دانلود تحقیق فرآیند ذوب

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.

3- فرآیند ذوب ثانویه، که تاکید آن بر کنترل انجماد و تولید شمشهای با ساختار مناسب و بی عیب است. تهیه شمشهای با خلوص بالا بدون حضور عیبهای ناخواسته از مواد دیر گداز و یا اتمسفر هوا از اهداف این مرحله است.

تکنیک های ذوب

فرآیندهای ذوب اولیه

ساده ترین روش برای ذوب اولیه سوپر آلیاژها در مقیاس زیاد، ذوب در کوره قوس الکتریک (EAF) است. فرآیند ذوب در هوا صورت می گیرد و حرارت مورد نیاز نیز از قوس الکتریکی بیش الکترودهای گرافیتی و مواد شارژ تامین می شود. عموماً، از اکسیژن گازی نیز برای کاهش مقادیر کربن، هیدروژن و نیتروژن استفاده می شود. ذوب تهیه شده اغلب به صورت شمش برای محصولات نوردی و یا الکترود برای رسیدن به کیفیتهای بالاتر در فرآیندهای ذوب مجدد، ریخته می شود عمده مزایای (EAF) به ترتیب زیر است:

1- انعطاف پذیری در نوع و شکل مواد شارژ

2- کنترل دمایی خوب

3- سرباره فعال سیال برای پالایش متالورژیکی

4- بیشترین تولید با کمترین قیمت

معایب این روش نیز دارای ترتیب زیر است:

1- حضور مواد نسوز

2- هوای محیط

3- سرباره

فقدان شرایط هم زدن خوب باعث افزایش زمان پالایش شده و ذوب از لحاظ همگن بودن فقیر خواهد بود.

تعدادی از سوپر آلیاژها، به ویژه سوپر آلیاژهای پایه Co و Fe-Ni را می توان به وسیله روشهای مختلف ذوب در هوا که برای فولادهای زنگ نزن به کار می‌رود، ذوب و تهیه کرد. با این وجود، برای اغلب سوپر آلیاژهای پایه Ni و یا پایه Fe-Ni، فرآیند ذوب اولیه باید در کوره ذوب القایی در خلاء (VIM) صورت بگیرد. استفاده VIM مقدار گازهای بین نشین (N2,O2) را به مقادیر کمتر کاهش داده و شرایط بسیار خوبی را برای افزایش یو کنترل مقادیر Ti,Al (و دیگر عناصر نسبتاً فعال) فراهم می سازد. مقادیر سرباره و آخال نیز در مقایسه با روش ذوب در هوا به شدت کاهش می یابد.

شارژ اولیه برای کوره VIM ، آلیاژهای پایه است و عناصر آلیاژی فرار به آن اضافه نمی شود. بعد از آنکه شارژ در اثر یکسری واکنشهای خروج گاز و جوش ذوب شد، همگن سازی و پالایش انجام می شود. قبل از ریخته گری الکترودها، ترکیب مذاب کاملاً کنترل شده و اصلاح می شود. الکترودها را می توان هم در خلاء و هم تحت گاز خنثی ریخته گری کرد.

عمده معایب فرآیند VIM عبارت است از:

1- سایش نسوز و واکنشهای ذوب- نسوز که منجر به تولید آخالهای اکسیدی می‌شود.

2- عدم کنترل نرخ انجماد که منجر به تشکیل لوله انقباضی اضافی و جدانشینی انجمادی می شود.

3- درشت ساختار و ریز ساختار غیر یکنواخت.

فرآیند های پالایش

سه فرآیند پالایش اولیه برای سوپر آلیاژ های تولید شده از فرآیند EAF مورد استفاده قرار می گیرد. گاززدایی در خلاء (VD) اولین مرحله برای بالا بردن کیفیت محصول کوره الکتریکی است. در این فرآیند، فلز مذاب در یک محفظه مجزا و در معرض فشارهای بسیار پایین پالایش می شود. تحت این شرایط گازهای حل شده مانند مونواکسید کربن، هیدروژن و نیتروژن کاهش می یابد. برخی تجهیزات مانند الکترودهای گرافیتی یا کویلهای القایی نیز برای حرارت دهی فلز مذاب در حین و یا در ادامه فرآیند گاززدایی استفاده می شود.

توسعه فرآیندهای گاززدایی منجر به فرآیند کربن زدایی با اکسیژن در خلاء (VOD) گردید که در آن، فولادهای زنگ نزن و سوپر آلیاژها را میتوان تحت شرایط بسیار کنترل شده عمل آورد. در این فرآیند پالایش، فلز مذاب تهیه شده از EAF که دارای مقادیر زیادی کربن و کروم است تحت خلاء و با تزریق اکسیژن کربن زدایی می‌شود. این عمل، اجازه می دهد تا در تولید سوپر آلیاژها، از مواد خام حاوی کربن زیاد با قیمت پایین تر استفاده کرد. برای بالا بردن کیفیت گاززدایی می توان مذاب را به وسیله آرگون و یا القاء و یا هر دو هم زد.

سومین روش پالایش، تکنیک کربن زدایی به وسیله آرگون و اکسیژن (AOD) است در این روش، فلز مذاب معمولاً با تزریق اکسیژن و آرگون کربن زدایی می شود. مخلوط اکسیژن و آرگون از نازلها یا افشانکهای مجزا تزریق و نسبت آرگون به اکسیژن با پالایش یا کربن زدایی به تدریج افزایش می یابد. پس از رسیدن کربن بهحد مورد نیاز، واکنش های مذاب سرباره، مانند احیاء کروم و گوگرد زدایی را می توان با هم زدن مذاب به وسیله تزریق آرگون خالص تشدید کرد. تزریق آرگون همچنین، گازهای حل شده دیگر را خارج می کند.