جدایش مرزدانه¬ای در فولادهای آستنیتی

جدایش اتم‌های ناخالص در مرزدانه های آستنیت می‌تواند به طور قابل ملاحظه­ای حالت شیمیایی مرزدانه را تغییر دهد و بدین گونه خواص فیزیکی و شیمیایی فولاد آستنیتی را تغییر دهد. جدایش به خاطر گرما می‌تواند به دو دلیل رخ دهد. جدایش تعادلی در دماهای بالا رخ می‌دهد و سرعت آن به جاهای خالی یا نفوذ بستگی دارد. جدایش تعادلی با یک پوشش تک لایه در فصل مشترک ناحیه جدایش مشخص می‌شود. پهنای آن نسبت به غلظت مشخص می‌شود که نسبت بین غلظت جدایش در فصل مشترک و غلظت در دانه است و این نسبت وضعیت تعادل گرمایی را مشخص می‌کند. در مقابل جدایش غیر تعادلی (NES) به خاطر وجود غلظت غیر تعادلی جاهای خالی در زمینه بوجود می­ایند که نیاز دارند آزاد شوند اگر تعادل دوباره برقرار شود[17]. این شرایط توسط فصل مشترک در دانه­ها مثل مرزدانه ها تأمین می‌شود که همانند یک سینک برای جذب عیوب، مثل جاهای خالی عمل می‌کند و این باعث می‌شود تنش‌های مربوطه کاهش یابند. در نتیجه گرادیان غلظتی بین دانه و مرزدانه برقرار می‌شود. در این حالت، عیوب نقطه ای ممکن است با اتم‌های محلول یا اتم‌های ناخالصی واکنش دهند و مجتمع‌های قابل مهاجرتی را شکل دهند و این مجتمع‌های قابل حرکت به انتقال اتم‌های جدایش نسبت داده می‌شوند. جمعیت چنین مجتمع‌هایی ممکن است در شرایط اولیه در فاصله چند میکرومتری از سینک ایجاد شوند و در نتیجه [1]NES (جدایش غیر تعادلی) با پهنای جدایش در فصل مشترک مشخص می‌شود[18].

مکانیزم استحکام دهی در فولادهای آستنیتی

در اصطلاح کلی هر عاملی که بتواند مانع حرکت نابجایی‌ها شود و بدین گونه تغییر فرم پلاستیکی را کاهش دهد، موجب افزایش استحکام مواد می‌شود. در فولادهای آستنیتی چون هیچ تغییر فازی در طول عملیات حرارتی رخ نمی‌دهد، قابل سخت شدن با عملیات حرارتی نیستند.آن‌ها می‌توانند با مکانیزم‌های دیگری که می‌تواند برای بقیه فولادها نیز استفاده شود مستحکم می‌شوند.استحکام دهی توسط ایجاد محلول جامد یکی از مهم‌ترین مکانیزم‌های استحکام دهی است[10].

خواص کلی فولادهای آستنیتی-بخش دوم

رسانایی گرمایی فولادهای آستنیتی حدود دو سوم فولادهای فریتی است. از آنجایی که انتقال گرما از طریق الکترون‌های آزاد انجام می‌شود، ضریب انبساط گرمایی به میزان و تحرک الکترون‌های آزاد بستگی دارد. مقدار و تحرک پذیری بالاتر الکترون‌های آزاد به معنی رسانایی گرمایی بالاتر است. به نظر می‌رسد به دلیل اینکه فولادهای آستنیتی ساختار چگال تر از فولادهای فریتی دارند مقدار الکترون‌های آزاد بیشتری دارند و رسانایی گرمایی آن‌ها بالاتر می­باشد. اما به دلیل فاصله بین اتمی کمتر در آستنیت نیروی جاذبه بین هسته و الکترون‌ها بیشتر است. تأثیر این نیروی جاذبه بالاتر از تأثیر مقدار الکترون‌های آزاد است و موجب می‌شود که رسانایی گرمایی فریت بیشتر از آستنیت باشد[5]. همان طور که رسانایی گرمایی از طریق تأثیرات الکترون‌های آزاد اندازه گیری می‌شود، هر عاملی که بر تحرک پذیری الکترون‌های آزاد تأثیر گذارد بر رسانایی گرمایی تأثیرگذار خواهد بود. برای مثال مرزدانه ها، ذرات فازهای ثانویه و آخال های غیر فلزی در فولاد بر رسانایی گرمایی تأثیرگذار هستند شکل ‏4‑3 وابستگی رسانایی گرمایی بعضی از فولادهای آستنیتی رایج را با توجه به غلظت کربن و نیکل نشان می‌دهد. از شکل ‏4‑3 می‌توان متوجه شد که عناصر آلیاژی به مقدار قابل توجه­ای رسانایی گرمایی را نسبت به آهن خالص کاهش می‌دهند[6].

فولادهای آستینتی مقاومت به اکسیداسیون و خوردگی بالایی به دلیل محتوای کروم و نیکل بالا دارند. مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون به خاطر شکل­گیری لایه اکسیدی محافظ Cr₂O₃ می‌باشد. این لایه در اثر تخریب بلافاصله با تغذیه[1] کروم تشکیل می‌شود. راه های زیادی برای افزایش تغذیه کروم وجود دارد، یکی از آن‌ها افزایش غلظت محتوای کروم است. اما افزایش محتوای کروم موجب بهم خوردن بالانس عناصر پایدار کننده آستینت مانند نیکل می‌شود. کاهش محتوای کربن به دلیل شکل گیری بیشتر کاربید های کروم موجب کاهش مقدار محتوای کروم در زمینه می‌شود (فولادهای کم کربن آستنیتی 304، 316، L304، L316). به هر حال مقدار کم کربن موجب کاهش میزان رسوبات استحکام دهنده می‌شود و استحکام خزشی را کاهش می‌دهند. فولادهای پر کربن برای اجزاء سوپرهیترها استفاده می‌شود. عناصر Ti، Nb می‌تواند به فولاد اضافه شود تا کاربیدهای آنها را شکل دهد تا بتوان مقدار کربن آلیاژ را کاهش دهد بدون اینکه رسوبات استحکام دهنده کاهش یابند (همانند فولادهای 321 و 347). بهبود تغذیه کروم می‌تواند با پالایش مرزدانه تغییر کند[7]. با ریزدانه کردن آلیاژ مساحت مرزدانه در آلیاژ بیشتر شده و از آنجایی که نفوذ در مرزدانه سریع‌ترمی­شود، کروم می‌تواند سریع‌تر نفوذ کند و سریع‌تر به نقاطی که لایه محافظ تخریب شده دارند برسد.

بهبود در مقاومت به خوردگی فولاد 347HFG ریزدانه که از نوع آلیاژ 347 است به دلیل همین ریزدانه شدن می‌باشد. با وجود مقاومت به خوردگی عالی، خوردگی شدید می‌تواند در یکسری محیط‌ها اتفاق بیفتد. این نوع خوردگی‌ها می‌تواند احتمالاً با اضافه کردن بعضی عناصر آلیاژی کاهش یابد. برای مثال Mo و Cu می‌تواند مقاومت به خوردگی فولاد  آستنیتی را در محیط‌های اسید سولفوریک افزایش دهد. ساختار اتمی FCC آستنیت به شکلی می‌باشد که نابجایی‌ها در آن راحت‌تر جابه‌جا می‌شوند و از این نظر شبکه FCC داکتیل تر از شبکه BCC است[8]. این موضوع همچنین می‌تواند علت نداشتن استحکام تسلیم مشخص برای این مواد را توضیح دهد. برای این مواد تنش تسلیم تعریف شده[2] استفاده می‌شود. فولادهای آستنیتی کاهش تافنس عالی تا دماهای نزدیک به صفر مطلق (273-) دارند و کاهش تافنس در دمای انتقال تردی آن‌ها تند نیست. به هر حال عناصر آلیاژی، ذرات فاز ثانویه و محیط‌های با شرایط سخت می‌تواند بر این خواص به طور قابل توجهی تأثیر بگذارد

---

[1]supply

[2]proof stress

خواص کلی فولادهای آستنیتی-بخش اول

فولادهای آلیاژی آستنیتی چند ریختی هستند، که شامل دانه های آستینتی با اتم‌های جانشین و بین نشین هستند. رسوبات فازهای ثانویه دورن دانه ای در دانه‌ها با مرزدانه ها جدا شده‌اند که می‌تواند ترکیب شیمیایی پیچیده تری از زمینه محلول جامد آستنیت داشته باشند[1].

این مرزدانه ها با توجه به ترکیب شیمیایی، تاریخچه عملیات حرارتی و شرایط سرویس معمولاً محل تجمع ذرات فاز ثانویه هستند. شکل ‏4‑1ساختار کلی یک فولاد 309 اصلاح شده را بعد از آزمایش خزش نشان می‌دهد.مرزدانه های آستنیتی به طور واضح مشخص هستند.بدین گونه خواص فیزیکی و شیمیایی فولادهای آستنیتی بستگی به مشخصات آستنیت، طبیعت مرزدانه ها و خواص رسوبات مختلف دارد. هر اتم در آستنیت حدود یک درصد حجم کمتری را اشغال می‌کند. به همین خاطر آستنیت FCC چگال تر از فریت BCC است. بزرگ‌ترین مکان‌های بین نشین در ساختار بلورین آستنیت بزرگ‌تر از فریت است. به همین خاطر آستنیت می‌تواند اتم‌های بین نشین خالص بیشتری را در خود حل کند.به طور مثال حلالیت کربن در آستینت حدود 40 برابر فریت در دمای 753 درجه سانتی‌گراد است.به طور مشابه، حلالیت نیتروژن در آستنیت 20 برابر فریت در دمای 590 درجه سانتی‌گراد است.این تفاوت تأثیر زیادی بر عملیات حرارتی فولادهای آستینت و فریت و تأثیر مقدار عناصر بین نشین  بر میزان استحکام بخشی آن‌ها دارد.چگالی بیشتر ساختار آستینت FCC موجب نفوذپذیری کمتر هر دو عناصر محلول بین نشین و جانشین می‌شود[2].

بدین گونه انتظار می‌رود فرآیند رسوب سختی در آستنیت نسبت به فریت کمتر تحت کنترل نفوذ است. ضریب انبساط گرمایی CTE برای فولاد آستنیتی حدود 50% بیشتر از فولاد فریت/مارتنزیت است. ضریب انبساط گرمایی معمولاً با افزایش باندهای انرژی افزایش می‌یابد و باندهای انرژی به فعل و انفعال[1] اتم‌هایی که در حالت جامد قرار گرفته‌اند و فاصله بین اتم‌ها بستگی دارد. هر چه این فعل و انفعال بیشتر باشد انرژی باند بیشتر است[3]. به عبارت دیگر باندهای کوتاه‌تر انرژی باند بیشتری دارند. در مورد فولاد، باندهای اصلی بین اتم‌های آهن است پس طبیعت فعل و انفعال در مورد همه فولادهای آستنیت، فریت و مارتنزیت مشابه است. بدین گونه انرژی باندها به طول باندها بستگی دارد. طول باندها می‌تواند از طریق اندازه گیری مراکز دواتم کنار هم تقریب زده شود. بدین گونه انرژی باند با کاهش فاصله بین اتم‌ها افزایش می‌یابد. همان طور که قبلاً اشاره شد فولاد آستنیتی FCC چگال تر از فولاد فریتی است و از این‌رو ضریب انبساط گرمایی بالاتری دارد. اما استحکام باند می‌تواند از طریق اضافه کردن عناصر آلیاژ تغییر کند و بدین گونه می‌توان ضریب انبساط گرمایی را کاهش داد. شکل ‏4‑2 ضریب انبساط گرمایی بعضی از فولادهای آستنیتی رایج را نشان می‌دهد. به طور کلی ضریب انبساط گرمایی با افزایش Ni کاهش می‌یابد[4].

---

[1]interaction

آلیاژ های بکار رفته در راکتور های قدرت

در این قسمت آلیاژهای پرحجم مورد استفاده در ساخت راکتور را در چهار بخش دسته­بندی کرده و موارد مصرف هر کدام از آلیاژها در قسمت‌های مختلف تشریح می­گردد.

1-1-      بخش اول: آلیاژهای پرحجم مورد استفاده در اجزای مختلف مولد بخار با توجه به موارد مصرف هر کدام

1- آلیاژ 10GN2MFA یکی از آلیاژهای پر مصرف در ساخت مولد بخار می­باشد با توجه به اینکه کلکتورها از جنس این آلیاژ می­باشند و این کلکتورها استوانه­های بزرگی با ارتفاع mm 4970 می­باشند. علاوه بر این در قسمت‌های مختلف راکتور از این آلیاژ استفاده می­شود که در ادامه به موارد مصرفی آن در قسمت‌های مختلف ذکر خواهد گردید.

نانو‌ کاغذ جایگزین فلز

محققان دانشگاه Maryland برای مدت طولانی است که به دنبال ماده‌ای هستند که مقاوم در برابر تغییر شکل و قادر به تحمل فشار‌های وارد بر آن باشد.
Teng Li استادیار مهندسی مکانیک UMD گفت: قدرت و استحکام در کنار هم منحصر به فرد است. به عنوان مثال ماده‌ای همچون چدن و الماس مقاومند اما به شکنندگی گرایش دارند.
تیم تحقیقاتی UMD ماده‌ای قوی و محکم را از طریق بررسی خواص مکانیکی سلولز، یکی از فراوان‌ترین منابع تجدید‌پذیر زیستی بر روی زمین، توسعه دادند. محققان ورقه‌هایی با اندازه‌های مختلف از الیاف سلولزی که با چشم دیده نمی‌شوند را تولید کردند. اندازه‌ها از حدود سی میکرو‌متر تا ده نانو‌متری، چهل بار سخت‌تر و صد و سی بار قوی‌تر از کاغذ دفتر معمولی است که از الیاف سلولزی هزار بار بزرگتر ساخته شده است.
Li افزود: این یافته‌ها می‌توانند به ایجاد یک سطح جدید از عملکرد بالای مواد مهندسی منجر شود. عملکرد بالای مواد سلولزی و سبک بودن موجب جایگزین شدن آنها با مواد ساختاری معمولی (فلزات) در برنامه‌های کاربردی که وزن در آنها مهم است می‌شود.
اعضای تیم می‌گویند: به عنوان مثال ممکن است، این کشف بتواند بهره‌وری بیشتر انرژی و وسایل نقلیه "سبز" مفید باشد. علاوه بر این نانو‌کاغذ‌های شفاف سلولزی ممکن است به عنوان یک بستر کاربردی در الکترونیک‌های انعطاف‌پذیر به کار برده شود. در نتیجه در الکترونیک‌های کاغذی، سلول‌های خورشیدی قابل چاپ و صفحه نمایش انعطاف‌پذیر که جنبه‌های زندگی روزمره را تغییر می‌دهد، مورد توجه قرار می‌گیرد.
الیاف سلولزی به راحتی می‌تواند بسیاری پیوند‌های هیدروژنی شکل دهد. در اولین شکست، هیدروژن می‌تواند خود به خود پیوند ایجاد کند و کیفیت را اصلاح کند. UMD کشف کرد که الیاف کوچکتر از سلولز در هر منطقه مربعی پیوند هیدروژنی بیشتری برقرار می‌کنند. به این معنی که در کاغذ تولید‌شده از الیاف بسیار ریز، هیدروژن‌ها هم می‌توانند بهتر در کنار هم بمانند و هم بسیار سریعتر از نظر شکل بازیابی شوند. این مهم کلیدی برای ساخت نانو‌کاغذ سلولزی سخت و قوی است.
Liangbing Hu، استادیار علوم مواد در UMD گفت: این مهم است که بدانیم چگونه نانو‌کاغذ سلولزی قوی و سخت است. به همین منظور پژوهشگران آزمایشی مشابه با استفاده از نانولوله‌های کربنی که در اندازه‌ای شبیه به الیاف سلولزی هستند، انجام دادند. در نانو‌لوله‌های کربنی پیوندی بسیار ضعیف برقرار است و تحمل تنش و ضربه را ندارند، در نتیجه کاغذ ساخته شده از نانولوله‌های کربنی ضعیف است که بهبود عملکرد مکانیکی نانولوله‌ها می‌تواند جرقه‌ای برای پژوهش‌های آینده باشد.

مته،پوشش مته ها،مته الماسه،کاربید تنگستن

مته الماسه نشان داده شده در شکل زیر یکی از انواع مته‌های دو لبه است.
قسمت عمده مواد تشکیل دهنده آن از فولاد نرم است
که با ماشین کاری و نورد کاری به این شکل در آمده است.
در نوک مته برای افزایش کارایی و مقاومت بیشتر از کاربید تنگستن استفاده شده که با لحیم کاری به نوک مته متصل است.
مته‌های الماسه اغلب اوقات با دریلهای چکشی استفاده می‌شوند.
مته با هر دو حالت چرخشی و ضربه‌ای به درون کار فرو می‌رود.
ضربه‌های چکش باعث پیشروی بهتر مته می‌شود.
شیارهای اطراف مته کار حمل مواد برداشته شده توسط مته به بیرون را دارد.
چرخش مته به همراه ضربه‌های چکش باعث فرو رفتن آرام مته درون کار می‌شود.
درساخت بدنه این مته از مواد خاصی به نام SDS استفاده می‌شود.

دانلود کتاب Fundamentals of Materials Science and Engineering

در این پست کتابی در رابطه با علم مواد خدمت شما ارائه خواهیم کرد. این کتاب که به علم مواد ( Materials Science ) کالیستر مشهور می باشد، یکی از مرجع اصلی در دانشگاه ها می باشد. مشخصلت این کتاب بصورت زیر می باشد:

Fundamentals of Materials Science and Engineering, An Interactive

Fifth Edition
Author: William D. Callister, Jr.
Department of Metallurgical Engineering
The University of Utah
Published By: John Wiley & Sons, Inc.
Copyright © ۲۰۰۱.
۹۲۱ Pages.

معرفی فولادهای زنگ نزن دوپلکس

توجه به علم مواد و متالورژی نه تنها میتواند در بهره وری و انتخاب صحیح مواد در صنایع کمک شایان نماید بلکه از لحاظ اقتصادی و کمک به کاهش هزینه های اولیه ساخت، نگهداری ومحافظت از خوردگی بسیار موثر خواهد بود. پس از سالها مشاهده خسارت های ناشی از خوردگی و زنگ زدگی فولاده های ساده در محیط های خورنده و اتمسفری علم و تکنولوژی توانست فولاد های زنگ نزن آستنیتی AISI 304,316,… و فریتی … AISI 430,409L, و مارتنزیتی AISI 420,410 را ابداع نماید، اما پس از مشخص شدن ضعفها و کاستی های فولادهای فوق الذکر، دانشمندان علم مواد و متالورژی توانستند با مطالعات گسترده فولادهای دو فازی یا دوپلکس را به جهانیان معرفی نمایند.به نظر نگارنده، سال ۱۹۹۱ ، سال انقلاب و تحول در علم مواد بخصوص در زمینهه مهندسی خوردگی بود که در آن فولادهای دوپلکس با مقاومت به خوردگی فوق العاده و همچنین تنش تسلیم بسیار بالا که حدود دو برابر فولاد های زنگ نزن آستنیتی متداول مانند ۳۱۶L و ۳۰۴ میباشد، در مقیاس صنعتی ساخته شد. به عنوان مثال رآکتوری را که برای کار در محیط های خورنده با فولادهای زنگ نزن مثه ۳۱۶L ساخته می شد میتوان با حدود ۲ درصد وزن قبلی از فولاد زنگ نزن دوپلکس ساخته و مقاومت در برابر یونهای خورنده، بخصوص کلر و گوگرد به صورت غیر قابل باوری افزایش یابد.

 

Duplex Stainless Steel

 

 

 

کامپوزیتی که روی آب می ماند

این کامپوزیت که یک فوم ترکیبی از جنس منیزیم است از تقویت ماتریس آلیاژ منیزیم با ذرات توخالی کاربید سیلیکون ساخته شده است و نتیجه‌‌‌ی آن نیز به ادعای پژوهشگران نخستین ماتریس ترکیبی فلزی جهان است که وزن بسیار کمی دارد. برای آشنایی بیشتر بهتر است بدانید که فوم‌‌‌های ترکیبی (syntactic foam) در حقیقت نوعی کامپوزیت هستند که با پر کردن ماتریس پلیمری، سرامیکی یا فلزی با ذرات توخالی به دست می‌‌‌‌آیند.