دانلود تحقیق آلیاژهای تجارتی و سرامیکها

آلیاژهای تجارتی و سرامیکها
لازم است که گفته شود بیشتر آلیاژهای تجارتی در قسمتهای ساده تر نمودارهای فازی واقع است.

مثلا 99 درصد آلیاژهای برنج در ناحیه تک فازی در شکل (13-9) واقعند.

همچنین برنزهای متداول کمتر از 10% قلع دارند و در سیستم cu-snشکل (14-9) از نظر تجارتی به ناحیه هایی که ظاهر پیچیده تری دارند توجه چندانی نمی شوند.

در فصل 11 به آلیاژهایی مانند cu 5- Al95 ، Al 10- mg 90 وmc 10-Al 90 شکلهای ( 15-9 و 16-9 ) توجه خاصی مبذول می شود زیرا هرکدام از آنها درد های تک فازی هستند ولی در حین سرد شدن از منحنی حد حلالیت می گذرد.

با کنترل کردن سرعتی که فاز دوم جدا می شود می توان استحکام آلیاژ را تا حدود زیادی افزایش داد و این از نظر مهندس بسیار با ارزش است.

سیستم A1-S1 شکل (19-9) اساس تصفیه نیمه ها و مواد مربوطه را از نظر تجارتی فراهم می سازد.

در دو بخش بعد ، الیاژهای ( اهن- کربن ) با جزئیات آنها مورد مطالعه قرار می گیرند.

زیرا اولا در هر تمدن صنعتی فولاد بزرگترین آلیاژ است .

و ثانیا فولادها را بعنوان نخستین نمونه برای عملیات حرارتی می توان بکار برد.

کنترل ساختمان میکروسکوپی و در نتیجه خواص آلیاژها از طریق عملیات حرارتی با کاربرد نمودارهای فازی میسر است.

در مورد سرامیکها نیز نمودارهای فازی بهمان اندازه مهم است .

با وجود این در این کتاب فقط سه نمودار سرامیکی بحث و بررسی خواهد شد.

اولین نمودار مربوط به سرامیکهایی است که اساس آنها خاک رس است .

خاکهای رس با کیفیت بهتر بعد از عمل تقریبا شامل 40 Al2O3-60SIO2 هستند.

نمودار Fe-O تغییرات بدون نسبت وزنی ( را برای ( در شکل 17-9) که در فصلهای قبلی بحث شد نشان می دهد.

نمودار نشان می دهد که محلول جامد پایین تر از دمای حد جامد ، با هر ترکیبی وجود دارد و با سیستم ( شکل 7-9) که شامل مواد فلزی است قابل مقایسه می باشند.

6-9 سیستم " آهن – کربن "
فولاد ( STELL) که نخستین آلیاژ آهن و کربن است می تواند اکثر واکنشها و ساختمانهای میکروسکوپی متداول بمنظور تغییر خواص مواد را در برگرفته و توصیف نماید.

همچنین آلیاژهای آهن و کربن بعنوان اساسی ترین مواد مهندسی ساختمان بکار می روند.

قابلیت تغییر فولادها بعنوان مواد مهندسی را از فولادهای متنوع بسیاری که تولید شده اند می توان دریافت.

از یک طرف فولادهای بسیار نرم برای کاربردهایی چون سپر اتومبیل و صفحه اجاق وجود دارد و از طرف دیگر فولادهایی سخت و سفت برای تیغه های مولد بکار می روند.

بعضی فولادها باید مقاومت زیادی در برابر خوردگی داشته باشند.

برخی فولادها که در مبدلهای الکتریکی بکار می روند باید مشخصات مغناطیسی معینی دارا بوده تا در هر ثانیه چندین بار و با اتلاف کمی انرژی ، مغناطیسی و غیر مغناطیسی بشوند و برخی دیگر کاملا غیر مغناطیسی باشند.

تا در مواردی چون ساعتهای مچی بکار آیند.

نمودارهای فازی برای توضیح هریک از خواص فوق می توانند مورد استفاده قرار گیرند.

وضع ساختمانی آهن خالص در دمای محیط آهن یا فریت نامیده می شود.

فریت یا خلوص تجارتی کاملا نرم و انعطاف ژذیر بوده و دارای استحکام کششی کمتر از 45000 ( 310) می باشد.

فریت در دمای پایین تر از 170 ماده ای آهنربایی است.

ساختمان فریت مکعب مرکز دارا است بهمین دلیل فضاهای بین اتمی اش کوچک بوده و کاملا کروی نیستند و نمی توانند حتی اتم کروی و کوچک کربن را براحتی در خود جای دهند.

اتم کربن کوچک تر از آن است که محلول جامد جانشینی تشکیل دهد و بزرگتر از آن است که به آسانی محلول جامد بین نشینی بوجود آورد.

بنابراین حلالیت کربن در فریت بسیار کم است.

ساختمان مکعب با وجود مرکز دار اهن " آستنیت یا آهن " نامیده می شود و آهن خالص با چنین ساختمانی بین 912 و 394 پایدار است .

مقایسه سیستم خواص مکانیکی آستنیت و فریت آسان نیست زیرا این مقایسه باید در دمای مختلف انجام گیرد.

به طور کلی در دماهایی که آستنیت پایدار است ، نرم و انعطاف پذیر بوده و بنابراین برای عملیات شکل دادن مناسب می باشد.

لذا بیشتر عملیات آهنگری و نورد در 100 یا بالاتر انجام می شود که آهن ساختمان داشته باشد.

آشتنیت در هیچ دمایی آهنربایی نیست.

در ساختمان مکعب با وجوه مرکز دار آهن فضاهای بین اتمی بزرگتری نسبت به فریت وجود دارد .

ولی حتی در این حالت نیز حفره های ساختمان به اندازه کافی بزرگ نیستند که تعداد زیادی اتمهای کربن را بین خود جای دهند و بدین طریق وجود کربن تغییر زیادی در ساختمان آهن بوجود می اورد.

در نتیجه تمام حفره ها نمی توانند در یک زمان پر شوند و حداکثر حلالیت فقط 11/2% کربن است ( شکل 20-9) .

بنا به تعریف ، فولادها کمتر از 2/1% کربن دارند.

و بنابراین تمام این مقدار در دمای بالا در آستنیت حل می شود.

آهن دلتا بالاتر از 394 آستنیت پایدار نبوده و ساختمان بلوری مجددا به تبدیل می شود که اهن & نام دارد.

آهن دلتا همانند آهن آلفاست .

البته در دمایی مختلف و بنابراین معمولا فریت دلتا نامیده می شود.

حلالیت کربن در فریت دلتا کم است ولی بدلیل زیاد بودن درجه حرارت بمراتب از فریت آلفا زیادتر است.

در الیاژهای آهن و کربن اضافه تر از حد حلالیت فاز دیگری تشکیل می دهد که معمولا کاربید آهن است.

کاربید اهن که سمنتیت نیز نامیده می شود دارای ترکیب شیمیایی می باشد.

نباید تصور نمود که کاربید آهن راملکولهای تشکیل می دهد بلکه واقعیت این است که اتمهای آهن و کربن در ساختمان کریستالی کاربید با نسبیت سه به یک وجود دارند.

کاربید در مقایسه با آستنیت و فریت بسیار سخت است و وجودش با فریت استحکام فولاد را تا حد زیادی افزایش می دهد.

( بخش 4-10) .

با این وجود بدلیل اینکه کاربید آهن شکننده است نمی تواند تمرکز تنش را تحمل کند یعنی بتنهایی نسبتا ضعیف است.

7-9 نمودار تعادلی شکل ( 22-9) نمودار فازی بین آهن و کاربید آهن را نشان می دهد.

عملیات حرارتی اکثر فولادها بر اساس جنین نموداری انجام می گیرد.

ناحیه صفر تا یک درصد کربن در شکل (22-9) شباهت زیادی به نمودار های قبلی دارد.

ترکیب یوتکتیک در 3/4 کربن و دمای 1148 واقع است.

آهن آلفا می تواند تا 1/2 کربن را در خود حل کند و همچنانکه در بخش قلبی بحث شد این اتمها در حفرههای اهن قرار می گیرند .

فولادها بر اساس جنین محلول جامدی وجود دارند .

فولادها چون کمتر از 2/1% کربن دارند.

در دماهای کارگروبو آهنگری می توانند یک فازی باشند .

زیرا این عملیات گرم در ناحیه 1100 تا 1250 انجام می گیرد.

در ناحیه پرآهن نمودار فوق با نمودارهای قبلی فوق دارد و این اختلاف از چند شکلی بودن آهن با فازهای ناشی می شود چون در این کتاب ذوب و انجماد فولاد مد نظر نیست صور مختلف ناحیه کم کربن بالاتر از 400 مورد بحث قرار نمی گیرد و در عوض توجه زیادی به حالتهای این نمودار ناحیه 700 تا 900 صفر تا 1% کربن مبذول خواهد شد زیرا در این نواحی است که می توان ساختمانهای میکروسکوپی را که برای خواص مورد در فولاد لازمند بوجود آورد.

در شکل (23-9) اضافه کردن نمک به آب با اضافه کردن کربن به آستنیت مقایسه شده است و مشاهده می شود که در هر دو صورت افزودن حل شوند .

دمایی را که حلال پایدار است پایین می اورد .

این دو مثال فقط از یک نظر با هم فرق دارند.

به این ترتیب که در سیستم ( یخ و نمک ) بالاتر از دمای یوتکتیک ( محلول مایع ) وجود دارد حال انکه در سیستم ( آهن – کربن ) یک محلول جامد وجود دارد بطوریکه حین سرد شدن یک واکنش واقعی بوجود نمی آید.

با این حال بدلیل شباهت این واکنش به واکنش یوتکتیک می نامند.

8-9 تجزیه آستنیت واکنش یوتکتوید آهن و کربن حین سرد شدن موجب تشکیل فریت و کاربید می شود که بطور همزمان از تجزیه آستنیت بوجود می آیند.

برلیت مخلوط خاصی از است که از تعدیل آستنیت با ترکیب یوتکتوید به فریت و کاربید حاصل می شود .

در این مورد به نوع واکنش باید توجه نمود زیرا مخلوط های دیگری از فریت و کاربید تحت واکنشهای دیگری تشکیل می شود که ساختمان میکروسکوپی آنها لایه ای نموده و نتیجه خواص انها با خواص برلیت فرق دارد.

چون برلیت از آستنیت با ترکیب یوتکتوید بوجود می آید مقدارش برابر با مقدار آستنیت یوتکتوید است.

( شکل 27-9) .

و این مقدار با اندازه گیری مقدار آلفا اندکی بالای دمای یوتکتوید محاسبه نمود.

مثال 14-9 مقدار برلیت را در یک آلیاژ 4% - 6/99% که از 70 درجه به آهستگی سرد شده است تعیین کنید .

( اساس محاسبه 100 گرم آلیاژ.

در (-) 727 درجه سانتی گراد مقدار برلیت = 49 گرم ( یعنی برابر با مقدار آستنیت یوتکتوید و با همان ترکیب ) باید توجه داشت که محاسبات فوق در صورتی درست است که هنگام سرد شدن به آلیاژ زمان کافی داده تا به تعادل برسد.

فریت تشکیل شده بالاتر از 727 درجه سانتی گراد ( یعنی قبل از واکنش یوتکتوید ) فریت پرویوتکتوید نام دارد و آن قسمت از فریت که جزء برلیت است و از ترکیب یوتکتوید حاصل گردیده فریت یوتکتوید نامیده می شود ( شکل 27-9) 9-9 فولادهای ساده و کم آلیاژ تعداد بسیاری از فولادها چنان طرح می شوند که عملیات حرارتی آنها در ناحیه آلفا انجام گیرد ضریب پرویوتکریت ( شکل 27-9 قسمتهای b تا c بمراتب راحتت تر از فریتی که در برلیت است تغییر شکل می پذیرد زیرا مقدارش بیشتر بوده و ضمنا مانند فریت یوتکتوید بین --- لایه های سخت کاربید محکم نشده است .

فولادهایی که مقدار کربنشان کمتر از ترکیب یوتکتوید است و در ساختمان میکروسکوپی آنها نواحی فریت جداگانه وجود دارد ( هیپویروتکتوید ) نامیده می شوند.

فولاد یوتکتوید هر گاه به آهستگی سرد شود تماما شامل برلیت خواهد بود و فولادی که مقدار کربنش بیش از ترکیب یوتکتوید بوده و شامل کاربید و یوتکتوید است فولادها یپریوتکتوید نام دارد ( شکل 27-9) .

فولادهای هیپویوتکتوید متداول تر از هایپریوتکتوید است .

طبقه بندی فولادها اهمیت کربن در فولاد بقدری است که انواع فولاد را بر حسب مقدار کربن آنها مشخص می کنند و برای این کار یک عدد چهر رقمی بکار می رود که دو رقم سمت راست آن درصد کربن را ( البته صد برابر شده اش را نشان می دهد ( جدول 1-9 ) دو رقم سمت چپ نمایانگر عناصر آلیاژی است که به آهن و کربن افزوده گردیده است .

این علامت گذاریها استاندارد بوده و توسط نیز پذیرفته شده اند.

بسیاری فولادهای تجارتی بدلیل متنوع بودن عناصر آلیاژی در این طبقه بندی گنجانیده نشده اند.

البته چنین فولادهایی مورد استعمال اختصاصی ئ محدودی دارند.

تفسیر مکان یوتکتوید شکل (23-9) ناحیه یوتکتوید را برای نمودار فازی یعنی حالتی که فقط آهن و کاربید موجود است نشان می دهد .

در چنین صورتی دمای یوتکتوید 727 درجه سانتی گراد و ترکیب آن 8% کربن است.

در فولادهای آلیاژی اتمهای آهن و کربن همچنانکه خود را منظم می کنند در رابطه با سایر اتمها نیز چیده می شود و بنابراین انتظار می رود که وقتی عناصر آلیاژی موجود باشند مقدار کربن یوتکتوید و درجه حرارت آن قدری تغییر کنند.

( شکل 28-9) دمای یوتکتوید را وقتی که نیکل ، منگنز ، کرم و مولیبدینم اضافه شوند نشان می دهد .

دو عنصر اولی دمای یوتکتوید را کاهش می دهند زیرا با آهن محلول جامد بوجود می آورند ( یعنی آستنیت ساز هستند ) .

دمای یوتکتوید را بالا می برند زیرا این عناصر خود بوده و بنابراین ( فریت ساز ) هستند شکل ( 28-9) نشان میدهد که چگونه هر کدام از این عناصر آلیاژی مقدار کربن یوتکتوید را کاهش می دهد.

این منحنی ها از این جهت با ارزش هستند که پیش بینی درجه حرارت ( آستنیته کردن ) را به منظور عملیات حرارتی فولادهای کم کربن میسر می سازند.