مقاله طراحی و ساخت سیستم آزمایشگاهی انجماد جهتدار سوپرآلیاژها به روش بریجمن تحت خلأ

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله طراحی و ساخت سیستم آزمایشگاهی انجماد جهتدار سوپرآلیاژها به روش بریجمن تحت خلأ دارای ۶ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله طراحی و ساخت سیستم آزمایشگاهی انجماد جهتدار سوپرآلیاژها به روش بریجمن تحت خلأ  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله طراحی و ساخت سیستم آزمایشگاهی انجماد جهتدار سوپرآلیاژها به روش بریجمن تحت خلأ،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله طراحی و ساخت سیستم آزمایشگاهی انجماد جهتدار سوپرآلیاژها به روش بریجمن تحت خلأ :

فرایند انجماد جهتدار یکی از فرایندهای کنترل شدهی انجماد مذابهای فلزی است که در آن به منظور ایجاد ساختار دانهای ستونی، جبهه انجماد از یک سمت قطعه به طرف مقابل آن حرکت داده میشود. در یکی از تکنیک های این فناوری که تحت عنوان روش بریجمن شناخته شده است، خروج حرارت از قالب به صورت هدایت از سطح یک مبرد آبگرد و پوسته قالب همراه با انتقال حرارت تشعشعی از جداره خارجی قالب به محفظه خلأ انجام میگیرد .[۱] تحت این شرایط شیب حرارتی زیادی در مذاب در حال انجماد فراهم میشود. برای بدست آوردن

ریزساختاری یکنواخت و مطلوب و نیز ایجاد انجماد پیوسته، لازم است میدان دمایی و شیب حرارتی در حجم قطعه به خوبی کنترل شود .[۲] شیب حرارتی و سرعت رشد دو عامل اصلی و مؤثر در تشکیل مورفولوژی و ابعاد ریزساختار جهتدار بوده و عیوب کریستالی و خواص مکانیکی قطعه را تعیین مینماید .[۳-۴]

در دهههای اخیر انجماد جهتدار به طور گسترده برای تولید مواد کاربردی و مهندسی از جمله پرههای توربین گازی مورد استفاده قرار گرفته است. یکی از دستاوردهای مهم و برجسته این روش تولید پرههای توربین بوده که پیشرفتی شگرف در طراحی آلیاژهای دمای بالا بوجود آورده است. یکی از دغدغههای اصلی طراحی و ساخت توربینهای گازی صنعتی جدید و با راندمان بالا،

۱۶۴

تولید نازلها و پرههای توربین از جنس سوپرآلیاژهای نیکلبنیان با ساختار دانهای جهتدار است. پرههای توربین گازی در راستای محور اصلی خود تنشهای بالایی را در دماهای بالا تحمل میکنند.

از آنجا که مرزدانه در دمای بالا نسبت به درون دانه ضعیفتر است، لذا با قرار گیری دانهها به طور موازی در راستای محور اصلی قطعه، از اثرات مخرب تنش گریز از مرکز بر خواص قطعه کاسته میگردد .[۵]

از زمان ارائه فناوری ذوب القائی تحت خلأ در اوایل سالهای

۱۹۵۰ میلادی تاکنون فعالیتهای گستردهای در زمینه تولید سوپرآلیاژها انجام شده و آلیاژهای مختلفی توسعه یافتهاند.

سوپرآلیاژهای نیکلبنیان به دلیل داشتن عناصر آلیاژی فعال ضرورًتا تحت شراط خلأ تولید میشوند. در فرایندهای ذوب تحت خلأ برخلاف فرایندهای ذوب در هوا، مقدار اکسیژن و نیتروژن مذاب به مقدار قابل توجهی کاهش یافته و میزان اکسیدها، نیتریدها و عناصر با فشار بخار بالا (سرب و بیسموت) در آلیاژ کاهش مییابد. مجموع این عوامل باعث بهبود خواص خستگی و خزشی سوپرآلیاژهای تولید شده در خلأ میشوند .[۵]

فناوری انجماد جهتدار پرههای توربین از جنس سوپرآلیاژها به روش ذوب القائی تحت خلأ در سالهای گذشته توسعه زیادی پیدا کرده، لیکن عمده کارهای قبلی برای تولید پرههای کوچک جهتدار مورد استفاده در موتورهای جت متمرکز بوده است.

انجماد جهتدار پرههای بزرگ نیروگاهی مشکلات زیادی داشته و همچنان موضوع تحقیقات گسترده متخصصین دانشگاهی و صنعتی است .[۶-۷] در مقاله حاضر یک سیستم آزمایشگاهی انجماد جهتدار برای ساخت سوپرآلیاژهای جهتدار مورد استفاده در ساخت پرههای نیروگاهی ارائه شده است.

مشخصات اجزای سیستم

شمای کلی سیستم انجماد جهتدار در شکل -۱الف نشان داده شده است. این سیستم از سه بخش اصلی تشکیل شده است:

-۱ منبع تغذیه القایی فرکانس بالا که شامل سلول رکتیفایر ولتاژ بالا، سلول فرکانس رادیویی، سلول تجهیزات گردش آب، سلول ترانس ولتاژ بالا و مجموعه تانک آب میباشد. عمل خنک کردن مدارات و کویل القایی توسط دستگاه انجام میشود. کویل القایی

مورد استفاده جهت اتصال به منبع تغذیه به صورت استوانهای با قطر داخلی حدود ۹۰ میلیمتر است.
-۲ محفظه خلأ سیستم که از دو قسمت فوقانی از جنس لوله کوارتز شفاف و قسمت تحتانی از جنس فولاد زنگ نزن تشکیل شده و شامل سیستم حرکت دهنده قالب نیز میباشد. بخش گرم کوره در قسمت لوله کوارتز است که شامل کویل القایی، ساسپتور گرافیتی و محافظ سرامیکی است (شکل -۱ب). قالب سرامیکی حاوی شمش آلیاژ بر روی مبرد آبگرد قرار گرفته و مجموعه به سیستم حرکت دهنده قالب متصل میگردد. سیستم خلأ شامل یک پمپ روتوری با خلأ نهایی ۶×۱۰-۲Pa و یک پمپ مولکولی با خلأ نهایی حدود ۶×۱۰-۶Pa میباشد. برای اندازهگیری میزان خلأ از یک سنسور ترکیبی پیرانی- یونی استفاده شده است.

-۳ سیستم حرکت دهنده قالب که از نوع پیچ ساچمهای با سرووموتور و کنترولر مکانی به همراه سیستم کنترلی PLC زیمنس و مانیتورینگ HMI میباشد. یک شفت فولادی زنگ نزن ارتباط پیچ ساچمهای با مبرد آبگرد را برقرار میسازد. اعمال سرعتهای مختلف حرکت قالب به سمت پایین و بالا از طریق نرمافزار مربوطه انجام میگیرد. سرعت کشش قالب در محدوده ۱ تا ۶۰۰

میلیمتر بر دقیقه در فاصله حرکتی حدود ۴۰۰ میلیمتر به دو صورت دستی و اتوماتیک قابل تنظیم است.

(الف) (ب)

شکل -۱ شمای کلی سیستم انجماد جهتدار به روش بریجمن

مراحل انجماد جهتدار

در ابتدا قالب سرامیکی روی مبرد قرار داده شده و شارژ مورد نظر داخل آن قرار میگیرد. سپس لوله کوارتز در محل خود تعبیه گشته و موقعیت اولیه قالب تنظیم میشود. سپس سیستم خلأ

۱۶۵

روشن شده تا فشار محفظه خلأ به میزان مورد نظر برسد. جریان در شکل ۳ تصویر ماکرواچ نمونه ریختهگری شده در شرایط
آب مبرد آبگرد فعال شده و منبع تغذیه روشن میشود. با توجه به خلأ نشان داده شده است. در این تصویر دانههای کشیده شده در
برنامه ذوب، با افزایش توان منبع تغذیه، دمای شارژ که توسط راستای محور طولی میله (راستای انتقال حرارت) به خوبی مشهود
پیرومتر تشعشعی خوانده میشود، به دمای مناسب رسانده شده و است. همچنانکه دیده میشود با دور شدن از سطح مبرد، عرض
به منظور یکنواخت شدن دمای شارژ، در آن دما برای زمان معلوم دانهها قدری افزایش یافته و دانهها درشتتر شدهاند. این امر نشان
نگه داشته میشود. پس از گذشت زمان اولیه قالب حاوی مذاب با دهنده پدیده رشد رقابتی در ساختارهای جهتدار است .[۸]
سرعت مورد نظر به طور پیوسته توسط سیستم حرکت دهنده قالب
به پایین کشیده میشود. با خارج شدن قالب از بخش گرم کوره،
توان قطع شده و سیستم خلأ خاموش میگردد. پس از سرد شدن
کامل سیستم محفظه باز شده و با شکستن قالب، شمش انجماد
جهتدار یافته از درون قالب خارج میگردد. در شکل ۲ نمونهای
از سیکل دما- فشار بر حسب زمان ارائه شده است.

شکل -۲ تغییرات درجه حرارت نمونه و فشار سیستم در طول زمان.

مواد و روشها

آلیاژ مورد استفاده، سوپرآلیاژ نیکلبنیان IN792 است که ترکیب شیمیایی آن در جدول ۱ ارائه شده است. آلیاژ IN792 در دو محیط اتمسفری و خلأ تحت شرایط یکسان ریختهگری شد.

بدین منظور از قالب سرامیکی با قطر داخلی ۱۵ میلیمتر و ارتفاع

۱۵۰ میلیمتر استفاده شد. سرعت حرکت قالب در حدود ۱۰

میلیمتر بر دقیقه در نظر گرفته شد.

جدول -۱ ترکیب شیمیایی سوپرآلیاژ IN792 (درصد وزنی).

Al W Mo Co Cr
۳/۴ ۴/۰ ۱/۸ ۸/۸ ۱۲/۵
C Zr B Ta Ti
۰/۰۸ ۰/۰۱۷ ۰/۰۱۴ ۳/۹ ۳/۹

بعد از انجام آزمون، نمونههای حاصل در دو مقطع طولی و عرضی برش خورده و به صورت ماکرو و میکرو متالوگرافی شدند.

یافتهها

۱۶۶