جوشکاری فلزات غیرآهنی

جوشکاری فلزات رنگین با گاز استیلن یا کاربیت ( یا فلزات غیر آهنی)

فلزات غیر آهنی یا فلزات رنگی به فلزاتی گفته می شود که فاقد آهن و یا آلیاژهای آن باشند مانند مس – برنج – برنز- آلومینیوم- منگنز- روی و سرب
تمام فلزات رنگین را با کمی دقت و مهارت و آشنائی با اصول جوشکاری می توان جوش داد و برای جوشکاری این نوع فلزات بایستی خواص فلز را در نظر گرفت.

جوشکاری مس با گاز

بهترین طریقه برای جوشکاری مس جوشکاری با اکسیژن است( جوش اکسیژن = اتوگن= استیلن= کاربید اصطلاحات مختلف متداول می باشند) ضمناً می توان جوشکاری مس را با قوس الکتریک یا جوش برق نیز انجام داد.

ورقه های مس را مانند ورقه های آهنی برای جوشکاری آماده می کنند یعنی سطح بالائی را تمیز نموده و از کثافات و روغن پاک نموده و در صورت لزوم سوهان می زنند. ولی چون خاصیت هدایت حرارت مس زیادتر است باید مقدار آمپر را قدری بیشتر گرفت. بهتر است همیشه با قطب مستقیم جوشکاری را انجام داد ( با جریان مستقیم و الکترود مثبت) زاویه الکترود نسبت به کار مانند جوشکاری فولاد است. طول قوس حداقل باید 10 تا 15 میلی متر باشد, برای جوشکاری مس می توان از الکترودهای ذغالی استفاده کرد. الکترودهای جوشکاری مس بیشتراز آلیاژ مس و قلع و فسفر ساخته شده اند و گاهی نیز از الکترودهای که دارای فسفر- برنز- سیلکان یا آلومینیوم هستند استفاده می کنند چون انبساط مس در اثر گرم شدن زیاد است فاصله درز جوش را در هر 30 سانتیمتر در حدود 2 تا 3 سانتیمتر زیادتر در نظر می گیرند. خمیر روانساز مس معمولاً در حرارت 700 تا 1000 درجه ذوب می شود و به صورت تفاله (گل جوش) سبکی روی کار قرار می گیرد و از تنه کار به علت کف کردن در روی کار نباید استفاده شود. بدون روانساز هم می توان مس را جوش داد و معمولاً از براکس استفاده می گردد. مس را به وسیله شعله خنثی جوش دهیم تا تولید اکسید مس نکند چون ضریب هدایت حرارت مس زیاد است باید پستانک جوشکاری مشعل 1 تا 2 نمره بیشتر از فولاد انتخاب شود. بهتر است مس را قبل از جوشکاری گرم نمائیم و با سیم جوشکاری مخصوص جوش داد برای جوشکاری صفحه 5 میلیمتری سیم جوش 4 میلیمتری کافی است و از وسط ورق شروع به جوشکاری می نمائیم و وقتی فلز هنوز گرم است روی آن چکش کاری می شود تا استحکام درز جوش زیاد شود.

جوشکاری سرب

در این نوع جوشکاری بیشتر از گاز هیدروژن و اکسیژن استفاده می گردد. در جوشکاری سرب احتیاج به گرد مخصوص نیست ولی باید قطعات کار را قبل از جوشکاری کاملاً صیقلی نموده سیم جوش سرب باید کاملاً خالص باشد چون سرب مذاب بسیار سیال می باشد. لذا جوشکاری درزهای قطعات سربی که به وضع قائم قراردارند بسیار دشوار و مستلزم مهارت و تجربه زیاد است.

جوشکاری چدن با برنج یا لحیم سخت برنج

چدن را می توان با برنج جوش داد. قطعات چدنی را باید همان طوری که برای جوشکاری با سیم جوش چدنی آماده می شوند برای برنج جوش آماده ساخت. لبه های درز جوش را باید به وسیله سوهان یا ماشین تراشید و هیچگاه لبه های درز قطعات چدنی را با سنگ سمباده پخ نزنید. زیرا ذرات گرافیت روی ذرات آهن مالیده می شوند و لحیم سخت خوب به چدن نمی چسبد. قطعات چدنی را قبل از شروع به جوش دادن حدود 210 تا 300 درجه سانتی گراد گرم کنید و گرد جوشکاری مخصوص چدن به کار برید تا بهتر به هم جوش بخورد.

نقطه ذوب سیمهای برنجی باید در حدود 930 درجه سانتی گراد باشد. سیمهای برنجی که برای جوش دادن قطعات چدنی به کار می روند دارای مقدار زیادی مس است و کمی نیکل نیز دارند . نیکل اتصال لحیم را به چدن آسان می کند و نقطه ذوب زیاد آن موجب سوختن گرافیت درز جوش می شود . در جوشکاری چدن با برنج از شعله ملایم پستانک بزرگ با فشار کم استفاده کنید. اگر فشار شعله زیاد باشد گرد جوشکاری از درز خارج می شود و در نتیجه قطعات چدنی خوب به هم جوش نمی خورند. قطعات چدنی را باید پس از جوشکاری در محفظه یا جعبه ای پر شن یا گرد آسپست قرار داد تا بتدریج خنک شود و سبب شکنندگی و ترک و سخت شدن چدن نگردد.

جوشکاری منگنز

از منگنز به صورت خالص استفاده نمی شود در جهت عکس از آلیاژهای ماگنزیوم استفاده می شود که برای ریختگی فشاری از آن استفاده می گردد . به جای آلیاژهای Mg. Mn و Mg. Al و Mg AlZn امروزه از آلیاژهای مخصوصاً محکم Zr و Th استفاده می شود.

برای جوشکاری ماگنزیوم و آلیاژهای آن از همان شرایط جوشکاری آلومینیوم استفاده می گردد.

قابلیت هدایت حرارت زیاد و انبساط سبب پیچش زیاد کار می شود. ماگنزیوم در درجه حرارت محیط به سختی قابل کار کردن است و در 250 درجه می توان به خوبی کار گرد.

جوشکاری برنج با گاز

برنج مهمترین آلیاژ مس است و از مس و روی و گاهی قلع و مقداری سرب تشکیل می شود، این فلز در مقابل زنگ زدگی و پوسیدگی مقاوم است. چون روی در حرارت نزدیک ذوب برنج تبخیر می گردد بنابراین جوشکاری با این فلز مشکل می باشد. برنج از 60 درصد مس و 40% روی و گاهی مقداری سرب تشکیل شده است. درموقع جوشکاری روی به علت بخار شدن و اکسید روی محل جوش را تیره کرده و عمل جوشکاری را مشکلتر می نماید. ضمناً گازهای حاصله خطرناک بوده و باید از محل کار تخلیه گردند. درموقع جوشکاری روی حرکت دست بسیار مهم است و باید حتی الامکان سرعت دست را زیاد کرده وگرده جوش کمتری ایجاد نمود تا فرصت زیادی برای تبخیر روی نباشد. برنج را می توان با الکترودهای گرافیتی و معمولی جوشکاری نمود، درجوشکاری برنج از قطب معکوس استفاده می شود.

فاصله قوس الکتریکی باید حداقل 5 تا 6 میلیمتر باشد. برنج ساده تر از فولاد و چدن و مس جوش داده می شود و استحکام و قابلیت انبساط آن درمحل درز جوش بسیار خوب است. توجه شود چون انقباض و انبساط برنج زیاد است نمیتوان به وسیله چند نقطه جوش به هم وصل کرد بلکه بایستی به کمک بست هائی که در حین جوشکاری می توان آنها را به هم متصل نمود از پیچیدگی جلوگیری شود.

توجه شود که در جوشکاری از سیمهای مخصوص جوشکاری برنج که مقدار مس آن 42 تا 82 درصد است استفاده نمائید و برای جلوگیری از اکسیداسیون از گرد جوشکاری استفاده می شود و از استعمال تنه کار در جوشکاری برنج باید خودداری شود زیرا درز جوش را خورده سوراخ سوراخ و متخلخل می سازد و شعله را باید طوری تنظیم کرد که اکسیژن آن از استیلن بیشتر باشد زیرا روی در حرارت 419 درجه ذوب و در 910 درجه تبخیر می شود و رسوبی از روی و اکسید روی در کنار درز جوش به وجود می آید. مقدار اکسیژن شعله بستگی به نوع آلیاژ دارد و می توان قبلاً قطعه ای از آن را به طور آزمایشی جوش داد و اگر درز جوش سوراخ و خورده نشد خوب است. و اکسیژن زیاد هم باعث کثیف شدن جوش می شود . ورقهای نازکتر از 4 میلیمتر را از راست به چپ و ورقهای ضخیم تر از 4 میلیمتر را از چپ به راست جوش می دهند. به چکش کاری و خروج دود خطرناک و استفاده از ماسک مخصوص وباز نمودن پنجره وهواکش باید توجه نمود.

جوشکاری فولاد زنگ نزن با گاز

قابلیت هدایت حرارت فولاد زنگ نزن کمتر از فولاد معمولی می باشد و می توان سر مشعل را کوچکتر انتخاب کرد. شعله جوشکاری باید برای جوش فولاد زنگ نزن خنثی باشد زیرا اکسیژن یا استیلن اضافی با عناصر تشکیل دهنده فولاد زنگ نزن ترکیب شده و درز جوش خورده پس از مدتی زنگ می زند . روانساز جوشکاری فولاد زنگ نزن را به صورت خمیر در آورده روی درز جوش می مالیم . سیم جوش باید حتی المقدور از نوع خود فولاد زنگ نزن انتخاب شود و بهتر است تسمه باریکی از جنس همان فولادی که باید جوش داده شود را بریده و به جای سیم جوشکاری استفاده کرد.
در روش جوشکاری این فولاد مشعل را باید طوری نگهداشت که زاویه آن نسبت به کار بین 80 تا 90 درجه باشد . زاویه سیم جوش در حدود 20 تا 40 درجه است وسیم جوشکاری را جلوی مشعل نگذارید تا همزمان با لبه کار ذوب شود و نوک مخروطی باید با ناحیه مذاب تماس داشته باشد تا از اکسیده شدن فلز جلوگیری کند. و شعله را نباید یک دفعه از کار دور نمود زیرا درجه انبساط فولاد زنگ نزن بیشتر از فولاد معمولی است و بابست های مخصوص از پیچیدن و کج شدن آن در موقع جوشکاری باید جلوگیری کرد فاصله لبه کار را باید برای هر 30 سانتیمتر 3 الی 4 میلیمتر بیشتر در نظر گرفت. پس از تمام شدن کار جوشکاری به وسیله برس و شتشو مواد اضافی تفاله و روانساز و یا گرد جوشکاری اضافی را باید کاملاً تمیز کرد و بر طرف نمود.

جوشکاری فولادهای مولیبدونی

وقتی که به فولاد مولیبدون اضافه شود مقاومت آن را بالا می برد مخصوصاً در حرارتهای زیاد ، بنابراین موارد استعمال این نوع فولاد بیشتر در لوله هائی که تحت فشار و حرارت زیاد باشد بیشتر است. بعضی از فولادهای مولیبدونی دارای مقداری کرم نیز هستند این آلیاژ را که مولی کرم می نامند بیشتر در ساختن قطعات مقاوم هواپیما به کار برده می شوند. جوشکاری این فولاد مانند جوشکاری آهن می باشد با این تفاوت که برای مقاوم بودن جوش باید از الکترود نوع E_7010 و E_7012 و E_7020 استفاده شود و برای قطعات ضخیم که گرده های پهن مورد احتیاج است می توان از فولادهای قلیائی (E_7016 ، E_7015 (LOWHYDROGE استفاده نمود. در مورد جوشکاری ورقهای 5 میلیمتر و ضخیمتر لازم است بعد از جوشکاری 1200 الی1250 درجه فارنهایت گرم کرده و برای ضخامت 5/12 میلیمتر به مدت یک ساعت گرم نگهداشت و بعد از آن باید قطعه به آهستگی سرد نمود به طوری که در هر ساعت 200 الی 250 درجه فارنهایت از حرارت آن کاسته شود وقتی که قطعه به 150 درجه فارنهایت رسید بعد می توان قطعه را در هوای معمولی سرد کرد.

جوشکاری مونل واینکونل

فلز مونل آلیاژی است از 67 % نیکل 30% مس و مقدار کمی آهن و آلومینیوم ومنگنز.
فلز اینکونل آلیاژی است از 80% نیکل ، 15% گرم و 5% آهن.
این دو فلز به علت مقاومت زیادی که در مقابل زنگ زدگی دارند برای ساختن تانکر و ظروف حامل مایعات به کار می روند.
مونل و اینکونل را می توان با الکترودهای پوشش دار به آسانی آهن جوشکاری کرد.
بنابراین جوشکاری این فلزات در تمام حالتها امکان پذیر است ولی بهتر است که درحالت تخت عمل انجام گیرد. قطعاتی که ضخامت آنها کمتر از 5/1 میلیمتر است نباید با قوس الکتریکی جوشکاری نمود. برای جوشکاری مونل واینکوئل باید عملیات زیر را انجام داد.

1. قشر نازک اکسید تیره رنگ را از نقاطی که باید جوشکاری کرد به وسیله برس یا سمباده پاک نمائید.
2. به گرم کردن قبلی احتیاجی نیست.
3. از الکترودهای با پوشش ضخیم استفاده به عمل آید.
4. درمورد جوشکاری حالت تخت زاویه الکترود نسبت به خط قائم درجه و در مورد حالتهای دیگر الکترود عمود بر صفحه باید باشد.
5. – گرده های باریک ایجاد گردد.

جوشکاری طلا

جوشکاری طلا به طریقه DC باجریان مستقیم انجام میگرد. الکترود را به قطب منفی وصل می نمائیم و یا با جریان فرکانس زیاد جریان متناوب کار میکنیم . ضمناً می توان برای جوشکاری طلا از طریقه جوشکاری نقطه جوش استفاده کرده که با الکترود و لفرامی عمل می نماید و پس از جوشکاری به وسیله صیقل نمودن با الکل کار را براق می نمائیم . ضمناً به وسیله جوشکاری کند پرسی نیز می توان طلا راجوش داد. جوش دادن متداول با شعلهای ریز و دقیق شبیه جوشکاری نقطه جوش می باشد.


*همچنین ببینید:

جوشکاری فلزات غیر آهنی ( یا فلزات رنگین)

جوشکاری فلزات غیر آهنی ( یا فلزات رنگین)
فلزات غیر آهنی یا فلزات رنگی به فلزاتی گفته می شود که فاقد آهن و یا آلیاژهای آن باشند مانند مس – برنج – برنز- آلومینیوم- منگنز- روی و سرب تمام فلزات رنگین را با کمی دقت و مهارت و آشنائی با اصول جوشکاری می توان جوش داد و برای جوشکاری این نوع فلزات بایستی خواص فلز را در نظر گرفت.
جوشکاری مس
با گاز بهترین طریقه برای جوشکاری مس جوشکاری با اکسیژن است( جوش اکسیژن = اتوگن= استیلن= کاربید اصطلاحات مختلف متداول می باشند) ضمناً می توان جوشکاری مس را با قوس الکتریک یا جوش برق نیز انجام داد. ورقه های مس را مانند ورقه های آهنی برای جوشکاری آماده می کنند یعنی سطح بالائی را تمیز نموده و از کثافات و روغن پاک نموده و در صورت لزوم سوهان می زنند. ولی چون خاصیت هدایت حرارت مس زیادتر است باید مقدار آمپر را قدری بیشتر گرفت. بهتر است همیشه با قطب مستقیم جوشکاری را انجام داد ( با جریان مستقیم و الکترود مثبت) زاویه الکترود نسبت به کار مانند جوشکاری فولاد است. طول قوس حداقل باید 10 تا 15 میلی متر باشد, برای جوشکاری مس می توان از الکترودهای ذغالی استفاده کرد. الکترودهای جوشکاری مس بیشتراز آلیاژ مس و قلع و فسفر ساخته شده اند و گاهی نیز از الکترودهای که دارای فسفر- برنز- سیلکان یا آلومینیوم هستند استفاده می کنند چون انبساط مس در اثر گرم شدن زیاد است فاصله درز جوش را در هر 30 سانتیمتر در حدود 2 تا 3 سانتیمتر زیادتر در نظر می گیرند. خمیر روانساز مس معمولاً در حرارت 700 تا 1000 درجه ذوب می شود و به صورت تفاله (گل جوش) سبکی روی کار قرار می گیرد و از تنه کار به علت کف کردن در روی کار نباید استفاده شود. بدون روانساز هم می توان مس را جوش داد و معمولاً از براکس استفاده می گردد. مس را به وسیله شعله خنثی جوش دهیم تا تولید اکسید مس نکند چون ضریب هدایت حرارت مس زیاد است باید *****ک جوشکاری مشعل 1 تا 2 نمره بیشتر از فولاد انتخاب شود. بهتر است مس را قبل از جوشکاری گرم نمائیم و با سیم جوشکاری مخصوص جوش داد برای جوشکاری صفحه 5 میلیمتری سیم جوش 4 میلیمتری کافی است و از وسط ورق شروع به جوشکاری می نمائیم و وقتی فلز هنوز گرم است روی آن چکش کاری می شود تا استحکام درز جوش زیاد شود.
جوشکاری سرب
در این نوع جوشکاری بیشتر از گاز هیدروژن و اکسیژن استفاده می گردد. در جوشکاری سرب احتیاج به گرد مخصوص نیست ولی باید قطعات کار را قبل از جوشکاری کاملاً صیقلی نموده سیم جوش سرب باید کاملاً خالص باشد چون سرب مذاب بسیار سیال می باشد. لذا جوشکاری درزهای قطعات سربی که به وضع قائم قراردارند بسیار دشوار و مستلزم مهارت و تجربه زیاد است.
جوشکاری چدن با برنج یا لحیم سخت برنج
چدن را می توان با برنج جوش داد. قطعات چدنی را باید همان طوری که برای جوشکاری با سیم جوش چدنی آماده می شوند برای برنج جوش آماده ساخت. لبه های درز جوش را باید به وسیله سوهان یا ماشین تراشید و هیچگاه لبه های درز قطعات چدنی را با سنگ سمباده پخ نزنید. زیرا ذرات گرافیت روی ذرات آهن مالیده می شوند و لحیم سخت خوب به چدن نمی چسبد. قطعات چدنی را قبل از شروع به جوش دادن حدود 210 تا 300 درجه سانتی گراد گرم کنید و گرد جوشکاری مخصوص چدن به کار برید تا بهتر به هم جوش بخورد.
نقطه ذوب سیمهای برنجی باید در حدود 930 درجه سانتی گراد باشد. سیمهای برنجی که برای جوش دادن قطعات چدنی به کار می روند دارای مقدار زیادی مس است و کمی نیکل نیز دارند . نیکل اتصال لحیم را به چدن آسان می کند و نقطه ذوب زیاد آن موجب سوختن گرافیت درز جوش می شود . در جوشکاری چدن با برنج از شعله ملایم *****ک بزرگ با فشار کم استفاده کنید. اگر فشار شعله زیاد باشد گرد جوشکاری از درز خارج می شود و در نتیجه قطعات چدنی خوب به هم جوش نمی خورند. قطعات چدنی را باید پس از جوشکاری در محفظه یا جعبه ای پر شن یا گرد آسپست قرار داد تا بتدریج خنک شود و سبب شکنندگی و ترک و سخت شدن چدن نگردد.
جوشکاری منگنز
از منگنز به صورت خالص استفاده نمی شود در جهت عکس از آلیاژهای ماگنزیوم استفاده می شود که برای ریختگی فشاری از آن استفاده می گردد . به جای آلیاژهای Mg. Mn و Mg. Al و Mg AlZn امروزه از آلیاژهای مخصوصاً محکم Zr و Th استفاده می شود. برای جوشکاری ماگنزیوم و آلیاژهای آن از همان شرایط جوشکاری آلومینیوم استفاده می گردد. قابلیت هدایت حرارت زیاد و انبساط سبب پیچش زیاد کار می شود. ماگنزیوم در درجه حرارت محیط به سختی قابل کار کردن است و در 250 درجه می توان به خوبی کار گرد.
جوشکاری برنج با گاز
برنج مهمترین آلیاژ مس است و از مس و روی و گاهی قلع و مقداری سرب تشکیل می شود، این فلز در مقابل زنگ زدگی و پوسیدگی مقاوم است. چون روی در حرارت نزدیک ذوب برنج تبخیر می گردد بنابراین جوشکاری با این فلز مشکل می باشد. برنج از 60 درصد مس و 40% روی و گاهی مقداری سرب تشکیل شده است. درموقع جوشکاری روی به علت بخار شدن و اکسید روی محل جوش را تیره کرده و عمل جوشکاری را مشکلتر می نماید. ضمناً گازهای حاصله خطرناک بوده و باید از محل کار تخلیه گردند. درموقع جوشکاری روی حرکت دست بسیار مهم است و باید حتی الامکان سرعت دست را زیاد کرده وگرده جوش کمتری ایجاد نمود تا فرصت زیادی برای تبخیر روی نباشد. برنج را می توان با الکترودهای گرافیتی و معمولی جوشکاری نمود، درجوشکاری برنج از قطب معکوس استفاده می شود. فاصله قوس الکتریکی باید حداقل 5 تا 6 میلیمتر باشد. برنج ساده تر از فولاد و چدن و مس جوش داده می شود و استحکام و قابلیت انبساط آن درمحل درز جوش بسیار خوب است. توجه شود چون انقباض و انبساط برنج زیاد است نمیتوان به وسیله چند نقطه جوش به هم وصل کرد بلکه بایستی به کمک بست هائی که در حین جوشکاری می توان آنها را به هم متصل نمود از پیچیدگی جلوگیری شود.

منبع:
http://www.mohandesan1ta.ir/

بررسی خواص پوشش سوپر آلیاژ پایه نیکل بر روي چدن داکتیل

چکیده

ایجاد شده بر سطح ENiCrFe هدف از انجام این تحقیق بررسی تشکیل و ارزیابی رفتار تریبولوژیکی پوششی از آلیاژ 3 پوششهایی از این آلیاژ به ضخامت 2 میلیمتر به SMAW چدن داکتیل بود. بدین منظور با استفاده از روش جوشکاري صورت تک پاس و دو پاس روي سطح چدن داکتیل پوشش داده شد. روکشکاریی در چند نوبت و با قطبیت مثبت انجام SEM شد. به منظور ارزیابی ساختار میکروسکوپی نمونهها، از میکروسکوپ نوري و میکروسک وپ الکترونی روبشی استفاده شد و اثرات پارامترهاي مختلف بر روي ساختار لایه و زیرلایه بررسی شد. فازهاي تشکیل شده توسط آزمایش مورد بررسی قرار گرفت و سختی سنجی پوشش با استفاده از آزمون ویکرز انجام شد. نتایج بدست آمده از بررسی XRD میباشد. یافتههاي (Fe,C) و Cr7C3 ، FeNi فازي توسط پراش پرتو ایکس حاکی از آن است که پوشش حاوي فازهاي پژوهشی نشان میدهدکه سختی حاصل از پوشش تک پاس و دو پاس به ترتیب، به حدود 550 و 450 ویکرز میرسد.

واژه هاي کلیدي: جوشکاري قوس دستی، روکش کاري چدن داکتیل، میکرو سختی، آلیاژ پایه نیکل

مقدمه

امروزه در بسیاري از صنایع به منظور افزایش عمر قطعات در حین سرویس از روکشکاري استفاده می شود. هدف اصلی در روکشکاري بهبود خواص مکانیکی سطح نظیر سایش، سختی و مقاومت خوردگی از طریق ایجاد لایهاي از یک آلیاژ بر روي زیرلایهاي است که از نظر خواص مکانیکی داراي نواقصی میباشد[ 1]. تکنیکهاي زیادي براي پوششدهی سطح مانند اسپري پلاسما، اسپري گرمایی، لیزر، رسوب فیزیکی و شیمیایی بخار وجود دارد. یکی از روشهاي روکش کاري براي ایجاد پوششی ضخیم بر روي یک زیر لایه داراي نقص جوشکاري قوس دستی است. در این روش با استفاده از یک فرآیند جوشکاري لایه نسبتاَ ضخیمی که میتواند شامل یک فلز یا ترکیبات فلزي همراه با افزودنیهاي سخت کننده مانند کاربیدها باشد بر روي سطح ایجاد میشود. نقش فرآیند جوشکاري به عنوان عامل ذوب و امتزاج بوده و پوشش مورد نظر را با بخشی از فلز پایه ذوب کرده و به نحوي با آن یکپارچه می کند. انتخاب پارامترهاي مناسب جوشکاري جهت ایجاد پوشش مناسب با خواص مورد نظر تأثیر بسزایی دارد. ذوب مواد پوشش را رقیق میکند و خواص آن را تغییر می دهد . در فلزات توسط حرارت ناشی از برقراري قوس بین الکترود پوششدار و قطعه (SMAW) جوشکاري قوسی فلز پوشش دار ١ کار ذوب شده و به یکدیگر متصل میشوند. این روش را جوشکاري با قلم جوش 2 نیز مینامند. نگهدارنده الکترود توسط یک کابل به یک خروجی منبع برق وصل شده و قطعه کار نیز به خروجی دیگر توان منبع قدرت متصل میگردد . در این روش تجهیزات جوشکاري نسبتاَ ساده، قابل حمل و نقل و در مقایسه با دیگر فرآیندهاي جوشکاري قوسی، ارزان میباشد . .[ به همین دلیل روش جوشکاري قوس دستی اغلب در واحدهاي تعمیر و نگهداري بطور وسیعی استفاده میشود[ 2 پژوهشهاي انجام شده نشان میدهد ایجاد لایهاي از آلیاژي با پایه کبالت بر روي چدن از طریق روکش کاري با لیزر باعث بهبود خواص مکانیکی سطح از جمله سایش میگردد[ 3]. همچنین تحقیقات بوچانان 3 و همکارانش نشان می دهد بر روي سطح چدن خاکستري به روش جوشکاري قوس دستی امکانپذیر بوده و Fe-Cr-C ایجاد لایهاي از آلیاژي با پایه نتایج بدست آمده از میکرو سختی نشان میدهد سختی سطح افزایش یافته است[ 4]. چاترج 4 در پژوهش خود به منظور بهبود مقاومت سایشی چدن به بررسی آلیاژهاي مختلف به عنوان ماده پوشش پرداخته است . تحقیقات او نشان می دهد وجود مقادیر بالاي نیکل و کروم و مقدار کم کربن در آلیاژ باعث کاهش مقاومت سایشی پوشش می شود [ 5]. در این ایجاد شده بر سطح چدن داکتیل با ENiCrFe پژوهش به بررسی تشکیل و ارزیابی رفتار تریبولوژیکی پوششی از آلیاژ 3 استفاده از فرآیند جوشکاري قوسی دستی پرداخته شده است.

این پروژه به صورت کامل موجود میباشد

برای خرید پیام بگذارید یا به این آدرس ایمیل کنید

[e-mail]

بررسی خواص پوشش سوپر آلیاژ پایه نیکل بر روي چدن داکتیل

چکیده

ایجاد شده بر سطح ENiCrFe هدف از انجام این تحقیق بررسی تشکیل و ارزیابی رفتار تریبولوژیکی پوششی از آلیاژ 3 پوششهایی از این آلیاژ به ضخامت 2 میلیمتر به SMAW چدن داکتیل بود. بدین منظور با استفاده از روش جوشکاري صورت تک پاس و دو پاس روي سطح چدن داکتیل پوشش داده شد. روکشکاریی در چند نوبت و با قطبیت مثبت انجام SEM شد. به منظور ارزیابی ساختار میکروسکوپی نمونهها، از میکروسکوپ نوري و میکروسک وپ الکترونی روبشی استفاده شد و اثرات پارامترهاي مختلف بر روي ساختار لایه و زیرلایه بررسی شد. فازهاي تشکیل شده توسط آزمایش مورد بررسی قرار گرفت و سختی سنجی پوشش با استفاده از آزمون ویکرز انجام شد. نتایج بدست آمده از بررسی XRD میباشد. یافتههاي (Fe,C) و Cr7C3 ، FeNi فازي توسط پراش پرتو ایکس حاکی از آن است که پوشش حاوي فازهاي پژوهشی نشان میدهدکه سختی حاصل از پوشش تک پاس و دو پاس به ترتیب، به حدود 550 و 450 ویکرز میرسد.

واژه هاي کلیدي: جوشکاري قوس دستی، روکش کاري چدن داکتیل، میکرو سختی، آلیاژ پایه نیکل

مقدمه

امروزه در بسیاري از صنایع به منظور افزایش عمر قطعات در حین سرویس از روکشکاري استفاده می شود. هدف اصلی در روکشکاري بهبود خواص مکانیکی سطح نظیر سایش، سختی و مقاومت خوردگی از طریق ایجاد لایهاي از یک آلیاژ بر روي زیرلایهاي است که از نظر خواص مکانیکی داراي نواقصی میباشد[ 1]. تکنیکهاي زیادي براي پوششدهی سطح مانند اسپري پلاسما، اسپري گرمایی، لیزر، رسوب فیزیکی و شیمیایی بخار وجود دارد. یکی از روشهاي روکش کاري براي ایجاد پوششی ضخیم بر روي یک زیر لایه داراي نقص جوشکاري قوس دستی است. در این روش با استفاده از یک فرآیند جوشکاري لایه نسبتاَ ضخیمی که میتواند شامل یک فلز یا ترکیبات فلزي همراه با افزودنیهاي سخت کننده مانند کاربیدها باشد بر روي سطح ایجاد میشود. نقش فرآیند جوشکاري به عنوان عامل ذوب و امتزاج بوده و پوشش مورد نظر را با بخشی از فلز پایه ذوب کرده و به نحوي با آن یکپارچه می کند. انتخاب پارامترهاي مناسب جوشکاري جهت ایجاد پوشش مناسب با خواص مورد نظر تأثیر بسزایی دارد. ذوب مواد پوشش را رقیق میکند و خواص آن را تغییر می دهد . در فلزات توسط حرارت ناشی از برقراري قوس بین الکترود پوششدار و قطعه (SMAW) جوشکاري قوسی فلز پوشش دار ١ کار ذوب شده و به یکدیگر متصل میشوند. این روش را جوشکاري با قلم جوش 2 نیز مینامند. نگهدارنده الکترود توسط یک کابل به یک خروجی منبع برق وصل شده و قطعه کار نیز به خروجی دیگر توان منبع قدرت متصل میگردد . در این روش تجهیزات جوشکاري نسبتاَ ساده، قابل حمل و نقل و در مقایسه با دیگر فرآیندهاي جوشکاري قوسی، ارزان میباشد . .[ به همین دلیل روش جوشکاري قوس دستی اغلب در واحدهاي تعمیر و نگهداري بطور وسیعی استفاده میشود[ 2 پژوهشهاي انجام شده نشان میدهد ایجاد لایهاي از آلیاژي با پایه کبالت بر روي چدن از طریق روکش کاري با لیزر باعث بهبود خواص مکانیکی سطح از جمله سایش میگردد[ 3]. همچنین تحقیقات بوچانان 3 و همکارانش نشان می دهد بر روي سطح چدن خاکستري به روش جوشکاري قوس دستی امکانپذیر بوده و Fe-Cr-C ایجاد لایهاي از آلیاژي با پایه نتایج بدست آمده از میکرو سختی نشان میدهد سختی سطح افزایش یافته است[ 4]. چاترج 4 در پژوهش خود به منظور بهبود مقاومت سایشی چدن به بررسی آلیاژهاي مختلف به عنوان ماده پوشش پرداخته است . تحقیقات او نشان می دهد وجود مقادیر بالاي نیکل و کروم و مقدار کم کربن در آلیاژ باعث کاهش مقاومت سایشی پوشش می شود [ 5]. در این ایجاد شده بر سطح چدن داکتیل با ENiCrFe پژوهش به بررسی تشکیل و ارزیابی رفتار تریبولوژیکی پوششی از آلیاژ 3 استفاده از فرآیند جوشکاري قوسی دستی پرداخته شده است.

اطلاعات کلی پیرامون فلز نیکل

نیکل فلزی سخت ، چکش خوار، براق با ساختار بلورین مکعبی به رنگ سفید- نقره ای است . این عنصر در سال 1751 توسط Axel Cronstedt دانشمند سوئدی کشف گردید .
از نظر خواص مغناطیسی وفعالیت شیمیایی شبیه به آهن وکبالت است . کانیهای اصلی نیکل پنتلاندیت ، پیروتیت (سولفید های نیکل- آهن) و گارنییریت (سیلیکات نیکل- منیزیم ) هستند.

نیکل یکی از اجزا اصلی بیشتر شهابسنگها به شمار می آید. شهابسنگهای آهن و سیدریت شامل آلیاژهای آهن حدود 5 تا 20 درصد نیکل می باشد. نیکل تجاری به فرمهای پنتلاندیت و پیروتیت می باشد که این معادن در ایالت انتاریو یافت می شود که این ناحیه حدود 30 درصد از نیکل دنیا را تامین می کند. دیگر معادن این عنصر در کالندونیا، استرالیا، کوبا، اندونزی و در مناطق دیگر یافت می شود.
این عنصر رسانای جریان بر ق است و سطح آن براق و صیقلی می باشد. اینعنصر از گروه عناصر آهن و کبالت می باشد و آلیاژهای آن قیمتهای بالایی دارند.
این عنصر کاربردهای فراوانی در طبیعت دارد و برای ساخت فولاد ضدزنگ و دیگر آلیاژهای ضد زنگ و خوردگی مثل اینوار و مانل که الياژى از نيکل و کبالت که در برابر خوردگى مقاوم است و و اینکونل و Hastelloys کاربرد دارد. برای ساخت لوله های نیکلی و مسی و همینطور برای نمک زدایی گیاهان و تبدیل آب شور به آب مایع استفاده می شود. نیکل استفاده های فراوانی برای ساخت سکه ها و فولاد نیکلی برای زره ها و کلید ها کار برد دارد و همینطور از نیکل می توان آلیاژهای نیکروم و پرمالوی و آلیاژی از مس را تهیه کرد.
از نیکل برای ساخت شیشه های به رنگ سبز استفاده می شود. صفحات نیکلی می تواند نقش محافظت کننده برای دیگر فلزات را داشته باشد. نیکل همچنین کاتالیزوری برای هیدروژن دار کردن روغنهای گیاهی است. همچنین صنعت سرامیک و ساخت آلیاژی از آهن و نیکل که خاصیت مغناطیسی دارد و باتری های قوی ادیسون کاربرد دارد.
از ترکیبات مهم نیکل می توان سولفات و آکسید را نام برد. نیکل طبیعی مخلوطی از 5 ایزوتوپ پایدار است . همچنین 9 ایزوتوپ ناپایدار دیگر نیز شناخته شده است.
نیکل هم به صورت فلز و هم به صورت ترکیب محلول می تواند وجود داشته باشد. بخار سولفید نیکل سرطان زا می باشدکه در موقع استفاده از آن باید دقت لازم را به عمل آورد.

عنصر نيکل در طبيعت

اثرات نيکل بر سلامت انسان
مقدارنيکل در طبيعت بسيار کم است. انسان در زمينه هاي مختلف از نيکل استفاده ميکند. يکي از عمده ترين کاربردهاي نيکل، در صنعت فولاد است. از نيکل به عنوان يکي از اجزا سازنده فولاد و ساير محصولات فلزي استفاده ميشود. حتي از نيکل در جواهرات هم استفاده ميشود.
مواد غذايي به طور طبيعي داراي مقداري نيکل هستند. شکلات و چربي ها داراي مقدار بسيار زيادي نيکل هستند. در صورتيکه افراد از سبزيجات حاصل از مناطق آلوده به نيکل تغذيه کنند، مقدار زيادي نيکل وارد بدنشان ميشود. نيکل در بافت گياهان تجمع مي يابد و در نتيجه مقدار نيکل در سبزيجات افزايش پيدا ميکند. در ششهاي افراد سيگاري مقدار زيادي نيکل وجود دارد. همچنين نيکل در شوينده ها نيز مورد استفاده قرار ميگيرد.
راههاي ورود نيکل به بدن انسان از طريق هوا، آشاميدن آب، خوردن غذا و کشيدن سيگار است. ممکن است بر اثر تماس پوست با خاک يا آب آلوده به نيکل، مقداري نيکل وارد بدن انسان شود. مقدار اندک نيکل براي انسان ضروري است اما اگر مقدار آن افزايش يابد، براي سلامت انسان خطرناک است.
نتايج مصرف بالاي نيکل به شرح زير است:
شانس مبتلا شدن به سرطان ريه، سرطان بيني، سرطان حنجره و سرطان پروستات را افزايش ميدهد.
پس از اينکه فرد در معرض گاز نيکل قرار گرفت، دچار کسالت و سرگيجه ميشود.
آب آوردن ريه ها
مشکلات تنفسي
کاهش توانايي توليد مثل
آسم و برونشيت مزمن
حساسيتهايي از قبيل خارش پوست (به خصوص در هنگام استفاده از جواهرات)
نارسايي قلبي
بخارات نيکل به دستگاه تنفس و ريه ها آسيب ميرساند. نيکل و ترکيبات آن باعث آماس پوست ميشوند که تحت نام " خارش نيکل" ناميده ميشود و معمولاً در افراد با حساسيت پوستي بالا مشاهده ميشود. اولين علامت، خارش است که معمولاً هفت روز قبل از از بين رفتن پوست رخ ميدهد. اولين علائم تخريب پوستي التهاب پوست يا پوسته پوسته شدن پوست است. سپس در پوست زخمهايي نمودار ميشود.
از لحاظ تقسيم بندي برنامه سمشناسي ملي آمريکا (NTP)، نيکل و ترکيبات آن جزعوامل سرطانزا محسوب ميشوند و از نظر طبقه بندي آژانس بين المللي تحقيقات سرطان (IARC) ترکيبات نيکل در گروه يک قرار ميگيرند. گروه يک شامل عناصري ميباشد که شواهد کافي در مورد سرطانزايي آنها وجود دارد. در اين تقسيم بندي عنصر نيکل در گروه 2B قرار دارد. گروه 2B عناصري هستند که ممکن است در انسان سرطان ايجاد کنند.

تاثيرات زيست محيطي نيکل
کارخانه ها و سوزاندن زباله ها دو عامل اصلي در توليد نيکل و ورود آن به هوا ميباشند. مقدار نيکلي که در هوا وجود دارد به مراتب از نيکل موجود در زمين بيشتر است. مدت زمان از بين رفتن نيکل موجود در هوا زياد است. زمانيکه هرزآبها جريان پيدا ميکنند، مقداري نيکل را وارد آبهاي سطحي ميکنند.
بخش اعظم ترکيبات نيکل در طبيعت جذب ذرات خاک و رسوبات شده و در نهايت به صورت غير متحرک درمي آيند. در زمينهاي اسيدي نيکل بسيار متحرک ميشود و معمولاً در آبهايزيرزميني شسته ميشود.
شواهد چنداني درباره تاثير نيکل بر ساير موجودات زنده به غير از انسان وجود ندارد. در حال حاضر دانشمندان مي دانند که غلظت بالاي نيکل در خاکهاي ماسه اي به گياهان صدمه ميزند و همچنين غلظت بالاي نيکل در آبهاي سطحي سبب کاهش تعداد و رشد جلبکها ميشود. رشد موجودات ذره بيني نيز در حضور نيکل کاهش پيدا ميکند، اما معمولاً با گذشت زمان در برابر نيکل مقاوم ميشوند.
مقدار اندک نيکل بايد در غذاي جانوران وجود داشته باشد. اما زمانيکه مقدار نيکل از حد مجاز خود فراتر رود، ميتواند براي جانوران مضر و خطرناک باشد. جانوراني که در نزديکي پالايشگاه زندگي ميکنند، بر اثر دريافت مقدار زياد نيکل به انواع مختلف سرطان مبتلا ميشوند.
از آنجاييکه نيکل در بافتهاي گياهي و جانوري نميتواند تجمع پيدا کند، اثري در زنجيره غذايي ندارد.

مقایسه روشهای پوشش دهی

مقایسه روشهای پوشش دهی

پوشش هاي پاشش حرارتي

پلاستیک های پاششی با استفاده از اصلاح تجهیزاتی که در ابتدا برای پاشش فلزات طراحی شده بودند ، گسترش یافتند. از آنجا که الزامات مواد متفاوت است، اکنون تفنگ های مورد استفاده به صورت ویژه ای برای کار با پلاستیک طراحی شده اند. تجمع پلاستیک داغ در درون تفنگ باعث ايجاد دمای شعله می شود. از این کار باید با محاصره جهت پاشش پودر توسط هوای خنک کننده جلوگیری کرد.

احتراق یک سوخت نظیر استیلن ، هیدروژن یا پروپان در هوا یا اکسیژن باعث تولید شعله می شود. ذرات پلاستیک باید به دمای ذوب خود برسند اما باید اطمینان حاصل نمود که هیچگونه تغییری در خواص آن ها به دلیل بیش از حد گرم شدن پدید نمی آید. پودر به دو صورت به تفنگ تغذیه می شود: از یک مخزن که مستقیماً روی تفنگ نصب می شود یا حمل توسط هوا در یک شیلنگ از یک تغذیه کننده مجزای پودر . روش دوم برای حالت خودکار یا پاشش های طولانی مدت داراری مزایایی است.

مزایا

-یک فرایند متحرک و روان مناسب برای کار در محل یا کار کارگاهی.

-امکان دست یافتن به پوشش های با ضخامت بیش از یک میلیمتر.

-هزینه کمتر سرمایه تجهیزات.

-امکان تغییرات سریع در پودر مورد استفاده.

-امکان عملیات دستی یا خودکار.

معایب

-یکنواختی پوشش و کیفیت آن در عملیات دستی به مهارت اپراتور وابسته است .

- پرداخت کاری سطح نصبت به سایر فرایند ها ضعیف تر است.

-فرایند تک جهتی است و محدودیتهای دسترسی وجود دارد.

-انتخاب صحیح پارامترهای پاشش و کنترل آن ها برای تولید رسوب با کیفیت خوب و تکرار پذیر ضروری است.

پوشش های بستر سیال

یک روش قدیمی عبارت است از پیشگرم قطعه و سپس نورد یا غوطه وری آن در پودر پلاستیک که باعث می شود پودر در تماس با قطعه کار ذوب شود و پوششی را ایجاد نماید که در گرمایش بعدی یک لایه نازک صیقلی یکپارچه با اتصال پیوند خوب فراهم نماید. در دهه 1950 این روش با سازگاری با روش بستر سیال به طور وسیع مورد استفاده قرار گرفت که بهبود بهره وری و پوشش کامل سطح ، مخصوصاً سطوح نا منظم را در پی داشت.

مزایا

-بهبود یکنواختی پوشش و پوشاندن سطوح نا منظم و سطوح داخلی.

-پوشش دهی هم زمان سطوح داخلی و خارجی .

-امکان کنترل بهتر دمای قطعه کار به دلیل پوشش یکپارچه حجم وسیع.

-امکان دستیابی به پوشش های ضخیم در مدت زمان کوتاه.

-سهولت خودکار کردن فرایند.

معایب

اساساً یک فرایند کارگاهی است نه متحرک.

-هزینه سرمایه گذاری تجهیزات نسبت به پاشش حرارتی بیشتر است .

-پوشاندن مشکل تر است به دلیل آنکه به پیشگرم نیاز است.

-اندازه قطعه کار با توجه به اندازه و ابعاد بستر سیال و کوره پیشگرم کنترل و محدود می شود.

 

پوشش هاي پاشش الکترواستاتیک

در این فرایند پودری که از تفنگ خارج می شود به صورت الکترواستاتیکی باردار شده و با سرعت کم به وسیله هوا و یا کلگی چرخان پاشش به جلو رانده می شود و به قطعه کاری برخورد می کند که اتصال به زمین شده است.

این مرحله نیاز به مراقبت دارد چرا که فشار بسیار زیاد هوا باعث می شود پودر، زیرلایه را بشوید و تورفتگی ایجاد کند که پوشش دهی آن مشکل خواهد بود. ضخامت پوشش در این فرایند ، خود محدود کننده است، زیرا افزایش میزان عایق شدن الکتریکی سطح زیرلایه می شود. با پیشگرم کردن زیر لایه و اعمال چند پوشش می توان بر این اثر غلبه کرد.

مزایا

-امکان دور پوشانی خوب بدون تغییر موضع قطعه کار.

- سهولت خودکار سازی فرایند.

-امکان ایجاد لایه نازک.

-پوشش دهی خوب لوله ها.

- کنترل دمای کوره برای اطمینان از گداخت مناسب پوشش.

-عملیات پوشاندن نسبت به سایر فرایندها آسانتر است.

معایب

-هزینه سرمایه گذاری زیاد تجهیزات.

-تجهیزات قابل حمل نیستند و فرایند کارگاهی است.

ظرفیت تجهیزات ، اندازه قطعه کار را محدود و کنترل می کند.

 

سایر روش ها

قطعات کوچک

قطعاتی که بسیار کوچک تر از آن هستند که به صورت دستی جا به جا شوند، پس از گرم شدن در یک پودر لرزان یا متحرک انداخته می شوند. پس از آن برای ایجاد یک لایه نازک غیر متخلخل پس گرمایش می شوند. برخی سیستم ها امکان تولید پوشش بدون وجود نقطه ها یا نشانه های تماس را فراهم می آورند. با استفاده از کارگر غیر ماهر ، تا 50000 قطعه در ساعت می توان تولید نمود.

قسمت های داخلی مخزن

در قطعاتی نظیر کپسول های آتش نشانی و لوله های آب داغ ، سیستمی وجود دارد که بر اساس آن مقدار مشخصی پودر به قطعه پیشگرم شده پاشیده می شود و سپس برای توزیع پودر حتی در سطوح داخلی، قطعه به صورت مدلی شبیه یک مدار نا منظم حرکت می کند. این در حالی است که حرارتی که از بیرون به قطعه داده می شود ، باعث گداخت پوشش در جای خود می شود.

پوشش دهی توسط سیم مداوم

پوشش دهی توسط لوله مشابه فرایندهای پوشش دهی سیمی است ، اما در اینجا پودر در یک محفظه ابری به کار می رود و لوله قبل از فرایند بعدی ، در آب سرد می شود. با کنترل دقیق ضخامت پوشش ، تولید مداوم لوله در سرعت های بالا امکان پذیر است.

پاشش مرحله ای

قطعاتی که برای جابه جایی در یک بستر سیال ، بسیار برزگ یا سنگین هستند ابتدا در یک کوره گرم می شوند و سپس توسط تفنگ از نوع تنظیم جریان ، همراه با بار یا بدون بار الکترواستاتیک، پاشش صورت می گیرد. پودر گداخته می شود تا پوشش با ضخامت تا 120 میلیمتر ، اگر نیاز باشد، شکل بگیرد. در صورتیکه تکمیل عملیات گداخته ضرورت داشته باشد، می توان آن را دوباره انجام داد.

 

طراحی پوشش های پلاستیکی

آماده سازی سطح

پوشش های پلاستیکی بر روی زیرلایه های فلزی باید تحت شرایط کاملاً کنترل شده به کار روند.ضرورت دارد که قبل ار عملیات پوشش دهی ، زیر لایه کاملاً تمیز شده باشد.

این بدان معناست که هرگونه پوسته اکسیدی، زنگ، گریس، رنگ یا سایر آلودگی ها باید زدوده شود.

هرگونه نقصان در این زمینه منجر به تضعیف چسبندگی بین فلز و پوشش می شود .سطح تمیز شده معمولاً با استفاده از دانه های زاویه دار ساچمه زنی می شود. جایگزینی ساچمه زنی، تمیز سازی که با عملیات فسفاته یا کروماته ادامه می یابد، به ویژه در مورد پوشش های نازک که توسط رسوب دهی الکترواستاتیکی به دست می آید.

پوشش های فسفاته در دماهای بالا که برای رسوب دهی به روش سیال استفاده می شود، کارایی ندارد. به هنگام انتخاب چنین عملیاتی باید به توصیه های متخصصین توجه نمود.

گرچه ساچمه زنی بهترین راه آماده سازی سطح برای پوشش های ضخیم است ، اما استفاده از یک آستری قبل از پوشش ها عملاً مطلوب است. این حالت چسبندگی پوشش به زیر لایه را بهبود می دهد و معمولاً برای کاربردهای الکترواستاتیک نایلون توصیه می شود.

وجود حرارت در فرایند پاشش حرارتی ممکن است آستری را تخریب نماید و مانع استفاده از آن ها در این فرایند شود. این قطعات به آسانی توسط ساچمه زنی اعوجاج پیدا می کند و استفاده از تمیز سازی شیمیایی با آسترها می تواند از این امر جلوگیری نماید.

طراحی قطعه

سطوحی که قرار است پوشش دهی شود نه تنها برای فرایند پوشش دهی مورد نظر ، بلکه برای آماده سازی سطح نیز باید قابل دسترس باشد.

به دلیل گرمای مورد نیاز برای گداخت پوشش های پلاستیکی ، ایجاد منفذ در مقاطع تو خالی ضروری است. سیالات مورد استفاده برای تمیز سازی ،از طریق این منافذ وارد خواهند شد، بنابراین باید به گونه ای جاسازی شوند که سیالات بتوانند از حفره ها کاملاً تخلیه شوند. برای جلوگیری از خوردگی سطح حفاظت نشده در طی کار، آب بندی بعدی این منافذ ضروری است.

بهتر است در قطعاتی که نیاز به پوشش دهی دارند از گوشه های تیز اجتناب شود .توانایی فرایندهای مختلف پوشش دهی برای پوشش دادن یکنواخت گوشه ها مانند سایر سطوح متفاوت است، اما به هر حال در گوشه های تیز پوشش نازکتر است و حین جابه جایی آسیب پذیر تر، به ویژه اگر قطعه بزرگ یا سنگین باشد.

خلاصه

در عرصه وسیع و متنوع مسایل سایش در صنایع مختلف ، مواد پلاستیکی سهم مشخصی را در بازار در مورد انتخاب پوشش های به صرفه از لحاظ اقتصادی در اختیار مهندس طراح قرار داده اند. پوشش دهی را می توان در کارگاه یا محل انجام داد.

پوشش دهی در محل ممکن است در مورد تعمیر و ترمیم قطعه ای به کار رود که قبلاً پوشش پلاستیک شده است یا در جهت افزایش عمر قطعه فاقد پوشش استفاده شود. بسته به شرایط مختلف ، مدل های دستی یا خودکار فرایند می تواند انتخاب و پذیرفته شود.

برای دستیابی به عمر کاری مورد نظر قطعه، چسبندگی کامل و مناسب پوشش به زیر لایه ضروری است. در مواردی که از سیستم دستی استفاده می شود، به کارگیری اپراتور آموزش دیده مناسب اهمیت فراوان دارد.

مواردی که به مراقبتهای ویژه نیاز است عبارت است از طراحی و آماده سازی صحیح قطعه ، کنترل دمای پیش گرمایش و پس گرمایش و اجتناب از رطوبت قطعه حرارت دیده با شعله مستقیم.

 

بررسی تاثیر بین فلزي هاي تشکیل شده در دماهاي مختلف تف جوشی درفصل مشترك زمینه آلومینیوم تقویت شده باN

بررسی تاثیر بین فلزي هاي تشکیل شده در دماهاي مختلف تف جوشی درفصل مشترك زمینه آلومینیوم تقویت شده باNi3Al بر مقاومت به خوردگی این کامپوزیت ها

چکیده

کامپوزیت هاي آلومینیوم تقویت شده با ذرات آلومیناید نیکل بدلیل مقاومت به اکسیداسیون در دماهاي بالا و خوردگی خوب بسیار مورد توجهاند.

یکی از روش هاي ساخت این نوع کامپوزیت ها متالورژي پودر است.در دماهاي تف جوشی مختلف، بین فلزي هاي متفاوت نیکل آلومینیوم در اطراف ذرات تقویت کننده تشکیل می شود در نتیجه خواص فیزیکی و مکانیکی و مقاومت به خوردگی وابستگی خاصی به دماي تف جوشی دارد.

در این تحقیق مقاومت به خوردگی کامپوزیت آلومینیوم تقویت شده با ذرات آلومیناید نیکل در دماهاي متفاوت تف-جوشی شده مورد بررسی قرار گرفته است تا تاثیر دماي تف جوشی، بر بین فلزي هاي تشکیل شده و خواص فیزیکی و با غلظتهاي مختلف در دماي NaCl مکانیکی کامپوزیت مشخص شود. پتانسیل خوردگی کامپوزیت مذکور در محلول اتاق اندازهگیري شده و سطح مقطع نمونه هاي متالوگرافیکی آمادهسازي شده پس از غوطهوري در محلول نمک طعام و آب اکسیژنه بمدت 8 ساعت ارزیابی شده است. نتایج نشان داد که نمونههاي تفجوشی شده در دماي 625 درجه سانتی گراد بدلیل بالا بودن چگالی و ماهیت فازهاي تشکیل شده در مجاورت ذرات تقویت کننده مقاومت به خوردگی بیشتري دارند.

واژه ها ي کلیدي: کامپوزیت آلومینیوم، آلومیناید نیکل، مقاومت به خوردگی، دماي تفجوشی

مقدمه

از کامپوزیتهاي زمینه فلزي میتوان در تولید موادي با استحکام بالا در عین حال نرمی بالا استفاده کرد. اینگونه مواد خواص فیزیکی و مکانیکی جالبی که تلفیقی از خواص خواص فلزي و سرامیکی است از خود نشان میدهند [ 1]. ترکیب .[ شیمیایی، مقدار، اندازه و نحوه توزیع ذرات تقویتکننده تاثیر قابل ملاحظه اي بر خواص کامپوزیت نهایی میگذارد [ 2

مهمترین مشکل این گونه کامپوزیتها فقدان پیوندهاي مناسب در فصل مشترك زمینه و تقویتکننده است، معمولا تقویت کنندهها تطابق خوبی با زمینه فلزي ندارند که باعث پیوندهاي ضعیف در فصلمشترك و در نهایت کاهش خواص مکانیکی و افزایش حساسیت به خوردگی می شوند. براي از بین بردن این مشکل تکنیک هاي خاصی مانند پوشش دادن ذرات تقویت کننده، تطبیق ترکیب شیمیایی زمینه ابداع شده است، که باعث افزایش شدید قیمت این نوع کامپوزیتها .[ 6 ,5 ,4 , میشود بدون اینکه تاثیر قابل ملاحظه اي در بهبود خواص مکانیکی آنها داشته باشد [ 3 مواد بسیاري به عنوان تقویتکننده براي کامپوزیتهاي پایه آلومینیوم پیشنهاد شده است. ترکیبات بین فلزي در سیستم به دلیل سختی بالا، مدول الاستیک زیاد و نقطه ذوب بالا، مواد بسیار مناسب براي تقویت NiAl و Ni3Al نظیر Ni-Al به عنوان ذرات تقویتکننده این است که ضریب انبساط Ni3Al 9] . یکی از مهمترین مزیتهاي ,8 , آلیاژ آلومینیوماند[ 7 حرارتی این ترکیب در دماي محیط بسیار نزدیک به ضریب انبساط حرارتی آلیاژهاي آلومینیوم است. این تطابق خوب بین ضرایب انبساط حرارتی باعث کاهش تنشهاي پسماند در هنگام اعمال سیکلهاي حرارتی و در نتیجه عدم شکست پیوند در دماي بالا نیز کاربرد داشته و استحکام نهایی، مقاومت به خوردگی و Ni3Al . زمینه با ذرات تقویت کننده میشود اکسیداسیون خوبی دارد. چگالی آن در مقایسه با سوپر آلیاژ پایه نیکل پایین است. تهیه شده به روش آلیاژسازي مکانیکی بعنوان تقویت کننده در زمینه آلومینیومی براي Ni3Al در این تحقیق از ذرات ساخت کامپوزیت به روش متالورژي پودر استفاده شده و نقش پارامتر دماي تفجوشی در تشکیل پیوند بین ذرات تقویتکننده با زمینه و نوع محصولات تشکیل شده در حین ساخت، بررسی و مطالعه شده است.براي مشخص کردن تاثیر این پارامتر ساخت بر خواص فیزیکی و مکانیکی، مقاومت به خوردگی به عنوان شاخص مورد بررسی قرار گرفته است.

این پروژه به صورت کامل موجود میباشد

خوردگی

خوردگی ( Corrosion )

خوردگی اصطلاحی است که به فساد فلزات از طریق ترکیب فلز با اکسیژن وسایر مواد شیمیایی انجام می شود.

زنگ زدن ( Rusting )

زنگ زدن فقط در مورد اکسید شدن آهن وآلیاژهای آهنی در هوای خشک یا مرطوب به کار می رود که محصول خوردگی از جنس هیدرات فریک یا اکسید فریک است .

اکسید شدن ساده فلزات سبک

این فلزات شامل فلزات قلیایی و قلیایی خاکی هستند که وقتی اکسید شوند حجم قشر اکسید تشکیل شده متخلخل بوده و مانعی جهت نفوذ اکسیژن به داخل قشر اکسید نیست و اکسید خاصیت چسبندگی به فلز ندارد. به طور خاص سدیم وپتاسیم در حرارت های عادی و متعارفی میل ترکیبی شدیدی با اکسیژن دارند ولی در درجات حرارت خیلی کم اکسید شدن به تاخیر می افتد و اکسید تشکیل شده در این حالت خاصیت چسبندگی دارد.

آلومینیوم و آلیاژهای آن

آلومینیوم ، فلزی نرم و سبک ، اما قوی است، با ظاهری نقره‌ای - خاکستری٬ مات و لایه نازک اکسیداسیون که در اثر برخورد با هوا در سطح آن تشکیل می‌شود، از زنگ خوردگی بیشتر جلوگیری می‌کند. وزن آلومینیوم تقریبأ یک سوم فولاد یا مس است . چکش خوار ، انعطاف پذیر و به راحتی خم می‌شود. همچنین بسیار بادَوام و مقاوم در برابر زنگ خوردگی است. بعلاوه ، این عنصر غیر مغناطیسی ، بدون جرقه ، دومین فلز چکش خوار و ششمین فلز انعطاف‌پذیر است آلومینیوم از جمله جدیدترین مصالح ساختمانی است که در آغاز قرن 20 یک فلز نسبتا کمیاب بود و این روزها از متداولترین فلزات است که به صورت آلیاژی و غیر آلیاژی به کار می رود .

ویژگی های عمومی خوردگی :

آلومینیوم یک فلز پست ( فعال ) است که با محیط اطراف میل ترکیبی شدیدی دارد . یعنی سطح آلومینیوم در معرض هوا به سرعت از یک لایه نازک اکسید آلومینیوم حدود 0.01 میکرومتر پوشیده می شود که فلز را از حمله بعدی خوردگی محافظت می کند . معادله زیر به معادله لگاریتمی معکوس معروف است که در مورد خوردگی و اکسید شدن فلزاتی نظیر آلومینیوم به کار می رود :

= 1/y0 – k9( Ln[a(t-t0)+1])

y0 : ضخامت قشر اکسید در بدو آزمایش
t0 : زمان آزمایش در بدو شروع
k9 : ثابت
این معادله در مورد اکسید شدن آلومینیوم د ردرجه حرارت معمولی و اکسیژن خشک صادق است . هم چنین د راین فلز و در فلز زیرکونیوم رشد فیلم به روش اکسید شدن آنودیک از این معادله پیروی می کند . وقتی آلومینیوم د رمجاورت اکسیژن خالص و خشک قرار می گیرد بین اکسیژن وآلومینیوم یک نوع پیل الکتریکی موضعی تشکیل می شود که سبب رشد فیلم می شود .

خوردگی یکنواخت :

خوردگی یکنواخت فلز آلومینیوم در فضای باز معمولا قابل اغماض است . محلول های دارای PH خارج از دامنه اثر ناپذیری در نمودار پتانسیل PH سبب خوردگی مواد ساخته شده از آلومینیوم می شوند. ملاط تازه تهیه شده هم قلیایی است ولذا خورنده آلومینیوم است از این رو برای اجتناب از گسترش مناطق حک شده در سطح فلز باید مراقبت شود که از پخش شدن ملاط جلوگیری شود . سطوح آلومینیومی که در تماس با بتون تازه هستند حتما در آغاز زدوده می شوند ولی به زودی با تشکیل اندود آلومینات کلسیم برروی آن ها از خوردگی بعدی جلوگیری می شود.

تشکیل حفره :

در اتمسفرهای باز آلوده ٬ حفره های کوچکی تشکیل می شوند که با چشم قابل رویت نیستند . روی این حفره ها جرم های کوچک محصولات خوردگی معمولا اکسید آلومینیوم و هیدروکسید آلومینیوم هستند ٬ تشکیل می شوند . حفره های کم عمق معمولا اثر چندانی بر استحکام مکانیکی ساختمان ها ندارند ٬ با این وجود جلای درخشنده فلز به تدریج از بین می رود و به جای آن اندود خاکستری – زنگاری محصولات خوردگی ظاهر می شود. اگر اتمسفر حاوی دوده فراوان باشد دوده توسط محصولات خوردگی جذب و رنگ زنگاری تیره ایجاد می شود .
اگر آلومینیوم به طور دائم در معرض آب قرار گیرد حفره دار شدن آن خیلی جدی خواهد بود . به خصوص اگر آب راکد باشد حضور اکسیژن وکلرید و یا یون های دیگر هالید ها تعیین کننده وجود حمله و شدت حمله خواهد بود . اگر یون های HCO3 و Cu2+وجود داشته باشند خطر حفره دار بودن بیشتر خواهد بود البته مشروط بر این که پتانسیل تشکیل حفره بالا رود . بیرون حفره واکنش کاتدی انجام می گیرد که کنترل کننده سرعت تشکیل حفره است .

خوردگی دو فلزی :

چون آلومینیوم یک فلز پست است خطر خوردگی دو فلزی در تماس مستقیم آن با یک فلز نجیب تر مثل فولاد وجود دارد . ولی شرط وقوع حمله ٬ حضور یک الکترولیت در نقطه تماس است . لذا خوردگی دو فلزی در فضای بسته خشک به وجود نمی آید و خطر حمله خوردگی دو فلزی در اتمسفر باز وجود دارد . البته این نوع خوردگی روی سطحی که با دوده آلوده شده باشد هم پیش می آید .

خوردگی شکافی:

نوعی خوردگی شکافی در آلومینیوم در حضور آب پیش می آید نتیجه این خوردگی شکافی می تواند تشکیل اکسید آلومینیوم باشد که به صورت لکه های آب سبب بی رنگ شدن سطح می شود . زدودن لکه هاب آب دشوارو احتمالا غیر ممکن است .

خوردگی لایه ای :

خوردگی لایه ای که به خوردگی پوسته شدن هم معروف است بیشتر به موادی که غلتک می خورند یا روزن ران می شوند ازنوع AlCuMg و AlZnMg محدود می شود . مکان حمله د رلایه های موازی نازک در جهت حرکت به جلو بوده است و سبب می شود که رویه های فلزی که مورد حمله قرار گرفته اند از هم جدا شده و یا تاول هایی بر سطح فلز ایجاد شود . خوردگی لایه ای با قرار گرفتن فلز در آب راکد و یا اتمسفر در یایی هم به وجود می آید و مقاومت در برابر خوردگی لایه ای هم از روی عملیات پیر سازی تعیین می شود .
یكی دیگر از خواص مشخصه آلیاژهای آلومینیوم مقاومت در مقابل خوردگی است. آلومینیوم خالص وقتی كه در هوا قرار گیرد بلافاصله با یك لایه چسبنده اكسید آلومینیومی پوشیده می‌شود، این لایه پوششی، مانع خوردگی می‌گردد. اگر در اثر سائیدگی این لایه كنده شود بلافاصله دوباره تشكیل می‌گردد. ضخامت این لایه نازك طبیعی در حدود 025/0 میكرون (یك میكرون = یك هزارم میلی‌متر) است، با این وجود بقدری محكم است كه مانع موثری در مقابل اغلب مواد خورنده محسوب می‌گردد.
البته برخی از آلیاژهای خاص آلومینیوم نسبت به دیگران مقاومتر است. برای مثال گروه آلیاژهای Al-mg مخصوصاً در مقابل هوا و آب دریا مقاوم است. از طرف دیگر آلیاژهای آلومینیوم حاوی مس یا روی از نظر مقاومت خوردگی ضعیف‌تر و از نظر استحكام مكانیكی قویتر می‌باشد.
روش های زیر در جلوگیری از خوردگی به کار می رود :

حفاظت کاتد ی:

مصالح آلومینیوم غوطه ور در آب را می توان به روش حفاظت کاتدی در مقابل تشکیل حفره حفظ کرد. برای این کار پتانسیل الکترودی را تا مقدار زیر پتانسیل تشکیل حفره جسم در محیط مورد نظر پایین می آورند٬ با وجود این گاز هیدروژن می تواند در کاتد تشکیل شود که نتیجه آن بالا رفتن مقدار PH است . هرگاه PH بسیار بالا رود آلومینیوم احتمالا مورد حمله قرار می گیرد لذا از حفاظت اضافی آن باید اجتناب کرد .

آندی کردن:

لایه اکسید تشکیل شده در سطح آلومینیوم در معرض هوا از خصلت حفاظتی خوبی برخوردار است اما این لایه اکسید را می توان با برقکافت ضخیم تر کرد . این کار را آندی کردن می گویند و اکسیدی که به این ترتیب تشکیل می شود اندود اکسید آندی نامیده می شود . با آندی کردن فلز مقاومت در برابر خوردگی افزایش می یابد ضمن اینکه سطح با قرار گرفتن در فضای باز ظاهر جدیدی پیدا خواهد کرد . در موقع آندی کردن آلومینیوم شی فلزی اند پیل الکترولیتی را تشکیل می دهد . اندود اکسید آندی که طی برقکافت ایجاد می شود شامل یک لایه فشرده به صورت سد در نزدیک سطح فلز و لایه دیگری با منافذ ریز بر روی آن است .

رنگ کاری :

مصالح آلومینیومی را برای فضای باز مثل ساختمان ها نیاز به رنگ مقاوم به خوردگی ندارند . خوردگی اتمسفری ان قدر شدید نیست که بر مقاومت ساختمان اثر گذارد . در هر حال رنگ کردن آلومینیوم بیشتر به منظور زیبا سازی انجام می شود.اگر مقاومت طبیعی آلومینیوم برای بعضی از محیط‌ها كافی نباشد در آن صورت روش هایی وجود دارد كه بتوان مقاومت آن را افزایش داد. برخی از این روشها عبارتند از: پوشش دادن با آلومینیم ٬ آندایزه کردن یا آبکاری ٬ پوشش سخت دادن ومحافظت کاتدی .

پوشش آلومینیومی دادن Alcladding:

بطور كلی آلیاژهای آلومینیوم با استحكام زیاد از نظر خوردگی كم مقاومترین آنها محسوب می‌گردند. این مطلب بخصوص در مورد آلیاژهای حاوی درصدهای زیاد مس یا روی صادق است. از طرف دیگر مقاومت به خوردگی آلومینیوم خالص بسیار زیاد است. پوشش آلومینیومی دادن یكی از روش های افزایش مقاومت خوردگی به یك آلیاژ با استحكام زیاد است. در این فرآیند یك لایه آلومینیوم خالص به سطح آلیاژ مورد نظر متصل شده و در نتیجه در مجموعه خواص مورد نظر حاصل می‌شود. این روش مخصوصاً در محصولات ورقه‌ای مناسب است.

آندایزه كردن (آبكاری) Anodizing:

در این روش از مقاومت زیاد در مقابل خوردگی لایه پوششی كه بلافاصله بر روی سطح آلومینیوم تازه بریده شده تشكیل می‌گردد استفاده می‌شود. همانگونه كه قبلاً ذكر گردید این لایه عامل مقاومت به خوردگی طبیعی این فلز است. آندایزه كردن در واقع یك نوع ضخیم كردن لایه اكسیدی به ضخامت تا چندین هزار برابر ضخامت لایه اكسید طبیعی است. نتیجه عمل، لایه‌ای است سخت با ضخامت حدود 5/25 میكرون بر تمام سطح آلومینیوم كه علاوه بر مقاومت به خوردگی در مقابل سایش نیز استحكام كافی دارد. آندایزه كردن یك روش الكتریكی است كه انواع مختلف آن اساساً از نظر محلولی كه فلز در آن مورد عمل قرار می‌گیرد و ضخامت لایه اكسیدی حاصل، فرق می‌نماید. از این طریق پوشش دادن علاوه بر حفاظت سطحی گاهی به منظور تزئینی نیز استفاده می‌گردد اگر فلز آندایزه شده را با انواع رنگهای مختلف پوشش دهند رنگ حاصل تقریباً بصورت قسمتی از اكسید سطحی بدست می‌آید.

تاول زدن سطح قطعات آلومینیمی در هنگام عملیات حرارتی :

عواقب نفوذ هیدروژن بداخل مذاب از طریق واکنش سطحی مذاب با بخار آب در ریخته گری کاملا مشخص است. یک چنین واکنشی ممکن است در خلال عملیات حرارتی انحلال نیز با آلومینیوم جامد انجام گیرد که منجر به جذب اتم های هیدروژن شود. این اتم ها می توانند در حفره های داخلی با هم ترکیب شده و تشکیل مجموعه های گاز ملکولی دهند. در اثر حرارت دادن ماده فشار گازی موضعی ایجاد می شود و با توجه به اینکه در این دماهای بالا فلز دارای پلاستیسیته نسبتا زیادی است این امر منجر به تشکیل تاولهای غیر قابل جبران سطحی می گردد.
تاولهای ایجاد شده بر سطح قطعات آلیاژ آلومینیومی عملیات حرارتی شده در محیط مرطوب حفره های داخلی که این تاولها در آنجا ایجاد می شوند از تخلخل های اولیه شمش که از بین نرفته اند ترکیبات بین فلزی که در خلال تغییر شکل ترک خورده اند و احتمالا خوشه های مکانهای خالی اتمی در شبکه که ممکن است در اثر حل شدن رسوبات یا ترکیبات حاصل شده باشند ناشی می شوند. در این گونه موارد وجود تاولی که باعث خرابی ظاهر سطحی قطعه می گردد ممکن است تاثیر برروی خواص مکانیکی قطعات بگذارد. در هر حال بیش از حد گرم کردن قطعه منجر به تاول زدن می گردد زیرا هیدروژن به آسانی می تواند توسط مناطق ذوب شده جذب گردد که در این صورت مساله جدی تر می شود و باعث مردود شدن قطعه کار می گردد.از آنجائی که حذف کامل حفره های داخلی در محصولات کار شده مشکل است ٬ لازم است مقدار بخار آب موجود در محیط کوره را به حداقل رسانید.اگر این امر امکان پذیر نباشد در آن صورت ورود یک نمک فلورایدی بداخل کوره در خلال عملیات حرارتی قطعات حساس می تواند از طریق کاهش واکنش سطحی قطعه با بخار آب مفید واقع شود.

منابع :

1) مبانی تکنولوژی خوردگی / اینار ماتسون / ترجمه عسگر هورفر
2) خوردگی فلزات و جلوگیری از آن / مهندس محمد تقی علیزاده طوسی
3) http://www.joshkari.150m.com
4) http://iranwelding.blogfa.com

ارتقاء خواص مكانيكي و مقاومت ب هخوردگي تنشي آلومينيوم 7075

ارتقاء خواص مكانيكي و مقاومت ب هخوردگي تنشي آلومينيوم 7075

ب هوسيله نورد و عمليات پيرسازي دو مرحل هاي

 

چكيده

پيرسازي دو مرحل ه اي، عمليات حرارتي نويني است كه بر روي آل ياژهاي گروه 7000 آلومينيوم و به منظور افزايش مقاومت به خوردگي

اين آلياژها مي شود ، پيشنهاد SCC كه منجر به افت مقاومت به T تنشي و ح فظ استحكام بالاي آنها، به عنوان جايگزين عمليات حرارتي 6

شدهاست. اين عمليات شامل يك مرحله پيرسازي كوتاه در دماي 200 درجه سانتي گراد پس از كوئنچ، كوئنچ مج دد و سپس پيرس ازي

بهروش معمول در دماي 120 درجه سانتي گراد، به منظور دستيابي بهتوزيع ريز و پراكنده ذرات فاز ثانويه است . در اين تحقيق به بررسي و

بهسازي عمليات حرارتي نوين پيرسازي دو مرحل ه اي آلومينيوم 7075 پرداخته شد ه است. انجام يك مرحله نورد سرد پيش از بازگشت و نيز

شد . كرنش T آلياژ تا ن مونه 73 SCC و مقاومت به T يك مرحله پيش از پيرسازي مجدد، باعث افزايش همزمان استحكام تا اندازه نمونه 6

و كرنش نورد دوم باعث شكست رسوبات روي مرز دانه و افزايش سطح مناطق الكترونده گرديد η اوليه منجر به تشكيل بيشتر رسوبات فاز

شدند. SCC كه هر دو عامل، كاهش انحلال رسوبات را بههمراه داشته و در نتيجه باعث افزايش مقاومت به

واژ ههاي كليدي:

. آلومينيوم 7075 ،SCC ، پيرسازي دو مرحله اي، انحلال آندي

-1 مقدمه

آلياژهاي آلوم ينيوم سر ي 7000 بهعلت استحكام بالا و دانسيته

پايين، استفاده گسترد هاي در صنايع هوايي دارند [ 1]. علت

استحكام بالاي اين آلياژ، توزيع ريز و يكنواخت رسوبات فاز

،T ثانويه در شبكه است كه طي عمليات پيرسختي 6

حاصل م ي شود. مراحل رسوب گذاري از محلول جامد فوق

:[ اشباع تا رسوبات پايدار در اين آلياژ به صورت زير است [ 2

Solid solution → GP Zones → ή→ η(MgZn2)

متأسفانه اين گروه در ماكزيمم سختي ب ه دست آمده طي عمليات

تا حدود زيا دي مقاومت به خوردگي تنشي خود را ،T حرارتي 6

از دست م ي دهند. رسو بهاي به وجود آمده پس از عمليات

52 فصلنامه علمي پژوهشي مهندسي مواد مجلسي / سال سوم / شماره اول / بهار 1388

بوده كه عامل اصلي افزايش ή و GP عمدتاً از نوع T حرارتي 6

.[ استحكام م يباشند [ 3

SCC كه از مقاومت به T در نمون ه هاي فرتوت شده با مشخصه 7

كاملاً قابل قبولي برخو ردارند، رسوباتبي شتر از نوع غير همبسته

% است كه منجر به كاهش استحكام بين 10 تا 15 η و بزر گ تر از

م ي شود [ 4]. تلا ش هاي زيادي T اين نمونه ها نسبت به نمونه 6

اين آلياژها انجام شده است و آنچه SCC جهت درك مكانيزم

و ارتباط اين SCC مسلم است ماهيت بين دان ه اي ترك

و مناطق عاري از GBP خوردگي با رسوبات روي مرز دانه

است . هر چه اندازه رسوبات روي PFZ رسوب مجاور مرز دانه

بالاتر SCC مرز دانه بزرگتر و فاصله آنها بيشتر باشد مقاومت به

.[ است [ 5

بهمنظور دستيابي به اين ساختار و ادغام آن با استحكام بالا، چند

عمليات حرارتي پيشنهاد شد هاست كه از آن جمله عمليات

6]، در دهه ] بازگشت و پيرسازي مجدد 1 است كه توسط سين ا 2

T 70 ارائه شد و موفق به دستيابي بهآلياژي با استحكام نزديك به 6

شد . اين پروسه شامل T و مقاومت به خوردگي تنشي نزديك به 73

180 درجه سانتي گراد ب همدت - در دماي 240 T آنيل نمون ه هاي 6

5 تا 2400 ثانيه بازگشت، كوئنچ در آب و سپس پيرسازي مجدد

م يشد . پس از بازگشت، رسوبات روي مرز T مانند عمليات 6

را بالا م ي برند و SCC دانه درشت و با فاصله شده و مقاومت به

در پيرسازي مجدد، رسوبات ريز در شبكه تشكيل شده و

نزديك مي كنند. T استحكام را بهنمونه 6

در (SQA) عمليات ديگري با نام كوئنچ دو مرحله اي و پيرسازي

سال 2007 توسط او 3 و همكارانش [ 7]، پيشنهاد شد كه عبارت

200- است از كوئنچ آلياژ از دماي محلو ل سازي تا حدود 230

درجه سانتي گراد، توقف به مدت 5 تا 30 ثانيه در اين دما، كو ئنچ

مجدد و سپس پيرسازي به شيوه معمول . در اين روش با ت وقف در

دماي بالا ، رسوبات درشت و با فاصله زياد تشكيل شده و با

پيرسازي در دماي پايين ، رسوبات ريز درون دانه نيز تشكيل

ميشوند كه در كل منجر به حصول تركيب مناسبي از استحكام و

خواهند بود . اين روش به علت سرعت كل SCC مقاومت به

كوئنچ پايين براي آلياژهاي حساس به نر خ كوئنچ گروه 7000

مانند 7075 مناسب نيست . عمليات ديگر تحت عنوان پيرسازي

دو مرحل ه اي توسط وانگ 4 و همكاران [ 8]، بر روي آلومينيوم

7050 انجام شد كه عبارت بود از اعمال پي ش كرنش 5% پس از

كوئنچ، پيرسازي در دماي 200 درجه سانت يگراد با مدت

زما نهاي مختلف و سپس كوئنچ و پيرسازي در دماي 120 درجه

سانت يگراد ب همدت 24 ساعت.

SCC در اين روش طيفي از تركي ب هاي استحكام و مقاومت به

پديد مي آيد كه هر كدام از جهاتي خواص قابل قبولي دارند اما

ادغام نشده است . T و استحكام 6 T73 SCC در هيچكدام خواص

در اين تحقيق تلاش بر اين بوده تا با ادغام كار مكانيكي با

عمليات حرارتي در نمون ههاي تهيه شدهبه روش اخير، هر دو

و استحكام آلياژ 7075 را تا حد قابل SCC خاصيت مقاومت به

ملاحظ هاي بهبود ببخشيم.

-2 روش تحقيق

6 از آلياژ mm آزمايشات بر روي يك ورق با ضخامت

،1/6 wt % Cu ،0/5 wt % Ti آلومين يوم 7075 و با تركي ب

5/6 انجام شد . نمون ه ها ابتدا در wt % Zn ،2/5 wt % Mg

كور هاي با دماي 470 درجه سانتي گراد و ب ه مدت زمان 3 ساعت،

تحت عمليات محلو لسازي 5 قرار گرفتند و تا دماي محيط

ب هوسيله آب كوئنچ شدند . پروسههاي مختلف حرارتي و

مكانيكي اعمال شده روي آلياژ در جدول ( 1) نمايش داده

،T و 73 T شد هاست. علاوه بر دو عمليات حرارتي معمول 6

تركيب هاي جديدي از عمليات ترمومكانيكي و فرآيند پيرسازي

دو مرحله اي نيز بر روي نمونه ها آزمايش شد.

در صورت وجود بهمعني درصد كرنش r1 ،r1Ar2a در نامگذاري

بهمعني پيرسازي ب همدت 5 دقيقه در دماي 200 درجه A ، اوليه

a م يزان كرنش ن ورد پس از پيرس ازي اول و r سانتي گراد، 2

بهمعني پيرسازي طبيعي به مدت 2 روز و سپس پيرسازي در

دماي 120 درجه سانتي گراد به مدت 24 ساعت مي باشد.

ارتقاء خواص مكانيكي و مقاومت ب هخوردگي تنشي آلومينيوم 7075 ب هوسيله نورد و عمليات پيرسازي دو مرحله اي 53

جدول ( 1): پروسههاي مختلف انجام شده روي نمونهها.

عمليات حرارتي عنوان

T6 470°C/3h + 120° + كوئنچ در آب C/24 h

T73 470°C/3h + 120° + كوئنچ در آب C/24 h + 160°C/18 h

A30a 470°C/3h + 200° + كوئنچ در آب C/5 min + 120° + كرنش % 30 + كوئنچ C/24 h

A50a 470°C/3h + 200° + كوئنچ در آب C/5 min + 120° + كرنش % 50 + كوئنچ C/24 h

A70a 470°C/3h + 200° + كوئنچ در آب C/5 min + 120° + كرنش % 70 + كوئنچ C/24 h

5A30a 470°C/3h + 200° + پيشكرنش % 5 + كوئنچ در آب C/5 min + كرنش % 30 + كوئنچ + NA + 120°C/24 h

5A50a 470°C/3h + 200° + پيشكرنش % 5 + كوئنچ در آب C/5 min + كرنش % 50 + كوئنچ + NA + 120°C/24 h

5A70a 470°C/3h + 200° + پيشكرنش % 5 + كوئنچ در آب C/5 min + كرنش % 70 + كوئنچ + NA + 120°C/24 h

شكل ( 1): نتايج تست كشش براي نمونههاي مختلف.

و با ASTM B557M نمون ههاي تست كشش طبق استاندارد

(6 mm × 25 و سطح مقطع (ضخامت mm طول سنجه

ماشين كاري و آماده شده و تحت تست كشش يك بعدي با

2 قرار ×10-3Sec⎯¹ با نرخ ك رنش Instron دستگاه 8802

گرفتند. اندازه گيري مقاومت به خوردگي تنشي ب ه وسيله تست

%3/ در هوا و محلول 5 (SSRT) كشش با نرخ كرنش پايين

كلريد سديم انجام شد.

نمونه هايي مشابه تست كشش با كرنش معمول، ماشين كاري و

3 در دماي ات اق ×10-6Sec⎯¹ پوليش شد و با نرخ كرنشي معادل

تست شدند . از ميكروسكوپ الكتروني روبشي براي بررسي

سطح شكست و ميكروسكوپ الكتروني عبوري با مشخصات

براي بررسي ريزساختار (JEOL, TEM 2010 ،200K ،109A)

استفاده شد.

-3 نتايج و مباحث

شكل ( 1) خواص مكانيكي آلياژ را پس از طي فرآيندهاي

مختلفجدول ( 1) نشان مي دهد. هما نگونه كه مشاهده م ي شود،

54 فصلنامه علمي پژوهشي مهندسي مواد مجلسي / سال سوم / شماره اول / بهار 1388

.5A70a ( 5 و د A50a ( ج ،A50a ( ب ،T مرز دانه در نمونههاي الف) 6 TEM شكل ( 2): تصوير

نشان T كاهش استحكام محسوسي را نسبت بهنمونه 6 T نمونه 73

م يدهد كه مطابق با نتايج قبلي بررسي شد هاست.

در مورد نمونه هاي دو مرحله پيرشده مي توان دو روند متفاوت را

تشخيص داد.

نمونه هايي كه تحت 5% كرنش اوليه قرار گرفته بودند، در كل

استحكام پايين تري نسبت به نمون ههاي متناظر بدون كرنش اوليه

از خود نشان دادند و در مقابل با بالا رفتن كرنش نورد ثانويه،

استحكام تسليم و كششي همه نمونه ها افزايش يافته است . حضور

نابجايي هايي كه در طي نورد اول يه به وج ود مي آيد، منجر

η بهجوانه زني مستقيم، ناهمگن و محدود رسوبات فاز پايدار

بر روي نابجايي ها مي شود كه مقدار عنصر آلياژي حل شده در

را ή و GP زمينه، ب راي تشكيل رسوبات اصلي استحكام دهنده

كم مي كند [ 9] (شكل 2- ج و 2- د ). نابجايي هاي ايجاد شده در

مرحله دوم نورد نيز مي توانند نقش مشابهي در كاهش استحكام

آلياژ پس از پيرسازي ثانويه داشته باشند.

اما پيرسازي طبيعي نمونه ها منجر به رسوب گذاري همگن تر رو ي

به وجود آمده در دماي پايين شده و از ايجاد بيش از GP مناطق

.[ بر روي نابجايي ها جلوگيري م ي كند [ 7 η حد رسوبات فاز

علاوه بر اين، افزايش استحكام با افزايش كرنش به دليل كرنش

سختي بيشتر و نيز بالا رفتن دانسيته نابجايي ها و در نتيجه توزيع

درون زمينه است. جدول ( 2) نتايج تست η بهتر و ريزتر رسوبات

شامل استحكام تسليم، استحكام كششي و درصد ازدياد SSRT

طول يكنواخت را براي نمونه هاي مختلف نشان مي دهد . نسبت

در نظر گرفته شده كه هر SCC به عنوان معيار مقاومت ب ه Esol/Eair

چه اين مقدار به 1 نزديك تر باشد، به مفهوم اين است ك ه

نسبت به ديگر نمونه ها T بالاتر است . نمونه 6 SCC مقاومت به

را SCC و در نتيجه كمترين مقاومت به Esol/Eair كمترين نسبت

مطابق انتظار از مقاومت به T از خود نشان مي دهد و نمونه 73

بالايي برخوردار است . در حالت كلي نمونه هايي كه پيش SCC

از پيرسازي اول 5% نورد شده بودند، بر خلاف استحكام

بالاتري نسبت به نمونههاي SCC مكانيكي پايين ترشان مقاومت به

نورد نشده از خود نشان داده اند. يكي از مكانيزم هاي خوردگي

.[ تردي هيدروژني است [ 10 SCC مرز دانه در طي

د ج

ب الف

ارتقاء خواص مكانيكي و مقاومت ب هخوردگي تنشي آلومينيوم 7075 ب هوسيله نورد و عمليات پيرسازي دو مرحله اي 55

براي نمونههايمختلف. SSRT جدول ( 2): نتايج تست

UTS (Mpa) Elongation (%)

Treatment In air IN 3.5% NaCl In air IN 3.5% NaCl Esol/Eair

T6 583 576 11/2 7/5 66/9

T73 510 502 10/8 9/9 92

A30a 552 541 11/1 8/4 76

A50a 564 553 11 8/7 79

A70a 586 579 10/7 8/2 77

5A30a 546 538 11/2 8/9 79

5A50a 557 550 11 10/3 94

5A70a 572 563 10/8 9/2 85

هيدروژن اتمي محلول در زمينه، براي نفوذ نيازمند مسيرهايي با

سرعت نفوذ بالاست و به همين دليل ميزان حضور هيدروژن در

مسير پرسرعت مرز دان هها بيشتر است . آلبرشت 6 و

همكارانش [ 11 ]، نشان دادند نابجايي هاي متحرك توليد شده در

نوك ترك، مي توانند نقش مؤثري در بالا برد ن سرعت نفوذ

هيدروژن درون شبكه ايفا كرده و در نتيجه باعث بالا بردن نرخ

خوردگي شوند.

هيدروژن در برابر رسوبات مانند كاتد عمل كرده و سبب انحلال

رسوبات و پيشروي ترك خوردگي مي شود . با بزرگ شدن

لغزشهاي اطراف ،η به ή و GP رسوبات و تغيير ماهيت آنها از

.[ رسوب همگن تر شده و از حالت صفحه اي خارج مي شود [ 12

نابجايي هاي ايجاد شده در مرحله پيش كرنش، باعث بالا رفتن

شده و به تشكيل رسوبات ή و رسوبات GP سرعت انحلال مناطق

از مقدار η كمك مي كند . با تشكيل رسوبات η غيرهمبسته

نابجاييهاي متحرك كم شده و در نتيجه با كاهش نفوذ

كندتر مي شود . از طرفي بزرگ SCC هيدروژن، رشد ترك

كه نقش آند دارد و باعث كاهش انحلال آندي GBP شدن

ميشود، نقش مهمي در به دام انداختن و انباشته كردن هيدروژن

اتمي و تبديل آن به ملكولي و در نتيجه جلوگيري از اثر نامطلوب

.[ گالوانيكي هيدروژن دارد [ 13

( كرنش اعمال شده د ر نورد ثانويه، همان گونه كه در شكل ( 2

مشخص است ، منجر به شكست برخي از رسوبات و نيز كوچكتر

مي شود كه هر دو اثر با افزايش كرنش نورد PFZ شدن منطقه

،% با افزايش كرنش نورد تا 50 SCC افزايش مي يابند. مقاومت به

افزايش و پس از آن كاهش نشان ميدهد.

شكسته شدن رسوبات، بدون تأثير قابل ملاحظه در كاهش حجم

مؤثر رسوبات و جلوگيري از ايفاي نقش آنها به عنوان سد راه

هيدروژن، منجر به افزايش سطح آزاد آند و در نتيجه كند شدن

روند انحلال رسوبات مرز دانه مي شود. علاوه بر اين با افزايش

كوچكتر شده و ميزان رسوبات پراكنده PFZ كرنش نورد، منطقه

جوانه زد ه اند ، PFZ كه به صورت غيرهمگن در مناطق مختلف

كه قطب الكترون گير و كاتد PFZ بيشتر مي شود. كوچك شدن

مؤثر SCC محسوب مي شود، تا اندازه اي بر بالا رفتن مقاومت به

است، اما با بالا رفتن مقدار كرنش از 50 %، نتيجه عكس حاصل

از يك مقدار بهبعد، منجر PFZ مي شود و كوچكتر شدن مناطق

بهكاهش نرمي شكست مناطق اطراف رسوب و در نتيجه افزايش

م يشود. SCC تردي شكست و كاهش مقاومت به

سطح مقطع شكست را براي نمونه هاي SEM شكل ( 3)، تصاوير

مشابه، با سه مقدار كرنش نورد متفاوت نشان مي دهد. در

56 فصلنامه علمي پژوهشي مهندسي مواد مجلسي / سال سوم / شماره اول / بهار 1388

.5A70a 5 و A50a ،5A30a براي نمونههاي SSRT شكل ( 3): تصاوير مقطع شكست پس از تست

5 اثري از تردي خوردگي و يا A50a 5 و A30a نمون ههاي

شكست ترد ديده نم يشود و شكست مرز دانه با تغيير فرم

پلاستيكي مناطق اطراف رسوب در مرز دانه توأم است، در

5 تا حدودي سطح مقطع شكست A70a حال يكه براي نمونه

5 تا حدودي A50a تردتر بهنظر مي رسد. در مجموع نمونه

نشان داده در حاليكه T مقاومت بهخوردگي بالاتري از نمونه 73

دارد. T خواص مكانيكي كاملاً نزديك بهنمونه 6

-4 نتيجه گيري

-1 اعمال 5% كرنش پيش از پيرسازي در دماي بالا بهعلت

و در نتيجه η و افزايش رسوب ή و GP كاهش ميزان رسوبات

همگن شدن لغزش و كاهش نابجاييهاي متحرك، منجر

آلياژ شده و در عوض كاهش نسبي SCC ب هافزايش مقاومت به

استحكام را بههمراه دارد.

-2 بالا رفتن كرنش در مرحله دوم نورد باعث افزايش استحكام

شده ولي كرن شهاي بالاتر از 50 %، بهدليل كوچك كردن بيش

منجر بهافت مقاومت بهخوردگي م يشود. تا پيش از PFZ از حد

اين كرنش، افزايش كرنش بهعلت شكسته شدن رسوبات روي

مرز دانه و بالا رفتن سطح الكترون ده و ثابت ماندن حجم مؤثر

و بهبود مقاومت به GBP رسوبات، باعث كاهش انحلال آندي

م يشود. SCC

-3 در اين تحقيق با اعمال يك عمليات ترمومكانيكي جديد بر

مقاومت ب هخوردگي تنشي بالاتر از نمونه ،Al- روي آلياژ 7075

حاصل شد. T و استحكام بسيار نزديك بهنمونه 6 T73

ج

ب الف

ارتقاء خواص مكانيكي و مقاومت ب هخوردگي تنشي آلومينيوم 7075 ب هوسيله نورد و عمليات پيرسازي دو مرحله اي 57

5

- مراجع

[1] J. E. Hatch (Ed.), Aluminum Properties and Physical

Metallurgy, American Society for Metals, OH, 1989.

[2] M. M. Sharma, M. F. Amateau and T. J. Eden, "Hardening

Mechanisms of Spray Formed Al–Zn–Mg–Cu Alloys with

Scandium and other Elemental Additions", Journal of

Alloys and Compounds, Vol. 416, pp. 135-142, 2006.

[3] N. Q. Chinh, J. Lendvai, D. H. Ping and K. Hono, "The

Effect of Cu on Mechanical and Precipitation Properties of

Al–Zn–Mg Alloys", Journal of Alloys and Compounds,

Vol. 378, pp. 52-60, 2004.

[4] A. F. Oliveira Jr., M. C. de. Barros, K. R. Cardoso and

D. N. Travessa, "The Effect of RRA on the Strength and

SCC Resistance on AA7050 and AA7150 Aluminium

Alloys", Materials Science and Engineering A, Vol. 379,

pp. 321-326, 2004.

[5] M. Puiggali, A. Zielinski, J. M. Olive, E. Renauld,

D. Desjardins and M. Cid, "Effect of Microstructure on

Stress Corrosion Cracking of an Al-Zn-Mg-Cu Alloy",

Corrosion Science, Vol. 40, pp. 5-805-819, 1998.

[6] B. M. Cina and U. S. Patent, No. 3, 856, 584, 1974.

[7] B. L. Ou, J. G. Yang and M. Y. Wei, "Effect of

Homogenization and Aging Treatment on Mechanical

Properties and Stress-Corrosion Cracking of 7050 Al

Alloy", Metall. Mater. 38A, pp. 471-479, 2007.

[8] D. Wang, D. R. Ni and Z. Y. Ma, "Effect of Pre-strain and

Two-step Aging on Microstructure and Stress Corrosion

Cracking of 7050 Alloy", Materials Science and

Engineering A 494, pp. 360-366, 2008.

[9] G. Waterloo, V. Hansen, J. Gjønnes and S. R. Skjervold,

"Effect of Predeformation and Preaging at Room

Temperature in Al–Zn–Mg–(Cu,Zr) Alloys", Materials

Science and Engineering A, Vol. 303, pp. 226-233, 2001.

[10] D. Najjar, T. Magnin and T. J. Warner, "Influence of

Critical Surface Defects and Localized Competition

Between Anodic Dissolution and Hydrogen Effects During

Stress Corrosion Cracking of a 7050 Aluminium Alloy",

Materials Science and Engineering A, Vol. 238, pp.

293-302, 1997.

[11] J. Albrecht, B. J. McTiernan, I. M. Bernstein and A. W.

Thompson, "Hydrogen Embrittlement in a High-strength

Aluminum Alloy", Scripta Metallurgica, Vol. 11, pp.

893-897, 1977.

[12] D. Nguyen, A. W. Thompson and I. M. Bernstein,

"Microstructural Effects on Hydrogen Embrittlement in a

High Purity 7075 Aluminum Alloy", Acta Metallurgica,

Vol. 35, pp. 2417-2425, 1987.

[13] R. G. Song, W. Dietzel, B. J. Zhang, W. J. Liu, M. K.

Tseng, A. "Stress Corrosion Cracking and Hydrogen

Embrittlement of an Al–Zn–Mg–Cu Alloy", Acta

Materialia, Vol. 52, pp. 4727-4743, 2004.

-6 پينوشت

1- Retrogression and Reaging

2- Cina

3- Ou

4- Wang

5- Solution Treatment

6- Albercht