فرآیند ذوب

اختصاصی از کوشا فایل فرآیند ذوب دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فایل بصورت ورد (قابل ویرایش) و در 15 صفحه می باشد.

مقدمه

هر فرآیند ذوب ایده آل برای تولید سوپر آلیاژهای با کیفیت بالا باید شرایط زیر را داشته باشد:

1- قابلیت استفاده از هر نوع قراضه و مواد خام را داشته باشد.

2- کنترل دقیق ترکیب شیمیایی و بازیابی همه عناصر آلیاژی امکان پذیر باشد.

4- بدون توجه به کلاس و طبقه بندی آلیاژ، انعطاف پذیری و تطابق کامل برای ذوب همه نوع سوپر آلیاژ را داشته باشد.

4- از نقطه نظر اثر واکنشهای اصلاح، پالایش و توالی انجماد کاملاً قابل کنترل باشد.

5- از هر نوع منبع آلودگی مانند گازها، ناخالصی ها و آخالهای غیر فلزی مبرا و مصون باشد.

6- بالاترین تولید با کمترین هزینه امکان پذیر باشد.

به سادگی می توان فهمید که ترکیبی از همه موارد بالا را نمی توان در تنها یک روش ذوب خلاصه کرد. به این ترتیب، ذوب سوپر آلیاژها را می توان در سه شاخه طبقه بندی کرد:

1- فرآیند ذوب اولیه، که در آن آلیاژ با ترکیب فلزات خالص، فرو آلیاژها، برگشتی‌ها و قراضه ها تهیه می شود.

2- فرآیند پالایش، که می تواند در یک مرحله مجزا و یا همراه با فرآیند ذوب اولیه برای حذف ناخالصی ها و کنترل میزان گازها بصورت بگیرد.

مشخصات ریخته گری و ذوب

اختصاصی از کوشا فایل مشخصات ریخته گری و ذوب دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فایل بصورت ورد (قابل ویرایش) و در 23 صفحه می باشد.

آلومینیم و آلیاژ های آن به دلیل نقطه ذوب کم و برخورداری از سیالیت بالنسبه خوب و همچنین گسترش خواص مکانیکی و فیزیکی در اثر آلیاژ سازی و قبول پدیده های عملیات حرارتی و عملیات مکانیکی ، در صنایع امروز از اهمیت زیادی برخور دارند و روز به روز موارد مصرف این آلیاژ ها توسعه می یابد . عناصر مختلف مانند سیلیسیم ، منیزیم و مس در خواص ریخته گری و مکانیکی این عنصر شدیداً تأثیر می گذارند و یک رشته آلیاژ های صنعتی پدید می آورند که از مقاوت مکانیکی ، مقاوت به خورندگی و قابلیت ماشین کاری بسیار مطلوب برخوردارند . قابلیت جذب گاز و فعل و انفعالات شیمیایی در حالت مذاب از اهم مطالبی است که در ذوب و ریخته گری آلومینیم مورد بحث قرار می گیرد .

دانلود پایان نامه سیستم گرمایش و ذوب برف بر اساس پمپ حرارتی زمین گرمایی در فرودگاه گولنیو لهستان

اختصاصی از کوشا فایل دانلود پایان نامه سیستم گرمایش و ذوب برف بر اساس پمپ حرارتی زمین گرمایی در فرودگاه گولنیو لهستان دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

سیستم گرمایش و ذوب برف بر اساس پمپ حرارتی زمین گرمایی در فرودگاه گولنیو لهستان

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:87

فهرست مطالب :

خلاصه
معرفی
۲٫هیت پمپ‌ها در سیستم گرمایش
-۲-۱ قواعد اساسی
– ۲-۲اساس و پایه آرایش (چیدمان) تجهیزات
-۳سیستم ذوب برف (مثال ها)
-۳-۱ ایسلند
– ۳-۲ژاپن
-۳-۳ ایالات متحده
-۴ فرودگاه GOLENIOW
-۴-۱ اطلاعات کلی
۴٫۲- شرایط زمین گرمایی
-۴-۳ اطلاعات هواشناسی (اقلیم شناسی)
۵ تحلیل گرمای مورد نیاز
۵٫۲سیستم برف آبکن
۶ طراحی سیستم برف آب کن
-۶-۱ سیال ناقل حرارت
-۶-۲ ساختار پیاده رو
-۶-۳ سیستم لوله کشی
-۶-۴ کنترل
-۶-۵ تنش های حرارتی
۷-طراحی شبکه گرمایش و ذوب برف
۲-۷- گرمایش رادیاتور
۷٫۳ مبدل حرارتی زمین گرمایی
۷٫۴ هیت پمپ
۷٫۶ سیستم ۲
-۷-۷  سیستم ۳
۸  – نتایج محاسبات
۹  – جنبه های اقتصادی

چکیده :

طراحی یک سیستم گرمایش و ذوب برف در فرودگاه GolenioW در کشور لهستان هدف این مقا له می‌باشد. سیستم بر اساس کار کرد و استفاده از انرژی زمین گرمایی در منطقة Sziciecin نزدیک به شهر Goleniow طراحی شده است. در این منطقه آب زمین گرمایی در محدودة دمایی 40 تا 90 درجه سانتیگراد یافت می‌شود. مبنای طراحی سیستم استفاده از هیت پمپ هایی می‌باشد که گرما را از آب گرم 40 تا 60 درجه سانتیگراد جذب می‌کنند. برای درک عملکرد چیدمان پمپ حرارتی مختلف در یک سیستم گرمایی برای سیال زمین گرمایی 40 oc مقایسه هایی به عمل آمده است. برای منطقه مورد نظر محاسبات جریان سیال و محاسبات گرمایش موجود می‌باشد.

سیستم دیواره های پخش گرما شامل یک دبی سنج مبدل حرارتی زمین گرمایی و پمپ حرارتی (که به طور الکتریکی کار می‌کند) می‌باشد. اگر سیستم با یک اوپراتور که مستقیماً بعد از مبدل حرارتی زمین گرمایی نصب شده است کار کند سیم نوع I و اگر با اوپراتوری که بطور غیرمستقیم روی شبکة برگشت آب نصب شده است کار کند سیتم نوع I I و اگر شامل یک منبع حرارتی معمولی با یک دیگ گازی (که می‌توانند با هم با یک مبدل حرارتی زمین گرمایی کار کنند) سیستم نوع I I I می‌باشد.

منطقه گرمایش توسط یک سیستم توزیع (شامل اتصالات موازی) گرما را بین مصرف کنندگان با احتیاجات مختلف توزیع می‌کند.در اولین مصرف کننده (سیستم گرمایش با رادیاتور دما پایین) محاسبات در دو حالت کاری متفاوت انجام می‌شود. در اولین حالت دمای آب خروجی و ورودی تابعی از دمای هوای بیرون می‌باشد. در دومین حالت دمای آب خروجی و ورودی به دمای بیرون بستگی ندارد و ثابت فرض می‌شود. دومین مصرف کننده یک سیستم تهویه وآب گرم مصرفی است که آب شبکه را با دمای ثابت در طول سال به حرکت در می‌آورد. نوع سوم استفاده یک سیستم ذوب برف است.

که در محدوده دمایی 3oc تا– 16 oc با تأمین گرماهای متفاوت در دو حالت ذوب برف و در جا کارکردن، عمل می‌کند.گرمای ناشی از زمین در این سیستم توسط مبدل حرارتی تامین می‌شود.

هر یک از سه سیستم فوق الذکردر این مقاله مورد نظر می‌باشند و توسط دیاگرام شماتیکی مربوطه کاربرد انرژی زمین گرمایی، الکتریکی و انرژی کسب شده توسط دیگ گازی را شرح می‌دهد معرفی می‌شوند.

در سیستم های گرمایی، هیت پمپ مستقیم از هیت پمپ غیر مستقیم اقتصـــادی تر و موثرتر می‌باشد. با کنترل هدفمند وبا استفاده از یک حسگر برف در یک سیستم ذوب برف مقدار آب گرم و هزینه عملیات کاهش می‌یابد.

معرفی

متاسفانه اخیراً همه احتیاجات سوخت لهستان برای گرمایش از سوزاندن زغال سنگ   قهوه ای تأمین می‌شود. مهمترین نتیجه سوزاندن چنین سوختهای فسیلی تخریب محیط زیست است.

برای مهار رشد سریع آلودگی محیط زیست، صاحب نظران تمایل زیادی بسمت جایگزینی منابع انرژی (بازگشت پذیر) که در میان آنها انرژی زمین گرمایی نقش مؤثری ایفاء می‌کند دارند. لهستان یک کشور غنی در منابع آب زمین گرمایی با آنتالپی متوسط می‌باشد. حجمی از این آبهای گرمایشی ، در حدود تقریباً 6500 Km3 (در سوکولوسکی) دمایی بین 30 تا 120 درجه سانتیگراد دارند.آب در محدودة دمایی 50 oc تا 90 oc از میان سوراخهایی با عمق km 1.5 تا 3km به سطح زمین آورده می‌شوند.

کم و بیش منابع زمین گرمایی بطور یکنواخت در قسمت هایی از لهستان در حوزه یا زیر حوزه های زمین گرمایی مخصوصی که به مناطق و ایالات زمین گرمایی خاصی تعلق دارد توزیع شده اند. بهترین شرایط مناسب و دلخواه زمین گرمایی در Podhale and Studety, Polish Low land می‌تواند یافت شود.با وجود چنین انرژی با پتانسیل بالا در منابع زمین گرمایی، بهره برداری گسترده از یک دهه پیش شروع شده است.

تا این زمان، آب زمین گرمایی فقط برای منظورهای استحمام درمانی مورد استفاده بوده است. مثال هایی از ، مراکز مهمی که آب زمین گرمایی را برای درمان بیماری به کار می‌بردند Spas:

Ladek zdroj , cieplice , ciechocink هستند.

بین سالهای 1993 تا 2001 ، چهار سیستم گرمایی بزرگ بر اساس انرژی زمین گرمایی درلهستان ساخته و نصب شده اند. (Banska Nizna, Pyrzyce ,Mszczonow ,Uniejow) محاسبات طراحی پروژه بر اساس کاربرد انرژی زمین گرمایی توسط یک مبدل حرارتی و یک هیت پمپ در آرایش های متفاوت ارائه شده است.از آب گرم تولید شده برای رادیاتور وگرمایش آب معرفی و همچنین برای انتقال حرارت به منظور نصب یک سیستم ذوب برف در فرودگاه GOLENIOW استفاده خواهد شد.

این عمل امکان کاهش انتشار گازهای گلخانه ای را نسبت به سوختهای معمولی ایجاد می‌کند. ذوب یخ (برف) پیاده رو توسط آب و بخار زمین گرمایی در چندین کشور، از جمله ایسلند، ژاپن و ایالات متحده استفاده می‌شود.این تأسیسات می‌توانند شامل پیاده روها، جاده ها، سراشیبی ها، باند فرودگاه ها، میدان ها، محوطه پارگینک و پل‌ها باشند.

اغلب این کار توسط یک محلول گلیکول انجام می‌شود. آب یا بخار گرم درون لوله های زیر پیاده رو به گردش در می‌آید.این مقاله سعی دارد احتیاجات کلی طرح برای یک سیستم ذوب برف را معرفی کند و یک راه حل برای فرودگاهی که سیستم آب گرم زمین گرمایی اش توسط مبدل های حرارتی تأمین می‌شود پیشنهاد می‌کند.از فواید آشکار چنین سیستم هایی این است که احتیاج به برف روبی از بین می‌رود. آرامش و راحتی بیشتر برای پیاده‌ها و وسایل نقلیه، کاهش زحمت برف روبی و شرایط کاری بهتر در فرودگاه ایجاد می‌شود.

2.هیت پمپ‌ها در سیستم گرمایش

هیت پمپ وسایل انتقال حرارتی هستند که به استفاده از کار یا گرمای ورودی قادر هستند که جهت نرمال انتقال حرارت را معکوس کنند و در یک دمای پایین گرما را جذب و آن را در یک دمای بالاتر دفع نمایند.هیت پمپ‌ها در طرح های گرمایش زمین گرمایی در دمای پایین برای افزایش گرمای خروجی از سیال استفاده می‌شوند، اما نقش مشخص آنها در هر طرح به دمای سیالی که مورد استفاده قرار می‌گیرد بستگی دارد.

بنابراین با سیالات دما متوسط در محدوده oc 40تا 70 oc ، گرمای خارج شده توسط مبدل اولیه تقویت می‌شود. با این وجود ، با سیالات با دمای پایین تر از 40 oc ، تقریباً مبادله گرما بصورت مستقیم مشکل و غیر ممکن می‌شود و با نصب پمپ حرارتی این کار ممکن میشود.

-2-1 قواعد اساسی

معمولی ترین هیت پمپ‌ها از نوع تراکم بخار هستند که از یک کمپرسور متحرک مکانیکی با شرح زیر استفاده می‌کنند. وقتی گاز بدون افت گرما متراکم می‌شود، دما و فشارش بخاطر کاری که توسط کمپرسور روی گاز انجام می‌شود افزایش می‌یابد ، برعکس ، وقتی گاز منبسط می‌شود، دما و فشارش کاهش می‌یابد.تبدیل مایع به گاز تبخیر نامیده می‌شود و این عمل در دمای ثابت با جذب گرما از محیط اطراف اتفاق می‌افتد.گرمای جذب شده باعث افزایش انرژی جنبشی مولکولی می‌شود.

مقدار گرمای مورد نیاز برای تبدیل یک واحد جرم از مایع به بخار گرمای نهان تبخیر نامیده می‌شود.در یک ظرف آب جوش روی خوراک پزی وقتی که از گرمای گرفته شده از خوراک پزی به عنوان گرمای نهان تبخیر برای تبدیل آب به بخار استفاده می‌شود، مایع (آب) در دمای جوش باقی می‌ماند. برای آب مقدار گرمای مورد نیاز است.

وقتی گاز به فاز مایع بر می‌گردد (فرآیندی شناخته شده به نام تقطیر) گرمای آزاد شده گرمای نهان تقطیر نامیده می‌شود. گرمای نهان تقطیر و گرمای نهان تبخیر برای هر سیال داده شده ای با هم برابر هستند،‌ بنابراین سیال همان اندازه گرما را در تقطیر از دست می‌دهد که در تبخیر نیاز دارد.

و...

NikoFile

تحقیق ریخته گری فولاد ذوب فلزات

اختصاصی از کوشا فایل تحقیق ریخته گری فولاد ذوب فلزات دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فایل بصورت ورد (قابل ویرایش) و در 132 صفحه می باشد.

طراحان نیاز فراوانی به مواد مستحکم‌تر و مقاوم‌تر در برابر خوردگی دارند. فولادهای زنگ نزن توسعه داده شده و به کار رفته در دهه‌های دوم و سوم قرن بیستم میلادی، نقطه شروعی برای برآورده شدن خواسته‌های مهندسی در دماهای بالا بودند. بعداً معلوم شد که این مواد تحت این شرایط دارای استحکام محدودی هستند. جامعه متالوژی با توجه به نیازهای روز افزون بوجود آمده، با ساخت جایگزین فولاد زنگ نزن که سوپر آلیاژ نامیده شد به این تقاضا پاسخ داد. البته قبل از سوپر آلیاژها مواد اصلاح شده پایه آهن به وجود آمدند، که بعدها نام سوپر آلیاژ به خود گرفتند.

با شروع و ادامه جنگ جهانی دوم توربین‌های گازی تبدیل به یک محرک قوی برای اختراع و کاربرد آلیاژها شدند. در سال 1920 افزودن آلومینیوم و تیتانیوم به آلیاژهای از نوع نیکروم به عنوان اختراع به ثبت رسید، ولی صنعت سوپر آلیاژها با پذیرش آلیاژ کبالت (ویتالیوم) برای برآورده کردن نیاز به استحکام در دمای بالا در موتورهای هواپیما پدیدار شدند. بعضی آلیاژهای نیکل- کروم (اینکونل و نیمونیک) مانند سیم نسوز کم و بیش وجود داشتند و کار دستیابی به فلز قوی‌تر در دمای بالاتر برای رفع عطش سیری ناپذیر طراحان ادامه یافت و هنوز هم ادامه دارد.

مقدمه    ۹
۱-۱- معرفی و به کار گیری سوپر آلیاژها    ۹
۱-۲- مروری کوتاه بر فلزات با استحکام در دمای بالا    ۱۰
۱-۳- اصول متالورژی سوپر آلیاژها    ۱۱
۱-۴- بعضی از ویژگیها و خواص سوپر آلیاژها    ۱۳
۱-۵- کاربردها    ۱۵
۲-۱- کلیات    ۱۸
۲-۲- شکل سوپر آلیاژها    ۱۸
۲-۳- دمای کاری سوپرآلیاژها    ۱۹
۲-۴- مقایسه سوپر آلیاژهای ریخته و کار شده    ۲۰
۲-۴-۱- سوپر آلیاژهای کار شده    ۲۰
۲-۴-۲- سوپر آلیاژهای ریخته    ۲۱
۲-۵- خواص سوپرآلیاژها    ۲۲
۲-۵-۱- کلیات    ۲۲
۲-۵-۲- سوپر آلیاژهای پیشرفته    ۲۳
۲-۵-۳- خواص مکانیکی و کاربرد سوپرآلیاژها    ۲۴
۲-۶- انتخاب سوپرآلیاژها    ۲۶
۲-۶-۱- کاربردهای آلیاژهای کار شده در دمای متوسط    ۲۶
۲-۶-۲- کاربردهای آلیاژهای ریخته در دمای بالا    ۲۷
۳-۱- گروه‌ها، ساختارهای بلوری و فازها    ۳۱
۳-۱-۱- گروه‌های سوپرآلیاژها    ۳۱
۳-۱-۲- ساختار بلوری    ۳۱
۳-۱-۳- فاز در سوپرآلیاژها    ۳۲
۳-۲- مقدمه‌ای بر گروه‌های آلیاژی    ۳۳
۳-۲-۱- سوپر آلیاژهای پایه آهن- نیکل    ۳۳
۳-۲-۲- سوپرآلیاژهای پایه نیکل    ۳۴
۳-۲-۳- سوپرآلیاژهای پایه کبالت    ۳۵
۳-۳- عناصر آلیاژی و اثرات آنها بر ریزساختار سوپرآلیاژها    ۳۶
۳-۳-۲- عناصر اصلی در سوپرآلیاژها    ۳۶
۳-۳-۳- عناصر جزئی مفید در سوپرآلیاژها    ۳۷
۳-۳-۴- عناصر تشکیل دهنده فازهای ترد    ۳۷
۳-۳-۵- عناصر ناخواسته و مضر در سوپرآلیاژها    ۳۸
۳-۳-۶- عناصر ایجاد کننده مقاومت خوردگی و اکسیداسیون    ۳۸
۳-۴- استحکام دهی سوپرآلیاژها    ۳۹
۳-۴-۱- رسوب‌ها و استحکام    ۳۹
۳-۴-۲- فاز      ۴۰
۳-۴-۳- فاز      ۴۱
۳-۴-۴- کاربیدها    ۴۱
۳-۴-۵- کاربیدهای M7C3    ۴۴
۳-۴-۶- بوریدها و عناصر جزئی مفید دیگر (به جز کربن)    ۴۴
۳-۵- تاثیر فرآیند بر بهبود ریز ساختار    ۴۵
ذوب و تبدیل    ۴۶
۴-۱- فرآیند EAF/AOD    ۴۷
۴-۱-۱- تشریح فرآیند EAF/AOD    ۴۷
۴-۲- عملیات کوره قوس الکتریکی/ کربن زدایی با اکسیژن و آرگن (EAF/AOD)    ۵۰
۴-۲-۱- ترکیب شیمیایی آلیاژ و آماده کردن شارژ    ۵۰
۴-۲-۲- بارگذاری EAF    ۵۲
۴-۲-۳- کوره قوس الکتریک    ۵۲
۴-۲-۴- تانک AOD    ۵۵
۴-۲-۵- پاتیل ریخته‌گری    ۵۷
۴-۳- مروری بر ذوب القایی در خلاء (VIM)     ۵۸
۴-۳-۲- تشریح فرآیند VIM    ۵۹
۴-۴- عملیات ذوب القایی در خلاء    ۶۱
۴-۴-۱- عملیات ذوب القایی در خلاء    ۶۱
۴-۴-۲- کوره القائی تحت خلاء    ۶۳
۴-۴-۳- سیستم‌های ریخته‌گری    ۶۵
۴-۴-۴- عملیات ذوب القایی در خلاء    ۶۷
۴-۵- مروری بر ذوب مجدد    ۷۱
۴-۵-۲- تشریح فرآیند ذوب مجدد در خلاؤء با قوس الکتریکی (VAR)    ۷۲
۴-۵-۳- تشریح فرآیند مجدد با سرباره الکتریکی (ESR)    ۷۳
۴-۶- عملیات ذوب مجدد در خلاء با قوس الکتریکی    ۷۴
۴-۶-۱- کوره VAR    ۷۴
۴-۶-۲- عملیات ذوب مجدد در خلاء با قوس الکتریکی    ۷۶
۴-۶-۳- کنترل ذوب مجدد در خلاء با قوس الکتریکی    ۷۶
۴-۷- عملیات ذوب مجدد با سربار الکتریکی (ESR)    ۷۹
۴-۷-۱- کوره ESR    ۷۹
۴-۷-۲- عملیات کوره ذوب مجدد با سرباره الکتریکی    ۸۰
۴-۷-۳- کنترل ذوب مجدد با سرباره الکتریکی    ۸۱
۴- انتخاب سرباره    ۸۳
۴-۸- محصولات ذوب سه مرحله‌ای    ۸۴
۴-۸-۲- ‏فرآیند ذوب سه مرحله‌ای شمش    ۸۵
۴-۹- تبدیل شمش و محصولات نورد    ۸۶
۴-۹-۲- همگن‌سازی توزیع عنصر محلول در شمش‌ها    ۸۸
۴-۹-۳- آهنگری محصول نیمه تمام    ۸۹
۴-۹-۴- آهنگری محصول نیمه تمام آلیاژ IN-718    ۹۱
۴-۹-۵- اکستروژن    ۹۲
۴-۹-۶- نورد    ۹۳
۴-۹-۷- دسترسی به محصولات نورد    ۹۴

مقدمه

طراحان نیاز فراوانی به مواد مستحکم‌تر و مقاوم‌تر در برابر خوردگی دارند. فولادهای زنگ نزن توسعه داده شده و به کار رفته در دهه‌های دوم و سوم قرن بیستم میلادی، نقطه شروعی برای برآورده شدن خواسته‌های مهندسی در دماهای بالا بودند. بعداً معلوم شد که این مواد تحت این شرایط دارای استحکام محدودی هستند. جامعه متالوژی با توجه به نیازهای روز افزون بوجود آمده، با ساخت جایگزین فولاد زنگ نزن که سوپر آلیاژ نامیده شد به این تقاضا پاسخ داد. البته قبل از سوپر آلیاژها مواد اصلاح شده پایه آهن به وجود آمدند، که بعدها نام سوپر آلیاژ به خود گرفتند.

با شروع و ادامه جنگ جهانی دوم توربین‌های گازی تبدیل به یک محرک قوی برای اختراع و کاربرد آلیاژها شدند. در سال ۱۹۲۰ افزودن آلومینیوم و تیتانیوم به آلیاژهای از نوع نیکروم به عنوان اختراع به ثبت رسید، ولی صنعت سوپر آلیاژها با پذیرش آلیاژ کبالت (ویتالیوم) برای برآورده کردن نیاز به استحکام در دمای بالا در موتورهای هواپیما پدیدار شدند. بعضی آلیاژهای نیکل- کروم (اینکونل و نیمونیک) مانند سیم نسوز کم و بیش وجود داشتند و کار دستیابی به فلز قوی‌تر در دمای بالاتر برای رفع عطش سیری ناپذیر طراحان ادامه یافت و هنوز هم ادامه دارد.

۱-۱- معرفی و به کار گیری سوپر آلیاژها

سوپر آلیاژها؛ آلیاژهای پایه نیکل، پایه آهن- نیکل و پایه کبالت هستند که عموماً در دماهای بالاتر از ^oC540 استفاده می‌شوند. سوپر آلیاژهای پایه آهن- نیکل مانند آلیاژ IN-718 از فن‌آوری فولادهای زنگ نزن توسعه یافته و معمولاً به صورت کار شده می‌باشند. سوپر آلیاژهای پایه نیکل و پایه کبالت بسته به نوع کاربرد و ترکیب شیمیایی می‌توانند به صورت ریخته یا کار شده باشند.

در شکل ۱-۱ رفتار تنش- گسیختگی سه گروه آلیاژی با یکدیگر مقایسه شده‌اند (سوپر آلیاژهای پایه آهن- نیکل، پایه نیکل و پایه کبالت). در جدولهای ۱-۱ و ۱-۲ فهرستی از سوپر آلیاژها و ترکیب شیمیایی آنها آورده شده است.

سوپر آلیاژهای دارای ترکیب شیمیایی مناسب را می‌توان با آهنگری و نورد به اشکال گوناگون در آورد. ترکیب‌های شیمیایی پر آلیاژتر معمولاً به صورت ریخته‌گری می‌باشند. ساختارهای سرهم بندی شده را می‌توان با جوشکاری یا لحیم‌کاری بدست آورد، اما ترکیب‌های شیمیایی که دارای مقادیر زیادی از فازهای سخت کننده هستند، به سختی جوشکاری می‌شوند. خواص سوپر آلیاژها را با تنظیم ترکیب شیمیایی و فرآیند (شامل عملیات حرارتی) می‌توان کنترل کرد و استحکام مکانیکی بسیار عالی درمحصول تمام شده بدست آورد.

۱-۲- مروری کوتاه بر فلزات با استحکام در دمای بالا

استحکام اکثر فلزات در دماهای معمولی به صورت خواص مکانیکی کوتاه مدت مانند استحکام تسلیم یا نهایی اندازه‌گیری و گزارش می‌شود. با افزایش دما به ویژه در دماهای بالاتر از ۵۰ درصد دمای نقطه ذوب (بر حسب دمای مطلق) استحکام باید بر حسب زمان انجام اندازه‌گیری بیان شود. اگر در دماهای بالا باری به فلز اعمال شود که به طور قابل ملاحظه‌ای کمتر از بار منجر به تسلیم در دمای اتاق باشد، دیده خواهد شد که فلز به تدریج با گذشت زمان ازدیاد طول پیدا می‌کند. این ازدیاد طول وابسته به زمان خزش نامیده می‌شود و اگر به اندازه کافی ادامه یابد به شکست (گسیختگی) قطعه منجر خواهد شد. استحکام خزش یا استحکام گسیختگی (در اصطلاح فنی استحکام گسیختگی خزش یا استحکام گسیختگی تنشی نامیده می‌شود) همانند استحکام‌های تسلیم و نهایی در دمای اتاق یکی از مولفه‌های مورد نیاز برای فهم رفتار مکانیکی ماده است. در دماهای بالا استحکام خستگی فلز نیز کاهش پیدا می‌کند. بنابراین برای ارزیابی توانایی فلز با در نظر گرفتن دمای کار و بار اعمال شده لازم است، استحکام‌های تسلیم و نهایی، استحکام خزش، استحکام گسیختگی و استحکام خستگی معلوم باشند. ممکن است به خواص مکانیکی مرتبط دیگری مانند مدول دینامیکی، نرخ رشد ترک و چقرمگی شکست نیز نیاز باشد. خواص فیزیکی ماده مانند ضریب انبساط حرارتی، جرم حجمی و غیره فهرست خواص را تکمیل می‌کنند.

۱-۳- اصول متالورژی سوپر آلیاژها

سوپر آلیاژهای پایه آهن، نیکل و کبالت معمولاً دارای ساختار بلوری با شکل مکعبی با سطوح مرکزدار (FCC) هستند. آهن و کبالت در دمای محیط دارای ساختار FCC نیستند. هر دو فلز در دماهای بالا یا در حضور عناصر آلیاژی دیگر دگرگونی یافته و شبکه واحد آنها به FCC تبدیل می‌شود. در مقابل، ساختمان بلوری نیکل در همه دماها به شکل FCC است. حد بالایی این عناصر در سوپر آلیاژها توسط دگرگونی فازها و پیدایش فازهای آلوتروپیک تعیین نمی‌شود بلکه توسط دمای ذوب موضعی آلیاژها و انحلال فازهای استحکام یافته تعیین می‌گردد. در ذوب موضعی بخشی از آلیاژ که پس از انجماد ترکیب شیمیایی تعادلی نداشته است در دمایی کمتر از مناطق مجاور خود ذوب می‌شود. همه آلیاژها دارای یک محدوده دمایی ذوب شدن هستند و عمل ذوب شدن در دمای ویژه‌ای صورت نمی‌گیرد، حتی اگر جدایش غیر تعادلی عناصر آلیاژی وجود نداشته باشد. استحکام سوپر آلیاژها نه تنها بوسیله شبکه FCC و ترکیب شیمیایی آن، بلکه با حضور فازهای استحکام دهنده ویژه‌ای مانند رسوب‌ها افزایش می‌یابد. کار انجام شده بر روی سوپر آلیاژ (مانند تغییر شکل سرد) نیز استحکام را افزایش می‌دهد، اما این استحکام به هنگام قرارگیری فلز در دماهای بالا حذف می‌شود.

تمایل به دگرگونی از فاز FCC به فاز پایدارتری در دمای پایین وجود دارد که گاهی در سوپر آلیاژهای کبالت اتفاق می‌افتد. شبکه FCC سوپر آلیاژ قابلیت انحلال وسیعی برای بعضی عناصر آلیاژی دارد و رسوب فازهای استحکام دهنده (در سوپر آلیاژهای پایه آهن- نیکل و پایه نیکل) انعطاف‌پذیری بسیار عالی آلیاژ را به همراه دارد. چگالی آهن خالص gr/cm³ 87/7 و چگالی نیکل و کبالت تقریباً gr/cm³ ۹/۸ می‌باشد. چگالی سوپر آلیاژهای پایه آهن- نیکل تقریباً gr/cm³ 3/8-9/7 پایه کبالت gr/cm³ 4/9-3/8 و پایه نیکل gr/cm³ 9/8-8/7 است.

چگالی سوپر آلیاژها به مقدار عناصر آلیاژی افزوده شده بستگی دارد. عناصر آلیاژی Cr, Ti و Al چگالی را کاهش و Re, W و Ta آنرا افزایش می‌دهند. مقاومت به خوردگی سوپر آلیاژها نیز به عناصر آلیاژی افزوده شده به ویژه Cr, Al و محیط بستگی دارد.

دمای ذوب عناصر خالص نیکل، کبالت و آهن به ترتیب ۱۴۵۳ و ۱۴۹۵ و ۱۵۳۷ درجه سانتی‌گراد است. دمای ذوب حداقل (دمای ذوب موضعی) و دامنه ذوب سوپر آلیاژها، تابعی از ترکیب شیمیایی و فرآیند اولیه است. به طور کلی دمای ذوب موضعی سوپر آلیاژهای پایه کبالت نسبت به سوپر آلیاژهای پایه نیکل بیشتر است. سوپر آلیاژهای پایه نیکل ممکن است در دمای ^oC1204 از خود ذوب موضعی نشان دهند. انواع پیشرفته سوپر آلیاژهای پایه نیکل تک بلور دارای مقادیر محدودی از عناصر کاهش دهنده دمای ذوب هستند و به همین لحاظ، دارای دمای ذوب موضعی برابر یا کمی بیشتر از سوپر آلیاژهای پایه کبالت هستند.

۱-۴- بعضی از ویژگیها و خواص سوپر آلیاژها

۱- فولادهای معمولی و آلیاژهای تیتانیوم در دماهای بالاتر ^oC540 دارای استحکام کافی نیستند و امکان خسارت دیدن آلیاژ در اثر خوردگی وجود دارد.

۲- چنانچه استحکام در دماهای بالاتر (زیر دمای ذوب که برای اکثر آلیاژها تقریباً ۱۳۷۱-۱۲۰۴ درجه سانتیگراد است) مورد نیاز باشد، سوپر آلیاژهای پایه نیکل انتخاب می‌شوند.

۳- از سوپر آلیاژهای پایه نیکل می‌توان در نسبت دمایی بالاتری (نسبت دمای کار به دمای ذوب) در مقایسه با مواد تجاری موجود استفاده کرد. فلزات دیرگداز (نسوز) نسبت به سوپر آلیاژها دمای ذوب بالاتری دارند ولی سایر خواص مطلوب آنها را ندارند و به همین خاطر به طور وسیعی مورد استفاده قرار نمی‌گیرند.

۴- سوپر آلیاژهای پایه کبالت را می‌توان به جای سوپر آلیاژهای پایه نیکل استفاده کرد که این جایگزینی به استحکام مورد نیاز و نوع خوردگی بستگی دارد.

۵- در دماهای پایین‌تر وابسته به استحکام مورد نیاز، سوپر آلیاژهای پایه آهن- نیکل نسبت به سوپر آلیاژهای پایه نیکل و پایه کبالت کاربرد بیشتری پیدا کرده‌اند.

۶- استحکام سوپر آلیاژ نه تنها مستقیماً به ترکیب شیمیایی بلکه به فرآیند ذوب، آهنگری و روش شکل‌دهی، روش ریخته‌گری و بیشتر از همه به عملیات حرارتی پس از شکل‌دهی، آهنگری یا ریخته‌گری بستگی دارد.

۷- سوپر آلیاژهای پایه آهن- نیکل نسبت به سوپر آلیاژهای پایه نیکل و پایه کبالت ارزان‌تر هستند.

۸- اکثر سوپر آلیاژهای کار شده برای بهبود مقاومت خوردگی دارای مقداری کروم هستند. مقدار کروم در آلیاژهای ریخته در ابتدا زیاد بود، اما به تدریج مقدار آن کاهش یافت تا عناصر آلیاژی دیگری برای افزایش خواص مکانیکی سوپر آلیاژهای دما بالا، به آنها افزوده شوند. در سوپر آلیاژهای پایه نیکل با کاهش کروم مقدار آلومینیوم افزایش یافت، در نتیجه مقاومت اکسیداسیون آنها در همان سطح اولیه باقی می‌ماند و یا افزایش می‌یابد، اما مقاومت در برابر انواع دیگر خوردگی کاهش می‌یابد.

۹- سوپر آلیاژها مقاومت در برابر اکسیداسیون بالایی دارند اما در بعضی موارد مقاومت خوردگی کافی ندارند. در کاربردهایی مانند توربین هواپیما که دما بالاتر از ^oC760 است سوپر آلیاژها باید دارای پوشش باشند. سوپر آلیاژها در کاربردهای طولانی مدت در دماهای بالاتر از ^oC649 مانند توربین‌های گازی زمینی می‌توانند پوشش داشته باشند.

۱۰- فن‌آوری پوشش‌دهی سوپر آلیاژها بخش مهمی از کاربرد و توسعه آنها می‌باشد. نداشتن پوشش به معنی کارآیی کم سوپر آلیاژ در دراز مدت و دماهای بالا است.

۱۱- در سوپر آلیاژها به ویژه در سوپر آلیاژهای پایه نیکل بعضی از عناصر در مقادیر جزئی تا زیاد اضافه شده‌اند. در بعضی از آلیاژها تعداد عناصر کنترل شده موجود تا ۱۴ عنصر و بیشتر می‌تواند باشد.

۱۲- نیکل، کبالت، کروم، تنگستن، مولیبدن، رنیم، هافنیم و دیگر عناصر استفاده شده در سوپر آلیاژها اغلب گران بوده و مقدارشان در طی زمان متغیر است.

۱-۵- کاربردها

کاربرد سوپر آلیاژها در دماهای بالا بسیار گسترده و شامل قطعات و اجزاء هواپیما، تجهیزات شیمیایی و پتروشیمی است. موتور F119 که یکی از آخرین موتورهای هواپیماهای نظامی است، نشان داده شده است. دمای گاز در بخش داغ موتور (ناحیه خروجی موتور) ممکن است به دمایی بالاتر از ^oC 1093 برسد. با استفاده از سیستمهای خنک کننده دمای اجزاء فلزی کاهش پیدا می‌کند و سوپر آلیاژ که توانایی کار کردن در این دمای بالا را دارد، جزء اصلی بخش داغ به شمار می‌رود.

اهمیت سوپر آلیاژها در تجارت روز را می‌توان با یک مثال نشان داد. در سال ۱۹۵۰ فقط ۱۰ درصد از کل وزن توربین‌های گاز هواپیما از سوپر آلیاژها ساخته می‌شد، اما در سال ۱۹۸۵ میلادی این مقدار به ۵۰ درصد رسید.

در جدول ۱-۳ فهرستی از کاربردهای جاری سوپر آلیاژها آورده شده است.باید خاطر نشان ساخت، که همه کاربردها به استحکام در دمای بالا نیاز ندارند. ترکیب و مقاومت خوردگی سوپر آلیاژها، مواد استانداردی برای ساخت وسایل پزشکی بوجود آورده است. سوپر آلیا ژها همچنین کاربردهایی در دماهایی بسیار پایین پیدا کرده‌اند.