دانلود تحقیق عملیات حرارتی

عملیات حرارتی به یک فرآیند گرمایی یا تعدادی فرایندها که برای بهبود خواص مورد نظر در فلزات استفاده می شوند می گویند.

در عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینیوم، خواص تغییر یافته عبارتند از: سفتی معمولی و تشکیل آلیاژ های مشخص بوسیله رسوب.

برای رسوب فتی آلیاژهای آلومینیوم، عملیات حرارتی از سه فاز پایه تشکیل شده است.

سفتی محلولی – آب دادن – پیری.

عملیات سفتی محلولی می تواند یوتکتیک تشکیل شده را حل کند و فرم محلول جامد تشکیل دهد، دمای عملیات سختی محلولی عملاً نزدیک به نقطه ذوب بوتکتیک است.

می دانیم که شکر خیلی اسان و به تعداد بیشتری در آب گرم نسبت به آب سرد حل می شود.

بنابراین یوتکتیک نیز آسانتر در فلز مذاب حل می شود.

از اینرو کنترل دما بسیار مهم است زیرا تجاوز کردن از دمای ذوب یوتکتیک دارای عواقبی چون ذوب موضوعی و از بیان رفتن خواص قطعه (قراضه)می باشد.

سختی محلولی ساختار قطعه ریخته شده را یکنواخت می کند.

زمان مورد نیاز برای سختی محلولی به آلیاژ و طبیعت قطعه آلیاژ بستگی دغارد.

بطور کلی قسمتهای نازک که سریعتر منجمد می شوند.

تشکیل دهندگی بهتری دارد و نسبت به قسمتهای زمانی سفتی محلولی کمتری نیاز دارند.

عملیات حرارتی برای قطعات ریختگی آلومینیومی: عملیات حرارتی قطعات آلومینیوم مستلزم کنترل دقیق برروی گرمادهی و.

سرد کردن می باشد هر فاز از عملیات حرارتی برای قطعه یک فرآیند بحرانی است و یک عمل مهندسی می باشد.

از اساس مهم عملیات حرارتی قطعات ریختگی آلومینیوم اینست که یک مخلوط با خواص خوب بدست آید.

بهبود شکل پذیری ساختار در حین ریخته گری: 2-رفع تنشهای داخلی که بوسیله انقباض در حین انجماد حاصل شده است.

3-بهبود پایداری ابعادی 4-بهبود خاصیت ماشینکاری 5-بهبود مقاومت در برابر خوردگی آلیاژهای ریختگی آلومینیوم به دو بخش کلاسه می شوند: عملیات حرارتی پذیر و عملیات حرارتی ناپذیر آلیاژهای قابل عملیات حرارتی که رسوب سخت هستند تحت یک روش اساسی از قبیل سختی محلولی آب دادن و پیر کردن قرار می گیرد.

که باعث بهبود خواص مکانیکی می شود.

تغییرات در خواص فوق بوسیله میلکهای عهملیاتی حرارتی یا سختی محلولی هستند و یا نتیجه خواص عناصر آلیاژی محلول در آن می باشد.

آلیاژهای غیرعملیات حرارتی پذیر تحت یک عملیات حرارتی مانند رفع تنش (برای پایداری ابعادی) و آنیل (برای توقف رشد دانه) یا بهبود خواص مقام به خوردگی قرار می گیرند.

واکنش رسوبی زیادی در این آلیاژها انجام نمی شود با این وجود خواص مکانیکی آنها به میزان کمی افزایش می یابد.

الیاژ دمایی مانند 0/713 دارای خودپیرسازی هستند که داشتن رسوب در دمای اتاق در فلصله زمنی چندین هفته اتفاق می افتد.

بر طبق عملیات یفتی محلولی، قطعات ریختگی گرم شده در آب داغ بصورت غوطه وری کوه یخ میشوند.

یک آب دادن صحیح ساختار همگن را در محلول جامد در درجه حرارت اتاق حفظ کند، وقتیکه یک ظرف سرد می شود، اعضاء تشکیل دهنده یوتکتیک سعی می کنند که از محلول خارج شوند در نتیجه انحلال پذیری مختلفی در درجه حرارت اتاق حاصل می شود و مانند اینست که چگونه وقتی شکر را در آب جوش حل می کنیم، وقتیکه آب خنک می شود مقداری از شکرها بصورت کریستالهای کوچک دوباره ظاهر می شوند.

قطعه فلزی کوئنچ شده از داخل تحت تنش و یا محلهای وجود فوق اشباع قرار دارد.

زمانی عملیات پیر کردن قابل اجراست که رسوب یوتکتیکی بسیار بیشتر از نوع پراکنده آن باشد زیرا این نوع اصلاً خارج نمی شوند.

ذرات رسوب بسیار ریز هستند و معمولاً آنها را بوسیله میکروسکوپ نوری نمی توان مشاهده کرد برای فهم بهتر تئوری این عملیات می توان ظاهر شدن دوباره ذرات را تصویر کرد.

درجه حرارت برای انجام عملیات حرارتی در مورد آلیاژهای مختلف، متفاوت است، اما معمولاً دمای عملیات سختی محلولی بین 1000-800 است و درجه حرارت سیکل پیرسختی بین 500-300 می باشد که به تمپر بستگی دارد.

از دیگر عملیات حرارتیهایی که گهگاه به آلومینیوم ریختگی داده می شود آنیلینگ است.

آنیل کردن درجه حرارتی بین دمای سختی محلول و دمای پیرسختی به قطعه می دهد.

آنیل کردن شرایطی چون نرم کردن داکلیته بالا و بهترین پایداری ابعادی را بوجود می آورد.

این عملیات معمولاً برای آلیاژهای ریختگی 0/235 .

0/233 استفاده دارد.

عملیات حرارتی که ممکن است برای رفع تنشها یا پایداری قطعه ریختگی بکار می رود.

دمایی که بصورت عملی برای قطعات ریختگی کاربرد سفتی محلولی بوجود نمی آورد و فقط برای خروج تنشها می باشد که تهیه T0 است.

تنش گیری معمولاً در دمای 500-400 و برای مدت 6-4 ساعت انجام می پذیرد.

واکنش سفتی پذیری: دستور برای شرح چگونگی افزایش مقاومت آلیاژهای آلومینیوم و چگونگی عملیات حرارتی برای بهبود این اثر با توجه به مکانیزم تغییر فرم داخلی داده شد.

تغییر شکل در صفحات مهمی در یک ساختار شبکه به آن صفحات لغزش می گویند، اتفاقی می افتد داکیلیته یک فلز بستگی به توانایی داخلی اغزش و استحکام بسته به مقاومت صفحات افزاش دارد تعداد زیادی از انتها در روی صفحات لغزش فعال وجود دارند در سلول شبکه آلومینیوم این صفحات بصورت شکل 10-13 می باشند.

قطعات ریختگی عموماً دانسته تغییر فرم داده نمی شوند و بصورت آلیاژهای ساخته شده فرم داده می شوند.

صفحات لغزش در آلیاژهای آلومینیوم ریختگی در واقع سطوحی که سیستم و شکستن در آنها اتفاق می افتد.

مقاومت لغزشی در این صفحات بوسیله مقاومت کشش فلز تعیین می شوند با این وجود کوشش برای زیاد کردن مقاومت ذاتی مستقیماً به افزایش مقاومت آن و به جنش طولی معمولی در صفحات لغزش بستگی دارد.

در عملیات حرارتی اینکار ابتدا بوسیله عملیات فوق اشباع برروی ساختار محلول جامد انجام می شود برای ساختن بیشترین مقاومت باید شرایط کنترل شده یا برای پخش آن ذرات رسوب و اندازه و توزیع آنها وجود داشته باشد.

مانند مس که بصورت ترکیب CUAL2 رسوب می شدهد.

منیزیم در فرم ترکیب تقریباً مشابه به فرمول Al3Mg4 رسوب می دهد.

اما معمولاً بصورت ترکیب Al-Mg معرفی می شوند و منیزیم و سیلسیم که بصورت NgSi رسوب می کنند دقیقاً رسوب سفتی چگونه اتفاق می افتد.

تئوری سخت کردن در ستالهای اخیر به مقدار زیاید روشن شده است.

جریان و شرح تئوری در زیر آمده است.

با استفاده از تکنیکهای تفرق اشعه X روی مناطق تشکیل شده که به صورت رسوب از محلول خارج می شود (Guinier and Prestin) توصیف زیرا از پیر کردن (againg).

ارائه کرده اند که به عنوان انرژی حرارتی کافی جهت حرکت اتمی و جوانه زایی و رشد آمده است تا امکان و اجازه رشد این رسوب فراهم شود.

1-اتمهای محلول در صفحات کریستالوگرافی بخصوص زمینه جدایش می کند این جدایش یا همگرایی اتمهای خارجی در نواحی دلخواه تمرکز کرده و به عنوان توده های (Guinier and restore) منسوب می شوند.

2-همانطور که جدایش ادامه می یابد فاز رسوبد کننده تمایل دارد که شبکه ساختار مشخصه خودش را تشکیل دهد.

این فاز به شکل صفحه کوچک و نازکی به ضخامت 2 تا 50 اتم و 20 تا چند صد اتم طول دارد اگرچه رسوب تمایل به تشکیل ساختار شبکه نرمال خود را دارد، این شبکه باید با آلیاژ زمینه ای که در آن رسوب می کند همساز باشد.

بنابراین شبکه زمینه، بخوبی آنچه رسوب می کند از شکل طبیعی خارج می شود.

اگرچه هیچ مرز یا سطح مشترکی بین دو فاز وجود ندارد.

تنشهای اطراف چنین ذرات چسبیده ای اندازه گیری شده است.

اما محاسبات بر مبنای شبکه های کامل و فضاهای مختلف نشان می دهد که این مقادیر از بزرگی قابل توجهی (تقریباً 115000 psi) در جهت گامای AgAl2 در آلیاژهای Al و Ag برخوردارند اگرچه سطخ عملی تنش احتمالاً هرگز به سیستم کامل نمی رسد چون دیگر ناپیوستگی های شبکه می توانند به طور جزئی این وضعیت را کم کنند.

3-اگر ذره چسبیده به اندازره کافی از نظر اندازه زیاد شود کرنشهای الاستیک از نظر بزرگی زیاد می شود تا در صفحه برش اتفق بیافتد.

با برش اکثر تنشهای اتفاق افتاده در شبکه های رسوب و زمینه برطرف یم شوند.

سطوح مشترک دو فاز را جدا می کننذد و هر دو ساختار ابعاد و شکل پایدارتری پیدا می کنند.

از آنجاییکه رسوب سختی در طول تشکیل و رشد شبکه انتقالی منحرف شده اتفاق می افتد باور می شود که سختی عمدتاً بوسیله وضعیت تنش منتج از اعوجاج شبکه متقابل رسوب و زمینه تولید می شود در حالیکه آنها چسبیده هستند.

چنین تاعوجاجی در شبکه آلیاژ زمینه باید عمل سیستمهای عمده لغزش ساختار را بوسیله مشکلتر کردن حرکت نابجاییها محدود کرد.

آلیاژهای Al-Cu و Al-Ag و Al-Mg که آنها به طور قابل توجهی پیرسختی می شوند.

تشکیل شبکه های انتقال چسبیده با ضخامت کافی می دهند با درنظر گرفتن اینکه آلیاژ Al-Zn به طور قابل توجه سخت نمی شود ذرات چسبیدگی به زمینه را از دست می دهد در حالیکه ذره هنوز خیلی کوچک است برای مثال در آلیاژهای Al-Ag چسبیدگی ذره تا ضخامت تقریباً 3000A0 ادامه دارد و نگهداری می شود در حالیکه حد ضخامت برای چسبیدگی Al-Zn تنها 10A0 است.

درجه سختی بستگی به اندازه یا مقدار رشد ذره چسبیده دارد.

ذره بزرگتر اعوجاج بیشتر زمینه و اثر سختی بیشتری دارد.

رشد ذره چسبیده درنظر گرفته یم شود که بوسیله مقدار عدم ثبات بین شبکه زمینه و رسوب متاثر می شود (انجمن آمریکایی فلزات، متالوژی جلد 1 – 1954) فرآیند عملیات حرارتی: عملیات حرارتی محلول.

عملیات حرارتی محلول برای بدست آوردن ماکزیمم تمرکز ذره محلولهای سخت کننده MgCl – Mg2Si و CuAl2 در محلول جامد استاده می شود.

حلالیت این عناصر در محلول جامد با افزایش دما بخصوص درست زیر نقطه ذوب یوتکتیک در محلول جامد به طور مشخص استفاده می شود.

دمای ایده آل محلول باید خیلی نزدیک دمای ذوب یوتکتیک باشد برای رسیدن به این دما مشکلات بسیاری وجود دارد برای مثال اگر دمای یوتکتیک از حدی افزایش یابد ذوب مرزدانه ای اتفاق می افتد و آلیاز سرد می شود و خواص مکانیکی خود را از دست می دهد.

این وضعیت تنها بوسیله آزمایش متالوگرافی قابل بررسی است و معیوب شدن غیر قابل جلوگیری است.

به علاوه متغیرهای انجماد در اجزاء آلیاژی می تواند باعث شود آنها زیر دمای یوتکتیک ذوب شدند.

بموجب آن در نتیجه یوتکتیکهای کمپلکس تشکیل می شود که برای خواص مکانیکی مضرند.

دمای مناسب محلول یکی از مواردی است که به اندازه کافی تشکیل یک محلول جامد بدون افزایش نقطه ذوب یوتکتیک با هر جزء دیگر را می دهد.

در شکل 13-12 دمای مناسب محلول TS نشان داده می شود و در این دما ترکیب B در این محلول (بالای T1) است اما نقطه ذوب یوتکتیک T2 زیاد نمی شود.

دماهای توصیه شده محلول بر مبنای اطلاعات دقیق فازی می باشد برای تهیه ایمنی در دامنه دمایی بالا و پایین طرلفی می شود در کارکینی خوب خواص مکانیکی بهبود یافته ممکن از عملیات محلول در دمای بالای Ts نتیجه شود.

در این حالت کنترل دمای کوره مشکل است.

فرایند محلولا و یکنواخت کردن به مقدار زیادی به نفوذ بستگی دارد که آن ممکن است یک فرایند آهسته باشد زمان لازم برای عملیات محلول به فضاست قطعه، آلیاژ و نرخ انجماد قطعه بستگی دارد که تمام آنهاد فاکتورهایی هستند که اندازه و توزیع فازهای رسوبی را تثبیت می کنند.

بخشهای سنگین وآهسسته سرد شده اجزاء خشن و اندازه بزرگ سلول را نشان می دهند.

به این دلایل نفوذ یک فرایند آهسته است و زمان کافی انحلال باید داده شود.

در بخشهای نازک و به سرعت سرد شده اجزائ ریزتر هستند عولصب نفوذ کمتر و زمان انحلال کمتری لازمک است.

نوعاً یک انحلال 12 ساعته برای بیشتر ریخه گریهای ماسه توصیه یم شود زیرا زیخته گریها در قالب دائمی با سرعت بالایی سرد می شوند آنها می توانند به طور موثر در 8 ساعت عملیات انحلال انجام دهند اگرچه کاهش زمانهیا انحلال ممکن اسن برای انهطاف تولید لازم باشد عملیات انحلال کاملتر، پیرسختی موثرتر و خواص مکانیکی بهتری لازم است.

عملیات انحلال باید تغییرات دما را مد نظر قرار دهد که از ریختگی های مختلف و فشارهای عملیات حرارتی نتیجه می شود.

زمانهای عملیات حرارتی مبتنی مبتنی بر زمانهای قرار گرفتن در دماست و زمانی را که برای بارگذاری لازم است تا به دمای مورد نظر رسد شامل نمی شود.

بارگذاری صحیح سبد عملیات حرارتی اجازه جریان هوا را می دهند.

عملیات انحلالی ریخته گری ها احتیاج به وقت بخصوص دارد.

عملیاتد انحلالی شامل قرار دادن آلیاژ در دمای به اندازه کافی برای دستیابی به یک محلول جامد تقریباً یکنواخت می بادش در عملیات حرارتی قطعه ها، عملیات انحلالی مشکل است که در آن باید بر برخی متغیرهای متالوژیکی حاضر در ساختار قطعه غلبه شود.

نرخهای انجماد آهسته و متغیرهای ریختگی مانند سیستم را گاهی و تغذیه گذاری می توانند یکی شوند تا یک ساختار متالوژیکی غیریکنواخت را تولید کنند.

تمام ریختگیهای آلیاژ آلومینیوم در معرض میکروجدایش در قاب هستند.

واضحد است که این جدایش یک شیب غلظتی در شاخه های دندریتی باشد اگرچه میکروجدایش می تواند در جمع آوری ترکیب توتکتیک تردد مرزدانه های دندریتی نتیجه شود.

حضور این ترکیبات برای استحکام نهایی قطعه مضر است.

توسط