عملیات حرارتی و جوشکاری

تاثیر مس در فولادها

مس فلزی با رنگ مایل به قرمز است که رسانایی حرارتی و الکتریکی بالایی دارد.آلیاژهای مختلف مس به نامهای متفاوتی شناخته می شوند.برنز ها آلیاژهای مس و قلع می باشند.برنج ها آلیاژهای مس و روی هستند.فلز مونل که به نام کوپرونیکل نیز معروف هستند،آلیاژی از مس و نیکل است.با وجود اینکه معمولا آلیاژ برنز به آلیاژ مس و قلع اطلاق می شوند،ولی تبدیل به یک واژه کلی شده است مثل برنز آلومینوم،برنز منگنز .

مصری ها به این نکته پی برده بودند که افزودن مقدار کمی قلع سبب می شود ریخته گری فلز راحت تر شود.استفاده از مس در چین باستان به2000 م ق بر میگردد.در آن دوران برنزهای با کیفیت عالی می ساختند.توجه کنید که این تاریخ ها بیشتر تحت تاثیر جنگ ها پیروزیها بودند.در اروپا،تبرهای با نوک مسی پیدا شده اند که به تاریخ 3200 م ق بر میگردند که خلوص 99.7 درصد داشتند.برنجها،آلیاژ مس و روی،ابتدا در یونان شناخته شدند ولی نخست توسط رومی ها به طور وسیعی استفاده شدند.

صنایع دستی در سومر به 3000 م ق بر میگردند و صنایع دستی پیدا شده در مصر به همان تاریخ مربوط می شوند.در یکی از هرم ها ،سیستم لوله کشی مسی کشف شده است که قدمتش مربوط به 5000 م ق است.

در یونانی،واژه chalkos به معنای فلز است.در یونان و روم،مس منبع بسیار مهمی برای آنها بود.در روم،واژه aeo Cyprium همان معنی را می داد.به تدریج این واژه ساده تر شد و به صورت copper وارد زبان انگلیسی شد. در اسطوره شناسی،مس همراه الهه و رب النوع عشق و ونوس بود. در علم کیمیاگری،علامت فلز مس مشابه سیاره ونوس بود.

مس را می توان جزو اندک فلزاتی دانست که در طبیعت به صورت غیرترکیبی وجوددارد.این فلز یکی از ارکان اصلی تمدن بوده و تاریخچه آن به 10000 سال قبل می رسد.در شمال عراق یک طناب مسی پیدا شده است که قدمتش به 8700 م ق می رسد.در سال 5000 م ق ،نشانه های مبنی بر ذوب و تصفیه مس از ترکیبات ساده مس دار مثل مالاکیت یا آزوریت یافت شده است.در میان مکان های باستانی در آناتولیا،چاتال هویوک (Çatal HöyüK) در تقریبا 6000 م ق ابزاری از صنایع دستی مسی پیدا شده است که البته در آنها مسی ذوب نشده بود اما در Can Hasan تقریبا در 5000 م ق ابزاری پیدا شده اند که از مس ذوب شده تولید شده بودند.

ذوب مس در نقاط مختلف جهان بطور مستقل گسترش یافته اند.علاوه بر گسترش صنایع مسی در آناتولیا در 5000 م ق ،این صنایع در چین قبل از 2800 م ق ،در آمریکای مرکزی در 600 میلادی و در آفریقای غربی در 900 میلادی نیز گسترش یافته بود.

مس در همه گیاهان و حیوانات وجود دارد.مس در جریان خون بر روی پروتئین پلاسمایی به نام سرول پلاسمین(Ceruloplasmin) حرکت می کند. وقتی مس برای اولین بار در روه جذب می شود،به کبد انتقال داده می شود.در بسیاری از آنزیم ها مس وجود دارد که شامل مراکز مسی سیتوکروم سی اکسیداز و آنزیم دیسموتاز سوپراکسید می باشد.علاوه بر نقش آنزیمی؛مس برای انتقال بیولوژیکی الکترون نیز استفاده می شود.پروتئین های مس آبی که از انتقال الکترون رسوب می نماید،شامل آزورین(Azurin) و پلاستوسیانین(Plastocyanin) است.

میزان 30 گرم سولفات مس برای سلامتی انسان بالقوه کشنده است.میزان مجاز مس در آب نوشیدنی برای انسان با توجه به نوع منبع تامین آب متغیر است و از 1.5 تا 2 میلی گرم در هر لیتر تغییر می کند.از سوی دیگر،مقدار مس بالای آب برای جاندارن آبی نیز خطرناک است.اثرات مشاهده شده غلظت بالای مس در ماهی ها و سایر جانداران عبارت از آسیب دیدن سیست تنفسی،جگر،کلیه و سیستم عصبی می باشند.

 

مس با وزن اتمي 64 و نقطه ذوب 1083 C بشكل fcc  متبلور مي شود. مس وآهن در حالت مذاب بهر نسبتي در هم حل مي شوند  ولي در حالت جامدحلاليت آن تا 0.1 % نيز كاهش مي يابد.در سرد كردن آهسته ،مس بصورت فاز آهن-مس در مي آيد.ولي در سرد كردن سريع،مقدار مس بيشتري در محلول جامد باقي مي ماند.مس معمولا آستنتيت زاي ضعيف است.

تاريخچه مس در طول ادوار گذشته مراحل مختلفي را طي كرده است.قبل از 1900 بخاطر ترك ها و پارگي هاي سطحي در قطعات فورج و نورد به خاطر وجود مس ،يك عنصر مزاحم بشمار مي رفت.بهمين دليل تمام تلاش فولادسازان براين بود كه درصد مس را تا حد امكان كاهش دهند.ولي بدليل روش فولادسازي ، عملا درصد مس در فولادها تا 0.4 % نيز مي رسيد.

مكانيسم متالورژيكي تاثير مس بر عيوب كارگرم را مي توان به اكسيداسيون انتخابي آهن ربط داد.در اين حالت، مس در نزديكي سطح پوسته جمع مي شود. با بيشتر شدن دماي كار گرم از دماي ذوب مس ،مس مذاب در بين دانه هاي فولاد نفوذ كرده و كرنش پلاستيك مرزدانه ها را از هم مي گسلد. افزودن نيكل با توجه به ميزان مس،دماي محلول نيكل-مس را بالا برده و از ذوب مس جلوگيري مي كند. درصد نيكل افزوده شده در حدود نيم برابر مس باقيمانده است.

مس مقاومت خوردگي در محيط هاي اسيدي را افزايش مي دهد. از توانايي مس در سيستمهاي آلياژي رسوب سختي شونده بيشتر استفاده مي كنندبراي اين منظور حداقل مس 1.25 % مي باشد و درصد مشابهي از نيكل را نيز در بردارد.قابليت جوشكاري تحت تاثير مس نمي باشد.در فولادهاي پرآلياژي ضد اسيد، درصد مس بالاي 1 % باعث بهبودي مقاومت در برابراسيد كلريدريك و اسيد سولفريك مي شود.در جوشكاري فولادهاي كم آلياژي رسوب سختي شونده حاوي مس نيازي به پيش گرم نبوده و از دماهاي بين پاسي بالا بايد جلوگيري كرد.

مس در فولاد فقط در محلول جامد قرار می گیرد و تمایلی به تشکیل هیچگونه ترکیب بین فلزی با آهن ندارد.اکثر فولادهایی که بیشتر از 0.35 % مس دارند، قابلیت رسوب سختی دارند. از این ویژگی در فولادهای زنگ نزن با استحکام کششی بالا استفاده می شود.

افزودن 2 %  مس به فولادهای کم کربن باعث افزایش استحکام تسلیم این فولادها بدون افت قابل ملاحظه در داکتیلیتی در حالت نرمال و رسوب سختی می شود.سرد کردن در هوا از دمای انحلال سبب باقی ماندن مس در محلول جامد شده وبا حرارت دادن دوباره در دمای  450 C ، رسوبات غنی از مس و بالا رفتن سختی تشکیل می شود.رسوب سختی فولادهای کم کربن با 1-1.5 %  مس باعث افزایش استحکام کششی به اندازه 9  تن بر اینچ مربع و افزایش استحکام تسلیم به مقدار 11  تن بر اینچ مربع می شود. التبه این افزایش استحکام، کاهش داکتیلیتی را در پی دارد. در چنین فولادهایی که قابلیت رسوب سختی دارند ، با زیاد شدن درصد کربن ، این توانایی کاهش می یابد.

مس و سمنتیت با همدیگر آلیاژی تشکیل نمی دهند و مس موجود در آهن هیچگونه تاثیری بر روی نرخ انحلال کاربیدها در آستنیت در حین آستنیته کردن ندارد هرچند که تا حد کمی نرخ جوانه زنی و رشد پرلیت را می کاهد.

در فولادهایی که دارای درصد متوسطی از مس هستند، درصدهای مس اضافی که در محلول جامد قرار نمی گیرند، بصورت ذرات بسیار ریز غنی از مس در ساختار در می آیند. ولی اگر این درصد از 8 %  فراتر رود ذرات درشت غنی از مس در مرزدانه ها تشکیل می شود.

خوردگی اتمسفری  فولاد با افزودن مقادیر کمی از مس در حدود 0.15-0.25 %  کاهش می یابد.مس مقاومت خوردگی فولاد در برابر اسید سولفریک را زیاد کرده وافزودن 0.75-3.0 %  به فولاد زنگ نزن 18/8  نرخ خوردگی در محیط اسید سولفریک جوشان را شدیدا کاهش می دهد.بهبود مقاومت اکسیداسیون در دماهای بالا تنها با افزودن 0.25-0.5 % مس حاصل می شود.علت را می توان در تشکیل فیلم سطحی محکم بر روی فولاد جستجو کرد که در برابر اکسیداسیون مقاومت خوبی دارد.

مس در فولادهای ساختمانی کم آلیاژی با استحکام بالا که داکتیلیتی و شکل پذیری مشابهی داشته ولی از استحکام تسلیم بالاتری از فولادهای ساختمانی معمولی برخوردارند، استفاده می شود.مس موجود در این فولادها مقاومت خوردگی را افزایش داده و در موارد مشخصی تا 0.75 %  به منظور افزایش استحکام تسلیم و استحکام کششی بدون تاثیر منفی بر قابلیت جوشکاری بکار می رود.

در چدنها،بمنظور پایدارسازی پرلیت در مقاطع نازک و ضخیم به ترکیب اضافه می شود و یکنواختی ساختار را ارتقاء می دهد.چنین اثری می تواند بر افزایش سختی تاثیر مثبتی داشته باشد.

اعتقاد بر این است که قابلیت انحلال مس در چدنها 3.5 % است. مس اضافی بصورت کره های ریز از محلول جدا میشود. البته درصد مس در چدنهای کروی بسیار پایین بوده و معمولا در این نوع چدنها یک عنصر نامطلوب محسوب می شود.

در چدن های Ni-Resist  کروی ، با ترکیب استاندارد 14 % Ni,7 %Cu ، مس بجای نیکل می نشیند. هرچند که چنین درصدی بالایی از مس در این نوع چدنها وجود ندارد بلکه معمولا 21 %   نیکل داشته و مس ندارند.

+ نوشته شده در  دوشنبه سی ام دی 1387ساعت 14:57  توسط   | 

تاثیر سیلیس در فولادها

سیلیس در طبیعت به شکل آزاد نیست بلکه بیشتر به صورت دی اکسید سیلیس خالص و سیلیکات ها می باشد.کانی های حاوی سیلیس را می توان در خاک رس،ماسه و انواع مختلف گرانیت ها و سنگ ها پیدا کرد.سیلیس قسمت اصلی نیمه هادی ها بوده و نیز در شکل سیلیکات و سیلیکا در شیشه ها ،سیمان و سرامیک کاربرد فراوانی دارد.

سیلیس در حالت بلوری به رنگ خاکستری تار بوده و جلای فلزی دارد.با اینکه سیلیس یک عنصر نسبتا خنثی است،ولی با هالوژن ها و مواد قلیایی واکنش می دهد و بیشتر اسید ها بجز ترکیبی از اسید نیتریک و اسید هیدروفلوریک بر آن تاثیری ندارند.سیلیس عنصری بیشتر از 95 درصد از طول موج های امواح ماورای بنفش را انتقال میدهد.

سیلیس از واژه لاتین silex به معنای سنگ چخماق گرفته شده است و اولین بار توسط آنتوین لاوازیه در سال 1787 شناسایی شد و سپس به اشتباه توسط همفری دوی( Humphry Davy) در سال 1800 به عنوان یک ترکیب طبقه بندی شد.در سال 1811،گی لوساک (Gay-Lussac) و تنارد(Thenard) توانستند که سیلیس آمورف و ناخالص را از حرارت دادن پتاسیم در کنار تترافلوراید سیلیس بدست آورند.در سال 1824 میلادی،برزیلیوس سیلیس آمورف را تقریبا با روش مشابه با روش لوساک بدست آورد و سپس با شستن مکرر آن توانست به سیلیس با خلوص بالا دست یابد.

با توجه به اینکه سیلیس با کربن شباهت دارد ،برخی این احتمال را می دهند که حیاتی براساس سیلیس وجوددارد .اما این بیشتر به یک داستان تخیلی و علمی شباهت دارد.   افترای اصلی که درمورد حیات پایه سلیس داده می شود،این است که سیلیس برخلاف کربن تمایل ندارد که پیوندهای دوتایی و سه تایی تشکیل دهد.

با وجوداینکه هنوز حیاتی بر پایه سیلیس پیدا نشده است،ولی کانی های سیلیس وجود دارد که کاربردهای خاصی دارند.بعضی از باکتریها و اشکال دیگر حیات مثل رادیولاریا پروتوزا(Radiolaria ptotoza) اسکلت دی اکسید سیلیسی دارند.این نوع از حیات با نام سیلیکای بیوژنیک معروف است.باکتریهای سیلیکاتی از سیلیس در متابولیسم استفاده می کنند.

زندگی که ما بر روی زمین می شناسیم،بر اساس بیوشیمی سیلیسی گسترش نیافته است.دلیل اصلی این ادعا این است که حیات در روی زمین بستگی به چرخه کربنی دارد؛موجودات اوتوتروفیک(موجوداتی که غذایشان را خود تولیدمی کنند مثل گیاهان) (autotrophic) از دی اکسید کربن برای سنتز ترکیبات آلی با کربن استفاده می کنند و موجودات هتروتروفیک (موجوادتی که غذایشان را از موجودات دیگر تامین می کنند مثل حیوانات)(Heterotrophic) از این ترکیبات انرژی و دی اکسید کربن تولیدمی کنند.حال اگر سیلیس بتواند جایگزین کربن شود،در این صورت است که به چرخه سیلیس نیاز خواهد بود.البته دی اکسید سیلیس در سیستم های آبی رسوب می کند و نمی تواند در دستگاه های حیاتی انتقال یابد.

 

سیلیس را می توان در ترکیب همه فولادها دید.علت اينست كه كانه هاي آهن حاوي درصدهايي از سيليس است و نيز در حين فولادسازي ،از جداره هاي نسوز كوره وارد ذوب آهن مي شود.سيليس اكسيژن زداي قوي است و آخالهاي اكسيدي را نيز حذف مي كند.

وزن اتمي سيليس 28 و نقطه ذوبش 1427 C است.ساختار كريستالي آن مكعبي الماسي است. سيليس فلز نيست بلكه يك شبه فلز metalloid است . سيليس در آهن مذاب بهر نسبتي حل مي شود. ولي در آهن جامد حداكثر تا 15 % حل مي شود.سيليس دماي استحاله دلتا به آستنيت را كاسته و از طرفي دماي استحاله فريت به آستنيت را افزايش مي دهد و منطقه پايداري آستنيت را مي كاهد. در واقع فريت زاي قوي است.

سيليس به عنوان عنصر آلياژي در مقادير بيش از 0.3 % اثرات مفيدي دارد. استحكام فريت را افزايش مي دهد و سختي پذيري را زياد مي كند. وجود سيليس در فولادهاي الكتريكي كه جهت گيري دانه ها مطرح است بسيار مهم است. هم چنين سياليت ذوب را نيزافزايش مي دهد.

حضور سيليس ، راسب شدن گرافيت را تشويق ميكند و مقاومت سايشي را افزايش مي دهد. به علت افزايش استحكام تسليم ، عنصر اصلي در فولادهاي فنر است.به علت افزايش مقاومت در برابر اكسيداسيون و پوسته دار شدن در فولادهاي مقاوم در برابر حرارت استفاده مي شود.براي اينكه مقاومتشان در محيط هاي اسيدي نيز زياد شود، درصد سيليس تا 12% بايد باشد كه در اينصورت فقط باريخته گري قابل توليد بوده و براي رسيدن به ابعاد فقط سنگ زني قابل انجام است.

در مقادیر بالای سیلیس ، سختی پذیری و استحکام فولاد افزایش می یابد ولی این افزایش همراه با کاهش داکتیلیتی و انرژی ضربه است.از اینرو درصد سیلیس در اکثر فولادها به 0.35 % محدود می شود.در فولادهای کربن متوسط و پرکربن ، باافزودن سیلیس سختی پذیری زیاد می شود. درصد کربنی که یوتکتیک در آن رخ می دهد کاسته می شود و دمای آستنیته را می افزاید.افزودن  سیلیس به فولادهای کوئنچ و تمپر با 0.5 %  کربن ، سختی حاصل از سخت کاری و فریت حاوی کاربید را افزایش می دهد.

در فولادهای فنر کربنی و سیلیس – منگنز دار ، میزان سیلیس بیش از حد طبیعی است و در محدوده1.5 -2 %  می باشد و درصد منگنز بین 0.6-1.0 %  است.با ازدیاد درصد سیلیس ، حساسیت به تردی تمپر افزایش می یابد. هرچند ، منگنز این حساسیت را بیشتر از سیلیس افزایش می دهد ولی در فولادهای سیلیس – منگنز دار حاوی 1%  منگنز، اگر درصد سیلیس بین 1.5-2  درصد باشد ، تردی تمپر بسیار جدی خواهد بود.اگر فولاد تنها0.6 %  منگنز داشته باشد سیلیس تا3 % می تواند در ترکیب فولاد حضور داشته باشد بدون اینکه بر افزایش تردی تمپر تاثیر جدی داشته باشد.

سیلیس در فولادهای مقاوم به حرارت ، نیکل-کروم ، کروم دار و کروم-تنگستن  برای افزایش مقامت به اکسیداسیون در دماهای بالا بکار می رود.فولادهای شیر کروم-سیلیس تا 3.75 % سیلیس و فولادهای پرنیکل –کروم-تنگستن در محدوده 1-2.5 %  سیلیس دارند. این چنین فولادهایی در شیرهای اگزوز موتورهای درون سوز استفاده می شود.

افزودن تقریبا 2 %  سیلیس به فولادهای زنگ نزن 18/8  مقاومت به پوسته برداری در دمای 980 C را افزوده و فولادهای تجارتی از این نوع در حدود 2-3 % سیلیس دارند.

سیلیس در فولاد با تشکیل محلول جامد جانشینی باعث می شود کربن بصورت گرافیت رسوب کند. فلذا چنین شکلی از کربن در حین نورد گرم بصورت لایه دکربوریزه شده حذف خواهد شد.بنابر این میزان کربن تا حد امکان کم نگهداشته می شود تا میزان اکسید و کربنی که خواص مغناطیسی فولاد را کاهش می دهد ، کمتر شود.از اینرو ورقهای فولاد سیلیس دار که 2.5-5 %  سیلیس دارند، افت جریان ادی و هیسترزیس کمتری در مقایسه با آهن دارند. فلذا در میدان جریان مستقیم، قابلیت نفوذ مغناطیس در آنها برای اکثر کاربردها مفید ومناسب بوده که باعث شده در صنایع الکتریکی کاربرد زیادی پیدا کرده است.

ورقهای الکتریکی از فولادهای سیلیس دار 4-4.75 %  سیلیس ساخته می شوند. چون در درصدهای سیلیس بالای 2.5 % آستنیتی وجود ندارد فلذا می توان آنها را عملیات حرارتی کرد.این عملیات تنها برای بازیابی و آزادسازی کرنش های مکانیکی و نفوذ ناخالصی ها و آخالها و رشد کریستالهای بزرگ اکوکسی بزرگ و به دنبال آن بهبود خواص مغناطیسی بکار می رود.یک روش برای آنیل ، عملیات حرارتی فولاد در دمای 800-1000 C در شرایط احیایی و سپس آهسته سرد کردن است.در روش دیگر که برای تولید ورقهای با جهت گیری دانه ای استفاده می شود، شامل پوشش دادن اولیه ورقهای نورد گرم شده و سپس نورد سرد با پودرهای دیرگداز و به دنبال آن آنیل در دمای 1200 C بمدت60  ساعت در اتمسفر هیدروژن دار می باشد. با این عملیات درصد زیادی از دانه ها در راستای ترجیحی جهت دار می شود. ورق با چنین شبکه فریت جهت دار و یکنواخت باعث افزایش راندمان ترانسفورماتور و کاهش افت وات می شود.در عوض مقدار گرمای تولید شده در طی کار ترانسفورماتور را کاسته و هزینه اولیه را کم کرده و سیستم خنک کن دستگاه را ساده تر کرده است.

سیلیس در چدن ها همیشه وجود داشته و یک عنصر گرافیت زاست و پایداری کاربیدهای یوتکتیک و پرلیتی را کاهش  می دهد.درصد سیلیس در چدنهای سفید بسیار کم بوده ولی در چدنهای خاکستری حداقل تا 1.5 درصد نیز وجود دارد.

+ نوشته شده در  شنبه چهاردهم دی 1387ساعت 14:57  توسط   | 

تاثیر گوگرد و سلنیم

گوگرد ماده بی بو و بدون مزه است که در طبیعت بیشتر به صورت ماده جامد زرد رنگ است که البته کانی های سولفیدی و سولفاتی نیز به وفور دیده می شوند.

گوگرد یکی از عناصر اصلی در ساختمان سلول زنده است.گوگرد یک منبع غذایی شیمیایی برای برخی از ارگان ها می تواند باشد:بعضی از باکتری ها از سولفید هیدروژن بجای آب به عنوان الکترون ده در فرآیندهای شبیه فوتوسنتز استفاده می کنند.گوگرد غیرآلی بخشی از کلاسترهای آهن-گوگرد را تشکیل می دهد و گوگرد یک لیگاند(Ligand) اتصالی در محل CuA در اکسیدایز سیتوکروم سی می باشد که این آخری ماده اصلی در استفاده از اکسیژن درتمام زندگی هوازی می باشد.

در نباتات و حیوانات،سیستئن (cysteine) آمینو اسید و متونین(Methionine) شامل گوگرد می باشند.هوموسیستئن و تاورین(Taurine) از انواع اسیدهای گوگرد داری هستند که ساختار مشابهی داشته ولی به وسیله DNA کد گذاری نمی شوند و بخشی از ساختار اولیه پروتئین محسوب نمی شوند.

پیوندهای دی سولفیدی (S-S) که بین اجزای سیستئن در زنجیرهای پپتید تشکیل می شوند،در ساختار پروتئین بسیار مهم هستند.این پیوندهای کووالانت قوی بین زنجیرهای پپتید باعث می شوند که پروتئین ها از چقرمگی و جهندگی بالایی برخوردار باشد.به عنوان مثال،استحکام بالای پرها و مو به دلیل مقدار بالای اتصال S-S و هم چنین مقدار زیاد سیستئن و گوگرد است.

گوگرد از زمانهای قدیم مورد استفاده بوده و در کتب عهد قدیم به کرات بدان اشاره شده است.احتمالا گوگرد از کلمه عربی sufra به معنی زرد گرفته شده است که ناشی از رنگ درخشانی است که در طبیعت از خود نشان می دهد،با این وجود نام سانسکریت گوگرد بنام sulvari است که به معنای دشمن مس می باشد.

ترجمه های انگلیسی از کتب عهد قدیم،از گوگرد بنام Brimstone یادکرده است که نشـات گرفته از خطابه آتش و گوگرد (Fire and brimstone)  بوده که در آن مستمعان به حالت لعن جاوید و ازلی باقی می ماندند بطوریکه منتظر بی اعتقادی و عدم پشیمانی بودند.در این بخش از کتب عهد قدیم،Hell به بوی گوگرد اشاره می کند،که در بالا گفته شد گوگرد بی بو است.بوی  گوگرد معمولا مشابه بوی سولفید هیدروژنی است که از تخم مرغ گندیده به دماغ می رسد.سوختن گوگرد دی اکسید گوگرد تولید می نماید که بویی شبیه سوختن کبریت دارد.

هومر در قرن هشتم قبل از میلاد و نیز 424 م ق از گوگرد عامل جلوگیری از طاعون نام می برد و بوئیتا (Boeotia)  دیواره های شهر را با به آتش کشیدن مخلوطی از زغال سنگ،گوگرد و قیرخراب نمود.در قرن دوازدهم،چینی ها تفنگی را اختراع کردند که نیروی پرتابی آن از مخلوط نیتزات پتاسیم (KNO3) ،کربن و گوگرد تامین می شد.در اواخر سال 1770 میلادی ، آنتوین لاوزیه (Antoine Lavoisier) موفق شد که گوگرد را به عنوان یک عنصر به جامعه علمی معرفی نماید.در 1867 میلادی،گوگرد در رسوبات زیرزمینی در لویزیانا و تگزاس کشف شد.

گوگرد عنصری معمولا در نواحی آتش فشانی یافت می شود.هم چنین رسوبات گوگرد عنصری در خلیج مکزیک،اروپای شرقی و آسیای غربی وجوددارد.اعتقاد بر این است که گوگرد موجوددر این رسوبات از واکنش باکتریایی بی هوازی بر روی کانی های سولفاتی بالاخص سنگ گچ بدست آمده است.

سلنیم عنصر شیمیایی بوده که در طبیعت به شکل آزاد پیدا نمی شود و معمولا در مقادیر زیادش سمی بوده ولی مقدار کم آن در در برخی از آنزیم ها بسیار موثر است.

سلنــــــــــیم از واژه یونانی selene به معنی ماه گرفته شده است و در سال 1817 توسط جـــــــــونز یاکــــــوب برزیلیوس (Jons Jakob Berzelius) کشف شد.رشد استفاده از سلنیم به لحاظ تاریخی حالت یکنواخت و متناسب با کاربردهای جدید بوده که می توان به ترکیبات کائوچو،عناصر آلیاژی در فولاد و یکسوکننده های سلنیم اشاره نمود.در سال 1970،سلنیم در یکسوکننده ها جایگزین سیلیس شدند ولی کاربرد اصلی آن در هادی های حساس به نور در صفحات ساده کپی است.در طی سال 1980، استفاده از سلنیم به عنوان هادی حساس به نور در این صفحات نیز رو به کاهش رفت.در حال حاضر،استفاده گسترده از سلنیم در صنایع شیشه سازی و رنگ دانه ها می باشد.

در سال 1996،تحقیقات ادامه دار نشان داد که رابطه مستقیمی بین مکمل های سلنیم و جلوگیری از حمله قلبی وجود دارد.در اواخر سال 1990،استفاده از سلنیم به عنوان یک نوع افزودنی به لوله های برنجی برای برآورده ساختن استانداردهای زیست محیطی بدون سرب از اهمیت قابل توجهی برخوردار شد.

با وجود اینکه مقادیر زیاد سلنیم سمی است،ولی یکی از ریزمغذی های اصلی در حالت های مختلف حیات است.سلنیم یکی از اجزای اصلی آمینو اسیدهای کمیاب سلنوسیستئن (selenocysteine) و سلنومتوئین(selenomethionine) است.در انسانها،سلنیم ماده ریزمغذی است که به عنوان کوفاکتور برای احیای آنزیم های آنتی اکسیدان مثل پروکسیدازهای گلوتاتئیون (Glutathione peroxidases)  یا ردوکتازتیرودوکسین(Thioredoxin reductase) عمل می کند.هم چنین سلنیم در عملکرد غده تیروئید به عنوان  یک کوفاکتور برای هورمون تیروئید نقش اصلی ایفاء می کند.

همانطوریکه در بالا بدان اشاره شد،مقدار زیاد سلنیم سمی است. مقدار بیش از حد بالایی پذیرش مجاز بیشتر از 400 میکروگرم در هر روز می تواند موجب سلنوسیس (Selenosis)  شود.علایم این بیماری شامل بوی سیر در دم بیمار،اختلالات معده ای،ریزش مو،پوسته پوسته شدن ناخن ها،خستگی، کج خلقی و  حملات عصبی می باشد.مقدار خیلی زیادی آن می تواند منجر به تسمع جگر و ورم ریوی و در نهایت مرگ می شود.

آنچه که در مورد سلنیم جالب است که بدان اشاره شود، رابطه آن با گسترش بیماری HIV است.تحقیقات زمین شناسی در مناطقی که بیماری ایدز در آن گسترش یافته است، و مقایسه آن با مناطقی که بیماری ایدز در آنها دیده نشده است،نشان دهنده این مطلب مهم است که در خاک مناطقی که ایدز در آنجا شیوع یافته است،حاوی مقادیر کمتری از عنصر سلنیم است.به عنوان مثال،درصد شیوع بیماری ایدز در مناطق پایین تر از آفریقای شمالی که سلنیم کمتری در خاک آن اندازه گیری شده است،بالا است در حالیکه در سنگال این درصد خیلی پایین تر است .خاک سنگال درصد بالاتری از عنصر سلنیم را دارد.

اما در فولاد گوگرد وسلنيم رفتار مشابهي در دارند.گوگرد در تركيب هر فولادي وجود دارد ولي سلنيم بطور عمدي به فولاد افزوده مي شود.وزن اتمي گوگرد32 با نقطه ذوب 119 C ، وزن اتمي سلنيم 79 با دماي ذوب 217 C است.هر دو قابليت يكساني در فولاد دارند و به علت كم بودن نقطه جوش ، در مذاب پايداري زيادي ندارند.

مشكل اصلي فولادسازان مربوط به پديده ترك برداري گرم يا سرخ شكنندگي است. فلذا سعي مي كنند تا حد امكان در صد گوگرد را كمتر كنند. گوگرد با آهن تركيب شده و تشكيل FeS  ميدهد كه داراي نقطه ذوب كمتري است.FeS با آهن يوتكتيكي تشكيل مي دهد كه از نقطه ذوب پايينتري تا 988 C برخوردار است.اين تركيب در دماهاي بالا بصورت مذاب در آمده  ودرمرزدانه ها تجمع مي كندفلذا باعث ترك برداري گرم يا سرخ شكنندگي Hot cracking يا Hot Shortness مي شود.شكل آخالهاي سولفيد آهن در شمش ها كروي بوده و در مقاطع كار شده كشيده ودراز است.اين سبب مي شود خواص قطعه آنيزوتروپ شود.همانطوريكه قبلا اشاره شد،Mn  تمايل زيادي به تركيب با گوگرد و تشكيل سولفيد منگنز دارد.بنابر اين، از اين خاصيت براي حذف گوگرد استفاده مي شود.با اين حال درصد بسيار  کمی FeSتشكيل مي شود كه قابليت انحلال در MnS را دارد.با اين وجود تاثيري بر روي دماي ذوب سولفيد منگنز ندارد.ميزان منگنز اضافه شده تقريبا چهار برابر درصد گوگرد است. بيشتر فولادهاي كم آلياژي و كربني حداكثر درصد گوگرد 0.04% دارند.

وجود درصد زياد MnS بر كارآيي فولاد تاثير منفي دارد.عليرغم اين موضوع، در فولادهاي خوش تراش وجود گوگرد عامل مهمي است.در واقع ، يكي از راههاي افزايش قابليت ماشينكاري ،اضافه كردن گوگرد به تركـــيب فولاد است.بيشتر اين نوع فولادها،0.10-0.30 % گوگرد دارند.وقتي ابزار برش روي سطح قطعه كار مي كنند،به علت وجود MnS طول پليسه ها كوتاهتر مي شوند و نقش روانكار را نيز ايفا مي كنند و در نتيجه صافي سطح بيشتر مي شود.

شكل،اندازه و توزيع نامطلوب آخالهاي غير فلزي تاثير نامطلوبي بر روي خواص فولاد دارند.آخالهاي غير فلزي كشيده شده قابليت كار سرد فولاد ورق در كشش عميق را مي كاهد و چقرمگي شكست را شديدا كاهش مي دهد.خواص فولاد را آنيزوتروپ مي كند وحساسيت به پارگي داغ را افزايش مي دهد.وجود چنين مشكلات براي فولادسازان، افزودن عناصري مثل كلسيم،منيزيم،زيركنيم و عناصر نادر خاكي (سديم) به ذوب را در پي داشته است.در اين روش مقدار گوگرد پس ماند به 0.001و 0.005 درصدنيز مي رسد.

در جوشکاری فولادهای خوش تراش که گوگرد زیادی دارند ،وجود سولفیدها بر جوشکاری قوسی بسیار مضر بوده و در هنگام رسوب فلز جوش از الکترودهای فولادهای نرم ، حفره و ترک تشکیل می شود.ولی استفاده از الکترودهای مصرفی با هیدروژن پایین ، نتایج قابل قبولی را در پی دارد.نسبت آهک به سیلیس این الکترود ها در حدی نگه داشته می شوند که تاثیر مخربی بر روی نتایج جوشکاری نداشته باشند.

در چدنها ، منابع متعددی برای حضور گوگرد در ترکیب موجودند.در صورتیکه منگنزی وجود نداشته باشد،گوگرد در ساختار بصورت سولفید های آهن با شکل آخالهای قهوه ای خاکستری ظاهر می شوند ولی با افزودن منگنز ، به لحاظ تمایل ترجیحی به ترکیب با گوگرد،سولفید مگنز تشکیل خواهد شد.میزان منگنز طبیعتا باید بیشتر باشد و از فرمول تجربی زیر استفاده می شود:

%Mn = 1.7 * %S+0.3

اگر دمای ریخته گری پایین باشد، مقادیر اضافی اکسید منگنز بصورت عیوب حفره ای در قطعه د رمی آید.در درصدهای بالاتر از 0.18 % گوگرد، سختی چدنهای خاکستری را افزایش می دهد ولی بر ماشینکاری چدنهای خاکستری تاثیر منفی دارد

+ نوشته شده در  یکشنبه دهم آذر 1387ساعت 14:56  توسط   | 

تاثیر فسفر

فسفر (که در یونانی نام قدیمی ستاره زهره است) در سال 1669 توسط شیمیدان آلمانی به نام هنیگ براند(Hennig brand) از آماده سازی زهرآب کشف شد.براند سعی داشت که نمکها را از تقطیر زهرآب بدست آورد که در طی این فرآیند ماده سفیدرنگی بدست آورد که در تاریکی می درخشید.از آن زما به بعد،فسفرسانس ماده ای را می گویند که در تاریکی بدون سوختن می درخشید.

فسفر آلوتروپهای مختلفی دارد.فسفر سفید تنها چهار اتم دارد و خیلی ناپایدار است.فسفر سفید در تاریکی می درخشد و بسیار قابل اشتعال است و در به محض تماس با هوا آتش گرفته و سمی است.فسفر قرمز شکل شبکه ای دارد و از پایداری بیشتری برخوردار است.فسفر قرمز تا دمای زیر 240C در تماس با هوا آتش نمی گیرد ولی فسفر سفید در دمای 40 C آتش می گیرد.فسفر سیاه آمورف بوده و فعالیت زیادی ندارد.

در ابتدا،فسفر در قرن 19 در صنایع کبریت سازی استفاده شد که از تقطیر بخار فسفر از رسوب فسفات هایی که در دستگاه تقطیر حرارت داده شده است،تولید شد.رسوب فسفاتها  از خردایش استخوانها تهیه شده و سپس چربی زدایی شده و با اسیدهای قوی واکنش می دهند.در سال 1890 با اختراع کوره های الکتریکی قوسی ،این فرآیند دیگر منسوخ شد.

کبریت های موجوددر بازار حاوی فسفر سفید هستند که سمی می باشد.علاوه برآن،تماس زیاد کارگران کبریت سازی با بخارات فسفر باعث می شد که آنها مبتلا به فساد و پوچ شدن استخوان آرواره شوند.با کشف فرآیند امن تر استفاده از فسفر قرمز،به خاطر قابلیت آتش گیری کم آن و سمی نبودن آن،قوانینی وضع شد که بدان وسیله استفاده از این فرآیند تولید امن الزامی شد.

روش کوره الکتریکی که برای تولید زیاد فسفر بکار گرفته شد،در مهمات جنگی نیز استفاده شد.در جنگ جهانی اول،فسفر به عنوان ماده آتش زا،درگلوله های رسام بکار برده شد.در جنگ جهانی دوم،کوکتل مولوتف بنزین و فسفر در بین شهروندان انگلیسی برای دفاع از خود توزیع شدند و در نتیجه استفاده از بمب های فسفری در جنگ جهانی دوم گسترش یافت.تشخیص سوختگی فسفر بسیار مشکل است و در صورتیکه بر روی پوست انسان پاشیده شود،اثرات بسیار خطرناکتری خواهد داشت.

فسفر را به جرات می توان یکی از اصلی ترین عناصر در اشکال گوناگون حیات به شمار آورد.فسفر جامد به شکل فسفات PO4-3  نقش اصلی در ساختار ملکولهای بیولوژیکی مثل DNA و RNA  را دارد.سلول های زنده از فسفات برای انتقال انرژی سلولی با آدنوزین تری فسفات (Adenosine triphosphate)( ATP)  استفاده می کنند.تقریبا تمام فرآیندهای سلولی از این شکل انرژی ATP  استفاده می کنند.از طرفی ATP نقش اصلی در فرآیند فسفردار شدن (Phosphorylation) را دارد.فسفولیپیدها قسمت اصلی ترکیبات  غشاء های سلولی هستند. نمک های فسفات کلسیم برای سفت کردن استخوان های حیوانات استفاده شده است.هر شخص به طور متوسط کمتر از 1 کیلوگرم فسفر که معادل سه چهارم آنچه که در استخوانها و دندانهای وی به شکل آپاتیت (Apatit) است،دارد.در جوامع صنعتی امروزه،هر شخص بالغ تقریبا 1 تا 3 گرم فسفر در هر روز از شکل های مختلف فسفر استفاده می کند.

پدیده درخشندگی فسفر تقریبا در سال 1669 میلادی کشف شد ولی مکانیسم آن بطور کامل توضیح داده نشد.در سال 1680 توسط روبرت بویل (Robert Boyle)  این پدیده به ضعیف شدن هوا نسبت داده شد.در قرن هیجدهم ،مشاهده شد که در اکسیژن خالص ،فسفر هرگز نمیدرخشد.بلکه تنها در محدوده ای از فشار جزیی است که نرخ آن زیاد یا کم  یا واکنش متوقف می شود.در فشارهای بالا ،گرما نیز می توان باعث انجام واکنش شود.در سال 1974،پدیده درخشندگی فسفر توسط زی(R.J.van Zee) و کان (A.U.Khan) توضیح داده شد.در سطح فسفر جامد (یا مایع) ،بااکسیژن واکنش می دهد و ملکول های با حیات کوتاه HPO و P2O5 تشکیل می دهد که هردو نورهای مریی از خود ساطع می کنند.واکنش آهسته است.

در فولادها ،فسفر عنصر ناخواسته اي است كه در تركيب هر فولادی میتوان آن را مشاهده کرد.ساختمان مكعبي شكل و نقطه ذوب 45 C دارد. وزن اتمي آن 31 است. فسفر تمايل قوي به تركيب  با اكسيژن داشته و بايد از رطوبت و اكسيژن محافظت شود. براي افزودن به مذاب آهن ،از فروفسفاتهاي با 20% فسفر استفاده مي شود.

در حالت جامد ،آهن و فسفر تشكيل Fe3P مي دهند. فسفر در دماي اتاق در حدود 0.1% حل مي شود و فسفر اضافي در زمينه باقي مي ماند. در كل فسفر فريت زاي ضعيفي است . لذا با توجه به درصد كم فسفر در فولاد ،تاثير اين عنصر بسيار ناچيز است.

فسفر جدايش در ريزساختار را تشديد ميکند. مناطق حاوي فسفر مناطقي هستند كه در آخرين مرحله انجماد ، منجمد مي شود و باعث مي شودكه كربن از اين مناطق پس زده شود.در نتيجه بعد از انجماد،اين مناطق سمنتيت كمتري داشته و در عوض فريت بيشتري خواهد داشت.به اين پديده Ghost bond اطلاق مي شود.هم چنين به خاطر ضريب ديفوزيون پايين اين عنصر،امكان يكنواخت كردن ريزساختار بسيار مشكل است.

در عمليات حرارتي فولادها ،فسفر چقرمگي را مي كاهد.به همين خاطر درصد فسفر بايد از 0.04% فراتر نرود.فسفر سختي پذيري را مي افزايد فلذا كاهش چقرمگي و افزايش تردي را در پي خواهد داشت.فسفر با تشكيل محلول جامد جانشيني، تمايل بالقوه اي در افزايش استحكام فريت دارد.

اثر ترد كنندگي به ميزان كربن فولاد بستگي دارد. در گريدهاي پر كربن ،تاثير فسفر معكوس مي شود.در بسياري از فولادهاي كم كربن درصد فسفر مي تواند در محدوده 0.04-0.15 %  باشد. در فولادهاي HSLA كه كربن كمتري دارند، جهت افزايش استحكام و مقاومت خوردگي از فسفربا درصد بالا  استفاده مي كنند.فولادهاي بسمر به خاطر ماهيت توليد داراي فسفر زيادي هستند. تردي حاصل از فسفر با افزايش كربن ،دماي آبكاري ،اندازه دانه و كاهش درصد تغيير شكل در فورج افزايش مي يابد.اين تردي بصورت سردشكنندگي و حساس شدن در تنش هاي ضربه اي ظاهر مي شود.

فسفر اندازه دانه های آهن را افزایش داده و لذا باعث تشکیل ترکیبات حجیم و نامطلوب می شود. افزودن فسفر به فولادهای کم کربن ،ازدیاد استحکام و مقاومت خوردگی را در پی دارد. هم چنین قابلیت ماشینکاری فولادهای خوش تراش را بهبود می بخشد.تا 0.07 % به فولادهای کم کربن خاص با 0.3 % مس افزوده شده تا مقاومت اتمسفری آنها بسیار خوب شود. در چدن ، نقطه انجماد اولیه چدن را کاهش داده فلذا سیالیت و قابلیت ریخته گری آن را می افزاید

+ نوشته شده در  سه شنبه بیست و هشتم آبان 1387ساعت 14:55  توسط   | 

تاثیر منگنز در فولادها

منگنز فلزی سفید –خاکستری رنگ است که شباهت هایی با آهن دارد.فلزی سخت و بسیار ترد می باشد که به راحتی ذوب نمی شود ولی بسیار آسان اکسید می شود.منگنز تنها بعد از عملیات خاصی فرومغناطیس می شود.اکسید منگنز IV در سلول های باطری خشک استفاده می شود.اکسید منگنز در شیمی آلی نقش واکنش گر برای اکسیداسیون الکل بنزیلیک را ایفا می کند.در شیشه سازی برای حذف رنگ استفاده می شود و اگر مقدارش زیادباشد،رنگ شیشه را به بنفش تغییر می دهد.اکسید منگنز رنگدانه قهوه ای است که در رنگ سازی بکار می رود.پرمنگنات پتاسیم اکسید کننده بالقوه ای است که در صنایع شیمیایی و پزشکی به عنوان ماده ضدعفونی کننده بکار میرود.

واژه منگنز از واژه لاتین Magnes به معنای مغناطیس گرفته شده است.استفاده از این عنصر به دوران ماقبل تاریخ برمی گردد که رنگی کردن رنگ ها با دی اکسید منگنز به 17000 سال پیش می رسد.مصری ها و یونانی ها از آن در تولید شیشه ها بهره برده و می توانستند برای رنگی کردن آن و یا زدودن رنگ از آن استفاده کنند.

در قرن 17 میلادی برای اولین بار شیمیدان آلمانی بنام یوهان گلوبر(Johann Glaubar) پرمنگنات پتاسیم را تولید کرد.در اوسط قرن هیجدهم،دی اکسید مگنز در تولید کلرین استفاده شد.شیل (Sheel) شیمیدان سوئدی برای نخستین بار خاطرنشان ساخت که منگنز یک عنصر است و هم دانشگاهی ایشان،یوهان گوتلیب گان(Johan Gottlieb Gahn) در سال 1774 میلادی با احیای دی اکسید توسط کربن توانست منگنز عنصری را بدست آورد.تقریبا اوایل قرن نوزدهم میلادی بود که منگنزدر تولید فولادها بکار گرفته شد.در 1816، به این مهم دست یافتند که افزودن منگنز به فولاد بدون آنکه آن را ترد نماید،باعث افزایش سختی فولاد می شود.

انواع مختلفی از آنزیم ها که دارای کوفاکتورهای منگنزی هستند،بسیار وسیع هستند و شامل انواع مختلفی از اکسیدوردوکتازها (Oxidoredutases) ،ترانفراسز(Transferases)،لیازیزها(Lyases) ،ایزومرازیز(Isomerases)،لستین(Lestins)،لیژاسیسها(Ligases) و انتگرینها(Integrine) می باشند.از مشهورترین پولی پپتدهای(Polypeptides) منگنزدار را می توان به ارگیانز(arginase)،دیسموتاز(Dismutase) و دیفتریا توکسین اشاره نمود.

منگنز معمولا به صورت پیرولوسیت(MnO2)  و تا حد کمی به شکل رودوکروسیت (MnCO3) وجود دارد.منابع زمینی آن معمولا زیاد است اما توزیع آن یکسان نمی باشد.در ایالات متحده ،گریدهای نامرغوب آن وجود دارد که استخراج آن هزینه زیادی را می طلبد. بیش از 80 درصد منابع شناخته شده منگنز در جهان در آفریقای جنوبی و اوکراین قرار دارد.رسوبات مهم دیگر که منگنز دارند،می توان به چین،استرالیا،برزیل ،هندوستان و مکزیک اشاره کرد.

پایدارترین حالت اکسید منگنز ،+2 است  و بسیاری ازاین ترکیبات منگنز II  مثل سولفات منگنز II (MnSO4) و کلرید منگنز II (MnCl2) در این زمره قرار دارند.حالت اکسیدی دیگری برای منگنز وجود دارد که استات منگنز III است که عامل اکسید کننده قوی است.تری کربونیل منگنز متیل سیکلوپنتادنیل به عنوان افزودنی به بنزین بدون سرب اضافه می شود.

  وزن اتمي منگنز 54.9 و نقطه ذوبش    1245 C است.ساختار كريستالي آن دردماهاي مختلف متفاوت است.از دماي اتاق تا دماي 710 C ساختار مكعبي ساده داشته و از آن بالاتر تغيير می کند. شعاع اتمي آن 2.24 A بوده در حاليكه شعاع اتمي آهن برابر 2.58 A است.فلذا در آهن تشكيل محلول جامد جانشيني مي دهد. هر دو عنصر الكتروپوزيتيو بوده و در لايه ظرفيتشان دو الكترون دارند.

ويژگي هاي شيميايي و متالورژيكي اين عنصر سبب شده كاربرد وسيعي در فولادسازي پيدا كنند.در مذاب آهن ، منگنز با اكسيژن تركيب شده و MnO تشكيل مي دهد. اين واكنش در صد اكسيژن را تا حد تعادلي مي كاهد. بنابراين مي توان گفت كه منگنز يك عنصر اكسيژن زداست . اما در مقايسه با عناصر اكسيژن زداي قوي مثل Al,Si ضعيف بوده و به عنوان يك اكسيژن زدا كاربرد ندارد.آنچه كه در فولادهاي خوش تراش مهم است، ، تمايل منگنز به تر كيب با گوگرد است.MnS تشكيل شده در مذاب سعي دارد وارد سرباره شود. در حالت جامد،سولفيدهاي منگنز موجود در ريزساختار حلاليت كمي داشته و آخالهاي غير فلزي را ايجاد مي كند. با حذف سولفيد آهن در هنگام ذوب و انتقال آن به سرباره ، منگنز قادر است خطر سرخ شكنندگي را بكاهد.هم با انتقال دماغه منحني TTT به سمت راست،  باعث كاهش سرعت سرد كردن براي رسيدن به ساختار مارتنزيت مي شود.فلذا سختي پذيري را افزايش مي دهد.ميزان اضافي منگنز با كربن واكنش مي دهد و كاربيد منگنز Mn3C بوجود مي آيد.منگنز در تمامي انواع فولادهاي كربني و كم آلياژي و نيز در جوشكاري به عنوان مواد پركننده بكار مي رود.

در فولادهاي زنگ نزن ، منگنز داكتيليتي در حالت گرم را بهبود مي دهد.و تاثير آن بر توازن  ساختار فريتي و آستنيتي با دما تغيير مي كند. در دماهاي پايين پايدار كننده آستنيت است ولي در دماهاي بالا پايدار كننده فريت خواهد بود.

نمودار هاي آهن – منگنز نشان دهنده گسترش منطقه پايداري آستنيت با افزايش منگنز است.در برخي از فولادهاي پرآلياژي ، وجود منگنز در حضور كروم زياد باعث افت  دماي استحاله  دلتا به آستنيت شده فلذا در دماي اتاق نيز مي توان درصدي از فريت دلتا را در ريزساختار مشاهده كرد.در فولادهاي كربني درصد منگنز تا 1.5 % است. فولادهاي از 1.5 تا 2.5 درصد منگنز جزو فولادهاي كم آلياژ بوده و از 2.5 % بالا ،فولاد پرآلياژي محسوب مي شود.نوع خاصي از فولادهاي پرمنگنزي آستنيتي بنام فولاد هادفيلد با در صد منگنز 10-14 % وجود دارد.اين فولاد خاصيت كارسختي داشته و سطح آن سخت مي شود. در حاليكه مغز آن نرم و چقرمه است.

منگنز کربن یوتکتیک را کم می کند.و تشکیل محصولات آستنیتی در دماهای پایین باعث عمیق تر شدن سخت گردانی می شود.و نیز تشکیل پرلیت ریز در ساختار را در پی دارد.

با افزودن منگنز به فولاد ، داکتیلیتی آن کاهش می یابد ولی با کم کردن میزان کربن می توان این اثر را تا حدی کاهش داد.در فولادهای کربنی که در محدوده 0.25-1.0 %  کربن دارند،منگنز استحکام کششی را بالا برده و داکتیلیتی را بهبود می بخشد. افزودن  منگنز به فولادهای ساده کربنی سختی پذیری و قابلیت ماشینکاری را افزایش میدهد.

فولادهای منگنز دار حساسیت قابل ملاحظه ای نسبت به تردی تمپر بالاخص در مقاطع بزرگ دارند فلذا بعد از تمپر در دمای600 C  باید سریعا سرد شوند.

منگنز با نیتروژن موجود ترکیب شده و نیترید منگنز بسیار سخت را تشکیل داده که در حضور عناصر دیگر مثل Al,Cr,Ti و Mo یکی از اجزای مهم در فولادهای نیتریدی است.

فولادهای حاوی 0.35 % کربن،1.5 % منگنز و 0.35 % مولیبدن استحکام تسلیم بالا همراه با قابلیت جذب ارتعاش بالایی دارند و بدین لحاظ در میل لنگ های موتور کاربرد زیادی دارند.بخاطر افزایش سخت گردانی عمقی با افزایش منگنز ، حساسیت به ترک برداری در حین جوشکاری این فولادها زیاد است فلذا قبل از جوشکاری باید پیش گرم شوند.

وقتی درصد منگنز از  10 % فراتر رود،تغییرات فازی و رسوب کاربید خیلی آهسته می شود بطوریکه در غیاب هرگونه درصد تغییر شکلی می توان درصد آنها را نادیده انگاشت.فولاد های منگنز هادفیلد آستنیتی بوده و دارای 1.0-1.4 %  کربن و 10-14%  منگنز هستند.وقتی این فولاد از دمای 1000 C کوئنچ می شود، منگنز بالای این فولادها از استحاله معمولی سخت گردانی جلوگیری کرده و باعث می شود که آستنیت در دمای اتاق پایدار بماند.علیرغم استحکام بالا و داکتیلیتی خوب این فولاد ها از چقرمگی قابل قبولی نیز برخوردارند.بدلیل کارسختی که در این فولادها اتفاق می افتد،مقاومت به سایش این فولادهازیاد بوده و بیشتر در تیغه های لودر کاربرد دارد.تغییر درصد منگنز در محدوده 10-14 % تاثیر ناچیزی بر استحکام تسلیم داشته ولی در مقادیر پایین تر از 8%  ، تنها تقریبا نصف استحکام کششی فولاد در حالت بالا رادارد.

هر مقداری از منگنز فلزی که در محلول جامد باقی مانده است ، متناسب با درصد کربن فولاد استحکام فولاد را افزایش می دهد.در کربن مشخصی ، افزودن منگنز باعث کاهش داکتیلیتی فولاد می شود که این را می توان با کم کردن درصد کربن اصلاح کرد.فولاد های با 0.25% کربن و 1.0% منگنز دارای استحکام کششی بالا و داکتیلیتی عالی هستند.

فولادهای سیلیکو منگنزی فنر دارای 0.8 تا 0.9 درصد منگنز دارند.فولادهای ابزار منگنز سخت شونده در روغن دارای 0.8 تا 1.0 درصد کربن و 1 تا 2 درصد منگنز هستند. این فولادها دمای استحاله مارتنزیتی پایینی داشته و لذا تمایل به باقی ماندن آستنیت در ریزساختار بیشتر می شود.سختی پذیری این فولادها با تغییر مقدار منگنز و یا افزودن تا 0.5 درصد کروم به ترکیب فولاد کنترل می شود.افزودن تنگستن و وانادیم مقاومت سایشی را بهبود داده و تمایل به رشد ترک در عملیات حرارتی بعدی را می کاهد. این فولادها در ابزار برش سرد استفاده می شوند.

تمایل به پایدارسازی آستنیت متوسط عنصر منگنز همراه با تمایل به ترکیب با نیتروژن، باعث شده در ترکیب فولادهای کروم –نیکل ، این دو عنصر جایگزین درصدی از نیکل شود. به عنوان مثال،فولاد با 0.1 درصد کربن،18 درصد کروم ، 5 درصد نیکل ،8 درصد منگنز و 0.12 تا 0.18 درصد نیتروژن فولادی کاملا آستینتی بوده که مقدار تنش لازم برای شکست بهتری در دماهای بالا در مقایسه با فولادهای 8-18 عادی دارد.استحکام بالا و داکتیلیتی خوب هم دردمای معمولی و هم در دماهای پایین داشته و مقاومت به خوردگی آن در شرایط اکسیدکنندگی قابل مقایسه با فولاد زنگ نزن 8/18 است. قابلیت جوشکاری خوبی نیز دارد.

در فولادهای پرلیتی، منگنز هیچگونه تاثیری بر مقاومت اکسیداسیون،خوردگی و سایش ندارد.

در چدنها، منگنز یکی از عناصر مهم بشمار می رود.که یا بصورت محلول و یا بشکل آخالهای آبی خاکستری سولفید منگنز ظاهر می شود.

+ نوشته شده در  شنبه هجدهم آبان 1387ساعت 14:54  توسط   | 

کربن (CARBON)

 

کربن عنصر بسیار مهمی در زندگی انسان است که می توان ادعا کرد بدون آن زندگی داومی نخواهد داشت.شکلهای رایج آن در طبیعت به صورت هیدروکربن و سوخت فسیلی گاز متان و نفت خام است.نام کربن برگرفته از یک واژه فرانسوی بنامCharbone می باشد.

کربن از دوره پیش از تاریخ کشف شده بود و با سوختن مواد آلی بهمراه اکسیژن ناکافی بدست می آید.البته این عنصر در خورشید،ستاره ها،ستاره های دنباله دار و بسیاری از سیاره های دیگر به وفور یافت می شود.کربن به صورت الماس های میکروسکوپی در برخی از شهاب سنگ ها وجود دارد.

اکسید بسیار مشهور آن CO2  است که درصد زیادی از پوسته زمین و سایر وسایل را به خود اختصاص می دهد.دی اکسید کربن به مقداری کمی در آب حل می شود و تشکیل H2CO3 می دهد.از مواد معروف معدنی می توان به کربوناتها بالاخص کلسیت اشاره نمود.

اکسید دیگر آن مونو اکسید کربن CO است .اکسیدهای دیگر که چندان زیادی نیستند عبارتند از: C3O2,C2O . مونواکسید کربن از احتراق ناکامل بوجود می آید و گازی بی رنگ و بی بو است.هر کدام از ملکول ها شامل یک پیوند سه تایی بوده و قطبیت ضعیفی دارند و تمایل دارند که با ملکول های هموگلوبین پیوند تشکیل دهند و جایگزین اکسیژن شوند.سیانید CN-  نیز ساختار مشابهی دارد و همانند هالید ها رفتار می کند.

کربن در کنار فلزات فعال مثل تنگستن، تشکیل کاربیدهای C- یا استیلیدها C2-2 می دهد و آلیاژهای با نقطه ذوب بسیار بالا تشکیل می دهد.این آنیون ها در متان و استیلن وجود دارد و اسیدهای بسیار ضعیفی هستند.در الکترونگاتیویته 2.5 کربن تمایل دارد پیوند کووالانس تشکیل دهد.تعداد کمی از کابیدها مثل SiC شبکه کووالانسی دارند.

کربن قادر است که زنجیر های طولانی از پیوند C-C به اندازه کافی محکم بوده و از پایداری کم و بیشی برخوردار است. این ویژگی مهم کربن به آن اجازه می دهد که ترکیبات زیادی را تشکیل دهد.

ساده ترین شکل ملکولی آلی،هیدروکربن است که بزرگترین خانواده آلی است که بنابه تعریف ترکیبی از اتم های هیدروژن می باشند که به زنجیری از اتمهای کربن متصل شده اند.طول زنجیر ،عرض زنجیر و گروه های تابعه آن بر خواص ملکول های آلی موثرند.

در فولادسازی ،کربن اصلی ترین عنصر آلیاژی در تولید انواع فولادها می باشد..تغييرات 0.1 درصدي كربن فولاد تاثيرات شگرفي روي خواص فولاد دارد.اين عنصر را ارزان كثيف Dirty cheap مي نامند و در صد آن در فولاد را بايد كنترل كرد.

 وزن اتمي كربن 12 با نقطه ذوب 3300 C است.آلوتروپي هاي آن عبارتست  از كربن آمورف ، گرافيت و الماس. با افزودن كربن به آهن مذاب ،محلول مايع تشكيل مي دهد . رفتار كربن در آهن بصورت محلول جامد بسيار پيچيده است.كربن آستنيت زا ست و منطقه پايداري آستنيت را گسترش مي دهد. مقدار قابل ملاحظه اي از كربن بصورت بين نشين در آستنيت حل مي شود. در حالي كه انحلال آن در فريت بسيار ناچيز است. بنحوي كه در دماي 727 C برابر 0.0218 % و در دماي اتاق به 0.008 % كاهش مي يابد. ميزان كربن اضافي بصورت كاربيد آهن و كاربيد با عناصر آلياژي ديگر در مي آيد.

افزايش ميزان كربن ،سختي پذيري فولاد و نيز سختي ان را افزايش مي دهد. هم چنين ، هر چقدر سمنتيت در زمينه فريتي بيشتر باشد، سختي نيز زيادتر خواهد بود. در چدنها، كربن بصورت گرافيت در ريزساختار بوده كه در سختي پذيري تاثيري ندارد.

در ريزساختار فولاد، كربن و آهن تشكيل كاربيدآهن يا همان سمنتيت مي دهند. اين كاربيد را نمي توان در حضور عناصر آلياژي ديگر يك كاربيد ساده تلقي كرد بلكه كاربيد كمپلكسي از آنهاست.سمنتيت و كاربيدهاي ديگري كه در ريز ساختار وجود دارند بر عوامل زير تاثير مي گذارند:

·        دما و زمان لازم براي انحلال در هنگام حرارت دادن فولاد

·         دماي برگشت براي دستيابي به ميزان سختي لازم

·         وجود سختي ثانويه در حين برگشت ، تنش گيري و كار در دماي بالا

·         چقرمگي فولاد كه تحت تاثير پراكندگي ذرات كاربيدي در ريزساختار است.

افزايش كربن عليرغم ازدياد سختي و استحكام ،شكل پذيري ،داكتيليتي و چقرمگي ،قابلیت جوشكاري و ماشينكاري را كاهش مي دهد. معمولا مقدار كربن تاثيري بر مقاومت خوردگي فولاد در آب ،اسيدها و گازهاي داغ ندارد.

کربن نقطه انجماد آهن را کاهش می دهد. قابلیت انحلال کربن در آهن با افزایش دما افزایش می یابد.بسیاری از فولادهای نورد یا فورج شده در منطقه پایداری آستنیت کار گرم می شوند که به علت یکنواختی ترکیب و اندازه دانه است.

ذرات سمنتیت د ر حین سرد شدن از آستنیت رسوب می کنند. هر چقدر سمنیت بصورت ریز پراکنده باشد، سختی فریت و سمنتیت بیشتر خواهد شد.در فولادهای کربنی ،افزایش کربن تا 0.84 % و تشکیل پرلیت باعث افزایش سریع استحکام تسلیم و کشش خواهد شد ولی همراه با کاهش داکتیلیتی و چکش خواری است.

 با افزایش دما قابلیت انحلال کربن در آهن افزایش یافته و در دمای تشکیل آستنیت سریعا افزایش می یابد.معمولا فولادهای پرکربن در منطقه 0.9 % کربن را همیشه عملیات حرارتی نمی کنند چرا که انحلال کامل کاربید ها همیشه مطلوب نیست.شرایط آستنیتی با یکنواختی در ترکیب و اندازه دانه مشخص می شود.در سرد کردن، آستنیت به فریت و سمنتیت دگرگون می شود و با کنترل و تنظیم دقیق شرایط سرد کردن می توان ریزساختار را کنترل کرد.در واقع عملیات حرارتی وسیله ایست که می توان با آن توزیع ذرات سخت سمنتیت در فاز نرم فریت را کنترل کرد.

+ نوشته شده در  سه شنبه چهاردهم آبان 1387ساعت 14:54  توسط   | 

آهن (IRON)


 

آهن همانند بسیاری از فلزات دیگر به صورتی عنصری در پوسته زمین وجود ندارد.آهن معمولا به شکل ترکیب با اکسیژن و یا گوگرد در پوسته زمین یافت می شود.اکسید آهن به شکل Fe2O3 یا هماتیت و سولفید آهن یا پیریت FeS2 اشکال مرسوم ترکیبی آهن در طبیعت می باشند.اکسیدآهن سنگ نرمی است که کاربرد محدودی دارد.برای استخراج آهن از سنگ معدن آهن،معمولا بوسیله حذف اکسیژن از طریق افزودن برخی از عناصر مثل کربن استفاده می شود.

قبل از اینکه بشر بتواند آهن را ذوب کند،کاربرد آهن در زندگی بشر بسیار محدود بود.اولین آثار از کاربرد آهن مثل نوک نیزه ها که ازشهاب سنگ بدست می آوردند،در حدود 4000 م ق (قبل از میلاد مسیح) در مصر باستان و سومر کشف شده اند.در حدود  6 درصد شهاب سنگ ها آلیاژهای آهن – نیکل هستند که آهن بدست آمده از این سنگها در تولید صنایع دستی کوچک استفاده می شد.

دردوره 3000 تا 2000 م ق ،تعداد قطعات آهنی که آناتولیا (منطقه ای در ترکیه امروزی) ،مصر باستان و بین النهرین) پیدا شده اند،بسیار زیاد بوده اند.قدیمی ترین نمونه های آهنی در محل های ذوب مس در سینای پنینسولا(Sinai Peninsula)  در حدود 3000 م ق کشف شده اند. در آناتولیا ،آهن را درنیزه های تزیینی استفاده می کردند و ابزارهای ماهی گیری با تیغه آهنی و دسته برنزی د رمقبره ای در هاتیک کشف شده اند که مربوط به 2500 م ق می باشند.توتان خامان(Tutankhaman)  حاکم مصر در 1323 ق م بهمراه یک نیزه آهنی با دسته طلایی به خاک سپرده شده بود.در حفاری های منطقه اوگاریت(Ugarit) شمشیری قدیمی با نام فرعون مرمپتاه (Mermeptah) و یک تبر جنگی با تیغه آهنی و دسته برنزی با تزیینی از طلا کشف شده اند.

با این وجود و با توجه به مشکلات تولید آهن ونیاز به کار بیشتر ،آهن نتوانست در تولید ابزارها ونیزه ها جایگزین برنز شود.کیفیت آهن تولیدی توسط آهنگران در مقایسه با برنز ها مطلوب نبود.بنابراین در خاور نزدیک و در سالهای 1200 تا 1000 م ق ،برنز جایگزین آهن شد.این فرآیند در سالهای 1300 م ق در امپراطوری هتیت (Hettite) شروع شد.عصر آهن (Iron Age)  900 ق م در بین النهرین و 800 م ق در اروپای مرکزی آغاز شد.این گذر سریع به عصر آهن موضوع اصلی اختلاف نظر در بین باستان شناسان است.تئوری اصلی در این مورد که بیشتر مورد قبول واقع شده است،این است که در مناطقی که تجارت قلع انجام می شد،انتقال جنگ افزارها و وسایل لازم متوقف شد فلذا بالاجبار قطعات آهنی جایگزین برنز شدند.از سوی دیگر گذر از عصر برنز به عصر آهن در مصر به این سرعت انجام نشد.مصری ها تا زمانیکه آسوری ها در 663 ق م بر آنها پیروز شوند،به تولید قطعات برنزی ادامه دادند.

در این دوره،ذوب آهن از طریق کوره ای انجام می شد که هوا با فشار به توده ای از سنگ معدن آهن و زغال سنگ دمیده می شد.مونواکسید کربن حاصل از احتراق زغال سنگ ،اکسیدآهن را به صورت آهن فلزی احیاءمی کرد.آهن در کف کوره به شکل شمشه های اسفنجی جمع می شد که حفرات آنها بوسیله خاکستر و سرباره پر می شد. سپس شمشه ها دوباره حرارت داده می شد تا آهن نرم شده و سرباره ذوب شود و در نهایت بکرات تحت ضربات مکرر چکش قرار می گرفت تا سرباره از آن خارج شود.نتیجه این کار،زمان گیر بودن و کار زیاد بود تا بتوان آلیاژ با کربن کم تولیدنمود.

آهن کار شده را با نگهداری در معرض آتش زغال سنگ کربوریزه می کردند. با شروع عصر آهن،آهنگران آهنی را کشف کردند که بکرات می توانستند آهنگری کنند و فلز با کیفیت خوب تولید کنند.در این زمان بود که سخت گردانی کوئنچ را کشف کردند. قدیمی ترین قطعه ای که کوئنچ شد،چاقویی بود که در0 110 م ق در قبرس ساخته شد.

وزن اتمی آهن 56 و چگالی آن3 7.9 gr/cm  است که عنصری با چگالی متوسط است. نقطه ذوب  نسبتا  بالايی    در حدود 1538 C دارد. آهن در طی حرارت دهی و سرد کردن در دو دما تحت تغييرات ساختار و کريستالوگرافيکی قرار می گيرد.در دمای اتاق , ساختار کريستالی آن BCC  با نام α بوده که با حرارت دهی تا دمای 912 C به ساختار FCC تبديل می شود.اين ساختار γ ناميده می شود.در دمای 1394 C اين ساختار دوباره به ساختار BCC تبديل می شود که برای متمايز شدن از ساختار α ساختار دلتا δ ناميده می شود. در سرد کردن , اين تبديلات در جهت عکس رخ می دهند.

با سرد کردن و انجام استحاله در ریزساختار،حرارت حاصل از استحاله در ساختار انتقال می یابد.هم چنين اين دگرگونی مستلزم تغييرات حجمی است.وقتی آهن از bcc به fcc تبديل می شود,انقباضی در ساختار شبکه رخ می دهد.بر اين اساس دو روش برای تعيين دمای دگرگونی پيشنهاد می شود: الف) آناليز حرارتی و ب) آناليز ديلاتومتری. در آناليز حرارتی , تغييرات دما در هر زمان ثبت می شود و گرمای خروجی را بررسی کرده و با استحاله مطابقت می دهند. در روش دومی با مشاهده تغييرات ناگهانی در انبساط طولی , دمای متناظر با آنرا مشخص می کنند.اين دماها همان دماهای بحرانی می باشند.البته تغيير ديگری نيز وجود دارد که در آن ساختار کريستالی تغيير نمی کند. اين تغيير , تغيير مغناطيس بودن فولاد است که دردمای 770 C  (دمای کوری) انجام می شود. در اين دما , فولاد مغناطيس آلفا به فولاد غير مغناطيس بتا تبديل می شود.

در صنعت , برخی از عناصر آلياژی به آهن افزوده می شوند و فولاد و سايرآلياژهای آهنی را می سازند. به عنوان مثال, آهن در محيط های خورنده متوسط با سرعت بيشتری با مکانيسم پوسته برداری و .. خورده می شود.در حاليکه با افزودن عناصری چون مس و کروم مقاومت به خوردگی آن تا حد زيادی افزايش می يابد. هم چنين , آهن خالص استحکام بسيار پايينی دارد که مناسب کاربردهای صنعتی نمی باشد.فلذا ازافزودن عناصری مثل نيکل,کروم و موليبدن برای افزايش استحکام استفاده می شود.بسياری از اين تغييرات مفيد در خواص مکانيکی مربوط به استحاله آهن آلفا به گاما و بالعکس  و نيز اختلاف زياد در قابليت انحلال کربن در ساختار های شبکه ای می باشد.

بسياری از عناصری که به فولادهای افزوده می شوند خواص فولاد را بهبود می بخشند. ولی برخی از عناصر پس ماندی نيز وجود دارند که اثرات غير مفيدی نيز دارند. در کل عناصر را به دو گروه فريت زا و آستنيت زا تقسيم کرده اند.در اين تقسيم بندی , تاثير هر کدام از عناصر معين بر تغيير دگرگونی در ساختار زمينه آلياژ درنظر گرفته  شده است.برخی از اين عناصر در تمامی رژيم حرارتی دارای يک آلوتروپی هستند(Ni,Al) ولی برخی ديگر نيز توانايی تغيير ساختار شبکه ای خود در محدوده دمايی مختلف دارند (Fe) . عناصر فريت زا از رشد فاز آستنيت جلوگيری کرده و باعث پايداری فاز فريت در زمينه می شود.(Cr) ولی عناصر آستنيت زا رفتار معکوسی داشته و سبب پايداری فاز آستنيت می شوند.(Ni) تاثير عناصر آلياژی بر رفتار کريستالوگرافيکی زمينه آهنی به سادگی آنچه که در بالا ذکر شده , نيست. اثر اين عناصر تنها به انبساط  و انقباض در ساختار خلاصه نمی شود. بلکه بين عناصر آلياژی و آهن واکنش هايی بين الکترونهای والانس نيز رخ می دهد.مع هذا, بايد به خاطر سپرد که ساختار اصلی عناصر آلياژی نشان دهنده نوع رفتار آن در هنگام افزودن به آهن نمی باشد.به عنوان مثال, فلز آلومينيوم ريزساختار fcc داشته ولی در ترکيب آهن فريت زا بسيار قوی است و اگر درصد آن از  1% کمی  بيشتر شود, بطور کامل از استحاله فريت آلفا به آستنيت جلوگيری می کند.هم چنين , سيليس با ساختار مکعبی الماسی در ساختار آهن نقش فريت زايی دارد و افزودن 3% از آن به آهن باعث پايداری فريت در ريزساختار می شود.با اين وجود اگر بخواهيم تاثير عناصر فريت زا و آستنيت زا رادر کنار هم در ساختار بررسی کنيم, بايستی به توازن موجود بين اين عناصر دقت کنيم. هرچند که در عمل چنين توازن خالصی وجود ندارد.

+ نوشته شده در  دوشنبه سیزدهم آبان 1387ساعت 14:21  توسط   | 

جوِشکاری آرگون (GTAW)-بخش دوم

ساختمان تورچ: تورچ جوشکاری الکترود را نگهداشته و جریان الکتریکی را به سمت قوس هدایت می کند و گاز لازم برای محافظت قوس و مذاب را به محل جوش انتقال می دهد. قطعات تورچ در شکل 3 نشان داده می شود.

 

تورچهای جوشکاری که زیر جریان 200 A بکار میروند،معمولا با هوا سرد می شوند،به عبارتی گاز خنثی از اطراف کابل حرکت میکند و سردایش لازم را فراهم می کند.اما در جوشکاری های پیوسته که با آمپراژهای بالا سروکار دارد،و نیز در روش ماشینی از تورچهایی استفاده می شود که با آب سرد می شوند.

الکترودها.الکترودهای غیرمصرفی که در روش GTAW بکار می روند ، از تنگستن و یا آلیاژهای آن ساخته می شوند.متداولترین این آلیاژها،آلیاژ 2% ThO2-W یا EWTh-2   می باشد.این آلیاژ از ویژگی های کاری خوبی برخوردار است و پایداری بهتری دارد.توریا رادیواکتیو بوده وفلذا هنگام تیز کردن آن باید مواظب بود که گرد و غبار آن استنشاق نشود.سنگ زنی می تواند خطرات جدی در پی داشته باشد و باید قوانین زیست محیطی را رعایت کرد.الکترودهای لانتانوم دار EWLa-1 و ایتریم دار الکترودهایی هستند که ویژگی های شروع خوبی داشته و پایداری قوس آنها حتی در ولتاژهای کم نیز قابل قبول و مناسب است.الکترودهای تنگستن سریم دار EWCe-2 نسبت به الکترودهای توریم دار از لحاظ پایداری قوس و نرخ ذوب کردن کمی بهترند.هرکدام از الکترودهای مذکور جوش های قابل قبولی تولید می کنند.توانایی آسان ساطع کردن الکترون در ولتاژ پایین الکترودهای لانتالوم دار ازعلل اصلی کارکرد خوب آنهاست.

تنگستن خالص در جوشکاری ac  استفاده می شود وبالاترین نرخ مصرف را دارند.گاهی اوقات از الکترودهای زیرکنی نیز استفاده میشود.الکترودهای تنگستن براساس ترکیب شیمایی شان طبقه بندی می شوند.(جدول1)شرایط لازم برای این الکترودها در AWS A5.12 ذکر می شود.شکل نوک الکترودها بر شکل حوضچه مذاب موثر است.الکترودهایی که زاویه 60-120° دارند،پایدارترند و عمق نفوذ خوبی را دارند.الکترودهای با زاویه کمتر 5-30° برای جوش شیاری مناسب هستند تا از ایجاد قوس بین دیواره های محل اتصال جلوگیری کند.

سیستم تغذیه سیم:از تعدادی قطعه تشکیل شده است که از سیستم ساده تا پیجیده را در بردارند.سیستم اصلی آن درواقع وسیله ای است که سیم را با قلاب گرفته و سپس آن را از قرقره کشیده و بعد آنرا از طریق لوله راهنما به سمت محل جوشکاری انتقال می دهد.برای حرکت موتور و نیز کنترل آن از کنترل و سوئیچ های الکترونیکی استفاده می شود.

کابل،شلنگ و رگولاتورها برای انتقال جریان الکتریکی،آب و گاز خنثی به محل جوشکاری لازم می باشند.

+ نوشته شده در  جمعه یازدهم خرداد 1386ساعت 13:1  توسط   | 

جوِشکاری آرگون (GTAW)-بخش سوم

نوسان قوس در هر دو حالت جوشکاری دستی و ماشینی استفاده می شود.مزایای موجوددر جوشکاری دستی پایه و اساس کنترل جوش هنگام تنظیم تغییرات اتصال جوش و گپ موجود است.در جوشکاری ماشینی،نوسان از طریق حرکت مکانیکی تورچ جوشکاری و یا حرکت دادن پلاسمای قوس با کمک میدان مغناطیسی خارجی انجام می شود.نوسان باعث می شود که گرمای تولیدی در محل های دقیق انتقال داده شود.این وضعیت برای زمانی که جوشکاری قطعات با اشکال پیچیده انجام می شود،یک مزیت بشمار می رود.وقتی از نوسان جوش استفاده می شود،تعداد پاس ها و نیز مقدار کل گرمای تولیدی کاهش می یابد زیرا هزینه حذف انقباض ها و عیوب دیگر را از هزینه کلی جوش کم می کند.

شکل 4 اثر نوسانات مغناطیسی بر اعوجاج را نشان می دهد.در برخی از آلیاژها لازم است که از چند پاس برای ایجاد اثر برگشتی پاس های بعدی و بصورت جوش مستقیم string استفاده شود که در این صورت نوسان Oscillation  بکار نمی رود.برای پایداری قوس،کمتر کردن وزش قوس و نیز حرکت دادن پلاسمای قوس در امتداد حرکت تورچ می توان از میدان مغناطیس خارجی استفاده کرد.اینکار سبب می شود ظاهر جوش بهتر شده و سرعت جوشکاری افزایش یابد.

پارامترهای فرآیند

جریان جوشکاری: جریان جوشکاری یکی از مهمترین پارامتر های جوشکاری است که باید در هر روش جوشی کنترل شود زیرا بر عمق نفوذ،سرعت جوشکاری،کیفیت جوش و نرخ رسوب موثر است.

 

در کل سه نوع انتخاب برای جریان جوشکاری وجود دارد:
جریان مستقیم الکترود منفی DCEN
جریان مستقیم الکترود مثبت DCEP
جریان متناوب

در شکل های 5 و6 تاثیر نوع جریان (ac,dc) بر شکل ظاهری جوش نشان داده می شوند. هم چنین نوع جریان نسبت به ماده انتخابی در جدول 2 آورده شده است.

در جریان متناوب ،در 60 Hz پولاریته بین قطعه کار و الکترود تغییر می کند. این تغییر سریع در پولاریته باعث می شود که یک نوع فرآیند کاتدی ایجاد شود که در حذف لایه های اکسیدی در سطح فلزات بالاخص فلزات آلومینوم ومنیزیم بسیار مفید است.در هر نیم سیکل که شرایط DCEP برقرار می شود، الکترودها گرم می شوند.لازمه این کار اینست که از الکترودهای با قطر بزرگ که از تنگستن خالص ساخته شده اند، استفاده شود. در فرآیند GTAW بیشتر از جریان مستقیم با الکترود منفی استفاده می شود.در این حالت، گرمای بیشتری وارد قطعه کار شده و در نتیجه نرخ ذوب افزایش می یابد.

+ نوشته شده در  پنجشنبه بیست و هفتم اردیبهشت 1386ساعت 13:2  توسط   | 

جوِشکاری آرگون (GTAW)

جوشکاری قوسی با الکترود تنگستنی و در پناه گاز محافظ که گاهی اوقات Heliarc و یا جوش تیگ TIG(جوشکاری با تنگستن و گاز خنثی) نیز نامیده می شود، در سال 1930 برای جوشکاری فلز منیزیم اختراع شد.Russell Meredith  از الکترود تنگستنی همراه با گاز خنثی هلیوم برای جوشکاری فلز منیزیم استفاده کرد.این روش جایگزین روش پرچ برای اتصال قطعات هواپیما از جنس آلومینوم و منیزیم شد.روش جوشکاری Heliarc در طی این مدت تا کنون اصلاح زیادی یافته است ولی مکانیسم اصلی آن همان است که مردیت آن را بکار برده بود.

درجه حرارت ذوب برای اتصال از نگهداری قوس بین الکترود تنگستن و قطعه کار فراهم می شود.(شکل1)دمای حوضچه مذاب تا 2500 C میرسد.گاز خنثی حوضچه مذاب را احاطه می کند وآنرا در مقابل آلودگی های اتمسفری محافظت می کند.معمولا گاز خنثی آرگون،هلیوم و یا مخلوطی از آن دو است.

 

کاربردها:

روش جوشکاری با الکترود تنگستن و گاز محافظ برای جوشکاری فولادهای زنگ نزن ،آلومینوم ،منیزیم،مس و فلزات فعال(مثل تیتانیوم و تانتالوم) ونیز فولادهای کربنی و آلیاژی استفاده می شود.در جوشکاری فولادهای کربنی معمولا برای جوشکاری پاس های ریشه کار می رود.

مزایا و محدودیت ها

مزایای روش GTAW عبارتند از:

·         جوش با کیفیت بالا و اعوجاج کم تولید می کند.

·         پاشش مذاب در مقایسه با روش های دیگر در این روش وجود ندارد.

·         در هر دو حالت با و بدون فلزپرکننده می توان استفاده کرد.

·         منابع نیروی مختلفی رامی توان بکار گرفت.

·         انواع مختلفی از فلزات حتی فلزات غیرمشابه را می توان با این روش جوشکاری کرد

·         کنترل دقیقی بر روی میزان گرمای تولیدی و ورودی می توان دشات.

روش GTAW زمانی استفاده می شود که به جوش با کیفیت بالا نیاز باشد.همانطوریکه در بالا اشاره شد، گرمای تولیدی که میتواند اثر منفی بر فلز داشته باشد،بدقت کنترل می شود و نیز حوزه دید جوشکار بوسیله دودهای حاصله محدود نمی شود.

محدودیت های این روش در زیر آمده اند:

·         نرخ رسوب آن در مقایسه با جوشکاری با الکترودهای مصرفی پایین تر است.

·         به جوشکار ماهر نیاز دارد.(نسبت به SMAW,GMAW)

·         برای جوشکاری ضخامت های بیشتر از 9.5 mm مقرون به صرفه نمی باشد.

·         در وضعیت های جوشکاری غیر تخت جوشکاری مشکل است زیرا حفاظت قوس کامل نیست.

علاوه بر مشکلات یادشده می توان به برخی از مشکلات این روش نیز در ذیل اشاره کرد:

·         در صورتیکه الکترود تنگستنی با حوضچه مذاب تماس داشته باشد، آخالهای تنگستن می تواند وارد فلز جوش شود.

·         اگر حفاظت قوس و مذاب توسط جریان مداوم گاز خنثی انجام نشود و یا مختل شود،فلز مذاب آوده می شود.

·         آلودگی یا حفره در مذاب تحت تاثیر نشتی آب از تورچها سرد شونده با آب

·         وزش و یا انحراف قوس مثل روش های دیگر

منابع نیرو  برای GTAW از نوع جریان ثابت همراه با منحنی ولتاژ – آمراژ منفی می باشند.راکتورهای قابل اشباع و نیز واحدهای کنترل شده با تریستور نیز مرسوم هستند.پیشرفت هایی که در صنایع الکتریکی اتفاق افتاده است،در این حوزه نیز موثر بوده وباعث شده است که منابع نیروی با کارایی بیشتر و با وزن کمتر تولید شوند.امروزه منابع نیروی ترانزیستوری با جربان مستقیم نیز بسیار استفاده می شوند و  منابع نیرو یکسوکننده –مبدل ها بسیار پیچیده تر هستند.مبدل های نیرو شامل سه نوع تبدیل هستند:

·         جریان متناوب اولیه 60 mHz به جریان مستقیم تبدیل می شود.

·         جریان مستقیم به جریان متناوب با فرکانس بالا تبدیل می شود.

·         این جریان متناوب به جریان مستقیم تبدیل می شود.

مبدل ها را می توان از حالت جریان مستقیم به جریان متناوب برای جوشکاری GMAW تغییر داد و بکار برد که این سبب کاهش هزینه و صرفه جویی در آن خواهد شد.منابع نیرو که با مبدل کنترل می شوند در مقایسه با منابع سیلیکونی SCR زمان های پاسخ سریعتری دارند.در شکل 2 رفتار دو نوع ماشین جوشکاری با کنترل مبدلی و با کنترل تریستوری نشان داده می شود.

+ نوشته شده در  سه شنبه چهارم اردیبهشت 1386ساعت 13:0  توسط   |