انواع فولادهاي رسوب سخت شونده ———————————————— 9
2-4 -1- فولادهاي رسوب سخت شونده حاوي نيكل، كبالت و موليبدن ———————– 9
2-4 -2- فولادهاي رسوب سخت شونده حاوي تنگستن ———————————- 11
2 -5- توليد و فرآوري فولاد هاي رسوب سخت شونده ————————————– 31
2-5 -1- ذوب و تصفيه ———————————————————- 31
2-5 -2- كارگرم —————————————————————- 13
2-5 -3- عمليات حرارتي ——————————————————— 31
14 2ـ6ـ متالورژي فيزيكي فولادهاي رسوب سخت شونده ————————————
15 2ـ6 ـ1ـ آستنيت در فولادهاي رسوب سخت شونده ————————————-
2 -6-1-1 – آستنيت باقيمانده ————————————————— 15
2 -6-1-2 – آستنيت برگشتي —————————————————- 15
2-6-2- مارتنزيت در فولادهاي رسوب سخت شونده ———————————— 15
2-6-3- پيرسازي در فولادهاي رسوب سخت شونده ———————————— 16
2 -7- خواص مكانيكي فولادهاي رسوب سخت شونده ————————————- 17
2 -8- اثر برخي عناصر آلياژي بر ساختار و خواص فولادهاي رسوب سخت شونده —————- 18
2 -9- تأثير عناصر ناخالصي بر خواص فولادهاي رسوب سخت شونده ————————– 91
2 -01 – آخال ها در فولادهاي رسوب سخت شونده —————————————– 91
2 -11 – فرآيند ذوب، آلياژسازي و ريخته گري فولادهاي رسوب سخت شونده تحت خلأ (VIM) —– 02
2-11-1 – اتمسفر مورد استفاده در ذوب فولادهاي رسوب سخت شونده ———————- 20
2-11-2 – گوگردزدايي ———————————————————– 21
2-11-3 – گاززدايي و تصفيه —————————————————— 22
2-11-4 – حذف عناصر جزئي مضر ————————————————- 22
2-11-5 – تأثير فرآيند ذوب القايي تحت خلأ بر خواص مكانيكي فولادهاي رسوب سخت شونده — 23
2 -21 – فرآيند ذوب مجدد قوسي تحت خلاء (VAR) ———————————— 23
2-21-1 – تشريح فرآيند ذوب مجدد قوسي تحت خلاء ——————————— 24
2-21-2 – اجزاء كوره VAR —————————————————— 24
2-21-3 – تأثير كيفيت الكترود بر محصول VAR ————————————– 25
2-21-4 – بررسي واكنش هاي فرآيند ذوب و تصفيه تحت خلأ ————————— 26
2 -21 -4-1- انحلال گازها —————————————————— 26
2 -21 -4-2- گوگردزدايي —————————————————— 27
2-21-5 – عيوب شمش هاي VAR ———————————————— 28
2 -21 -5-1- نقاط سفيد ——————————————————- 28
2 -21 -5-2- طرح حلقه درختي ————————————————- 30
2 -21 -5-3- خالدار شدن —————————————————— 30
2-21-6 – تأثير فرآيند VAR بر كاهش آخالها در فولادهاي رسوب سخت شونده ————- 31
2-21-7 – تأثير فرآيند VAR بر خواص مكانيكي و ساختار در فولادهاي رسوب سخت شونده — 31
فصل سوم – مواد و روش هاي تحقيق
3 – 1 – مواد مصرفي ————————————————————— 36
3 -2- ذوب، آلياژ سازي و ريخته گري در كوره القايي تحت خلأ (VIM) ———————- 36
3 -3- تصفيه در كوره ذوب مجدد قوسي تحت خلأ (VAR) ——————————- 38
3 -4- عمليات همگن سازي و نورد گرم ———————————————— 38
3 -5- عمليات حرارتي آنيل و پيرسازي ———————————————— 93
3 -6- آناليز شيميايي ————————————————————- 93
3 -7- اندازه گيري چگالي ———————————————————– 93
3 -8- بررسي درشت ساختار ——————————————————— 40
3 -9- بررسي ريزساختار ———————————————————— 40
3 -01 – بررسي سطوح شكست ——————————————————- 41
3 -11 – بررسي خواص مكانيكي —————————————————— 41
فصل چهارم- نتايج و بحث
4 -1- بررسي ساختار، مقدار و مشخصه هاي آخال —————————————- 45
4-1 -1- بررسي درشت ساختار —————————————————– 45
4-1 -2- بررسي ريزساختار ——————————————————- 46
4-1 -3- بررسي مشخصات كمي آخال ها ——————————————— 48
4 -2- بررسي تركيب شيميايي آخال ————————————————– 53
4 -3- تركيب شيميايي، آناليز گاز و عناصر مضر —————————————– 63
4-3 -1- تأثير روش ذوب و تصفيه بر تركيب شيميايي عناصر پايه ————————- 63
4-3 -2- تأثير روش ذوب و تصفيه بر آناليز گاز و ناخالصي هاي كربن، گوگرد و فسفر———– 65
4 -4- بررسي تأثير عمليات تصفيه و نورد گرم بر چگالي ———————————- 67
4 -5- بررسي تأثير عمليات تصفيه و نورد گرم بر خواص مكانيكي ————————– 68
فصل پنحم- نتيجه گيري
5 -1- جمع بندي و نتيجه گيري —————————————————— 77
پيشنهادها———————————————————————– 87
مراجع ————————————————————————– 79
چكيده انگليسي —————————————————————— 84
جلد انگليسي ——————————————————————– 85

چكيده
فولادهاي پرآلياژ رسوب سخت شونده حاوي نيكل، كبالت، تنگستن، تيتانيم و آلومينيم، فولادهاي فوق مستحكم با چقرمگي شكست بالا هستند. بدليل حساسيت زياد اين فولادها به حضور ناخالصي ها ،بررسي تأثير تصفيه بوسيله فرآيند ذوب مجدد در خلأ (VAR)، بر خواص مكانيكي آنها ضروري مي باشد.
لذا در اين پژوهش، تأثير عمليات ذوب در خلأ بر ريزساختار و خواص مكانيكي فولاد فوق الذكر مورد بررسي قرار گرفته و با فولاد توليد شده بوسيله كوره القايي تحت خلأ (VIM) مقايسه شده است.
فولادهاي توليد شده به روش هاي VIM و VAR، در شرايط ريختگي و همگن سازي -نورد گرم-آنيل-پيرسازي تحت آزمون هاي مختلف قرار گرفتند. در تحقيق حاضر بررسي ريزساختار و مشخصه هاي آخال ها توسط ميكروسكوپ نوري مجهز به نرم افزار آناليزگر تصويري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي مجهز به سيستم آناليز EDS انجام شد و نقشه هاي توزيع عنصري (MAP) عناصر مختلف تهيه شدند.
آناليز تركيب شيميايي عناصر و گازها توسط دستگاه هاي كوآنتومتري و آناليزگر گازها انجام گرفت. همچنين آزمايش هاي مختلف چگالي سنجي ،كشش و ضربه بر روي نمونه ها صورت پذيرفت. نتايج حاصل از بررسي ها نشان داد كه انجام فرآيند VAR موجب كاهش ميزان كربن، گوگرد، اكسيژن ،نيتروژن، و هيدروژن در فولاد شده و تلفات اندكي در ميزان تيتانيم و آلومينيم را در پي دارد. اين فرآيند باعث كاهش تعداد، اندازه و كسر حجمي آخال ها و افزايش درصد كرويت آنها م يشود. در مجموع فرآيند تصفيه توسط VAR موجب افزايش قابل ملاحظه چگالي، انرژي مقاومت به ضربه، درصد كاهش سطح مقطع و درصد افزايش طول و همچنين سبب كاهش جزئي در سختي ،استحكام تسليم و استحكام كششي نمونه ها شده است. انجام عمليات نورد گرم بعد از فرآيند ريخته گري و تصفيه در كوره هاي VIM و VAR باعث افزايش تعداد آخال ها و كاهش اندازه، كسر حجمي و ميزان كرويت آنها گرديده است. همچنين اين عمليات باعث افزايش قابل ملاحظه سختي ،استحكام تسليم و استحكام كششي و افت زياد انرژي مقاومت به ضربه ،كاهش سطح مقطع و درصد افزايش طول م يشود.

مقدمه
فولادهاي رسوب سخت شونده، گروهي از فولادهاي فوق مستحكم با چقرمگي شكست بالا هستند كه مهمترين عناصر آلياژي آنها نيكل، كبالت، موليبدن، تيتانيم، تنگستن و آلومينيم بوده و ميزان كربن و عناصر ناخالصي در آنها بسيار كم مي باشد.
عبارت رسوب سخت شونده از دو واژه مارتنزيت و پيرسازي گرفته شده است. اين واژه به دليل اينكه استحكام همراه با چقرمگي بالا در اين فولادها از طريق پيرسازي ساختار مارتنزيتي ك مكربن و تشكيل رسوبات بين فلزي در اين ساختار حاصل مي گردد، به اين نوع فولاد اطلاق مي شود .فولادهاي رسوب سخت شونده به دليل استحكام و چقرمگي شكست بسيار بالا، قابليت جوشكاري عالي، عمليات حرارتي ساده و سهولت قطعه سازي، كاربردهاي فراواني در صنايع هوا فضا، نظامي، ابزارهاي توليدي و تهيه قالبها و غيره دارند .
مهمترين ويژگي فولادهاي رسوب سخت شونده، دارا بودن چقرمگي شكست خوب در استحكام هاي بالا است. وجود عناصر ناخالصي و گازهاي مضر، تأثير بسيار زيادي بر افت چقرمگي فولادهاي رسوب سخت شونده دارند كه متداول ترين و مضرترين عناصر از اين دسته شامل كربن، گوگرد، نيتروژن و اكسيژن م يباشند .عناصر مذكور با تشكيل آخالهاي كاربيدي ،سولفيدي، نيتريدي، يا تركيبي از آنها سبب كاهش استحكام و چقرمگي فولاد مي شوند. لذا حذف ناخالصي ها و گازهاي ناخواسته در اين فولادها بسيار حائز اهميت ميباشد. بهترين روش جهت حذف اين عناصر استفاده از فرآيندهاي ذوب و تصفيه در كوره هاي خلأ VIM و VAR5 م يباشد. كوره VIM كه به عنوان يك كوره ذوب تحت خلأ م يباشد، با ايجاد خلأ در محدوده 4-01 ميلي بار، از دو طريق باعث حذف ناخالصي ها ميشود:
الف- حذف گازها از طريق خارج نمودن مستقيم گاز از محيط ذوب توسط پمپ هاي خلأ انجام م يشود .
ب- حذف گازها از طريق واكنش گازهاي باق يمانده با عناصر ناخالصي و توليد گازهاي 2SO2 ،CO و غيره و نهايتاً خروج گازهاي توليد شده توسط پمپ هاي خلأ، كه از اين طريق ميزان گازهاي باقي مانده و نيز كربن، گوگرد و ساير اكسيدها و ناخالصي ها كاهش مي يابد.

همچنين كوره VAR كه به عنوان يك كوره ذوب مجدد و تصفيه تحت خلأ محسوب مي شود علاوه بر داشتن مزاياي كوره VIM (از لحاظ ايجاد خلأ كه باعث كاهش گازها و ناخالصي ها مي شود)، ب هدليل مكانيزم ذوب قطره اي و انجماد در قالب مسي آبگرد، باعث ايجاد ساختار همگن و جهت دار نيز مي شود.
لذا مجموع اين دو فرآيند، يعني توليد شمش از طريق كوره VIM و تصفيه آن توسط كوره VAR، باعث كاهش حداكثري گازهاي فعال، اكسيدها و آخال ها و همچنين ايجاد تركيب شيميايي همگن، انجماد جهت دار و ساختار مناسب گشته، كه اين امر منجر به حصول خواص مكانيكي بالا مي گردد.

1-1- هدف
يكي از مشكلات اساسي فولادهاي رسوب سخت شونده، افت خواص مكانيكي بدليل جذب گاز و ايجاد اكسيدها و آخال ها در شرايط ذوب اتمسفري مي باشد. لذا هدف از اين تحقيق انجام عمليات ذوب و تصفيه تحت خلأ و كاهش گازها و ناخالصي ها و ايجاد ساختار مناسب و جهت دار، به منظور بهبود خواص مكانيكي فولاد مي باشد [3-1].
1-2- روش تحقيق
بدين منظور ابتدا شارژ مناسب جهت توليد شمش اوليه در كوره VIM تهيه شده و قسمتي از اين شمش جهت بررسي تركيب شيميايي، گازها و ناخالصي ها و همچنين ساختار و خواص مكانيكي در حالت ريخته شده و عمليات حرارتي شده بعد از نورد گرم، مورد استفاده قرار گرفت. سپس مابقي شمش در كوره VAR تصفيه شده و آزمون هاي قبلي تكرار گرديد. در پايان نتايج حاصله مقايسه شده و بر اساس مراجع تحليل نتايج انجام شده است.
در راستاي مطالعات و آزمايش هاي انجام يافته، اين پژوهش در پنج فصل گردآوري شده است. در فصل دوم به مروري بر منابع شامل معرفي فولادهاي رسوب سخت شونده و همچنين فرآيند ذوب و ريخته گري و تصفيه در خلأ (VIM و VAR)، پرداخته شده است. در فصل سوم روش انجام تحقيق و در فصل چهارم نتايج حاصل از آنها و همچنين تحليل نتايج گزارش شده است. در فصل پنجم جمع بندي و نتيجه گيري نهايي ارائه شده و در انتها نيز به منظور جهت يابي پژوهش هاي آتي پيشنهادهايي مطرح گرديده است.

2-1- تاريخچه توسعه فولادهاي رسوب سخت شونده
فولادهاي رسوب سخت شونده دسته بخصوصي از فولادهاي فوق مستحكم مي باشند كه تحقيق بر روي آنها در سال 1958 با ابداع رده هاي 02 و 52 درصد نيكل شروع شد[4 1-]. با پي بردن به تأثير موليبدن و كبالت در افزايش استحكام و سختي آلياژهاي فوق، در اوايل دهة 1960 فولادهاي رسوب سخت شونده 81 درصد نيكل-كبالت دار برپاية سيستم آلياژي Fe-Ni-Co-Mo حاوي تيتانيم در سه ردة تجاري 250،
300 و 350 توسعه داده شده و بازاريابي شدند [5 ،3]. سرانجام آلياژهاي ديگري مانند فولادهاي رسوب سخت شونده زنگ نزن و فولادهاي رسوب سخت شونده ويژه با استحكام بسيار زياد در رده هاي 400 و 500 بوجود آمدند. در طول دهة 1960 براي اين آلياژها دو نوع بازار، يكي در كاربردهاي نظامي و هوافضا و ديگري ساخت قالب ها و ابزارها بوجود آمد [3].
اواخر دهة 1970 و اوايل دهة 1980، با كمياب شدن كبالت و افزايش شديد قيمت آن بدنبال درگيريهاي رخ داده در كشورهاي آفريقايي كه عمدة معادن كبالت را در اختيار داشتند، توليد فولاد رسوب سخت شونده با ركود جدي مواجه گرديد. در پي تلاش براي كاهش وابستگي به كبالت و كاهش هزينة توليد، انواع فولادهاي رسوب سخت شونده 81 درصد نيكل بدون كبالت ابداع گرديده و رده هاي
200، 250 و 300 توسعه داده شدند [6،3 1-].

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “بررسي تأثير عمليات ذوب در خلأ بر ريزساختار و خواص مكانيكي فولاد رسوب سخت شونده حاوي نيكل، تنگستن و تيتانيم”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

6 + 4 =

شناسه محصول: d546 دسته: ,