High-strength low-alloy (HSLA) steel is a type of alloy steel that provides better mechanical properties or greater resistance to corrosion than carbon steel. HSLA steels vary from other steels in that they aren't made to meet a specific chemical composition, but rather to specific mechanical properties. They have a carbon content between 0.05–0.25% to retain formability and weldability. Other alloying elements include up to 2.0% manganese and small quantities of copper, nickel, niobium, nitrogen, vanadium, chromium, molybdenum, titanium, calcium, rare earth elements, or zirconium. Copper, titanium, vanadium, and niobium are added for strengthening purposes. These elements are intended to alter the microstructure of carbon steels, which is usually a ferrite-pearlite aggregate, to produce a very fine dispersion of alloy carbides in an almost pure ferrite matrix. This eliminates the toughness-reducing effect of a pearlitic volume fraction, yet maintains and increases the material's strength by refining the grain size, which in the case of ferrite increases yield strength by 50% for every halving of the mean grain diameter. Precipitation strengthening plays a minor role, too. Their yield strengths can be anywhere between 250–590 megapascals (36,000–86,000 psi). Due to their higher strength and toughness HSLA steels usually require 25 to 30% more power to form, as compared to carbon steels.

Copper, silicon, nickel, chromium, and phosphorus are added to increase corrosion resistance. Zirconium, calcium, and rare earth elements are added for sulfide-inclusion shape control which increases formability. These are needed because most HSLA steels have directionally sensitive properties. Formability and impact strength can vary significantly when tested longitudinally and transversely to the grain. Bends that are parallel to the longitudinal grain are more likely to crack around the outer edge because it experiences tensile loads. This directional characteristic is substantially reduced in HSLA steels that have been treated for sulfide shape control.

They are used in cars, trucks, cranes, bridges, roller coasters and other structures that are designed to handle large amounts of stress or need a good strength-to-weight ratio. HSLA steels are usually 20 to 30% lighter than a carbon steel with the same strength.

HSLA steels are also more resistant to rust than most carbon steels, due to their lack of pearlite – the fine layers of ferrite (almost pure iron) and cementite in pearlite.The Angel of the North at Gateshead, England is a well known example of an unpainted HSLA structure (the actual alloy used is called COR-TEN and includes a small amount of copper). HSLA steels usually have densities of around 7800 kg/m³.

Classifications

  • Weathering steels: Steels which have better corrosion resistance. A common example is COR-TEN.
  • Control-rolled steels: Hot rolled steels which have a highly deformed austenite structure that will transform to a very fine equiaxed ferrite structure upon cooling.
  • Pearlite-reduced steels: Low carbon content steels which lead to little or no pearlite, but rather a very fine grain ferrite matrix. It is strengthened by precipitation hardening.
  • Microalloyed steels: Steels which contain very small additions of niobium, vanadium, and/or titanium to obtain a refined grain size and/or precipitation hardening.

A common type of microalloyed steel is improved-formability HSLA. It has a yield strength up to 80,000 psi (550 MPa), but only costs 24% more than A36 steel (36,000 psi (250 MPa)). One of the disadvantages of this steel is that it is 30 to 40% less ductile. In the US, these steels are dictated by the ASTM standards A1008/A1008M and A1011/A1011M for sheet metal and A656/A656M for plates. These steels were developed for the automotive industry to reduce weight without losing strength. Examples of uses include door-intrusion beams, chassis members, reinforcing and mounting brackets, steering and suspension parts, bumpers, and wheels.

  • Acicular ferrite steels: These steels are characterized by a very fine high strength acicular ferrite structure, a very low carbon content, and good hardenability.
  • Dual-phase steels: These steels have a ferrite microstruture that contain small, uniformly distributed sections of martensite. This microstructure gives the steels a low yield strength, high rate of work hardening, and good formability.
+ نوشته شده توسط REZARAD در چهارشنبه 1 اردیبهشت1389 و ساعت 14:51 |
پالایش فولاد :
تحقيقات وسيعي در مورد خلوص فولاد انجام گرفته و به طور منطقي علت اين تحقيقات دامنه دار، علاقه و توجه صنايع عظيم فولاد سازي به تأثير مواد و ناخالصي بر روي كارآيي شمشها و مرغوبيت فولاد بوده است. به منظور سهولت مطالعه ، مي توان روش اكسيژن زدايي را به دو مرحله تقسيم كرد:
الف) اكسيژن زدايي در كوره .
ب) اكسيژن زدايي در پاتيل.


فولاد خالصي كه به وسيله آلومينيم اكسيژن زدايي شده باشد، داراي اكسيژني كمتر از 01/0 درصد است و اغلب ميزان آن ، در حدود 005/0 تا 008/0 درصد مي باشد (50 تا80 ppm).

اكسيژن زدايي در كوره:
اكسيدهاي خالص سيليسيم و سيليكاتهايي كه از حيث اكسيد سيليسيم غني هستند، به صورت قطعات بزرگتري به هم مي پيوندند و بعد از تشكيل قطعات درشت تر، مي توانند به سطح فولاد مذاب مي آيند و در سطح مذاب به سرعت جذب سرباره شوند.

به طور كلي اكسيژن زداها در سه گروه زير مشخص مي شوند:
1-اكسيژن زداهايي كه ميزان اكسيژن موجود در مذاب را در چند دقيقه اول ، يعني در جريان تخليه فولاد ، به نسبت كمي پايين مي آورند ، هنگامي كه فولاد قبل از ريخته گري نگهداشته مي شود عمل اكسيژن زدايي ( يا كم شدن اكسيژن ) به تدريج پيشرفت مي كند، در بين اين اكسيژن زداها و سيليسيم و اكسيژن زداهاي تجارتي سيليسيم دار ، از قبيل سيليسيم منگنز و سيليسيم كلسيم متداول هستند.

2-اكسيژن زداهايي كه بلافاصله بعد از حل شدن در فولاد با مقدار زيادي از اكسيژن محلول ، تركيب مي شوند و از مذاب جدا شده، سريعاً به صورت يك " اكسيد اوليه" در مي آيند و خود موفقيت آميز خواهد بود. آلومينيم و تيتانيوم و آلومينيم ـ كلسيم و فرو آلومينيم نيز به اين گروه تعلق دارند.

3-اكسيژن زداهائيكه عليرغم ته نشين شدن سريع بخشي از محصولات اوليه واكنش و پايين آمدن شديد موجودي اكسيژن در حال تعادل ، حاوي مقادير زيادي از محصولات اكسيژن زدايي مي باشند . اين محصولات آنچنان خصوصيات فيزيكي نا مناسبي دارند كه حتي با وجود طولاني بودن مدت نگهداشتن ، باز هم مقدار زيادي اكسيژن يا مواد زايد ديگر ، از آن باقي مي ماند. زيركنيم نمونه اي از اين گروه اكسيژن زداهاست.
اگر اندازه و قطر ذرات به دست آورده در آزمايش كمتر از ده ميكرون باشد ، از بين نمي روند. اكسيدهاي زيركنيم ، آلومينيم، تيتانيوم كه سريعاً به اندازه هاي كمتر از ده ميكرون در مي آيند به آساني به هم نمي پيوندند، چراكه نقطه ذوب آنها خيلي بالا است. در نتيجه ، مقدار ناخالصي هاي موجود در مذاب را نمي توان با نگهداشتن فولاد در پاتيل كاهش داد.

اكسيژن زدايي در پاتيل:

استفاده از آلومينيم براي اكسيژن زدايي نهايي فولاد مذاب در ريخته گري عملاً همگاني شده است. و مقدار افزوده شده آن براي فولادهاي با كربن متوسط( 1/0 درصد) و براي فولادهاي كم كربن ،(12/0 درصد) ، متفاوت خواهد بود . عمل افزودن در پاتيل انجام مي گيرد؛ با استفاده از موقعيت پايين آمدن درجه حرارت در جريان ريختن ، نتيجه اكسيژن زدايي بهتر خواهد شد. نظر به اينكه در ريخته گري فولادها ، بازيابي آلومينيم در فولاد معمولاً در حدود 35 تا 80 درصد است. لذا رعايت اين نكته ضروري است.

بررسيهاي انجام شده توسط انجمن پژوهش ريخته گري فولاد اسكراتا در مورد روشهاي افزودن آلومنيم به پاتيل در رابطه با بازيابي آلومينيم به نتايج زير رسيده است:
1-روش افزودن تأثيري در ميزان بازيابي آلومينيم نخواهد داشت، البته در مواقعي كه آلومينيم به داخل جريان مذاب انداخته مي شود، ميزان بازيابي آلومينيم بالاتر خواهد بود.
2-آلومينيم با درجه خلوص 9/99 درصد، آلومينيم با درجه خلوص 80 درصد ، آلياژ فروآلومينم با 11 درصد آلومينيم ، فرو آلومينيم با 35 تا 40 درصد آلومينم و آلياژ آلومينم زير كنيم ـ سيليسيم همراه با آلياژهاي خاكهاي نادر با 10 درصد آلومينيم همه موارد مورد بررسي قرار گرفتند ، هيچ كدام از اينها مزيت خاصي بر ديگري نداشتند.
3-هيچ امتيازي در تقسيمات افزودن آلومينم به سه مرحله : كوره ، بلافاصله قبل از ريختن و پاتيل مشاهده نشده است.
در رابطه با تميزي فولاد يك نكته آشكار مي شود كه به اكسيژن زدايي در كوره مربوط مي شود. يعني هرگاه بجاي فروسيليسيم ، از بلوك آلومينم استفاده شود، گوگردي كه هنوز در مذاب باقي مانده پايين مي آيد.

ناخالصي هاي تجمعي داخلي:
ناخالصي هاي دروني يا اكسيدزدا به وسيله رسوب تشكيل مي گردند و اندازه آنها كلاً بستگي به سرعت انجماد فولاد دارد . حتي در سرعت هاي انجماد خيلي كم ، اين ناخالصي ها با اندازه هاي نسبتاً كوچك تشكيل مي شوند . از اين ناخالصي ها ، آنهاييكه داراي اشكال بزرگتري هستند و عوامل و منابع خارجي باعث به وجود آمدن آنها مي شود، به نام ناخالصي هاي تجمعي سطحي يا سراكسيدها ، اشتباه شوند.
ناخالصي هايي كه در سرباره به وجود مي آيند تركيب شيميايي مشابه با تركيب شيميايي سرباره نهايي دارند. آنها در نتيجه عمل فولاد سازي نادرست ، به خاطر عدم كنترل درجه حرارت ، گرانروي سرباره و هم نزدن به وجود مي آيند.
با توجه به اينكه انرژي فصل مشترك آخال ـ مذاب به مراتب از نرژي فصل مشترك آخال ـ حباب بيشتر مي باشد ، لذا به هنگام صعود حبابها ، آخالهاي سولفيدي و اكسيدي نيز توسط آنها به طرف سرباره هدايت شده از مذاب خارج مي گردند . با اينكه اقدامات لازم در زمينه كنترل درجه حرارت ، تركيب شيميايي سرباره و عمليات صحيح در كار كوره براي از بين بردن ناخالصي هاي فلز در حين ريختن انجام مي گيرد، باز هم هر يك يا هر تركيبي از اين عاملها منجر به ناخالصي هاي سرباره اي مي شوند.
فرسايش آستر و جداره كوره ، به دلايل : استعمال نسوزهاي نا مناسب ، درجه حرارتهاي فوق العاده زياد و سرباره هاي تخريب كننده يا بسيار روان كه به آستر مي چسبند، مي باشد. فرسايش آستر كوره و پاتيل ، ممكن است به خاطر نامرغوب بودن نسوزها ، خنك نشدن آنها به حد كافي، به كار گيري مواديكه در صورت خنك شدن، استحكام كم پيدا مي كنند. ، تعمير كاري نادرست و يا تماس فلز فوق العاده گرم نيز مي باشد. حدي از فرسايش براي دهانكهاي پاتيل هاي ته ريز اجتناب ناپذير است.
واكنشهاي بين فولاد و نسوزها معمولاً وقتي اتفاق مي افتد كه فولاد در شرايط آرام باشد. در چنين شرايطي مواد فلزي حاوي فولاد به واكنش با اكسيدهاي نسوز گرايش پيدا خواهد كرد و اكسيدهاي مضاعف را به عنوان ناخالصي ها به وجود خواهد آورد. اين مسأله اغلب با روان شدن متقابل هر دو اكسيد صورت خواهد گرفت. براي مثال منگنز، در فولاد آرام به احيا كردن سيليس در نسوزهاي سيليسي گرايش دارد.
اكسيد منگنزي كه به اين نحو، تشكيل مي شود. عمل روانسازي شديدي را در نسوزهاي آجر چيني شده ، موجب خواهد شد و نتيجه كار تشكيل كمپلكسهاي اكسيد منگنز و و اكسيد آلومينيم و اكسيد سيليسيم خواهد بود . چنين گرايشي را مي توان با استفاده از آسترهاي مرغوب در پاتيل و همچنين با كاهش مقدار منگنز نسبت به سيليسيم موجود در فولاد مذاغب تا جايي كه شرايط اجازه مي دهد ، به حداقل رساند .
تأثيرات جدي اكسيداسيون مجدد فولا در جريان ريختن فقط ، اخيراً مورد توجه قرار گرفته است ، زيرا كه اكسيداسيون مجدد مي توان تمام مزيتهاي عمل اكسيژن زدايي عالي كوره و پاتيل را از ميان ببرد . وجود سيليكات ها در فولاد اكسيژن زدايي شده توسط آلومينيم ، نشانه اين است كه در حين خالي كردن مذاب ، آلومينيم به مقدار قابل ملاحضه اي در جريان اكسيداسيون مجدد اكسيد شده است . از چنين پيش آمدي ، نمي توان با ايجاد تغييراتي با ايجاد تغييراتي در نحوه اكسيژن زدايي جلوگيري كرد ، زيرا مسئله شيميايي نيست ، بلكه مكانيكي است ، حذف اكسيداسيون مجدد كه به عنوان عاملي براي ايجاد ناخالصي به شمار مي رود و عمده ترين اقدام براي بهبود كيفيت و تميزي و خلوص فولاد است و تا موقعي كه اين اكسيداسيون مجدد حذف نشده به امتيازهاي تصفيه در خلاء و ياد ديگر روشهاي پيشرفته اكسيژن زدايي نيز به طور كامل دست نخواهيم يافت .
فولاد نه تنها در مجاورت هواي آزاد اكسيد مي شود ، بلكه در نتيجه رطوبت و اكسيد آهن موجود در آبسترهاي منيزيتي نيز مجدداً اكسيد مي شود . مقدار اكسيژن را مي توان تا دو برابر اكسيژن فولاد در كوره و قبل از ريختن ، بالا برد كه ته نشين شدن خوشه هاي آلومينيمي در دهانك پاتيل هاي ته ريز پيش خواهد آمد ، نتيجه آزمايشها نشان داده است كه از اين كار مي توان با استفاده نكردن از منيزيت ها در آسترها و قيفها جلوگيري كرد . خوشه هاي آلومينيمي را كه بر روي دهانك تشكيل مي گردند مي توان با ريختن مذاب بداخل قالب از بين برد . بجز آلومينيم ، ديگر اكسيژن زداها از قبيل ذزير كنيم ، تيتانيوم و عناصر خاكهاي نادر و حتي سيليسيم در صورت نبودن منگنز ، مي تواند فازهاي اكسيدي را تشكيل دهند كه همه اينها در درجه حرارتهاي متداول فولاد مذاب به صورت جامد هستند و در دهانك به صورت در هم فشرده ، ته نشين مي گردند ، سولفيدهاي خاكهاي نادر تا انجا كه شناخته شده اند داراي همين خواص هستند .
در حال حاضر هيچ روش رضايت بخشي جهت فائق آمدن بر اين مشكل وجود ندارد ، تنها راه مناسب ، استفاده از دهانكهاي بزرگتر از حد معمول . همچنين روش ديگري نيز مي تواند مورد استفاده واقع شود و آن اينكه توپي خلل و فرج داري را با روش پاك كردن توسط آرگون در پاتيل قرار داده ، بطوري كه توپي قادر باشد از رفتن به پايين مواد حاصل شده در اثر اكسيداسيون مجدد ، جلوگيري نمايد و موجب گردد مواد به صورت لخته درآمده و به بالا صعود كند . نتيجه كار ، تميز تر ، با درجه خلوص بيشتر و كيفيت بهتر خواهد بود .

اكسيژن زادهاي كمكي:
در عمل تعيين دقيق ميزان آلومينيوم لازم را كه بايد به فولاد مذاب اضافه گردد تا از تشكيل ناخالصي هاي نوع دوم جلوگيري كند ، مشكل است ، ضمن اينكه در مورد قطعات ريختگي جداره ضخيم ، جهت جلوگيري از شكست بين دانه اي ، بايد از به كار بردن ميزان زياد آن خود داري نمود . افزودن آلومينيم ، همراه با ديگر اكسيژن زداهاي كمكي معمول است . كلسيم بويژه در اين رابطه بسيار مؤثر و مفيد خواهد بود . البته كلسيم به تنهايي نقش يك اكسيژن زداي قوي را نمي تواند ايفا كند ، چرا كه نقطه جوش آن پايين است و نمي تواند در مذاب براي تركيب با اكسيژني كه در جريان ويا بعد از ريختن ، گرفته مي شود ، به مدت زياد دوام بياورد .
نتايج برخي از بررسي هاي نشان داده شده كه خوشه ها يا كهكشانهاي اكسيد كه مي توانند در نتيجه به كارگيري آلومينيوم بوجود بيايند ، در هنگامي كه از كلسيم استفاده مي شود گرايش به زايل شدن دارند ، در صورتي كه سولفورهاي نوع دوم در نتيجه انجماد سريع موجود باشند ، كلسيم گرايش به كروي شكل ساختن سولفورهاي بين دانه اي خواهد داشت .
گزارشهاي متعددي تهيه شده است كه نشان مي دهد ، خواص كششي فولادها در نتيجه به كار بردن كلسيم بهبود و پيشرفت زيادي كرده است ، اما در مورد فولادهاي كربن دار چنين اظهار نظر شده كه طي مراحل توليدي گسترده ، تأثير كلسيم ، افزايش در سطوح پايين خواص كششي در سختي پراكندگي نرمال است و حال آنكه در سطوح بالايي خواص كششي افزايش مهمي حاصل نمي شود در مورد فولادهاي كم آلياژ با استحكام زيادتر ، بهبود و مرغوبيت بيشتري حاصل شده است .
براي افزايش اثر كلسيم در مذاب ، مي توان آن را به همراه باريم به مذاب اضافه نمود زيرا باريم اينست كه در هنگام افزودن ان به مذاب ، فشار بخار را پايين اورده و در نتيجه كلسيم ، براي واكنش مذاب و اعمال تأثير برناخالصيها زمان بيشتري خواهد داشت . آلياژ تجارتي حاوي 12 درصد كلسيم ، 10درصد باريم ، 39درصد سيليسيم و 20 درصد آلومينيم و بقيه آهن ، در دسترس است و مزين آن اين است كه به عنوان يك آلياژ واحد به مذاب افزوده مي گردد . اين آلياژ اثر پايدارتري نسبت به كلسيم افزوده شده تحت شرايط توليد كارگاهي تأمين مي كند ،و عمل آن به سادگي و بدون اشتباه انجام مي گيرد .
خواص استحكام ضربه اي فولاد با 5/3 درصد نيكل كه بار اين آلياژ اكسيژن زدايي شده بسيار برتر و عاليتر از فولاد مشابهي است كه تنها با آلومينيوم اكسيژن زدايي شده باشد . تأثير مفيد كلسيم ، تبديل ناخالصي هاي نوع دوم و نوع سوم به نوع اول مي باشد .
خاكهاي نادر نظير : ميش متال ، فروسرخ و يا ديگر آلياژهاي Fe-Ce-Mn-Si را مي توان هم به مذاب فولاد اضافه نمود . اين عناصر ميل تركيبي زيادي با فولاد دارند ولي به علت گران قيمت بودن ، آنها را نمي توان به تنهايي مورد استفاده قرار داد ، معمولاً زمان افزودن آنها بعد از اضافه كردن آلومينيم صورت مي گيرد كه آلومينيم توسط اكسيژن از افت آن جلوگيري مي كند . سريم و ديگر فلزات خاكهاي نادر ، سولفورهايي مي سازند كه قابليت حلاليت آنها كم است ، در نتيجه ناخالصي هاي نوع دوم و سوم را به ناخالصيهاي نوع اول تبديل مي كنند ، البته اين مسئله در مواردي كه سولفورهاي نوع دوم در نتيجه افزودن تيتانيوم تشكيل شده باشند ، صادق نيست . با وجود اين ، سولفورهاي بزرگتري نيز توليد مي شوند كه بر طبق طبقه بندي نوع چهارم مشخص مي شوند و اين سولفورها فلز را فوق العاده كثيف كرده و نرمي آنها پايين مي آورند . براي جلوگيري از اين پيش آمد ، افزودن عناصر خاكهاي نادر بايد به گونه اي انجام گيرد كه نسبت سريم و لانتانيوم به گوگرد موجود در مذاب بين 1 و 6/1 باشد ، ليكن اثر آن كاملاً پايدار نيست .

انواع مواد ناخالصي كه در نسبتهاي تشكيل شده اند بصورت طبقه بندي زير مي باشند :
ناخالصي هاي تشكيل شده نسبت سريم + لانتانيوم
گوگرد
نوع اول ، همراه با نوع دوم يا سوم 5/0 تا 1
نوع اول 1 تا 6/1
نوع چهارم 6/1 يا بالاتر

استحكام ضربه اي بهينه ، در درجه حرارت عادي و زير صفر ، با به كار گيري تركيبي از اكسيژن زدها ، قابل حصول خواهد بود . با آلياژهاي كلسيم به اضافه فلزات خاكهاي نادر ، خصوصيت استحكام ضربه اي برتري در فولادهاي كربني ساده به دست خواهد آمد ، اما در فولادهاي پر آلياژ در درجه حرارت زير صفر، اين خصوصيات چندان پايدار نيستند . با وجود اين ، در درجه حرارت اتاق ، مقادير استحكام ضربه اي آزمايش چارپي با شيار 70 براي يك فولاد با 5/3 درصد نيكل مي تواند از 108 تا 150 ژول بالا رود .
به علت ميل تركيبي و واكنش فلزات خاكهاي نادر ، ضروري است كه زبان افزودن اين عناصر در جريان فولاد سازي به طور دقيق و مناسب انتخاب شود تا با كمترين مقدار افت ، بيشترين بهره مندي حاصل شود . مناسب ترين وقت براي افزودن ، كلسيم – منگنز – سيليسيم مي باشد .
معمولاًٌ نتايج رضايت بخشي از افزودن 09/0 درصد تا 13/0 درصد ( 9/0 تا 3/1 كيلوگرم در تن ) خاكهاي نادر به كف پاتيل قبل از ريختن يا افزودن آن به طور مستقيم به مذاب در جريان ريختن ، حاصل شده است . بطور حتم اين نحوه افزودن مي تواند به تصاوير زيادي از ناخالصي هاي منجر شود . روشهاي گوناگون ديگري براي دست يابي به حداقل ضايعات كه ناشي از اكسيده شدن توسط اكسيژن مي باشد ، مورد آزمايش قرار گرفته است ، به اين منظور بريكتهايي متشكل از فروسرخ پوشش دار در آميخته اي از سيليسيم ، كلسيم و آلومينيم توليد شده اند . در نتيجه به كار بردن اين بريكتها اعلام شده است كه اكسيژن نخست با سيليسيم ، كلسيم و آلومينيوم واكنش كرده و سريم به عنوان گوگرد زدا عمل مي نمايد .
بهره گيري از خاكهاي نادر مي تواند در عمل مشكلات جدي بوجود اورد . سولفورها كه به مقدار فراوان در خاكهاي نادر وجود دارند ، مي توانند در جداره پاتيل باقي بمانند ، و در ذوب بعدي كوره باعث گوگرد زدايي مذاب بشوند . در پاتيل هاي ته ريز ، دهانك مي تواند با تركيبات خاكهاي نادر مسدود گردد ، و در نتيجه بطور كامل از ريختن مذاب جلوگيري كند . اين نقص را مي توان با استفاده از دهانك هاي ، گرافيتي تا مقدار زيادي مرتفع نمود .
محققين روسي براي اكسيژن زدايي فولادهاي كم آلياژ كرم موليبدن و اناديم دار از كلرورهاي منيزيم ، سديم و باريم استفاده مي كنند . به نظر انها كلرورهاي سديم و باريم موثر ترين مواد براي احياء گوگرد و گازها هستند . افزودن اين مواد نه تنها تأثير منفي در قدرت و استحكام فولاد ندارند بلكه برعكس ، بااستفاده از آنها فولاد تميز تزي توليد مي شود كه ميزان ضربه پذيري و انعطاف پذيري آن بهتر مي شود .
در بريتانيا و ديگر كشورها كه استفاده از آلومينيم منحصر به فولادهاي Cr-Mo-V و ديگر فولادهاي مقاوم در برابر خزش مي باشد ، از ديگر انواع اكسيژن زداهاي قوي تكميلي نظير ، تيتانيوم و زير كنيم براي كنترل خلل و فرج فولاد استفاده مي شود ، زير كنيم اين گرايش را دارد كه مذاب را در موقع ريختن كند وبطي سازد .
همچنين زير كنيم باعث پايين آوردن خاصيت ضربه پذيري در درجه حرارتهاي پايين شده كه حتي آميخته شدن اين ماده با خاكهاي نادر نيز در آن تأثير ندارد . تيتانيوم باعث توليد فولاد كثيف مي گردد اما نوع ناخالصي ها و طرز پراكندگي آنرا مي توان با بهره گيري از اصلاح كننده هايي ، از قبيل سيليكومنگنز و آلياژهاي كلسيم بهبود بخشيد . اگر قبل از افزودن آنها ، آلومينيم به مذاب اضافه كنيم ، هم تيتانيوم و هم زيركنيم كه نيترات سازهاي خيلي قوي هستند ، براي كنترل ازت مي تواند مورد استفاده قرار گيرند . فايده كاربرد اين مواد بخصوص در كنترل ، شكست بين دانه اي ، در هنگامي كه قطعات ريختگي با جداره ضخيم يا قطعاتي با مقطع بزرگ توليد مي شوند ، فوق العاده ارزشمند است .

اكسيژن زدايي فولادهاي پر آلياژ و ضد زنگ :
شايد بتوان كرم موجود در فولاد را به عنوان اكسيژن زدا به حساب آورد . تجربه چنين نشان داده است كه با افزايش مقدار كرم ، ميزان فعال بودن اكسيژن كم مي شود . گرچه تمركز اكسيژن به حداقل مي رسد اما با بيش از 8 درصد كرم اين تمركز بتدريج افزايش مي يابد .
البته در خاتمه ذوب ، هنوز هم در مذاب اكسيژن وجود دارد ، كه اين اكسيژن ممكن است از هواي خود كوره در حين هم زدن مذاب يا شكستن سرباره حاصل شده باشد . در جريان تخليه مذاب نيز اكسيداسيون صورت مي گيرد . حتي اگر سرباره هم زياد احياء كننده نباشد ، اكسيژن وارد مذاب مي شود . اگر مقدار اكسيژن را نتوان زياد پايين آورد ، نوع اكسيد موجود در مذاب را مي توان از طريق اكسيژن زدايي تغيير داد . اين عمل با توليد ناخالصي هيا غير فلزي مناسب منجر به بهبود خواص مكانيكي خواهد شد .
براي دستيابي به پايدارترين نتايج ناشي از افزودن مواد اكسيژن زدا ، روش فولاد سازي بايد به گونه اي باشد كه اكسيژن موجود را به پايين ترين سطح خود برساند .
بايد تاكيد كرد كه سرعت ذوب و تصفيه براي بالا بردن و بهبود تميزي خلوص و سالم بودن فولاد ، ضرورت اساسي دارد .
سيليسيم جزء اكسيژن زداهاي متداول است ، كه معمولاً همواره با ديگر عناصر در اكسيژن زدايي فولاد ضد رنگ به كار مي رود . از آنجائيكه سيليسيم و كربن در اكسيژن زدايي تقريباً در يك سطح هستند از اين رو شايد بتوان انتظار داشت كه سيليسيم ، فولاد را در مقابل متخلخل شدن ، كه از واكنش اكسيژن – كربن ناشي مي شود ، محافظت بكند – عملاً مقدار زياد سيليسيم هم مي تواند براي سالم بودن فولاد مضر باشد ، و وجود منگنز ، كنترل حفره هاي سنجاق مانند ( Pinhole ) را ميسر سازد با اين وجود هر چقدر ميزان سيليسيم زياد باشد ، وجود منگنز زياد نيز به همين نسبت (يعني 1 درصد ) مفيد خواهدبود .
منگنز علاوه بر اين كه اكسيژن زداست ، سولفورساز قوي نيز هست . منگنز را معمولاً در خاتمه مدت اكسيداسيون ، هم بصورت فرو منگنز هم بصورت سيليكو – منگنز اضافه مي كنند . منگنز همچنين بصورت يك آلياژ كلسيم نيز موجود است كه در خاتمه مرحله تصفيه به كار مي رود.
آلومنيم ، به عنوان يك اكسيژن زداي قوي تر ، مقدار كل اكسيژن موجود را تا ميزان حتي پايين تري از اكسيژن زدايي سيليسيم و منگنز كاهش مي دهد، اما در عوض ذرات اكسيد آلومينيم تشكيل خواهد شد كه در سطح ماشين كاري شده جهت آزمايش غير مخرب ، به عنوان معايب فولاد ظاهر مي شود. از طرفي ديگر تشكيل نيتريد آلومينم مي تواند، به نرمي و چقرمگي فولاد آسيب وارد سازد. كلسيم نيز علاوه بر اينكه اكسيژن زدايي خوبي است با ازت و گوگرد تركيب مي شود . وجود اين عنصر به ويژه در مورد فولادهاي ضد زنگ بايد داراي حداقل ناخالصي باشند، مفيد خواهد بود .
سيليكات كلسيم يك اكسيژن زداي كاملاً مؤثري است كه در عمل احيا كردن سرباره قبل از خالي كردن آن به كار برده مي شود با استفاده از آن ، واكنش خيلي سريع انجام مي شود و « خاصيت بازي» سرباره خيلي ساده تر حفظ مي شود و در اين مورد حتي خود سيليسيم نيز تا اين حد مؤثر نيست .
كلسيم ـ سيليسيم ـ منگنز (Ca-Si-Mn) و كلسيم ـ سيليسيم ـ منيزيم(Ca-Si-Mg) براي توليد فولادهاي ضد زنگ8-18 ( 18 درصد كروم و 8 درصد نيكل) بسيار مؤثر و مفيد تشخيص داده شده اند . البته ، به علت مقدار زياد سيليسيم موجود در اين اكسيژن زداها ، امكان اضافه كردن آنها در مقدار معين، محدود مي شود و از اين دو ، در مراحل احيا بعدي ، اكسيژن كم مي شود، مگر در مواردي كه حداكثر مقدار مشخصي كه براي سيليسيم تعيين مي گردد ، فوق العاده زياد باشد.
اظهار شده است در صورتي كه به جاي افزودن آلومينيوم از كلسيم - سيليسيم استفاده شود . خواص مكانيكي قطعات ريخته گري فولاد ضد زنگ بهتر خواهد شد . استفادا از اين تركيب موجب مي شود قطعات ريختگري فولاد بدون تخلخل و با نرمي بيشتري توليد شده و با ضربه پذيري آنها نيز بهتر شود و اينها ناشي از تصفيه «ساختار ماكرو » مي باشد . اين مساله ممكن است ناشي از به كار گيري درجه حرارت پايين تر ريختن مذاب باشد كه خود ناشي از تاثير كلسيم در بهبود سياست مذاب است ، اما قسمتي از اين خواص نيز ممكن است در نتيجه شكل دلخواه و منايب ناخالص هاي توليد شده ، بدست آمده باشند . افزودن 15درصد كلسيم موجود بصورت كلسيم سيلسيم بهترين و مناسب ترين مقدار تشخيص داده شده است .
از سوي ديگر ، گزارش شده است كه ، بهره گيري از كلسيم ـ سيلسيم براي فولادهاي پر آلياژ نوع، Nb ـ Mo ـ Ni ـ Cr ، آلودگي ناشي از ناخالصي هاي سيليكاتي را افزايش مي دهد . اكسيژن زدايي توسط آلومينم كه به صورت پورد و از طريق سرباره انجام مي شود، آشكارا مقدار ناخالصي هاي سيليكاتي را پايين مي آورد كه اين كاهش ، توأم با افزايش نرمي فولاد ، به ويژه در درجه حرارتهاي زياد است.
تيتانيوم را براي پايدار كردن كاربيت ها و نيتريدها به فولادهاي ضد زنگ مي افزايند . از آنجا كه اين عنصر ميل تركيبي شديدي با اكسيژن دارد ، حتماً بايد آن را به مذاب كاملاً اكسيژن زدايي شده (قبل از اكسيژن زدايي با آلومينيم و سيليسيم ) اضافه كنند ، مقدار آن نيز 5 الي 6 برابر كربن خواهد بود . تتانيم را معمولاً به عنوان ماده جانشيني براي آلومينيم هنگامي به كار مي برند كه عنصر اكسيژن زدايي اضافي در قوي تر ازسليسيم مورد نظر باشد.
فلزات خاكهاي نادر را هم گاه گاهي براي اكسيژن زدايي فولادهاي پر آلياژ ، معمولاً بعد از افزودن كلسيم ـ سيليسيم به پاتيل ، به كار مي برند . تأثير اين فلزات در مورد فولادهاي كم آلياژ ، غير قابل پيش بيني است و حاصل كار ، توليد فولاد ، كثيف خواهد بود ، سيلينيم ، اگر چه اصولاً يك اكسيژن زدا نيست ، ولي در كنترل خلل و فرج فولادهاي ضد زنگ ريختگي 8-18 ، مؤثر تشخيص داده شده است.
در آمريكا ـ از منيزيم براي اكسيژن زدايي فولادهاي ضد زنگ استفاده مي شود. منيزيم اكسيژن زدايي قوي است و معمولاً به صورت آلياژ كلسيم ـ منيزيم ـ آهن ـ سيليسيم و يا آلياژ آلومينيم ـ منيزيم به مذاب اضافه مي شود. اگر منيزيم به صورت يك عنصر واحد ، به مذاب اضافه كنند ، بايد دقت و مواظبت زيادي به عمل آيد در غير اين صورت ، امكان وقوع انفجاري كاملاً محتمل است.
در آلياژهاي آلومينيم ـ منيزيم ، هر چه مقدار منيزيم بالا رود سرعت واكنش نيز بالا مي رود ، بنابراين معمولاً كمتر از 4 درصد منيزيم در آلياژ به كار مي برند. منيزيم ، همچنان ميل تركيبي شديدي با گوگرد دارد. و اگر به مقدار زياد افزوده گردد باعث به وجود آمدن نوعي ناخالصي در قطعات ريخته گري خواهد شد نرمي فولادهاي 20Ni – 25Cr در 1315 درجه سانتيگراد وقتي از مواد افزودني نظير : واناديم ، آلومينيم ، تيتانيوم ، و زير كنيم استفاده مي كنيم بهبود مي يابد اما با مواد افزودني نظير : فلزات خاكهاي نادر و سيليسيم چنين اصلاحي در نرمي يا بهبود انعطاف پذيري به دست نمي آيد اكسيژن زدايي با سيليسيم به اضافه منگنز بهتر از اكسيژن زدايي با سيليسيم تنها تشخيص داده شده است . اما فولاد حاصل از اكسيژن زدايي با آلومينيم تميز ترين فولاد بوده است به طور خلاصه مي توان از بحث چنين نتيجه گرفت كه اكسيژن زدايي با آلومينيم فولاد تميز تري را ايجاد مي كند و نرمي آن بهتر از فولاد حاصل از اكسيژن زدايي توسط سيليسيم و منگنز و يا تركيبي از اينها خواهد بود
اما نظريات در مورد استفاده از كلسيم و آلياژ هاي آن متفاوت است .

نظر یادتون نره.

ادامه مطلب
+ نوشته شده توسط REZARAD در دوشنبه 14 دی1388 و ساعت 22:2 |
کاربرد نانو مواد :
1- نانو کامپوزیت ها 2- نانو پوشش ها

نانو کامپوزیت ها :
این مواد از دو یا چند جزء مجزا (مثل فلزات، سرامیک ها، پلیمرها) تشکیل شده اند، که یک یا چند جزء آنها ابعاد کمتر از 100 نانو متر دارد. حضور الیاف و ذرات در ساختار معمولاً باعث ایجاد استحکام در ماده زمینه می شود. مادۀ زمینه می تواند ذرات را به گونه ای از هم جدا نگهدارد که رشد ترک را به تاخیر افتد. در کامپوزیت های زمینه پلیمری از نانو ذرات، نانو صفحات، نانو الیاف و همین طور نانو لوله ها به عنوان مادۀ تقویت کننده استفاده می شود در حالی که در مورد نانو کامپوزیت های زمینه فلزی وو سرامیکی از نانو ذرات به عنوان مادۀ پرکننده استفاده می شود. نانو لوله های کربنی، این ماده با یک ششم وزن فولاد و 50 برابر مقاومت کششی آن جایگزین این فلز قدیمی شده است که در کامپوزیت های زمینه پلیمری به کار رفته است. نانو کامپوزیت های فلزی ، سرامیکی و پلاستیکی در قطعات مکانیکی و بدنه خودروها و موشک که باعث کاهش سوخت ، سبکی وزن و ... می گردند.

-نکات مهم در طراحی نانو کامپوزیت ها :
در کامپوزیت های نانو ساختار، مادۀ تقویت کننده ابعاد نانو متری دارد و توزیع یکنواخت این فاز در مادۀ زمینه باعث می شود که فصل مشترک این دو فاز در واحد حجم، مساحت بالایی داشته باشد. تئوری ها و آزمایشات انجام گرفته در زمینه نانو کامپوزیت ها قابل تردید و شک است و هنوز درک صحیحی از فصل مشترک بین فازها و اتصالات بین مادۀ زمینه و تقویت کننده در نانو کامپوزیت ها وجود ندارد. لذا در طراحی نانو کامپوزیت ها خصوصاً نانو کامپوزیت های زمینه پلیمری باید به پراکندگی و آرایش مادۀ تقویت کننده و ارزش افزوده نانو کامپوزیت توجه داشت. و این نکته قابل ذکر است که ارزش یک نانو کامپوزیت به ارزش تقویت کننده آن بستگی دارد.

  پوشش های نانو ساختار :
پوشش های نانو ساختار در مقایسه با پوشش های میکرومتری از ضریب انبساط حرارتی، سختی و چقرمگی بالاتر و مقاومت بیشتر در برابر خوردگی، سایش و فرسایش برخوردارند. این پوشش ها دارای سختی بیش از 40 گیگا پاسکال هستند. با کاهش اندازه دانه، پوشش ها، تحرک و تکثیر نابجایی ها کاهش یافته و سختی بر اساس رابطه هال-پچ افزایش می یابد. در استفاده از پوشش های نانو متری هدف هایی نظیر افزایش طول عمر و کاهش هزینه های تعمیر مد نظر گرفته می شود. استفاده از پوشش های سرامیکی در ادوات دریایی، صدمات ناشی از خوردگی را به شدت کاهش می دهد.

انواع پوشش های نانو ساختار :
1. پوشش دانه ای : ابعاد ذرات کتر از 50 نانو متر می باشند. و نانو ذرات را به عنوان پوشش به سطح قطعات رسوب می دهند. نانو ذراتی همچون TiO2 ، CuO ، ZnO و Al2O3 از این دسته اند. از این پوششها در بدنه خودروها استفاده شده و جنرال موتور اولین شرکتی بود که از این پوشش ها استفاده کرد. به عنوان مثال از نانو ذرات آلومینا با خلوص 5/99 درصد و اندازه متوسط 36 نانو متر می توان در پوشش های مقاوم به خراشیدگی، پوشش های نیمه رسانا و گوشش های محافظ در برابر پرتو ماوراء بنفش استفاده کرد.

2. پوشش شبکه ای و چند لایه ای : این پوشش ها از هزاران لایه و هر لایه با ضخامتی در حدود ا تا 5 نانو متر ساخته می شوند. هر لایه ساختار کریستالی خاصی دارد و از عناصر مختلفی نظیر Ni, Ti, V, Al ساخته می شوند و با استفاده از کاشت یونی و تحت یک محیط خلاء عناصر فوق روی قطعات تشکیل می شوند. مترکم اند و چگالی بالایی دارند. پوشش های شبکه ای به غیر از کاشت یونی بوسیله روش Magnetrun Sputtring کندوپاش مغناطیسی بر روی قطعات رسوب داده می شوند. از مهم ترین این پوشش ها می توان به پوشش های AlN/ZrN ، CrN/AlN ، TiN/CrN اشار کرد.

3. پوشش های لایه نازک : این پوشش ها از لایه های متناوب با فازهای مختلف تشکیل شده اند. این لایه ها سختی و مدول الاستیک بالا و خواص سایشی خوبی دارند. مدول الاستیک در فیلم های چند لایه بیشتر از فیلم های نازک تک لایه همگن با همان اجزا می باشد. دلیل این امر تاثیر یک فصل مشترک ناهم سیما بین لایه های مجاور می باشد که باعث جابجایی اتم ها از موقعیت تعادلی شده و بنابراین در طول اعمال بار تمام لایه ها تحت فشار قرار گرفته که این امر باعث مقاومت بالا در برابر تغییر شکل در این مواد می شود. روش های مرسوم رسوب پوشش های لایه نازک شامل روش های رسوب فیزیکی بخار، رسوب شیمیایی بخار، و رسوب الکتروشیمیایی و لایه لایه هستند.

4. پوشش های نانو کامپوزیتی : این پوشش ها در بین سایر پوشش ها کاربرد بیشتر دارد. در این نوع، فاز نانو کریستالی در فاز آمورف جاسازی شده است. فاز آمورف می تواند پوشش های شبه الماسی، کربونیترید یا برخی ترکیبات دیگر با سختی و مدول الاستیک مناسب باشد. از آنجایی که اندازه مواد نانو کریستالی در زمینه های آمورف در حد چند نانو متر است، نابجایی ها به راحتی تشکیل نمی شوند. بنابراین تغییر شکل پلاستیکی کمنر رخ می دهد و تغییر شکل پلاستیکی از طریق تغییر شکل شبه پلاستیکی که در آن نانو کریستال ها بر خلاف هم حرکت می کنند، صورت می گیرد. از آنجایی که این فرایند انرژی بالاتری نیاز دارد، مقاومت به تغییر شکل پلاستیکی در این مواد نسبتا بالاست. برای بدست آوردن چقرمگی و سختی مناسب می توان کسر حجمی، اندازه و نحوۀ توزیع ذرات را تنظیم کرد. توزیع یکنواخت ذرات در زمینه باعث ایجاد مقدار بهینه نابجایی در نانو ساختار می شود که این امر منجر به تنظیم خود به خود تغییر شکل پوشش های نانو کامپوزیتی از الاستیک به پلاستیک حین اعمال بار می گردد. بنابراین سازگازی پوشش ها بهبود یافته و از شکست ترد اجتناب می شود. اینچنین نانو کامپوزیت هایی در کاربرد هایی که در معرض سایش هستند بسیار مفید واقع می شوند.
روش های مختلفی برای پوشش دهی نانو کامپوزیت ها وجود دارد که در آنها روش رسوب شیمیایی بخار و پاشش حرارتی بیشترین کاربرد را دارد. بوسیله پاشش حرارتی، می توان پوشش های سرامیکی تک فاز و پوشش های کامپوزیتی با زمینه سرامیکی را بر روی قطعات رسوب داد. در این روش پودر اولیه اغلب به صورت پودر های نانو ساختار میکرونی با اندازه بیش از 20 میکرومتر وارد تفنگ پاشش حرارتی شده و با شتاب زیاد به طرف زیر لایه پاشیده می شوند. پس از سرد شدن مواد پاشیده شده، پوشش های لایه ای روی سطح ایجاد می گردد. یکی از این پوشش ها، پوشش مرکب Al2O3/13TiO2 است که در حال حاضر روی بدنه کشتی ها و زیر دریایی ها با روش پاشش حرارتی رسوب داده می شوند. در پوشش نانو ساختار Al2O3/13TiO2 استحکام پیوند ها 2 برابر و چقرمگی 2 تا 4 برابر پوشش معمولی آن است.

از موارد جالب توجه نظامی در این زمینه، می توان به موارد زیر اشاره کرد :
1. استفاده از نانو الماس به عنوان روکش محفظه احتراق برای افزایش استحکام و انتقال حرارت.
2. طرح ساخت لباسهای ضد گلوله و نازک توسط ارتش آمریکا.
3. روکشهای اسپری حرارتی نانو پودرهای اکسید فلزی برای تعمیر قطعات فرسوده یا خورده شده در نیروی دریایی آمریکا.
+ نوشته شده توسط REZARAD در سه شنبه 8 دی1388 و ساعت 0:46 |
نانوتکنولوژي چيست ؟
در حالي که تعاريف زيادي براي فناوري نانو وجود دارد ، NNI (انجمن بین المللی نانو) تعريفي را براي فناوري نانو ارائه مي دهد که در برگيرنده هر سه تعريف ذيل باشد:
1- توسعه فناوري و تحقيقات در سطوح اتمي ، مولکولي و يا ماکرومولکولي در مقياس اندازه اي 1 تا 100 نانومتر.
2 – خلق و استفاده از ساختارها و ابزار و سيستمهايي که به خاطر اندازه کوچک يا حد ميانه آنها، خواص و عملکرد نويني دارند .
3 – توانايي کنترل يا دستکاري در سطوح اتمي .

- فناوری نانو به سه سطح قابل تقسیم است: مواد، ابزارها و سیستم ها.
موادی که در سطح نانو در این فناوری به کار می رود، را نانو مواد می گویند. مادۀ نانو ساختار، به هر ماده ای که حداقل یکی از ابعاد آن در مقیاس نانومتری (زیر 100 نانومتر) باشد اطلاق می شود. این تعریف به وضوح انواع بسیار زیادی از ساختارها، اعم از ساخته دست بشر یا طبیعت را شامل می شود. منظور از یک ماده ی نانو ساختار، جامدی است که در سراسر بدنه آن انتظام اتمی، کریستال های تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی در مقیاس چند نانومتری گسترده شده باشند. در حقیقت این مواد متشکل از کریستال ها یا دانه های نانومتری هستند که هر کدام از آنها ممکن است از لحاظ ساختار اتمی، جهات کریستالوگرافی یا ترکیب شیمیایی با یکدیگر متفاوت باشند. همه مواد از جمله فلزات، نیمه هادی ها، شیشه ها، سرامیک ها و پلیمرها در ابعاد نانو می توانند وجود داشته باشند. همچنین محدوده فناوری نانو می تواند به صورت ذرات بی شکل(آمورف)، کریستالی، آلی، غیرآلی و یا به صورت منفرد، مجتمع، پودر، کلوئیدی، سوسپانسیونی یا امولسیونی باشد.

 خواص نانو مواد:
با گذر از مقیاس میکرو به نانو، با تغییر بر خی از خواص فیزیکی و شیمیایی روبه رو می شویم که دو مورد مهم از آنها عبارتند از: افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم و ورود اندازه ذره به قلمرو اثرات کوانتومی.

افزایش نسبت مساحت سطحی به حجم که به تدریج با کاهش اندازه ی ذره رخ می دهد، باعث غلبه یافتن رفتار اتم های واقع در سطح ذره به رفتار اتم های درونی می شود. این پدیده بر خصوصیات ذره در حالت انزوا و بر تعاملات آن با دیگر مواد اثر می گذارد. افزایش سطح، واکنش پذیری نانو مواد را به شدت افزایش می دهد زیرا تعداد مولکولها یا اتمهای موجود در سطح در مقایسه با تعداد اتمها یا مولکولهای موجود در توده ی نمونه بسیار زیاد است، به گونه ای که این ذرات به شدت تمایل به آگلومره (Agglomeration) یا کلوخه ای شدن دارند. به عنوان مثال در مورد نانوذرات فلزی، به محض قرار گیری در هوا، به سرعت اکسید می شوند. در بعضی مواقع برای حفظ خواص مطلوب نانومواد، جهت پیشگیری از واکنش بیشتر، یک پایدار کننده را بایستی به آنها اضافه کرد که آنها را قادر می سازد تا در برابر سایش، فرسودگی و خوردگی مقاوم باشند.
البته این خاصیت مزایایی هم در بر دارد. مساحت سطحی زیاد، عاملی کلیدی در کارکرد کاتالیزوها و ساختارهایی همچون الکترودها می باشد. به عنوان مثال با استفاده از این خاصیت می توان کارایی کاتالیزورهای شیمیایی را به نحو مؤثری بهبود بخشید و یا در تولید نانوکامپوزیت ها با استفاده از این مواد، پیوندهای شیمیایی مستحکم تری بین ماده زمینه و ذرات برقرار شده و استحکام آن به شدت افزایش می یابد. علاوه بر این، افزایش سطح ذرات، فشار سطحی را کاهش داده و منجر به تغییر فاصله بین ذرات یا فاصله بین اتم های ذرات می شود. تغییر در فاصله بین اتم های ذرات و نسبت سطح به حجم بالا در نانوذرات، تأثیر متقابلی در خواص ماده دارد. تغییر در انرژی آزاد سطح، پتانسیل شیمیایی را تغییر می دهد. این امر در خواص ترمودینامیکی ماده (مثل نقطه ذوب) تأثیر گذار است.
به محض آنکه ذرات به اندازه کافی کوچک شوند، شروع به رفتار مکانیک کوانتومی می کنند. خواص نقاط کوانتومی مثالی از این دست است. نقاط کوانتومی کریستال هایی در اندازه نانو می باشد که از خود نور ساطع می کنند. انتشار نور توسط این نقاط در تشخیص پزشکی کاربرد های فراوانی دارد. این نقاط گاهی اتم های مصنوعی نامیده می شوند؛ چون الکترونهای آزاد آنها مشابه الکترونهای محبوس در اتمها، حالات گسسته و مجازی از انرژی را اشغال می کنند.
علاوه بر این، کوچک تر بودن ابعاد نانوذرات از طول موج بحرانی نور، آنها را نامرئی و شفاف می نماید. این خاصیت باعث شده است تا نانو مواد برای مصارفی چون بسته بندی، مواد آرایشی و روکش ها مناسب باشند.
مواد در مقیاس نانو، رفتار کاملاً متفاوت، نامنظم و کنترل نشده ای از خود بروز می دهند. با کوچکتر شدن ذرات خواص نیز تغییر خواهد کرد. مثلاً فلزات، سخت تر و سرامیک نرم تر می شود.
بر خی از ویژگیهای نانو مواد به طور خلاصه در زیر آمده است:
خصوصیات مثال ها کاتالیستی اثر کاتالیستی بهتر، به دلیل نسبت سطح به حجم بالاتر الکتریکی افزایش هدایت الکتریکی در سرامیک ها و نانو کامپوزیت های مغناطیسی، افزایش مقاومت الکتریکی در فلزات مغناطیسی، افزایش مغناطیسیته با اندازه بحرانی دانه ها، رفتار سوپر پارامعناطیسیته ذرات نوری خصوصیات فلوئورسنتی، افزایش اثر کوانتومی کریستال های نیمه هادی بیولوژیکی، افزایش نفوذ پذیری از بین حصارهای بیولوژیک (غشاء و سد مغز خون و غیره) و بهبود زیست سازگاری.

نانو مواد در متالورژی :
1- نانو کامپوزیت ها 2- نانو پوشش ها 3- نانو پودرها


ادامه مطلب
+ نوشته شده توسط REZARAD در پنجشنبه 19 آذر1388 و ساعت 23:43 |

پارامتر های اصلی:
- اندازه دانه های آستینتی وتوزیع عناصر شیمیایی یکنواخت (جدایش ماکرو)
- اسلب در حالت شکل پذیری مناسب برای قابلیت نورد گرم(حالت پلاستیک)
- تشکیل رسوبات محلول
- تشکیل لایه اکسیدی درضخامت ونوع مناسب
پارامتر های متغیر اصلی:
- دمای soaking (هم دما سازی) ( oC1180- 1100)
- پیک دمایی (قله دمایی)
- زمان soaking (هم دماسازی) (2-3 ساعت)
- اتمسفر کوره
اثردمای پیش گرم روی ریز ساختار:
مراحل پیش گرم:
الف)افزایش کربن آزاد
ب)کاهش سمانتیت
ج)تبدیل فریت به آستینت
د) رشد دانه های آستینتی به صورت خشن وبادانه های درشت
ه) انحلال رسوبات

کوره های گامی Walking beam furnac
اسلب‌ها درون كوره‌هاي گامي براي آنكه حرارت لازم را جهت نورد بدست آورند عبور داده مي‌شوند و اين ميزان حرارت دهي جهت پيش گرم گريدهاي فولادي متفاوت، با كيفيت فولاد ارتباطي مستقيم دارد.
طول كوره‌هاي پيش گرم به مناطق مختلفي تقسيم‌بندي شده است و اين تقسيم‌بندي ها به جهت كنترل دما در طول كوره‌ مي‌باشند زيرا مي‌توان توزيع دما را در كوره به دقت كنترل نمود و در نتيجه اسلب‌ها را با دماي مورد نظر از كوره خارج کرد.
موقعيت اين كوره‌ها مابين محوطه ذخيره‌سازي اسلب و خط نورد مي‌باشد. طراحي اين كوره‌ها براي حرارت دهي اسلب‌هاي سرد است كه آنها را جهت عمليات نورد به دماي تقريبي برسانند. و نيز در درون اين كوره‌ها مي‌توان دو رديف اسلب را جهت حرارت دهي شارژ نمود.


سيستم خنك كاري درون كوره:
1- سيستم مدار بسته : خنك كاري سيستم هات كولينگ( 207 و 15)براي خنك كاري ستون هاي ثابت و متحرك.
2- سيستم مدار باز: براي خنك كاري بدنه كوره( 60-25 و 5 )
جهت هواي گرم در كوره از انتها(قسمت خروجي مواد) به سمت شارژ كوره مي باشد. اين طراحي خود داراي مزايايي است.سيستم جمع آوري گازهاي گرم و محصولات احتراق در زير قسمت ورودي شارژ تعبيه شده و در ميسر خروجي در ركوپراتور هواي ورودي كوره را نيز پيشگرم مي كندبراي بالا بردن راندمانكوره و مشعلها).

سيستم هوا و احتراق كوره ها: شامل : 1- فن هاي هواساز 2- مشعلها 3- سيستم سوخت
ايجاد حالت تعادل در كوره مهم است، و هميشه سعي بر اين است كه از شارژ اسلب هاي با ابعاد متفاوت در كوره جلو گيري شود.

ويژگي مثبت كوره اي گامي، گام به عقب زدن در اين كوره است.

- به منظور افزايش راندمان و كاهش خطرات زيست محيطي گرماي خارج شده و محصولات احتراق از كوره، تجهيزي به نام بازياب حرارتيRecoperator در ميسر كانال خروجي و قبل از دودكش نصب شده كه علاوه بر پيشگرم هواي احتراق دماي گاز ونت شده به محيط را كاهش مي دهد. دماي هواي احتراق در ركوپراتور به 400ْ خواهد رسيد.
  -نكاتي در رابطه با عملكرد سيستم بازياب حرارتي Recoperator :
- تاسيسات بازياب حرارتي هيچگاه نبايد بدون هواي تازه در مقابل حرارت قرار گيرند.
- دماي خروجي هواي تازه و دماي ورودي گاز حرارت ده نبايد از ميزان تعيين شده تجاوز نمايد. در غير اين صورت بايد هواي تازه با درجه حرارت معمولي به آن تزريق شود تا درجه حرارت به حد تعيين شده برسد.
- اگر بنا به دلايلي كوره خاموش شود بايد جريان هواي تازه سرد ادامه يابد تا درجه حرارت گاز حرارت ده به كمتر از 400ْ كاهش يابد.

 - حوادث نادري كه احتمال دارد اتفاق بیافتد :
كنده شدن درب خروجي كوره در اثر كج بودن اسلب در كوره بود كه در اثر جمع شدن پوسته هاي اكسيدي و تشكيل كنده بود و در ضخامت هاي پايين باعث مي شد كه اسلب درون كوره در هنگام گام زني كج شود، راه علاج اين واقعه شارژ اسلب با ضخامت زياد و كندن اين حجم از پوسته اكسيدي بود. در اين هنگام دماي ناحيه انتهاي زون 3 تا ميزان زيادي كاهش داده مي شد و در اسرع وقت جهت نصب مجدد درب اقدام مي شد.



+ نوشته شده توسط REZARAD در چهارشنبه 18 آذر1388 و ساعت 14:51 |
نورد گرم و سرد محصولات تخت (ورق)

نورد محصولات تخت یک فن آوری تولید با راندمان تولید بالا و به اعمال تغییر شکل پلاستیک با عبور چند پاس قطعه فلزی از فاصله موجود بین دو غلتک استوانه ای چرخان می گویند.
مهمترین پارامتر و ویژگی فرایند نورد، دمای مواد در خلال تغییر شکل است. بسته به ضخامت نهایی، نیروهای مکانیکی بکاربرده شده و خصوصیات سطحی در نورد، انجام فرایند در دماهای بالاتر از 800 درجه سانتیگراد را نورد گرم و در دمای کمتر از 150 درجه سانتیگراد را نورد سرد گویند.

مشخصات مهم در کیفیت نهایی محصولات تخت

• ضخامت محصول
• عرض محصول
• همواری سطح
• نمایه عرضی ضخامت یا پروفایل محصول
• سطح نهایی
• خواص مکانیکی
• مقاومت به خوردگی

قطعات کلیدی و زیرسیستمی نورد

مکانیکی: غلتک ها، بیرینگ ها، قالب ها، نگهدارنده غلتک ها، گیربکس ها ، ریل ها، پیستون ها، سیستم های هیدرولیکی، مبدل های حرارتی و تجهیزات جانبی
الکتریکی: موتور غلتک ها، سیستم مکانیابی و تنظیمات، PLC ها، رایانه ها و تجهیزات جانبی
ابزار دقیق: مبدل های الکتریکی، نمایشگرها
روانکاری: مبردها، امولیسیون ها، فیلترها و منابع آب
سیستم های کنترل:سرعت ،مکان،کشش، ضخامت، نیرو، همواری سطح، دما، عرض و پروفایل قطعه
قوانین عملیات: برنامه ریزی و نصب، دیاگرام و فلوچارت ها، جداول
اپراتورها: نیروی انسانی
محیط: اقلیم و آب و هوا (رطوبت ، دما، آلودگی)
مواد مصرفی: غلتک های کاری، روغن، مایعات خنک کاری و...

چرخه حرارتی در پروسه نورد گرم

• پیش گرمایش اسلب در کوره
• انتقال اسلب به استند که قبل ازآن پوسته های ایجاد شده دردستگاه پوسته زدا برداشته می شود.
• نورد اسلب و تبدیل به ورق
• نورد نهایی ورق به ضخامت های پایین تر

پیش گرمایش برای نورد محصولات تخت

از گرم کردن اسلب اهداف ذیل دنبال می گردد:
• ایجاد پوسته های سطحی به منظور حذف عیوب سطحی ناشی از ریخته گری
• نرم کردن فولاد جهت نورد گرم
• خروج اسلب ها از کوره با دمای مناسب با توجه به محدودیت های متالورژیکی و نیازمندیهای عملیات ترمومکانیکال و اپراتوری(تعدادپاسهاو دمای پایانی نورد)
• حل شدن کاربیدها و نیتریدها که بایستی در مراحل بعدی رسوب کنند.

در کوره های پیوسته گرمایشی، مواد شارژ شده در حین عبور از کوره حرارت می بینند. انواع متفاوت کوره با توجه به تفاوت در سیستم حرکتی عبارتند از:
• کوره های پوشری
• کوره های غلتکی
• کوره های گامی ( کف گام زن و بیم گام زن)

+ نوشته شده توسط REZARAD در دوشنبه 9 آذر1388 و ساعت 23:28 |
انوع قفسه نورد و پیکره بندی آن

نورد گرم و سرد محصولات تخت (ورق)

نورد محصولات تخت یک فن آوری تولید با راندمان تولید بالا و به اعمال تغییر شکل پلاستیک با عبور چند پاس قطعه فلزی از فاصله موجود بین دو غلتک استوانه ای چرخان می گویند.
مهمترین پارامتر و ویژگی فرایند نورد، دمای مواد در خلال تغییر شکل است. بسته به ضخامت نهایی، نیروهای مکانیکی بکاربرده شده و خصوصیات سطحی در نورد، انجام فرایند در دماهای بالاتر از 800 درجه سانتیگراد را نورد گرم و در دمای کمتر از 150 درجه سانتیگراد را نورد سرد گویند.

مشخصات مهم در کیفیت نهایی محصولات تخت

• ضخامت محصول
• عرض محصول
• همواری سطح
• نمایه عرضی ضخامت یا پروفایل محصول
• سطح نهایی
• خواص مکانیکی
• مقاومت به خوردگی

قطعات کلیدی و زیرسیستمی نورد

مکانیکی: غلتک ها، بیرینگ ها، قالب ها، نگهدارنده غلتک ها، گیربکس ها ، ریل ها، پیستون ها، سیستم های هیدرولیکی، مبدل های حرارتی و تجهیزات جانبی
الکتریکی: موتور غلتک ها، سیستم مکانیابی و تنظیمات، PLC ها، رایانه ها و تجهیزات جانبی
ابزار دقیق: مبدل های الکتریکی، نمایشگرها
روانکاری: مبردها، امولیسیون ها، فیلترها و منابع آب
سیستم های کنترل:سرعت ،مکان،کشش، ضخامت، نیرو، همواری سطح، دما، عرض و پروفایل قطعه
قوانین عملیات: برنامه ریزی و نصب، دیاگرام و فلوچارت ها، جداول
اپراتورها: نیروی انسانی
محیط: اقلیم و آب و هوا (رطوبت ، دما، آلودگی)
مواد مصرفی: غلتک های کاری، روغن، مایعات خنک کاری و...


طراحی نورد

چندین طراحی متفاوت برای عملیات نورد وجود دارد. هرکدام از این طراحی ها برای گروه تولیدی مشخص و یا به منظور جبران کاستی های طراحی های قبلی ساخته شده اند.

قفسه چهار غلتکه
مهمترین قسمت این استند نورد که امروزه از آن بسیار استفاده می‌شود، چهار غلتک موجود در آن است. ظهور غلتک های پشتیبان به منظور جبران خمش غلتک های کاری می باشد. البته مشکل خمش غلتک های کاری بصورت کامل حل نخواهد شد زیرا نیروهای اعمال شده، بر روی چک غلتک های پشتیبان و خارج از عرض ورق خواهد بود. در نتیجه غلتک های کاری تمایل به خمش و له کردن لبه ها و موجب نقص در همواری سطح می شوند.

قفسه شش غلتکه


راه کار در نظر گرفته شده در این نوع استند، بر اساس نظریه استفاده از دو غلتک میانی بین غلتک های کاری و پشتیبان که در مخالف جهت یکدیگر نسبت به خط میانی عمود بر غلتک ها به بیرون خارج شده اند طراحی شده و به این روش میزان خمش غلتک های پشتیبان کنترل می شود. با جابجایی غلتک های میانی امکان اجازه خمش های متفاوت جهت کنترل بهتر همواری سطح وجود دارد.

چرخه حرارتی در پروسه نورد گرم

• پیش گرمایش اسلب در کوره
• انتقال اسلب به استند که قبل ازآن پوسته های ایجاد شده دردستگاه پوسته زدا برداشته می شود.
• نورد اسلب و تبدیل به ورق
• نورد نهایی ورق به ضخامت های پایین تر

+ نوشته شده توسط REZARAD در جمعه 29 آبان1388 و ساعت 13:51 |