WELDING SYMBOLS

 

INTRODUCTION

Welding symbols are used on blueprints and drawings to show where the weld is to be placed and may also show the size, type of weld, number of welds, details about the weld and even details about the joint.

Welders that fabricate or work with drawing must be able to interpret the welding symbol to prepare the joint and apply a weld that has the required strength and soundness.

 

THE REFERENCE LINE AND ARROW

The reference line is one of the most important elements on the welding symbol. All the other elements that describe the weld are on or located around this line. The reference line has a leader and arrow that points to where the information applies. It may also have a tail that has information about the process, specification, or other notes that do not normally have an element that describes them. If the elements on the reference line describe the necessary details (as it does in most cases) the tail is not used.

See the examples below:

 

 

In the above examples one of the reference lines has multiple arrows that are used to show the same weld in three locations that are relatively close to each other. There is also a reference line that has an arrow break. The break in the arrow is used to indicate the joint member that is to receive the edge preparation.

 

KEY POINT: the arrow points to the bevel where the bevel needs to be prepared.

 

ARROW SIDE

One of the most important things about the reference line and the welding symbol is the top and bottom of the horizontal line. The actual symbol that shows the type of weld and the elements surrounding it that detail the weld can be placed on the top of the line or on the bottom of the line.

 

KEY POINTS: symbols on the bottom of the reference line mean weld the side of the joint the arrow is touching or pointing to. Symbols on the top of the reference line mean apply the weld to the other side of the joint, or the side opposite to where the arrow is pointing.

 

This method is used because sometimes the welding symbol must be drawn on the blueprint on the other side of the joint. When symbols appear on both sides of the reference line it means weld both sides of the joint.

 

If the reference line has a weld symbol on both sides of the reference line they may, or may not be the same weld on both sides of the joint. Remember the rule to apply the right weld to the right side. 

See the examples:

 

 

OTHER ELEMENTS ON REFERENCE LINE

 

There are two other elements that may be seen on the reference line that provide information about the weld. One is a circle around the place where the leader line connects to the reference line and indicates the weld is “ALL AROUND”. This means the weld extends all the way around the joint the arrow is pointing at.

 

KEY POINT: The all around element is only used when it is possible to weld all the way around a single surface. Otherwise more than on symbol is used.

 

The other element seen on the reference line resembles a flag and is located where the leader line joins the reference line.  This element is called a field weld and means the weld will be done in another location. For instance, this weld may be applied at the job site not in the shop. Sometimes clarification will be given in the welding symbol tail or as a specification on the print.

 

 

 

THE FILLET WELD

 

The fillet weld symbol is one of the most widely used symbols and the shape placed on the reference line to indicate a fillet weld is a triangle that resembles the side profile of a fillet weld.

The examples of the weld all around and field weld above show a fillet weld symbol so that the weld to be applied in both cases is a fillet weld.

The names of the parts of the fillet weld

KEY POINT: Fillet sounds like fill it (pronounce the T) not fillay as in fillet a fish.

 

The important elements added to a simple fillet weld symbol are as follows;

 

  1. The size of the weld.
  2. The length of the weld.
  3. The length and pitch OF INTERMITTENT welds.
  4. The contour requirements.

 

  1. THE SIZE OF THE WELD.

The size of the fillet weld is determined by the legs of the triangle shape which represent the legs of the fillet.

A welded piece may have a different weld size on each side or they may be the same size.

Sometimes (not often) a weld of unequal legs may be required. For example: if one member of the joint is thinner than the other.

If no size is shown on the fillet weld, a size for all fillets will be given on the drawing as a note or specification.

 

 

KEY POINT: Making the fillet welds the wrong size may lead to costly rework if you are not sure ask for clarification.

 

 

 

 

2.      THE LENGTH OF THE FILLETWELD.

The length of the weld when it is not a continuous weld is shown by a number on the right side of the fillet weld triangle. If it is not obvious the location is detailed on the drawing.

 

 

3.      THE LENGTH AND PITCH OF INTERMITTENT WELDS

An intermittent weld is one that is not continuous across the joint, but rather is a given length of weld separated by a given space between them. This method of welding may be used to control heat distortion or where the joint strength requirements allow. Intermittent welding can save time and money if a long weld is not necessary.

 

Used more frequently than the length alone, the length and pitch are two numbers located at the right of the fillet weld symbol.

The length appears first as before followed by a hyphen then the pitch is shown.

The pitch refers to a dimension from the center of one weld to the center of the next weld.

 

KEY POINT: The pitch is not the space between welds but a measurement from center to center of the welds. To get the spacing for layout subtract the length of one weld from the pitch.

 

The intermittent welds may be chain intermittent or staggered intermittent. Chain intermittent the welds on both sides of the joint are opposite each other and resemble a chain. Staggered intermittent the welds on the opposite side are usually started in the gap between the welds on the first side. The welds then appear staggered.

 

KEY POINT: If the welds are staggered the fillet weld symbol will be staggered on the reference line.

 

 

  1. THE CONTOUR REQUIREMENTS

Some welding symbols may show a contour finish that details how the fillet weld shape must be finished after welding.  The contour may be flat or convex and the element to describe this is placed above the slope on the fillet weld symbol. A letter to indicate the method of finish may be given above the finish element.

 

 

A letter U may be used to designate an unspecified finish, when the choice of finishing is given.

 

SUMMARY

 

When reading a fillet weld symbol always make sure you know what side of the joint the weld is applied to. Fillet weld symbols on the bottom of the reference line mean apply the weld to the side of the joint the arrow points to. Fillet weld symbols on the top of the reference line mean apply the weld to the opposite side of the joint. Fillet weld symbols on both sides of the reference line mean apply weld to both sides of the joint. This remains the case regardless of how the break in the arrow is drawn.

 

The size of a fillet weld is determined by the length of the leg of the fillet weld and is shown on the symbol to the left.

If two numbers appear in parenthesis the legs are unequal, check the drawing for clarification.

 

When a length of weld is shown on a fillet weld symbol the dimension is placed on the right side.

When two numbers appear separated by a hyphen, the length is indicated first then the pitch. The pitch is the distance from the center of one length of weld to the center of the next length of weld.

 

When finishing directions are shown they appear over the slope of the fillet weld symbol.

 

 

 

GROOVE WELDING SYMBOLS

 

Groove welding symbols are used to show how butt joints are prepared for welding and to detail how the weld is to be applied. When two pieces of metal, other than sheet metal or thin sections, are butted together for welding they usually have some form of a groove to allow the weld to penetrate into or through the joint.

 

The groove is formed by preparing the edges to be welded with a bevel edge, chamfer edge, double bevel edge, J groove edge or double j groove edge.

 

 

 

 

When the butt joint has no edge preparation it is referred to as a square groove.

The typical edge preparations are shown below:

 

 

 

The edge preparations may be assembled as either open root, with a backing bar or by utilizing the back weld or backing weld application.

 

The open root assembly allows penetration through the joint, while the backing bar is used for easier welding. The backing bar may be removed or may be a part of the joint.

 

The backing weld is applied before welding and acts as a backing bar, while the back weld is applied after welding to finish the back side of the joint. Before applying the back weld a grinder or other method may be used to prepare a V.

 

 

 

 

The edge preparations may be assembled in any configuration to form the groove for welding from either one side or both sides. The most common configurations and their basic symbols are shown below.

 

 

 

KEY POINT: If two imaginary lines are drawn parallel to the horizontal line in the above symbols they show the joint shape, this is true for most of the symbols. This can be helpful to remember since symbols on a blueprint do not show the actual joint shape or edge preparation.

 

 

KEY POINT: The Groove welding symbols have the same placement relevance on the reference line as the fillet weld. Symbols on the bottom of the reference line mean weld the side of the joint the arrow is touching or pointing to, while symbols on the top of the reference line mean weld the opposite side of where the arrow is touching or pointing to.

If it is not clear always ask someone; reworking welds is costly and time consuming.

 

 

GROOVE WELDING ELEMENTS

 

GROOVE WELD SIZE

The groove weld size is given in two dimensions and like the fillet weld it is placed to the left of the weld symbol.

The first size given is THE DEPTH OF GROOVE and is the dimension used to prepare the edge preparation.

The depth of groove is measured from the surface of the joint to the bottom of the preparation.

 

 

KEY PONT: The depth of groove does not include weld reinforcement or root penetration.

 

The second size given is the ACTUAL WELD SIZE and is enclosed in parentheses to distinguish it from the groove size, or depth of groove.

The actual weld size is again measured from the surface of the groove through the bottom of the groove but now includes the expected penetration of the weld. On a square groove only the weld size is given.

The weld size does not include face reinforcement or root reinforcement.

 

 

KEY POINT: The penetration into the joint shown on the weld size is not measurable by the naked eye but is given to provide information about the expected outcome.

 

ROOT OPENING AND GROOVE ANGLE

Two other important elements for preparing and welding the groove are the root opening and the groove angle.

The root opening, when used, dimensions the space between the joint to be welded and is placed inside the weld symbol.

The groove angle is also placed inside the weld symbol and is given in degrees.

 

 

KEY POINT: The groove angle for a V groove is given as the INCLUDED angle so that means the edge bevel or chamfer for each piece is 1/2 of the degrees given. For example; A 45 degree included angle means bevel each member at 22 1/2 degrees.

J grooves angles may be detailed elsewhere on the drawing.

 

The root opening and groove angle are separate elements and may or may not appear together depending on the joint requirements.

 

On some drawings the root opening or groove angle will be covered in a note or specification on the drawing for all similar symbols, and does not appear on the symbol.

The Welder must always read all information given on a drawing.

 

 

 

 

CONTOUR AND FINISHING

The same contour symbols that apply to fillet welds may be used with groove welding and are placed above the weld symbol.

 

 

 

BACKING BARS BACK WELDS AND SPACERS

As previously mentioned in this section some joint configurations may have a backing bar or spacer for easier welding or may employ the back or backing weld technique.

The elements for these are placed on the bottom of the reference line opposite the weld symbol or in the case of the spacer on the reference line.

 

 

 

KEY POINT: If the backing bar is to be removed the symbol will contain an R for remove after welding.

Since the back and backing weld symbol look the same you must look for details to see which weld applies.

Spacers may be removed before the second side is welded or they may become part of the joint.

 

 

SUMMARY

 

The groove weld symbols are used to provide information for preparing and welding the groove; however, they cannot always show every intended operation and often notes or specifications are used on the drawing. The welder should read the entire drawing before making a weld to avoid costly rework. Whenever you see something you are unfamiliar with check with engineering or supervision for clarification.

It is critical to produce the right size fillet and groove weld for the application so check sizes with weld gages.

+ نوشته شده توسط امیدرضا خدابنده در شنبه بیست و نهم مرداد 1390 و ساعت 16:18 |

What is a Pipe Schedule?
Pipes are designed to carry fluid; therefore their internal diameter is their critical dimension. This critical dimension is referred to as the nominal bore, abbreviated as NB. Obviously, for pipes containing pressurized fluids the wall thickness, and by implication the pipe's strength, is important. Wall thickness is expressed in "schedules", referred to as pipe schedules.
 
The wall thickness associated with a particular schedule depends on the pipe size as can be seen from the charts below for some of the more common sized carbon steel pipes encountered.
 
Abbreviations used: NB - nominal bore, STD - Standard, EH - Extra Heavy, DBL EH - Double Extra Heavy.
 

 2"NB

OD = 2.375 inch (60.32 mm)

Schedule

5

10

20

30

40
STD

60

80
EH

100

120

140

160

DBL EH

ID (ins)

2.245

2.157

---

---

2.067

---

1.939

---

---

---

1.689

1.503

ID (mm)

57.02

54.79

---

---

52.5

---

49.25

---

---

---

42.9

38.18


 

 3" NB

OD = 3.5 inch (88.9 mm)

Schedule

5

10

20

30

40
STD

60

80
EH

100

120

140

160

DBL
EH

ID (ins)

3.334

3.260

---

---

3.068

---

2.900

---

---

---

2.624

2.300

ID (mm)

84.68

82.8

---

---

77.93

---

73.66

---

---

---

66.65

58.42


 

 4" NB

OD = 4.5 inch (114.3 mm)

Schedule

5

10

20

30

40
STD

60

80
EH

100

120

140

160

DBL EH

ID (ins)

4.334

4.260

---

---

4.026

---

3.826

---

3.624

---

3.438

3.152

ID (mm)

110.08

108.2

---

---

102.26

---

97.18

---

92.05

---

87.33

80.06


 

 6" NB

OD = 6.625 inch (168.275 mm)

Schedule

5

10

20

30

40
STD

60

80
EH

100

120

140

160

DBL EH

ID (ins)

6.407

6.357

--

--

6.065

--

5.761

--

5.501

--

5.189

4.897

ID (mm)

162.74

161.47

--

--

154.05

--

146.33

--

139.73

--

131.8

124.38


 

 

 8" NB

OD = 8.625 inch (219.1 mm)

Schedule

5

10

20

30

40
STD

60

80
EH

100

120

140

160

DBL EH

ID (ins)

8.407

8.329

8.125

8.071

7.981

7.813

7.625

7.439

7.189

7.001

6.813

6.375

ID (mm)

213.54

211.56

206.38

205

202.72

198.45

193.67

188.95

182.6

177.83

173.05

161.93


 

 10" NB

OD = 10.750 inch (273 mm)

Schedule

5

10

20

30

40
STD

60

80
EH

100

120

140

160

DBL EH

ID (ins)

10.482

10.42

10.25

10.136

10.02

9.750

9.564

9.314

9.064

8.750

8.500

---

ID (mm)

266.24

264.67

260.35

257.45

254.5

247.65

242.93

236.58

230.23

222.25

215.9

---


 

 12" NB

OD = 12.750 inch (323.85 mm)

Schedule

5

10

20

30

40
STD

60

80
EH

100

120

140

160

DBL EH

ID (ins)

12.42

12.39

12.25

12.09

11.938
12.000

11.626

11.376
11.750

11.064

10.75

10.50

10.126

---

ID (mm)

315.47

314.7

311.15

307.1

303.22
304.8

295.3

288.95
298.45

281.03

273.05

266.7

257.2

---

 

+ نوشته شده توسط امیدرضا خدابنده در شنبه دهم اردیبهشت 1390 و ساعت 9:47 |

 

برخی مزایای استفاده از سیم جوش هادر مقایسه با الکترودهای روپوش دار ذکر میگردد.

1.سرعت جوشکاری 2. جوشکاری بدون توقف 3. نداشتن سرباره(گل جوش) 4.ایجاد تاب وتنش

کمتر در قطعه کار5. اتلاف کمتر فلز جوش از طریق پاشش جرقه 6.امکان جوشکاری راحت تربرای

وضعیتهای اجباری7.راحتی روش آموزش 8. صرفه اقتصادی  9.داشتن رسوب با لا در نقطه جوش

 

 

 

 

کاربرد

جوشکاری فولاد های غیر آلیاژی ، فولاد های کم آلیاژ ، فولادهای دیگ بخار و بویلر سازی ،کشتی

سازی، سازه های مهندسی ، خودرو سازی و فولادهای دانه ریز

 

درصد آنالیز شیمیائی عناصر اصلی سیم جوش واستاندارد های مرتبط

نوع استاندارد

ترکیب شیمیائی سیم جوش (درصد)

AWS A5.18

DIN EN 440

(کربن)C%

(سیلیس)Si%

(منگنز)Mn%

ER70S-6

G3Si1(SG2)

0.06-0.14

0.70-1.00

1.30-1.60

G4Si1(SG3)

0.06-0.14

0.80-1.20

1.60-1.90

  

خواص میکانیکی فلز جوش

نوع سیم جوش

نوع گاز

استحکام تسلیم

Mpa

استحکام کششی

Mpa

ازدیاد طول

درصد

استحکام ضربه

J(-20)

ER70S-6

G3Si1(SG2)

CO2

>380

500-640

>22

>47

M21

(18%CO2+82%Ar)

>410

530-680

>22

>47

G4Si1(SG3)

CO2

>460

530-680

>22

>47

M21

(18%CO2+82%Ar)

>500

560-720

>22

>47

  

وضعیت جوشکاری : تمام حالات

 

 

 

قطب وجریان

+=

قطرهای تولیدی وبسته بندی

تعداد در پالت

وزن(کیلوگرم)

قرقره

قطر

پالت چوبی 32کارتن

15

پلاستیکی

0.8   میلیمتر

پالت چوبی 32کارتن

15

پلاستیکی

1     میلیمتر

پالت چوبی 32کارتن

15

پلاستیکی

1.2  میلیمتر

پالت چوبی 32کارتن

15

پلاستیکی

1.6   میلیمتر

 

 

 

 

راهنمای انتخاب قطر سیم جوش

میزان گاز لیتر در دقیقه

در آمپر معمولی

ضخامت قطعهmm

قطر سیم جوشmm

8تا10

از5/0تا2

0.8

10تا12

از2تا4

1

12تا15

از4به بالا

1.2

 

 

 قطعه کار5. اتلاف کمتر فلز جوش از طریق پاشش جرقه 6.امکان جوشکاری راحت تربرای

وضعیتهای اجباری7.راحتی روش آموزش 8. صرفه اقتصادی  9.داشتن رسوب با لا در نقطه جوش

 

 

 

 

کاربرد

جوشکاری فولاد های غیر آلیاژی ، فولاد های کم آلیاژ ، فولادهای دیگ بخار و بویلر سازی ،کشتی

سازی، سازه های مهندسی ، خودرو سازی و فولادهای دانه ریز

 

درصد آنالیز شیمیائی عناصر اصلی سیم جوش واستاندارد های مرتبط

نوع استاندارد

ترکیب شیمیائی سیم جوش (درصد)

AWS A5.18

DIN EN 440

(کربن)C%

(سیلیس)Si%

(منگنز)Mn%

ER70S-6

G3Si1(SG2)

0.06-0.14

0.70-1.00

1.30-1.60

G4Si1(SG3)

0.06-0.14

0.80-1.20

1.60-1.90

  

خواص میکانیکی فلز جوش

نوع سیم جوش

نوع گاز

استحکام تسلیم

Mpa

استحکام کششی

Mpa

ازدیاد طول

درصد

استحکام ضربه

J(-20)

ER70S-6

G3Si1(SG2)

CO2

>380

500-640

>22

>47

M21

(18%CO2+82%Ar)

>410

530-680

>22

>47

G4Si1(SG3)

CO2

>460

530-680

>22

>47

M21

(18%CO2+82%Ar)

>500

560-720

>22

>47

  

وضعیت جوشکاری : تمام حالات

 

 

 

قطب وجریان

+=

قطرهای تولیدی وبسته بندی

تعداد در پالت

وزن(کیلوگرم)

قرقره

قطر

پالت چوبی 32کارتن

15

پلاستیکی

0.8   میلیمتر

پالت چوبی 32کارتن

15

پلاستیکی

1     میلیمتر

پالت چوبی 32کارتن

15

پلاستیکی

1.2  میلیمتر

پالت چوبی 32کارتن

15

پلاستیکی

1.6   میلیمتر

 

 

 

 

راهنمای انتخاب قطر سیم جوش

میزان گاز لیتر در دقیقه

در آمپر معمولی

ضخامت قطعهmm

قطر سیم جوشmm

8تا10

از5/0تا2

0.8

10تا12

از2تا4

1

12تا15

از4به بالا

1.2

 

 

+ نوشته شده توسط امیدرضا خدابنده در چهارشنبه بیست و هفتم بهمن 1389 و ساعت 15:44 |

5- وضعيت جوشكاري(Position)

بر اساس (QW-405) ASME وضعيتهاي تخت (Flat)، افقي (Horizontal)، عمودي (Vertical) و بالاي سر (Overhead)

 

كدهاي ذيل جهت درج در WPS الزامي مي‌باشد.

 

 

 

جوشكاري شياري ورق

جوشكاري شياري لوله

جوشكاري‌گوشه‌اي‌ورق

جوشكاري‌گوشه‌اي‌لوله

وضعيت

علامت

وضعيت

علامت

وضعيت

علامت

وضعيت

علامت

تخت

1G

چرخش‌افقي

لوله

1G

تخت

1F

لوله مورب با چرخش

1F

افقي

2G

لوله در حالت‌عمودي

2G

افقي

2F

لوله ثابت عمودي

2F

عمودي

3G

لو‌له‌افقي‌ثابت

5G

عمودي

3F

لوله‌افقي‌با چرخش

2FR

بالاي سر

4G

لوله مورب ثابت

6G

بالاي سر

4F

لوله عمودي جوش‌بالاي‌سر

4F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-5- وضعيت شيار (Position Of Groove)

دو ستون سمت راست جدول ارائه شده در بالا نشانگر وضعيت شيار مي‌باشند.

 

2-5- سمت پيشرفت جوشكاري (Progression)

معمولاً از اصطلاحات ذيل استفاده مي‌شود.

·        سر بالا                                                             Upward or Uphill

·         سر‌پايين                                            Downward or Downhill

·         چپ‌ به راست               Left To Right ( L   R )                   

·         راست به چپ               ( R   L )                   Left  To  Right

 

 

3-5- موارد ديگر (Other)

مشخصات وضعيت جوش گوشه را مي‌توان در اين قسمت عنوان نمود.

 

6- پيش‌گرمايش ( Preheat)

پيش‌گرم كردن جهت كاهش گراديان حرارتي، كاهش ايجاد ترك و پيچيدگي قطعه مورد نياز مي‌باشد. دماي پيش‌گرم و دماي بين پاسي از نكات مهم بوده و توسط گچ‌هاي حرارتي كنترل مي‌گردند. با كنترل حرارت حوضچه مذاب و دماي اطراف آن مي‌توان از تشكيل فازهاي ناخواسته جلوگيري نمود. جوشكاري ننمودن در محيط كمتر از -18 درجه سانتيگراد و پيشگرم ثابت در فاصله حداقل 76mm = 3 in از محل جوشكاري و رعايت دماي بين پاسي بطوريكه حداقل دماي پيشگرم را دارا باشد از نكات مهم جوشكاري است.

 

1-6- درجه حرارت پيشگرم (Preheat Temp )

ميزان درجه حرارت مورد نياز جهت پيشگرم در جدول ضمائمTable 3.2  داده شده است. كه به جنس و ضخامت قطعه بستگي دارد.

 

2-6- درجه حرارت بين پاسي (  Interpass Temp)

درجه حرارت بين پاسي نيز از Table 4.2 بدست مي‌آيد.

 

3-6- نگهداري پيشگرم ( Preheat Maintenance )

مدت زمان نگهداري در دماي پيشگرم مي‌باشد.

 

4-6- موارد ديگر ( Other )

مواردي كه نياز به توضيح دارند در اين قسمت بيان مي‌شوند.

 

7- عمليات حرارتي پس از جوشكاري( تنش‌زدايي)  (Postweld Heat Treatment)

با توجه به QW-407 استاندارد ASMEميتوان عمليات حرارتي پس از جوشكاري موادي كه P.No آنها عبارت است از 1-3-4-5-6-9-10-11 مي‌باشد به شرح ذيل تقسيم‌بندي نمود:

الف- بدون PWHT

ب- PWHT بالاي درجه بحراني بالاي (مانند نرماله‌كردن)

ج- PWHT بالاي درجه حرارت بحراني بالايي به همراه عمليات حرارتي ثانويه زير درجه‌حرارت بحراني پايين ( مانند كوئنچ- تمپر)

 

ه- PWHT بدون ذكر محدوده درجه حرارتي مشخص

 

1-7- درجه حرارت ( Temperature )

معمولاً با توجه به رايج بودن عمليات حرارتي براي حالت (ب) يعني زير درجه حرارت بحراني پاييني، تقسيم‌بندي زير براي اين حالت صورت مي‌پذيرد:

در مورد فولادهاي كوئنچ تمپر حداكثر ( 1100º F) 590 درجه سانتيگراد.

براي ساير فولادها در محدوده (1100-1200ºF) 650 درجه سانتيگراد.

درجه حرارت كوره به هنگام قرار دادن نمونه در آن بايد از (600º F) 315 درجه سانتيگراد بیشتر باشد.

 

2-7- زمان نگهداري  (Time Range)

زمان لازم جهت تنش زدايي بسته به هر اينچ ضخامت قطعه تغيير مي‌كند. معمولاً در مورد فولادهاي كوئنچ تمپر ،درجه حرارت كمتر از ديگر فولادها اختيار مي‌شود لذا بايد زمان تنش زدايي افزايش يابد. درجداول ذيل حداقل زمان نگهداري در كوره تنش زدايي فولادهاي غيركونچ تمپر و ميزان افزايش زمان نگهداري به ازای كاهش درجه حرارت آمده است:

 

در حين گرم كردن اختلاف دماي دو قسمت از قطعه به فاصله 4.6mm نبايد از 140 درجه سانتيگراد تجاوز نمايد.

در حين نگهداري در درجه حرارت تنش‌زدايي اختلاف دماي هيچ دو نقطه‌اي از قطعه نبايد از 830 درجه سانتيگراد تجاوز نمايد.

براي تنش‌زدايي لوله‌ها، مخزنها و اشكال دوار با استفاده از كه در آن D قطر لوله بر حسب ميليمتر است ضخامت معادل مقطع محاسبه شده و پس از مقايسه بيشترين ضخامت مقطع حقيقي قطعه با مقدار فوق الذكر ، زمان نگهداري و نرخ گرمايش وسرمايش بدست مي‌‌‌‌آيد.

 

 

حداكثر ضخامت مقطع X  2in(51mm)

1/4 in- 2 in

(6.4mm-51mm)

X  1/4in(6.4mm)

زمان نگهداري 2.15

1hr/in

15min

 

 

 

ميزان كاهش دما C(F)

28(50)

56(100)

84(150)

112(200)

حداقل نگهداري به ازاي هر اينچ

2

3

5

10

 

 

 

3-7- موارد ديگر( Other)

مواردي همچون نوع كوره و گراف عمليات حرارتي را مي‌توان ذكركرد

 

8- گاز (  Gas)

بر اساس QW-408 استاندارد ASME تكميل مي‌گردد.

 

1-8- نوع گاز محافظ (  Shielding Gas)

نوع گاز همچون Ar و Co2 يا ميكس، نيتروژن ذكر ميگردد. در صورتيكه از تكنيك دمش گاز جهت حفاظت پشت شيار جوش استفاده مي گردد، الزامي است .

در فرايندهاي جوشكاري با سوخت گازي (OFW)يا  Oxy Fuel Weldingنوع سوخت (اكسيژن‌،اكسي استيلن ،بوتان يامخلوط اكسيژن و اكسي استيلن ) ذكر ميگردد.

 

2-8- در صد تركيب مخلوط گاز (Percent Composition Mixture Gas   )

در صد مخلوط گاز يا خلوص آن در اين قسمت ضروري است .

 

3-8- نرخ جريان گاز (Flow Rate  )

نرخ جريان گاز محافظ در اين قسمت ثبت مي گردد.

 

4-8-گاز محافظ پشتي (Gas Backing  )

گاز محافظي كه از پشت بر شيار جوش دميده مي‌‌شوددر اين قسمت ذكر مي گردند .

 

5-8- تركيب گازمحافظ كمكي (‏Trailing Shielding Gas Composition  )

در صورت استفاده در اين قسمت ذكر ميگردد .

 

6-8- موارد ديگر (Other  )

در صورت نياز به اطلاعات ديگر در اين قسمت ذكر ميگردد.

 

9- مشخصات الكتريكي (Electrical Characteristic  )

تغيير در نوع و قطبيت جريان الكتريكي موجب تغيير در كيفيت جوش ميگرددكه يكي از عوامل موثر به ميزان گرماي ورودي مي‌باشد .

 

 

1-9- نوع جريان مستقيم با متناوب (Current A.C Or D.C)

 

در صورت استفاده از جريان D.C نشان دادن قطبيت جريان لازم است . شروع قوس باA.C  مشكل

مي باشد ودر فرايندهاي همچون (TIG ) كه شروع قوس مشكلي ندارد از  A.Cاستفاده مي شود .

 

2-9- قطبيت (Polarity)

معمولاً در نوع الكترود مثبت عمق نفوذ جوش بيشتر خواهد بود .

 

علائم اختصاري قطبيتها به شرح ذيل مي باشند .

اتصال الكترود به قطب مثبت در جريان مستقيم ( پلاريته معكوس)

DCEP= Direct current Electrode Position    

اتصال الكترود به قطب منفي در جريان مستقيم ( پلاريته مستقيم)

DCEN= Direct Current Electrode Negative  

 

3-9- شدت جريان (Ampers Range)

با توجه به نوع فرايند، قطر الكترود، ميزان نفوذ جوش مورد نظر و شدت جريان انتخاب مي‌گردد. شدت جريان مورد نياز

 در فرايندهاي مختلف جوشكاري در جدول ذيل ذكر شده است:

 

 

فرايند جوشكاري

قطر الكترود

آمپر

فرايند جوشكاري

قطر الكترود

آمپر

SMAW

1.5mm

25-60

SAW

1.6mm

250-370

SMAW

2

35-80

SAW

2

325-500

SMAW

2.5

50-120

SAW

3.2

400-650

SMAW

3.25

85-180

SAW

4

475-850

SMAW

4

110-320

SAW

4.8

700-950

SMAW

5

150-400

SAW

5.6

850-1200

SMAW

6

210-500

SAW

6.2

1100-1500

SMAW

8

300-600

SAW

7.9

1500-2000

 

 

 

 

4-9- ولتاژ Volts (Range)

ولتاژ دستگاه معمولا در صورت مدار باز اندازه گيري مي‌شود . دستگاههاي جوشكاري با الكترود دستي در اقسام مختلفV 20-24 و 50-60 V موجود هستند. دستگاههاي زير پودري با 30-40 V كار مي‌كنند.

 

5-9- موارد ديگر (Other)

موارد مورد نياز ديگر در اين قسمت ذكر ميگردند .

 

10-تكنيك و روش كار (Technique)-

در QW-410 استاندارد ASME عنوان شده است.

 

1-10- گروه زنجيري يا موجي(String Or Wave Bead)

در صورت نياز به سرعت بيشتر از گروه زنجيري استفاده مي‌شود.

 

2-10- سايز كلاهك، نازل يا سوراخ عبور گاز( Orifice Or Gas Cup Size )

مي‌بايست سايز نازل مورد استفاده ذكر گردد.

 

3-10- تميز‌كاري اوليه و بين پاسي ( برس زدن، سنگ‌زدن،.... )

Initial & Interpass Cleaning ( Brushing- Grinding- etc)                         

مي‌بايست نحوه كاربرد عنوان گردد.

 

4-10- روش برداشتن پشت جوش ( Method Of Backgouging )

به روشهاي متعدد پشت اولين پاس جوش مي‌تواند برداشته شود. الكترود كربني جهت ايجاد قوس، شعله اكسي‌استيلن و سنگ زدن.

 

5-10- نوسان (Oscillation)

پارامترهاي موثر بر حركت نوساني الكترود در ماشينها در اين قسمت مطرح است.

 

6-10- محدوده فاصله تماس لوله با كار (Contact Tube To Work Distance )

در فرايندهاي جوشكاري SAW- GMAW فاصله بين نازل نگهدارنده الكترود جوش با قطعه كار را بيان مي‌كند ( طول موثر الكترود ).

 

7-10- جوش تك پاسي يا چند پاسي در هر طرف( Multiple Or Singlepass Perside )

عنوان تك يا چند پاس در اين قسمت كافي مي‌باشد.

 

8-10- الكترودهاي تكي يا چند تايي (Multiple Or Single Electrode)

در اين قسمت تعدد الكترودها ذكر مي‌گردد.

 

9-10- سرعت حركت ( Travel Speed )

ذكر سرعت كم، نرمال يا زياد يا به صورت محاسباتي در اين قسمت الزامي مي‌باشد.

 

10-10- مواردديگر ( Other )

در صورت نياز به اطلاعات اضافي در اين قسمت بيان مي‌گردد.

 

+ نوشته شده توسط امیدرضا خدابنده در چهارشنبه بیست و هفتم بهمن 1389 و ساعت 13:18 |

آشنایی با تهیه PQR , WPS

مقدمه:

روش جوشكاري شامل مشخصات مواد و پارامترهاي موثر بر فرايند جوشکاری مي‌باشد. در واقع مي‌توان با آن كيفيت يك قطعه را تضمين و روش مناسبی را برای کنترل قطعه تدوين کرد. روش جوشكاري, طراحي آن و آزمايشهاي كنترل کيفی كه بر اساس اين روش تأييد مي‌شوند همگي مي‌بايست بر اساس استاندارد تهیه شده و تعريف شده باشد. تهيه و طراحي WPS براي مشخص نمودن پارامترهاي قطعه، الكترود يا سيم جوش مصرفي، فرايند جوشكاري، تنظيمات دستگاهي و... مي‌باشد كه با استفاده از استاندارد AWS D1.1 و ASME- IX تهيه مي‌گردد.

لازم به توضيح اينكه فرم مشخصات روش جوشكاري در QW-482 استانداردASME-IX  مي‌باشد.

بر اساس استاندارد ASME فرايندهاي مختلف اين‌چنين طبقه‌بندي مي‌شوند:

 

تهيه و طراحي مشخصات روش جوشكاري(WPS)

براي تهيه WPS با توجه به استاندارد ASME-IX مي‌بايست پاراگرافهاي متعدد با توجه به شناخت كامل از وضعيت مورد نظر تهيه گردند.

 

1- مشخصات اوليه روش جوشكاري

 

در سربرگ WPS موارد ذيل مي‌بايست تعيين گردند.

1-1- Project Name                                    نام پروژه

2-1- Date                                                   تاريخ تنظيم

3-1- WPS No                                             كد WPS

4-1- Revision No                                      شماره بازبيني

5-1- Revision Date                                   تاريخ بازبيني

6-1-Welding Process                               فرايند جوشكاري

7-1-Type                                                   نحوه جوشكاري( دستي- نيمه اتوماتيك- اتوماتيك )

8-1- Supporting PQR No                         كد گزارش كيفيت روش جوشكاري

 

2-  اتصالات (Joints)

با توجه به فرايند جوشكاري مورد نظر از QW- 252 استاندارد  ASME-IX استفاده و پاراگراف مربوطه مشخص مي‌گردد.

 

1-2- طرح شيار   (Groove Design)

V- Groove، U- Groove، Single- bevel، Double- bevel و موارد غيره مد نظر است.

معمولاً در اين قسمت نوع اتصال ( Butt يا Fillet يا ...) و نفوذي (CJP) يا غير نفوذي بودن نيز مشخص مي‌گردد.

 

2-2- پشت‌بند   (Backing)

پشت بند جهت جلوگيري ريزش مذاب از ناحيه پشت بند شيار جوش، تغيير در سرعت انجماد جوش، ممانعت از اكسيداسيون مذاب جوش و نفوذ كافي جوش مي‌باشد. معمولاً از يك تسمه فلزي ( فولاد كربني يا مسي)، فلاكس يا جريان گاز آرگون، نيتروژن يا Co2 استفاده مي‌شود.

 

3-2- مواد و نوع پشت بند( Backing Material Type )

در صورت نياز به پشت بند اين قسمت مي‌بايست تكميل گردد. معمولاً شماره استاندارد نوع مواد مصرفي بر اساس استاندارد DIN يا بقيه استانداردها عنوان مي‌گردد.

 

4-2- موارد اضافي  (Other)

در اين قسمت معمولاً شكل اتصال مورد نظر به همراه علائم و اعدادي همچون زاويه برش و آماده‌سازي لبه ( پخ )، Root face، Root opening و... نمايش داده مي‌شود. سعي مي گردد در اين مرحله Welding Sequence مراحل يا تناوب پاسهاي جوشكاري نيز مشخص گردد.

 

3- فلزات پايه (Base Metal)

با توجه به QW-403 استاندارد ASME-IX اين پاراگراف مشخص مي‌گردد. پارامترهاي فلزات پايه مصرفي تأثير مستقيم در انتخاب فرايند جوشكاري، مراحل پاسهاي جوشكاري، عمليات حرارتي و پيش‌گرم و پس‌گرم و نحوه آماده‌سازي قطعات ( پخ ) و 000 دارد.

 

1-3- عدد مشخصه P ( P.No )

نوع فلزات پايه توسط P.No  مشخص مي‌گردد. كه اين دسته‌بندي در استاندارد ASME-IX قسمت QW- 422 عنوان شده است.

 

1-3- عدد مشخصه P ( P.No )

 نوع فلزات پايه توسط‍P.No   مشخص مي‌گردد. كه اين دسته‌بندي در استاندارد ASME-IX قسمت QW-422 عنوان شده است.

 

2-3- عدد مشخصه G ( Group. No)

 در صورت نياز به آزمايش ضربه كه فلزات پايه بخصوصي نياز به اين آزمايش كيفي دارند نيز مي‌بايست تكميل گردد. اساس دسته بندي در Group. No جوش‌پذيري ، تركيب آلياژ و خواص مكانيكي مي باشد.

 

3-3- محدوده ضخامت ( Thickness Range )

محدوده ضخامت مورد نظر جهت انجام جوشكاري در اين قسمت ثبت مي گردد.

4-3- محدوده قطر لوله (Pip Dia.Range)

قطر لوله مصرفي در صورتيكه قطعه مورد نظر لوله باشد در اين قسمت نوشته مي‌شود. قطر خارجي لوله با علامت O.Dو قطر داخلي آن با علامت I.D مشخص مي‌شود.

 

5-3- موارد ديگر   (Other)

در صورت نياز به ذكر نكات ديگري كه مربوط به فلزات پايه است در اين قسمت موارد ذكر مي‌گردد.

موارد همچون اندازه جوش گوشه (fillet)و …

 

4- سيم جوشها (Filler Metals)

جهت انتخاب شباهت بين فلز جوش و فلز پايه از جدول ضميمه  (4-3) براي انتخاب الكترود استفاده مي‌شود. در اين جدول سيم جوش و فلاكس سازگار با فلز پايه به ازاي فرايندهاي مختلف جوشكاري آمده است.

در صورت استفاده از الکترود دستی برای جوشکاری باید نوع الکترود (E6013), قطر و نوع روکش مشخص شود.

در صورت استفاده از جوشکاری تحت گاز محافظ نوع سیم, نوع گاز و دبی گاز بایستی مشخص شود

در صورت استفاده از فرآیند زیر پودری, نوع سیم, قطر آن و نوع پودر بایستی مشخص شود

 الكترودها مي‌بايست قبل از مصرف خشك شوند. الكترودهاي كلاس AWS A5.1 به منظور عدم جذب هيدروژن توسط روكش بايد كاملاً عايق بسته‌بندي مي‌شوند. در صورت باز شدن روكش عايق اين الكترودها لازمست تا قبل از مصرف طبق دستورالعمل  2ساعت حدود 250 سانتيگراد پيشگرم و خشك شوند. الكترودهاي فلاكس AWS A5.5 روكش كم هيدروژني دارند از اين رو مي‌بايست قبل از مصرف اينگونه الكترودها طبق دستورالعمل سازنده آن خشك گردند. بهتر است تمامي الكترودها به محض باز شدن بسته بندي قبل از مصرف در خشك‌كن با حداقل دماي 120 درجه   سانتيگراد نگهداري شوند. جدول ذيل ماكزيمم زمان خروج الكترودها از خشك كن الكترودها در ستون A را نشان مي‌دهد كه نبايد بيش از اين زمان باشد. در صورتيكه الكترودي در محدوده زماني ستون B قرار گرفت، الكترودي كه با شرايط جدول 5 سازگار باشد لازم نيست بيش از يك بار خشك شود. الكترودهاي خيس‌شده به هيچ وجه قابل استفاده نمي‌باشد. در صورت تمايل خريدار برگه تأييديه(Certificate) براي محصول اجباري مي‌باشد.

 

(Table 9) AWS A5.5

 

 

 

زمان مجاز در اتمسفر قرار گرفتن الكترودهاي كم هيدروژن

 

 

 

Column B(hours)

Column A(hours)

Electrode

Over 4 to 10 Max

4 Max

Over 4 to 10 Max

Over 4 to 10 Max

Over 4 to 10 Max

Over 4 to 10 Max

Over 4 to 10 Max

4 Max

2 Max

1Max

1-2 Max

1-2 Max

 

E30XX

E90XX

E100XX

E110XX

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-4- عدد F (F.No)

 

F.No جهت دسته‌بندي الكترودهاي مصرفي مي‌باشد كه در QW-432 استاندارد ASME آمده است.

در جدول زیر F.No آلياژهاي مختلف نشان داده شده است.

 

 

 

 

نوع آلياژ سيم جوش

F.No

QW

 آلياژهاي فولادي

1-6

432.1

 آاومينيوم و آلياژهاي پايه Al

21-24

432.2

 مس و آلياژهاي پايه Cu

31-37

432.3

 نيكل و آلياژهاي پايه Ni

41-45

432.4

 تيتانيوم و آلياژهاي پايه Ti

51

432.5

 زيركونيم و آلياژهاي پايه Zr

61

432.6

 آلياژهاي روكش‌كاري و سخت‌كاري  سطحي

71-72

432.7

 

 

 

 

2-4- آناليز فلز جوش يا عدد A (A.No)

A.No در مورد آلياژهاي آهني كاربرد داشته و آناليز جوش در هر فرايند مي‌بايست به روش ذيل محاسبه و سپس بر اساس جدول QW-442، A.No مشخص شده و در WPS عنوان گردد.

الف- براي SMAW، يا آزمايشي براي تشخيص آناليز جوش انجام پذيرد يا بر اساس مدارك كيفيت جوش سازنده آناليز ارائه شده مورد قبول مي‌باشد.

ب: براي GMAW، يا از مشخصات ارائه شده توسط سازنده و يا با شرايط مشابه استاندارد و نمونه آناليز تهيه مي‌شود. در هر دو صورت گاز محافظ بايد مورد استفاده در فرايند باشد.

ج- براي SAW نيز يا از مشخصات سازنده تحت شرايط استفاده از فلاكس مشابه فرايند اجرايي استفاده مي‌شود و يا تحت شرايط كاري نمونه‌آناليز تهيه مي‌شود.

 

3-4- شماره مشخصات (Spec. No.( SFA)  )

تعداد زيادي از شماره مشخصات سيم جوش توسط AWS تعيين گرديده است. اين تقسيم‌بندي در QW-432 در ASME با پيشوند SF همراه است. شماره مشخصات انواع سيم جوشها بر اساس AWS در ذيل آمده است:

 

 

 

 

 

 

 

 

شماره مشخصات

نوع سيم جوش

A5.3

   مشخصات الكترودهاي جوشكاري قوسي آلومينيوم و آلياژهاي آلومينيومي

A5.10

   مشخصات سيم جوش و الكترود لخت براي جوشكاري آلومينيوم و آلياژهاي آن

A5.17

   مشخصات الكترودهاي لخت فولاد كربني و فلاكس براي SAW

A5.23

   مشخصات الكترودهاي لخت فولاد كم آلياژي و فلاكس براي SAW

A5.8

   مشخصات سيم جوش لحيم‌كاري Brazing

A5.15

   مشخصات سيم جوشها و الكترودهاي روكش‌دار جوشكاري چدن

A5.21

   مشخصات الكترودها و سيم جوش هاي روكش‌ كردن كامپوزيت

A5.6

   مشخصات الكترودهاي روپوش‌دار مس و آلياژهاي آن

A5.7

   مشخصات سيم جوش و الكترودهاي لخت مس و آلياژهاي آن

A5.4

   مشخصات الكترودهاي روكش دار فولاد زنگ نزن كروم دار و كروم نيكل

A5.9

   مشخصات سيم جوش لخت فولاد زنگ نزن كروم دار و كروم نيكلي و همچنين سيم جوشها 

  و الكترودهاي لايه لايه، كامپوزيت و توپر

A5.22

مشخصات الكترودهاي تو پودري فولاد زنگ نزن كروم دار و كروم نيكل

A5.5

مشخصات الكترودهاي روكش‌دار فولاد كم آلياژ ويژه جوشكاري قوس

A5.19

مشخصات سيم جوش الكترودهاي لخت آلياژهاي منيزيم

A5.1

مشخصات الكترودهاي جوشكاري قوسي فولاد معمولي

A5.20

مشخصات الكترودهاي تو پودري فولاد معمولي ويژه جوشكاري قوسي

A5.18

مشخصات الكترودهاي فولاد معمولي ويژه GMAW

A5.14

مشخصات سيم جوش و الكترودهاي لخت نيكل و آلياژهاي آن

A5.11

مشخصات الكترودهاي روكش‌دار نيكل و آلياژهاي آن

A5.13

مشخصات الكترودهاي روكش دادن سطحي

A5.16

مشخصات سيم جوش و الكترودهاي تيتانيوم و آلياژهاي آن

A5.12

مشخصات الكترودها و سيم جوش لخت جوشكاري TIG

A5.24

مشخصات الكترودها و سيم جوش لخت جوشكاري زيركونيم و آلياژهاي آن

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

در صورت عدم وجود SAF مي‌توان نام تجاري الكترود را ذكر كرد.

 

 

4-4- شماره كلاس و استاندارد الكترود( AWS.No (CLASS))

حرف E مخفف كلمه الكترود جوشكاري قوس الكتريكي است . سيستم شماره‌گذاري بر اساس AWS يك عدد 4 يا 5 رقمي مي‌باشد كه پس از حرف E عنوان مي‌گردد. در جداول ذيل اطلاعات مربوط به اعداد ذكر شده پس از حرف E آمده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مثال

دليل كاربرد

رقم

E-60XX = 4200

E-110XX = 7700

حداقل مقاومت كششي

2 يا 3 رقم اول

E-XX1X  (F-H-OH-V)

E-XX2X  (F-H)

E-XX3X  (F)

وضعيت اجرايي جوشكاري

رقم بعدي

موارد در جدول ذيل اشاره شده است

نوع جريان، نوع گل جوشكاري، نوع قوس، عمق نفوذ، وجود پودر آهن در روكش

رقم آخر

نوع پوشش

جريان

كد الكترود

آلي

آلي

روتيلي ( اكسيد تيتان)

فقط DCRP

A.C يا DCRP

A.C يا DCRP

E-6010

E-6011

 

E-6012

روتيل

روتيل با پودر آهن( حدود 30%)

كم هيدروژن

A.C يا DCRP ،DCSP

A.C يا DCRP ، DCSP

فقط DCRP

E-6013

E-7014

 

E-7015

كم هيدروژن

كم هيدروژن- پودر آهن           ( حدود 25%)

اكسيد آهن زياد

A.C يا DCRP

A.C يا DCRP

 

A.C يا DCRP ، DCSP

E-7016

 

E-7018

 

E-6020

روتيل با پودر آهن حدود 50%

معدني- پودر آهن حدود 50%

كم هيدروژن- پودر آهن حدود 50%

A.C يا DCRP ، DCSP

A.C،  DCRP، DCSP

A.C يا DCRP

 

E-7024

E-6021

 

E-6028

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DCSP = جريان يكسو- قطبيت مستقيم

DCRP = جريان يكسو- قطبيت معكوس

A.C = جريان متناوب

 

5-4- سايز الكترود (Size Of Electrode )

ضخامت جوش مورد نياز، حالات جوشكاري مورد نياز، ضخامت ورق مصرفي و طرح اتصال جوش     و ... از عوامل تعيين‌كننده سايز الكترود هستند. قاعدتاً براي جوشهاي نفوذي كه دسترسي به پشت‌ جوش جهت جوشكاري امكان‌پذير نيست. از الكترودهاي 3.25 يا 4 ميليمتر براي پاس اول و الكترودهاي با قطر 5 ميليمتر براي پاسهاي بعدي استفاده مي‌گردد. در صورت داشتن پشت‌بند مي‌توان پاس يك را با الكترود 5 ميليمتري نيز جوشكاري كرد. براي الكترودهاي كم هيدروژن معمولاً براي جوشكاري عمودي و بالاي سر قطر‌ها 3.25 و 4 ميليمترو براي جوشكاري‌هاي تخت و افقي قطر 5 ميليمتر استفاده مي‌گردد.

 

6-4- سايز سيم جوش(Size Of Filler )

نرخ ذوب و ميزان ضخامت جوش مورد نياز از موارد انتخاب سايز سيم جوش مي‌باشد.

 

7-4- كلاس فلاكس الكترود ( Electrode- Flux(Class) )

انواع كلاس فلاكس الكترود در جدول ذيل آمده است.

 

 

كلاس فلاكس الكترود

مشخصات

سلولزي

ماده اصلي مواد سلولزي بوده و بالاترين عمق نفوذ را در بين الكترودها دارا مي‌ياشد

بدليل پايين بودن مواد يونيزه شونده در آنها از جريان DC استفاده مي‌شود.

روتيلي

مقدار زياد اكسيد تيتانيم و مقداري سديم و پتاسيم- قوس آرام و نفوذ متوسط- حساسيت كم نسبت به رطوبت ، پاشش‌كم.

روتيلي- قليايي

ميزان Tio2 پوشش كمتر- خواص خوب جوشكاري روتيلي بعلاوه كيفيت خوب فلز جوش الكترودهاي قليايي- براي حالات افقي- عمودي مصرف

اسيدي

پوشش ضخيم و سرباره حجيم- داراي اكسيدهاي كمپلكس آهن و منگنز- نفوذ پايين

اكسيدي

پوشش ضخيم- داراي اكسيدهاي كمپلكس آهن و منگنز بعلاوه مقدار زيادي اكسيد‌آهن و اكسيد منگنز.

قليايي

داراي اكسيدهاي قليايي Cao، Mgo و كمي Tio2- بهترين كيفيت فلز جوش را بين الكترودها دارا مي‌باشند.

 

 

 

8-4- وصله‌هاي مصرف شونده (Consumable Insert)

به منظور حفظ مشخصات طرح اتصال گاهاً از وصله‌هايي استفاده مي‌شود كه بعضاً مصرف شونده هستند و بعداً در ميان جوش قرار مي‌گيرند كه مشخصات آن در AWS داده شده است.

 

9-4- موارد ديگر(Other)

در صورت تعدد تعداد الكترودها مشخصات با نام تجاري آنها ذكر مي‌گردد.

 

+ نوشته شده توسط امیدرضا خدابنده در چهارشنبه بیست و هفتم بهمن 1389 و ساعت 13:13 |

بخش اول سيويل

1-1-عمليات خاكبرداري و خاكريزي سايت

1-2-عمليات خاكبرداري و خاكريزي

1-3-عمليات حفر كانال و رينگ بتني

1-4-آرماتور بندي رينگ وال

1-5-بتن ريزي رينگ وال

1-6-اجراي بتن ريزي زير مخازن به منظور زهكشي

1-7-اجراي آسفالت زير مخازن

1-8-اجراي باند والهاي خاكي اطراف سايت

1-9-اجراي خيابانهاي اطراف سايت

1-10-اجراي ديوارهاي حائل اطراف سايت

1-11-اجراي پياده روهاي داخل سايت

1-12-اجراي سيستم روشنايي خيابانهاي اطراف سايت

1-13-اجراي پله هاي سايت

1-14-اجراي سيستم حفاظت كاتديك مخازن

1-15-اجراي سيستم ارتينگ مخازن

1-16-اجراي پلهاي خيابان هاي سايت مخازن

1-17-اجراي ساپورتهاي بتني زير لوله فرآورده

بخش دوم مكانيكال

2-1-تهيه و ساخت ورقهاي Annual  مطابق نقشه هاي اجرايي(شامل برش و مونتاژ و جوشكاري )

2-2-تهيه و ساخت ورقهاي Bottom Plate  (شامل برش و مونتاژ و جوشكاري )

2-3-نصب ميز موقت (جهت شروع و ساخت سقف مخازن)

2-4-گونيا كردن ورقهاي Shell

2-5-نورد ورقهاي Shell

2-6-تست و كيوم كف مخازن پس از پايان جوشكاري ورقهاي Bottom Plate  

2-7-ساخت و نصب ورقهاي   Lower Deck  

2-8-جوشكاري ورقهاي Lover Deck

2-9-عمليات مونتاژ ورقهاي Rim , Compartment  ,  و استراكچر Truss

2-10-مونتاژ كورس اول

2-11-استفاده از Erection Tools   جهت نصب كورسها و مهار آنها

2-12-مونتاژ كورس دوم

2-13-مونتاژ كورس سوم و بالاتر

2-14-استفاده از مهار بندهاي نگهدارنده Shell

2-15-شروع جوشكاري درزهاي عمودي از بيرون با تعداد جوشكار مناسب مطابق با دستور العمل جوشكاري و با رعايت Welding Sequence

2-16-شروع جوشكاري درزهاي  عمودي از داخل با تعداد جوشكاران مناسب مطابق با دستورالعمل جوشكاري و با رعايت Welding Sequence  

2-17-شروع جوشكاري درزهاي افقي از بيرون با تعداد جوشكاران مناسب مطابق دستور العمل جوشكاري و با رعايت Welding Sequence  

2-18-شروع جوشكاري درزهاي افقي از داخل با تعداد جوشكاران مناسب مطابق دستورالعمل و با رعايت Welding Sequence  

2-19-آزمايش راديوگرافي  مطابق استاندارد API 650  

2-20-آزمايشات مايعات نافذ  PT بر روي محلهاي تعميري فقط جهت كنترل عيوبي كه به سطح راه دارند.

2-21-تست كنترل گردي مخازنRoundness

2-22-شروع و نصب و ساخت ورقهاي Upper Deck  

2-23-جوشكاري ورقهاي Upper Deck  به Truss  و Compartment

2-24-انجام آزمايشات گازوئيل بر روي جوشهاي گوشه Truss و Compartment    

2-25-انجام آزمايش و كيوم بر روي سطح Upper Deck  

2-26- تست كنترل شاقولي Plumbness

2-27- تست كنترل Peaking

2-28- تست كنترل Banding

2-29-بازرسي چشمي VT  

2-30-تكميل كليه جوشكاري هاي سقف و برش محلهاي Manhole در  Pan ton , Roof  

2-31-تهيه و ساخت Roof drain

2-32-تهيه و ساخت Rim Vent  

2-33-تهيه و ساخت Emergency  Roof drain

2-34-نصب سيستم Sealing

2-35-نصب و ساخت و جوشكاري  SUMP

2-36-نصب و ساخت و جوشكاري Top angle

2-37- نصب و ساخت و جوشكاري Wind Girder

2-38- نصب و ساخت و جوشكاريDip& Guide pole  

2-39- نصب و ساخت و جوشكاري  پايه هاي سقف به همراه ورقهاي تقويتي كف و سقف

2-40- نصب و ساخت و جوشكاريTop platform

2-41- نصب و ساخت و جوشكاريRolling Ladder

2-42- نصب و ساخت و جوشكاري

2-43-شروع آبگيري مخازن

2-44-آزمايش Levelness

2-45-آزمايش هيدروتست مخازن

2-46-شروع تميز كاري و رنگ آميزي& Painting ) Sand Blast   (مخازن

2-47-اجراي خط لوله هاي هيدرانت

2-48-اجراي لوله هاي سوخت فرآورده  مخازن

2-49-شن ريزي كف محوطه مخازن

2-50-كابل كشي

2-51-نصب روشنايي

2-52-نصب ابزار دقيق

2-53-پيش راه اندازي مخازن

2-54- راه اندازي و بهره برداري مخازن

+ نوشته شده توسط امیدرضا خدابنده در یکشنبه شانزدهم آبان 1389 و ساعت 11:10 |

ASME Stamps

 

Power Boilers - Section I

tubeSPower Boilers
pipeAPower Boiler Assemblies
welderEElectric Boilers
filler materialMMiniature Boilers
pressure testPPPressure Piping
burst testV**Power Boiler Safety Valves

Heating Boilers - Section IV

h stampH*Cast Iron Heating Boilers
editionHHeating Boilers, other
addendaHLWLined Potable Water Heaters
appendixHV**Heating Boilers Safety Valves

Pressure Vessels - Section VIII Division 1

interpretationUPressure Vessels
flangeUM*Miniature Vessels
loose flangeUV**Pressure Vessels Safety Valves
openingUD**Pressure Vessels Rupture Discs

Pressure Vessels - Section VIII Division 2

manholeU2Alternative Rules for Pressure Vessels

Pressure Vessels - Section VIII Division 3

asme codeU3High Pressure Vessels
inspection openingUV3**Safety Valves for High Pressure Vessels

Reinforced Plastic Vessels - Section X

u-stampRPFiber-Reinforced Plastic Pressure Vessels

Transport Tanks - Section XII

t stampTTransport Tanks
tv stampTVTranport Tanks Safety Valves
td stampTD**Transport Tanks Pressure Relief Devices

Nuclear Stamps

n stampNNuclear Components
npt stampNPTNuclear Partials
na stampNANuclear Installation and Shop Assembly
nv stampNVNuclear Safety and Safety Relief Valves
n3 stampN3Storage and Transport Containment of  Nuclear Fuel

Nuclear Certificates of Accreditation

 NSNuclear Supports
 QSCMaterial Organization

National Board Inspection Code

 RRepair and Alteration
 VRRepair of Safety Valves


  Components not subject to Authorized Inspection, annual audit by the AIA** Components not subject to Authorized Inspection, triennial audit by ASME

+ نوشته شده توسط امیدرضا خدابنده در سه شنبه بیست و پنجم خرداد 1389 و ساعت 9:51 |

The purpose of preheat:-

  1. Reduce the risk of hydrogen cracking
  2. Reduce the hardness of the weld heat affected zone
  3. Reduce shrinkage stresses during cooling and improve the distribution of residual stresses.

If preheat is locally applied it must extend to at least 75mm from the weld location and be preferably measured on the opposite face to the one being welded.


Background To Preheating

When hydrogen diffusing from a solidified weld meets a hard microstructure under a tensile stress a crack is likely!

Hydrogen cracking normally occurs in the heat affected zone where hard microstructure is to be found,  occasionally it can occur in weld metal.
 

Hydrogen
This is a very searching gas that can be liberated by oil,  grease, rust etc. and water under the right conditions.

The greatest risk comes from hydrogen generated within the  arc from damp or contaminated welding consumables, mainly fluxes or electrode  coatings.

Contamination on the parent metal can also be a risk unless  the heat from the welding arc can drive it away.  Moisture from condensation on the parent  metal will normally be driven off by the heat from the arc before it can get into the weld pool. 

Hydrogen in the atmosphere is unlikely to penetrate the arc envelope unless welding is carried out in very damp and humid conditions.

A hydrogen crack can take anything from a few hours to 24 hours to occur. After 24 hours cracking is still possible but less likely, although there have been some reported cases of  cracking at 72 hours. It is therefore good practice to allow at least 48 hours before carrying out any NDE.

Hydrogen will eventually disperse from the parent metal,  within a few days at room temperature or a few hours if held at around 200°C.

Hydrogen cracking is only possible at room temperature, this is why it is also referred to as cold cracking
 

Parent Metal
A hydrogen crack requires a hard microstructure which is  created by a hardenable material subject to fast cooling  from 800°C to 500°C.  Cooling can be slowed down by:-

  • applying preheat, 
  • maintaining a high  interpass temperature,
  • increasing welding power and reducing travel speed.

The heat sink caused by the parent metal thickness and the  number of available paths the heat can take to escape, also influence cooling  rate.  (However once the heat sink  reaches a certain size further increases have a negligible effect on cooling  rate.).  This is why when determining preheat the term combined thickness is used, for a butt weld it is twice the thickness of the parent material and for a T fillet weld three times the thickness.

The hardening of a carbon manganese steel/low alloy  steel is influenced primarily by carbon content and to a lesser extent other  constituents such as manganese, chrome, silicone etc. 

The Carbon Equivalent is a formula used to express the harden-ability of a particular alloy steel in terms of an equivalent plain carbon steel.  Several such formula  exist, the one favoured for low alloy steel is the IIW formula:

CEIIW = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni +  Cu)/15

Current steel specification do not restrict or limit the Carbon Equivalent and as most steel specs permit a wide range of composition it is possible that one batch of steel may require pre-heat and another may not.

Very low sulphur ( < 0.015%) will increase hardening and special precautions are required when determining the minimum preheat level.  Additions of niobium also require special consideration.

For welds subject to high restraint more preheat is advisable (suggest, Increase CE by 0.3 or go down one hydrogen scale).


References.

EN1011 Part 2   (English version available from British Standards)
This standard is highly recommended as it gives details on this preheat method and also includes methods covering fine grain and creep resisting steels. It also includes practical guidance on the avoidance of other cracking mechanisms.  Much of the data contained in this standard comes from TWI research tempered by practical experience from industry.  (It replaces BS5135)

Welding Steels Without Hydrogen Cracking. http://www.woodhead-publishing.com/ 
This book  is based on the original research work carried out by TWI.  It covers the avoidance of hydrogen cracking and preheat in great detail.  The preheat graphs tend to require a higher preheat than the equivalent ones in EN1011.

The Welding of Structural Steels Without Preheat    The Welding Journal  April 2000
A very informative article covering recent TWI research into welding low hardenability steels without preheat.  The article won the Lincoln arc welding foundation gold award. 

Preheat calculator          Lincoln arc welding foundation
A simple to use and inexpensive calculator.  It is based on practical experience and tends to be very conservative when compared with the TWI method.
 


Got To The Pre-Heat Calculator

More information on Preheat from the Lincoln Arc Foundation


 

+ نوشته شده توسط امیدرضا خدابنده در سه شنبه بیست و پنجم خرداد 1389 و ساعت 9:46 |
تنگستن
تنگستن كاربرد زيادي در توليد فولادهاي ابزار داشته و اخيرا در توليد فولادهاي پرآلياژي مقاوم در برابر حرارت نيز استفاده مي شوند. تنگستن بسيار سنگين بوده و وزن اتمي آن 184 و نقطه ذوب 3410 C دارد.ساختار كريستالي آن bcc است و در فولاد فريت زا و كاربيد زاي بسيار قوي است. سختي پذيري را افزايش مي دهد و كاربيدهاي مقاوم در برابر سايش ايجاد كرده و بالاخص از افت سختي در دماهاي بالا كه امري رايج در نوك ابزار است جلوگيري مي كند. در الكترودهاي جوشكاري نيز تنگستن اضافه مي شود تا سطح مقاوم در برابر سايش ايجاد نمايد

مقادیر کمی از تنگستن سختی پذیری آستنیت را شدیدا افزایش داده و از طریق تشکیل محلول جامد فریت را تا حد متوسطی افزایش می دهد.

تمایل تنگستن به ترکیب با کربن بسیار زیاد بوده و کاربید آن خیلی سخت و مقاوم به سایش است. فولادهای تنگستن دار با سختی ثانویه در برابر تمپر مقاوم بوده و از اینرو مقاومت به سایشی را ارتقا ء داده ودر دماهای بالا دارای استحکام زیادی خواهند بود.

در فولادها، تنگستن کاربیدهای کمپلکس Fe4W3C یا Fe4W2C تشکیل می دهد و در برخی مواقع ، این کاربید ها به کاربیدهای ساده WC تجزیه می شوند.انحلال کاربیدهای تنگستن در آستنیت بسیار کشکل بوده و برای رسیدن به تعادل در فولادهای تنگستن به زمان آستنیته کردن بیشتری نیاز است.این انحلال کم کاربیدها مربوط به اندازه دانه کوچک فولادهای تنگستن دار بوده که متاثر از اثر محدود کنندگی رشد دانه توسط کاربید های حل نشده است.

تنگستن همانند فریت زاهای دیگر ، دمای یوتکتوئید را افزایش داده و درصد کربن یوتکتوئید را می کاهد و در نتیجه مقدار کاربید آزاد فولاد را در همان درصد کربن مشابه افزایش می دهد . این افزایش درصد کاربید آزاد سبب افزایش مقاومت سایش فولادهای تنگستن دار می شود.

تنگستن سختی و استحکام کششی فولادهای کربنی ساده و پر کربن را افزایش می دهد ولی بندرت به تنهایی در فولادها استفاده می شوند چراکه می توان با کمک از عناصر آلیاژی ارزان دیگر برای رسیدن به خواص مورد نظر استفاده کرد.

در دماهای کوئنچ کم که اندازه دانه کم بدست می آید، فولادهای تنگستن در مقایسه با فولادهای کربنی ساده از سختی پذیری کمی با درصد کربن مشابه برخوردار خواهند بود ولی با افزایش درصد زمان و دمای آستنیته کردن بدلیل انحلال زیاد کاربید ها ، سختی پذیری آنها در مقایسه با فولادهای ساده کربنی افزایش می یابد.

در تولید فولادهای ابزار بالاخص فولادهای ابزار تند بر ، یکی از عناصر اصلی تنگستن است.تنگستن در فولادهای تند بر زمینه ای ایجاد می کند که در حین تمپر نرم نمی شود و کاربیدها بسیار سخت و مقاوم به سایش می باشند.این مقاومت به تمپر زمینه سبب شده که استحکام در دمای بالا و چقرمگی در سختی معین خوبی داشته باشد.این فاکتور مهمی است چرا که توانایی برش و تغییر شکل ابزار تندبر و قالب کار گرم بستگی به سختی و استحکام در دمای کاری سطوح دارد.تنش های داخلی که در حین کوئنچ فولادهای تنگستن دار ایجاد می شود ، در دماهای بالا آزاد می شوند. این نوع آزاد شدن تنش بدون کاهش سختی بوده فلذا قطعه می تواند تنش های کاری را تحمل کند.در بیشتر عملیات های برش کاری از فولادهای تند بر استفاده می شود.یکی از این فولادها دارای ترکیب 18%W,4%Cr,1% V,0.7% C می باشد.افزایش درصد تنگستن بیشتر از این مقدار سبب زیاد شدن مقاومت سایشی شده ولی چقرمگی را می کاهد. در درصدهای کمتر از 18% ، مقاومت سایشی کاهش یافته و حساسیت به رشد دانه در دماهای کوئنچ بالا را می افزاید.

خواص برشکاری خوب با افزایش همزمان درصد کربن و وانادیم این نوع فولادها بدست می آید.به عنوان مثال فولاد با 1.2% C,14%W,4%Cr,4.5%V بهتر از فولاد 18-4-1 برای مته ها می باشد.

در برخی ز فولادهای تند بر می توان بجای دو قسمت تنگستن از یک قسمت مولیبدن استفاده کرد.با این حال خواص برشکاری این فولاد کاهش می یابد. فولاد 6%W,6%Mo, در مقایسه با فولاد های تنگستنی معمولی براحتی دکربوریزه می شود.فولاد جایگزین دیگر 6%W,5%Mo,4%Cr,2%V بوده که برای بهینه کردن خواص برش این فولاد ، درصد کربن را زیاد کرده اند.ترکیب این فولاد 1.2%C,6%W,4%Cr,4.5%Mo,4%V است.

نوع دیگر از فولاد ابزار تنگستن که در قالبهای گرم کار استفاده می شود، 10%W,3%Cr,0.30%V,0.30%C است.تنگستن موجود در ترکیب فولاد ، مقاومت به تمپر را افزوده و حتی در دماهای بالا تر از دمای تمپر معمول ، افت سختی قابل ملاحظه نخواهد بود.

با اضافه کردن 5% کبالت به فولاد تنگستن ، فولاد بسیار تند بر بدست می آید که باز می توان از دماهای آبکاری بالا استفاده کرد. در نتیجه کاربیدهای تنگستن زیادی حل شده و سختی پذیری بالایی حاصل می شود.

فولاد ابزار حاوی 5%W,1.3% C بسیار سختی بوده وتیزی لبه برش را حفظ می کند. این فولاد در ابزار برش ، برشکاری مواد سخت و برای قالبهای کشش استفاده می شود.

جنس فولاد اسکنه از فولاد با 1.0-2.5 % W بوده که اندازه دانه را اصلاح کرده و مقاومت سایش را بهبود می بخشد.

چگالی فولادهای کربنی با افزودن تنگستن زیاد شده و فولادهای تنگستن پایداری مغناطیسی بیشتری از خود در مقایسه با فولادهای کربنی ساده نشان می دهند.فولاد پر کربن با تنگستن 6% در شرایط سخت شده در مغناطیس های دایمی استفاده می شود.تنگستن بدلیل نگهداری آستنیت در حین کوئنچ ، باعث تشکیل ذرات مغناطیس با توزیع بحرانی می شود.نوعی از این فولاد مغناطیس تنگستن دار ترکیب 6%W,0.6%Cr,0.7%C دارد.

تنگستن در صنایع مواد سخت بصورت کاربید تنگستن استفاده می شود که یکی از اجزای اصلی در ابزارهای برش کاربیدی سینتر شده است.بدلیل تولید مشکل این کاربیدها، کاربیدهای سینتر شده بندرت در مقاطع بزرگتر از 2 اینچ مربع تولید می شوند.تیغه های کاربیدی یا بطور مکانیکی یا با لحیم کاری به فولاد ابزار کربنی متوسط یا چدنی متصل شده و ابزار برش را تشکیل می دهند.تیغه های کاربید تنگستن در ابزار های برش دستگاه تراش، مته ها و برقو ها بکار می روند.هم چنین در گشش سیم از قالبهای کاربید تنگستن بسیار سخت استفاده می شود.

اگر به ترکیب فولاد زنگ نزن 18/8 تنکستن اضافه شود به علت ماهیت کاربید زایی قوی آن ، سعی دارد از خوردگی بین دانه ای یا فاسد شدن جوش جلوگیری کند.تنگستن به فولادهای مقاوم به حرارت و نیکل-کروم اضافه می شود تا استحکام در دماهای بالا را افزایش دهد.یکی از این فولادها شامل 23%Cr,12%Ni,3% W است.

تنگستن بندرت به چدن اضافه می شود با این وجود معمولا درصدی در قراضه هایی از جنس فولادهای تند بر در ترکیب دیده می شود
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
گوگرد
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
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.
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
کروم فلز سخت و درخشان با قابلیت پولیش بالا است و بی بو بدون مزه است.این فلز با ترکیب با اکسیژن و تشکیل فیلم اکسید بر روی سطح فولاد،از اکسیداسیون سطوح زیرین جلوگیری می کند.
در بیست وششم جولای 1761،یوهان گوتلب لمان(Johann Gottlob Lehmann) در کوهستان های اورال ماده معدنی نارنجی رنگی را پیدا کرد که وی آن را سرب قرمز سیبریه ای (Sibrain red lead) نام نهاد.با وجوداینکه این ماده با ترکیب سرب با سلنیم به اشتباه گرفته شد،ولی در واقع اینترکیب کرومات سرب با فرمول PbCrO4 بود که اکنون به نام کروکویت معدنی (Crocoite) شناخته می شود.
در سال 1770، پیتر سیمون پالاس(Peter Simon Pallas) در همان محلی که لمان به کاوش پرداخته بود،ماده معدنی سرب مانند به رنگ قرمز را یافت که خواص عالی در ساخت رنگدانه های رنگ از خود نشان میداد.استفاده از سرب قرمز سیبریان به عنوان رنگدانه گسترش فراوانی یافت.رنگ زردروشن که از کروکویت ساخته می شد،به صورت رنگ مدل نیز شناخته شد.
در سال 1797، لویس نیکلاس ون کولین(Louis Nicolas Vauquelin) نمونه های از سنگ معدنی کروکویت بدست آورد.وی توانست که از طریق مخلوط کردن کروکویت با اسید هیدروکلریک ،اکسید کروم با فرمول CrO3 را تولید کند.در سال 1798،ون کولین کشف کرد که با حرارت دادن این اکسید در کوره زغالی می توان کروم فلزی را تولید نمود.
در طی سال 1800، کروم یکی از عناصر اصلی رنگ ها را تشکیل می داد و در نمک های چرم سازی استفاده می شد ولی کاربرد اصلی آن در تولید آلیاژها بودکه 85 درصد کاربرد آن را به خود اختصاص می داد.
کروم سه ظرفیتی (Cr(III),Cr3+) به مقدار کم در متابولیسم شکر در انسان نیاز است و فقدان آن ممکن است سبب بیماری به نام فقدان کروم شود.برخلاف آن،کروم شش ظرفیتی بسیار سمی است.اخیرا دیده شده است که مکمل های غذایی پیکولینات کروم باعث آسیب های کروموزمی در انسان می شود که از اینرو در ایالات متحده ،رژیم غذایی روزانه برای تامین کروم از مقدار 200-50 میکروگرم برای بزرگسالان تا 35 میکروگرم(برای بزرگسالان مرد) و 25 میکروگرم (برای بزرگسالان زن) کاهش داده شده است.

كروم عنصر اصلي در فولادهاي زنگ نزن است.علل اصلي در افزودن كروم به تركيب فولاد را مي توان در عوامل زير دانست:
· افزايش سختي پذيري فولاد
· حفظ استحكام و سختي فولاد در دماهاي بالا و شرايط كاري
· افزايش مقاومت خوردگي در محيط هاي اكسيد كننده
وزن اتمي كروم 52 بوده و نقطه ذوب آن 1875 C است. و در هر دو حالت مايع و جامد بهر نسبتي در آهن حل مي شود.در بررسي رفتار كروم به عنوان عنصر آلياژي سه عامل زير را بايد در نظر گرفت:
· كروم تمايل زيادي به تركيب با كربن دارد و لذا ذرات كاربيدي همان كاربيدهاي كمپلكس آهن-كروم هستد.
· كروم با اكسیژن تركيب شده و تركيب ديرگداز غيرفلزي اكسيد كروم تشكيل مي دهد كه نقش فيلم سطحي محافظ در سطح فولاد را بازي مي كند.
· كروم فريت زاي بسيار قوي است.
در حدود 13% كروم در تركيب فولاد باعث محدود شدن فاز آستنيت در ريزساختار مي شود. با افزايش درصد كروم، مقاومت خوردگي فولاد زياد مي شود. وهم چنين در دماهاي بالا مقاومت به اكسيداسيون آنها زياد خواهد شد.
حضور كروم باعث مي شود دماغه هاي نمودار TTT به سمت راست تغيير مكان دهند و سختي پذيري افزايش يابد. با اين وجود با افزايش درصد كروم جوشكاري آنها مشكل خواهد شد.به ازاي افزايش يك درصدي كروم در تركيب فولاد استحكام كششي فولاد از 80 تا 100Mpa افزايش مي يابد.
کروم مقاومت خوردگی و استحکام فریت را شدیدا افزوده ولی تاثیر متوسطی بر سخت گردانی فاز آستنیت دارد.در فولادهای پرکربن ، مقاومت به سایش را افزایش میدهد.
افزودن کروم به آهن خالص گستره پایداری فاز گاما را محدود کرده و در درصدهای 13 % پایداری فاز فریت دلتا را تا دمای اتاق افزایش می دهد.افزودن بیش از 30 % کروم به ترکیب، فاز بین فلزی سیگما FeCr را تشکیل می دهد.لازم است یادآوری شود که حضور عناصر دیگر بر تشکیل فاز سیگما تاثیر دارند بطوریکه با توجه به ترکیب شیمیایی فولاد می تواند در درصد های پایین کروم نیز تشکیل شود.به عنوان مثال ، فولاد زنگ نزن 18/8 که عناصر کاربید زایی مثل 3 % مولیبدن و 1 % تیتانیوم دارد، با عملیات حرارتی در دمای 850 C فاز سیگما در ساختار ظاهر می شود.علاوه بر آن، در درصدهای کروم کمتر از 20 % و در حضور عنصر کبالت در مقادیر 7-10 % چنین تردی ناشی از حضور فاز سیگما مشهود است.
وجود کروم در ترکیب آلیاژهای آهن – کربن بالاخص در درصدهای کربن زیاد تشکیل کاربیدها را می افزاید.در سیستم آلیاژی آهن-کربن-کروم چهار نوع کاربید کمپلکس اصلی وجود دارند: سمنتیت رومبیک (FeCr)3C در درصدهای کروم تا 15 % ،کاربید کروم تریگونال (CrFe)7C3 در درصدهای آهن 55 % ،کاربید کروم کوبیک(CrFe)4C که در آن کروم تا 24 % جایگزین آهن می شود و کاربید کروم اورتورومبیک (CrFe)2C3 که درصد کمی از آهن را داراست ولی فقط در فولادهایی یافت می شود که تقریبا 9 % کربن داشته باشند.کروم اضافی از مقدار لازم برای تشکیل کاربید وارد محلول جامد می شود.
برخلاف کبالت، درصدی از کروم که در محلول جامد وجود دارد، تاثیر کمی بر قابلیت سخت گردانی در مقایسه با سایر عناصر آلیاژی دارد.کرومی که در محلول جامد است ، زمان استحاله ایزوترمال آستنیت در فولاد های با 0.3 % کربن و بیشتر از 2 % کروم را زیادتر می کند.و در سرعتهای سردکردن عادی پرلیتی در ساختار تشکیل نمی شود.ولی اگربتوان شرایط را طوری فراهم آورد که با نرخ سرد کردن عادی از استحاله مارتنزیتی جلوگیری شود ، در ریزساختار بینیت ریز تشکیل خواهد شد.
افزودن کروم به فولاد درصد کربن پرلیت یوتکتوئید را کاسته و دمای استحاله آستنیت را می افزاید. در فولاد 12 % کروم و0.35 % کربن، استحاله یوتکتوئید در 0.35 % کربن و دمای یوتکتوئید 800 C رخ می دهد.
فولادی با 0.25 تا 0.45 درصد کربن و1.5 درصد کروم استحکام کششی و داکتیلیتی خوبی داشته ولی باید در برابر رشد دانه و تردی احتیاط های لازم را بعمل آورد.بعد از کوئنچ، این فولاد در برابر برگشت مقاومت خوبی از خود نشان می دهد فولاد با 1 درصد کروم مقاومت خوبی در برابر خوردگی اتمسفری عادی از خود نشان می دهد. وجود 0.5 درصد مولیبدن استحکامهای کششی را تضمین می کند.
قطعات فورج تحت کشش بالا و بزرگ از فولادهای کروم دار 3 تا 3.5 درصد کروم همراه با 0.5 درصد مولیبدن تولید می شوند که استحکام بالای آنها ناشی از ریزساختار بینیتی است که در حین سرد کردن آرام تشکیل شده است.
افزایش درصد کروم تا 5-6 % همراه با درصد کمی از مولیبدن یا نیوبیوم مقاومت خوردگی نسبتا خوب همراه با مقاومت خوب به خزش در دماهای نسبتا بالا را در پی دارد. این چنین فولادهایی در صنایع پالایش نفت کاربرد پیدا کردند. سایر فولاد های کم کربن که در این حوزه کاری استفاده می شوند دارای درصد کم کروم0.5-2.5 % همراه با درصد کمی از مولیبدن هستند.البته مقاومت خوبی در برابر خزش در دماهای متوسط دارند و درصورتیکه درصد کربنشان از 0.3 فراتر نرود، قابلیت جوشکاری خوبی نیز خواهند داشت.
عنصر اصلی در فولادهای آلیاژی کم کروم نیکل است. این نوع فولادها دارای 1% کروم و 1.5-4.5 % نیکل هستند.فولادهای با نیکل پایین و کربن 0.3 % در روغن سرد می شوند ولی کوئتچ فولادهای با 1.2 % Cr و 4 % Ni در هوا حتی در مقاطع بزرگ سختی بالایی را در پی دارد.در شرایط کوئنچ و تمپر،فولادهای نیکل-کروم استحکام خوبی داشته وبرای تولید مقاطع بزرگ مناسب هستند.برای کاهش حساسیت به تردی تمپر به ترکیب این فولادها مولیبدن اضافه می شود.
فولادهای نیکل – کروم و نیکل – کروم-مولیبدن برای کاربردهایی استفاده می شوند که نیاز به سختی سطحی باشد.بخاطر تمایل زیاد کروم با تشکیل کاربید ،سختی لایه سطحی را افزایش می دهد.فولادهای کربنی ساده برای کاربردهای سختی سطحی شونده Case Hardening مناسب نیستند چرا که با وجود سخت بودن سطح،ترد بوده و تمایل به جدا شدن Spall دارد.
بیشترین سختی در سطح را می توان در فولادهای نیتریده شونده حاوی کروم بدست آورد.کروم تمایل قوی به ترکیب با نیتروژن دارد.ازمشهورترین فولادهای این نوع،می توان به فولادهای نیتروآلوی با 1.5 % Cr و 1% Al اشاره کرد.فولاد با کاربرد زیاد در این سری ،فولاد حاوی 3% Cr و 0.5 % Mo می باشد.
کروم مقاومت به سایش فولادهای کربنی ساده را افزایش می دهد. موادی که دارای کروم هستند در صورتیکه صحیح آبکاری شوند(1%C,1.5 % Cr)دارای سختی سطحی بالا، اندازه دانه ریز و مقاومت سایشی بالایی خواهند داشت. این مواد را می توان قبل از آبکاری برای سهولت در ماشینکاری نرم کرد.فولادهای مشابه که در آب کوئنج می شوند، دارای سختی سطحی بسیار بالا و مرکز نرم خواهند بود.
مقادیر مشخصی از کروم در فولادهای قالب گرم موجود است و در فولادهای خاصی که برای این منظور استفــاده می شود، دارای 2 % C و 12 % Cr هستند. در این فولادها، کاربیدهای آزاد دیده می شوند که مقاومت سایشی را بالا می برند.این فولادها در حین حرارت دهی در محدوده 500-600 C سختی ثانویه از خود نشان می دهند.کیفیت بالای این نوع فولاد مربوط به حفظ شکل و پروفیل قالب است که مربوط به مقاومت عالی کاربید های کروم در برابر دکربوریزاسیون می شود.
فولاد های تندبر که حاوی تنگستن و مولیبدن با 1% V یا انواع پرکربن و پروانادیم هســـتند دارای درصـــــــــــدی از کروم (3.5-5.5 %)بوده تا کاربیدها در ریزساختار پایدار باشند.
کروم عنصری است که مصرف بیشتری در تولید فولادهای زنگ نزن دارد.در کل فولادهای زنگ نزن به سه دسته مارتنزیتی،آستنیتی و فریتی گروه بندی می شوند.اولین گروهیکه از این فولادها تولید شده ند ، فولادهای مارتنزیتی با 13 % کروم و 0.3 % کربن بودند.کروم عامل اصلی در افزایش مقاومت خوردگی این فولادها بوده و کربن یوتکتوئید را می کاهد. در شرایط آبکاری و برگشت،فولادهای با 13 % Cr دارای سختی 530 HB خواهند بود.جوشکاری این فولادها باعث تردی آنها شده و نیاز به عملیات حرارتی بعدی خواهند داشت.قابلیت فورج پذیری در محدوده دمایی 1100-900 C خوب بوده بعد از آنیل در دمـای 750 C قابلیت ماشینکاری خواهد داشت.هرچند که خواص پرسکاری سرد آنها ضعیف است.
در فولاد مشابه با 13 % Cr و تنها با کربن 0.1 % ،سختی پذیری کمتر بوده و در شرایط آبکاری در روغن و بعد از تمپر کامل، سختی 150 HB خواهد داشت.این نوع فولادهای زنگ نزن در تیغه های توربین استفاده می شوند.با عملیات حرارتی این نوع فولادها برای جلوگیری از تردی ، می توان جوشکاری را انجام داد.فورج پذیری آنها بصورت گرم بوده ولی خواص پرسکاری سردآنها کم است.
با افزایش درصد کروم ،مقاومت خوردگی فولادهای مارتنزیتی بیشتر می شود اما در درصدهای 17 % Cr و کربن 0.07 درصد ،بدلیل اینکه کروم فریت زاست، سختی پذیری کمتری خواهند داشت.این نوع فولادها در گروه فولادهای فریتی قرار می گیرند.علیرغم اینکه جوشکاری وخواص پرسکاری سرد آنها خوب است، اما جوشکاری آنها را ترد می کند.افزودن 2.5 درصد نیکل بهمراه افزایش درصد کربن تا 0.15 درصد ، باعث افزایش سختی پذیری فولاد بدلیل پایداری بیشتر آستنیت می شود. این نوع فولادها کاربرد وسیعی بعنوان شیر در صنایع شیمیایی دارند.
فولاد با درصد کربن 0.1 % ویا کمتر و کروم بالای 20 % فریتی بوده ولذا قابلیت سختی پذیری ندارند.درصد کروم بالا باعث مقاوم شدن فولاد در برابر اسیدهای اکسید کننده و اسید نیتریک می شود وخاصیت مهم دیگر که در حضور کروم بالا می توان بدان دست یافت ، مقاومت خوب در برابر اکسیداسیون و کنده شدن سطحی در دماهای بالا می باشد.
برای کار در دماهای بالا، فولادهای با 20-27% کروم مناسب هستند. فولاد با 27 % Cr را می توان در 1000 C نیز استفاده کرد. اگر چه در این دما خواص مکانیکی این فولادها پایین است. این نوع فولاد در اتمسفرهای گوگرد دار نیز قابل استفاده هستند.
افزودن نیکل به ترکیب فولادهای کروم بالا باعث افزایش مقاومت خوردگی ، مقاومت اکسیداسیون وپوسته برداری در دماهای بالا می شود.فولاد کم کربن با 18% Cr-8% Ni در حین سرد کردن تا دمای زیر دمای اتاق کاملا آستنیتی بوده و لذا با کوئنچ نمی توان سخت کاری روی آنها انجام داد. تنها راه افزایش استحکام این نوع فولادها انجام کار سرد است.نرمترین حالت این فولادها وقتی است که در دمای 1050-1100 C عملیات حرارتی شوند.مقاومت خوردگی در اسیدهای غیراکسیدی مثل اسید سولفریک ،اسید هیدروکلریک زیاد بوده و با افزودن 3% Mo بالاخص همراه درصدی از مس مشابه ، مقاومت خوردگی را نیز افزایش می دهد.
اعتقاد بر اینست که علت اصلی محافظ بودن فولادهای زنگ نزن، وجود فیلم اکسیدی بسیار نازک در سطح فولاد است که این فیلم در اولین تماس فولاد با محیط تشکیل می شود.این فیلم بقدری نازک است که اصلا دیده نمی شود.و در آب و بسیاری از محیط ها قابل حل نمی باشد.
با حرارت دادن فولاد 18/8 در محدوده دمایی 650-850 C مقاومت به شیمیایی در مرز دانه شدیدا کاهش می یابد.این چنین حالتی در مناطق HAZ بسیار خطرناک است و ناشی از خالی شدن مناطق مجاور مرزدانه از کروم است.که در این دما کاربید کروم رسوب می کند.وقتی کربن 0.04-0.05 % باشد این افت مقاومت خوردگی زیاد خواهد بود.برای حذف و یا کمتر کردن این حالت ، بهتر است درصد کربن حداکثر 0.03 % باشد بطوریکه کاربید کمتری تشکیل شود یا عنصری اضافه کنیم که تمایل به ترکیب آن با کربن نسبت به کروم بسیار بیشتر باشد تا کاربید کروم تشکیل نشود و کروم در محلول جامد باقی بماند.
فولاد آستنیتی کروم-نیکل در دماهای بالا استحکام خوبی داردولی با این وجود برای بهتر کردن کارآیی آن عناصر دیگر اضافه شود.به عنوان مثال ،فولاد 18 % Cr و 12 % Ni همراه با نیوبیوم دردماهای بین 600-650 C مقاومت خزشی خوبی دارد.برای کاربردهای کمی بالاتر از این دما ، افزودن عناصری چون کبالت، تنگستن و مولیبدن لازم است. ولی اگر محـــــــــدوده دمایی 750-800 C باشد،مواد پایه کبالتی و یا نیکلی گزینه بهتری خواهند بود.
درصدهای بالای کروم و نیکل باعث افزایش مقاومت اکسیداسیون در دماهای بالا می شود.در برخی کاربردها که نیاز به این است که مقاومت پوسته برداری خوبی نیز داشته باشیم،درصد سیلیس بالا بهمراه مولیبدن انتخاب می شود.یک ترکیب نمونه از این نوع فولاد 19% Cr,8% Ni, 3% W, 2 % Si می باشد.اگر هدف این باشد که مقاومت حرارتی استثنایی داشته باشیم، آلیاژهای پایه نیکلی مثل Nichrome با ترکیب 65 % Ni,15 % Cr ,20 % Fe و یا آلیاژ نیکل – کروم 80/20 استفاده می شود.
در سالهای اخیر نوعی از فولادها آستنیتی معرفی شده اند که توسط فرآیند رسوب سختی کنترل می شوند.این فولادها هنگام سرد کردن از دمای بالای آستنیتی بوده و با عملیات در دمای زیر صفر و یا تمپر در دمای 750 C آستنیت به مارتنزیت دگرگون می یابد.پیرسازی بعدی در دمای 450-600 C افزایش زیاد در خواص مکانیکی همراه با مقاومت خوردگی خوب در پی دارد.مثالی از این نوع فولادها 16 % Cr, 5% Ni , 2% Cu, 2 % Mo می باشد. مس و مولیبدن در بهبود مقاومت خوردگی سهیم هستند . مس مکانسیم رسوب سختی را بهبود می بخشد.
کروم کاربید ساز قوی بوده و در ترکیب چدنها تشکیل کاربیدهایی می دهد که خیلی پایدارتر از کاربید آهن هستند. اگر درصد کمی از کروم در فولاد باشد، تشکیل سمنتیت پرویوتکتوئید و پرلیت در هنگام سرد کردن آرام و عملیات حرارتی کند می شود.حداکثر کروم در چدنهای چکش خوار 0.03 % می باشد.
در هر دو نوع چدنهای معمولی و آلیاژی ، درصدهای 0.5-1.0 % کروم برای بهبود خواص مکانیکی بکار می رود.این درصد کروم با حذف فریت آزاد در ریزساختار باعث پایداری پرلیت می شود. در نتیجه استحکام و سختی افزایش می یابد.چدنهای با کروم بالا پایداری عالی دردماهای بالا دارند و برای کاربردهای دمای بالا معمولا دو گروه از چدنــــها بیشتر استفاده می شوند: چدنهای 17 % Cr و چدنهای 30 % Cr و بالاتر. هر دونوع از چدنها مقاومت حرارتی خوبی دارند اما دومی دارای مقاومت خوردگی بالاتری است.
کروم در بسیاری از چدنهای آلیاژی وجود دارد.وجود کروم در چدن نایهارد باعث تبدیل این چدن به چدن سفید می شود.در چدنهای Niresist و Nicrosil تقریبا 1.5 درصد کروم می باشند تا خاصیت مقاومت خوردگی و پوسته برداری ارتقاء یابد و زمینه آستنیتی تشکیل شود. با این وجود بدلیل اینکه وجود مقادیر زیاد کاربید چندان مطلوب نمی باشد، مقدار کروم در این چدنها محدود می شود.
نیکل فلز سفید نقره ای رنگی است که پرداخت بالایی دارد.این عنصر در طبیعت با گوگرد،آرسنیک ترکیب می شود.در تولید سکه نیز از آن استفاده می شود.
کاربرد نیکل به دوران باستان و در حدود 3500 م ق بر میگردد.برنزهایی که در سوریه امروزی کشف شده اند،در حدود 2 درصد نیکل دارند.علاوه برآن،دست نوشته های چینی هستند که در آنها به استفاده از مس سفید برای جهت یابی در 1400 و 1700 م ق اشاره شده است.با این وجودبا توجه به اینکه سنگ معدن نیکل معمولا با نقره به اشتباه گرفته می شد،از اینرو تاریخ دقیق و قابل اعتمادی از کاربرد آن وجود ندارد.
اهمیت سنگ معدن های حاوی نیکل (به عنوان مثال کوپرونیکل kupfernickel ) در سبز کردن شیشه ها خلاصه می شد.در سال 1751،بارون اکسل فدریک کرونشتات (Baron Axe Fredrik Cronstedt) تلاش کرد که مس را ازکوپرونیکل (که امروزه نیکولیت نامیده می شود) استخراج نماید،اما در نهایت فلز سفید رنگی بنام نیکل را از آن استخراج کرد.سکه های نیکلی ،نخست، در سال 1881 در کشور سوییس استفاده شد.
نیکل در بیولوژی چندین نقش را ایفا می نماید.در واقع،اولین پروتئینی که متبلور می شود،اوریز(آنزیمی که اوره را به کربنات آمونیم تبدیل میکند)(Urease) است که دارای عنصر نیکل است و به هیدرولیز اوره کمک می کند.هیدروژناسهای NiFe علاوه بر کلاسترهای آهن-گوگرد،دارای نیکل نیز می باشند.
نيكل به عنوان عنصر آلياژي در فولاد بهمراه كروم استفاده مي شود. وزن اتمي آن 59 بوده و در 1435 C ذوب مي شود.در حالت مذاب و جامد بهر نسبتي در آهن حل مي شود.نيكل عنصر آستنيت زا است و هيچگونه تاثيري در تشكيل كاربيد و اكسيد ندارد. به علت اينكه تمايل به تركيب آن با كربن و اكسيژن كمتر از آهن است.
نيكل سختي پذيري فولاد را افزايش مي دهد و در حدود 0.25 تا 5 درصد در تركيب فولاد وجود دارد. نيكل چقرمگي شكست فولاد بهمراه استحكام و سختي آن را افزايش مي دهد. فلذا،در مواقعي كه در دماهاي پايين به چقرمگي شكست بالاي نياز باشد درصد آن تا 9 نيز مي توان باشد.در فولادهاي زنگ نزن آستنيتي7 تا 35 درصد نيكل وجود دارد.در اين فولادها براي خنثي كردن اثر فريت زايي كروم از نيكل بهره مي گيرند.فولادهاي با 30 – 40 % نيكل ،آلياژ Invar ناميده مي شوند كه انقباض و انبساط بسيار كمتري دارند.
نيكل خودبخود باعث افزايش مقاومت خوردگي مي شود. در درصدهاي بالاتر از 7% باعث آستنيتي شدن فولادهاي مقاوم در برابر مواد شيمیايي تا دماهاي خيلي زياد مي شود . در دماهاي بالاي 600 C استحكام فولادهاي آستنيتي بيشتر مي شود.
نیکل بهر نسبتی در آهن گاما حل می شود وفقط 10 درصد در آهن آلفا قابل حل است.با تشکیل محلول جامد هنگام افزودن نیکل ، فریت را چقرمه کرده و استحکام می بخشد و تا حدی سختی پذیری آستنیت را زیاد می کند.در مقادیر کربن زیاد، نیکل سعی می کند که در آستنیت باقی بماند.
از آنجاییکه نیکل در کاهش دمای تبدیل گاما به آلفا بسیار موثر است، این محلول جامد تا دمای اتاق آستنیتی باقی مانده و بالاخص اگر درصد نیکل بیشتر از 30% باشد دیگر نرخ سرد کردن تاثیر چندانی نخواهد داشت.
نیکل کاربید ساز نیست و در فولاد بصورت فاز محلول جامد می باشد.نرخ دیفوزیون کربن در محلول جامد در حضور نیکل چندان تحت تاثیر درصد نیکل نیست ولی در صورت وجود کربن در محلول جامد، نرخ دیفوزیون نیکل در آن بسیار کند خواهد بود.تاثیر نیکل بر استحاله آستنیتی در محدوده دمای بینیت موثر تر از دمای تشکیل پرلیت است.از اینرو، تاثیر نیکل بر اساس اثر آن بر فریت و نحوه تشکیل و توزیع فاز کاربیدی سنجیده می شود.
برای افزایش استحکام و سختی بدون کاهش قابل ملاحظه داکتیلیتی فولادهای کم کربن معینی، تا 5 درصد نیکل اضافه می شود.ساختار پرلیت کم کربن ریز بوده چون نیکل کربن یوتکتوئید را می کاهد و در مقادیر 3-5 % Ni با آرام سرد کردن از دمای آستنیته، فریت نیکل دار تشکیل می شود.در فولادهای با نیکل بالاتر از 5 % بدلیل حضور مارتنزیت ، امکان تردی فولادهای آرام سرد شده نیز وجود دارد.فولادهای با 15-20 % Ni کاملا مارتنزتی بوده که در سیستم های آهن – نیکل ، بیشترین سختی 300 HB را دارد.با افزایش نیکل از این مقدار، آستنیت ظاهر شده و سختی کاهش می یابد.
فولادهای نیکل دار همانند سایر فولادهای آلیاژی بعد از آبکاری و برگشت به خواص مطلوبی می رسند.فولادهای 3-5 %Ni در دماهای پایین تر از فولادهای با کربن مشابه بخوبی آبکاری می شوند چراکه نیکل دمای استحاله یوتکتوئید را می کاهد.علاوه بر آن کاربیدهای کمپلکسی در این فولادها تشکیل نمی شود فلذا زمان همدمایی کوتاهتر خواهد شد.بدلیل کاهش احتمال دکربوریزاسیون و اعوجاج می توان از دمای بالا و قابل قبول استفاده کرد تا ترکیب عالی از مقاومت ضربه خوب و داکتیلیتی و ازدیاد استحکام بدست آید.
فولادهای سختی سطحی شونده کم کربن اغلب دارای تا 3% نیکل هستند.در چنین فولادی ، سطح چقرمه ولی محکم همراه با خواص قابل قبول در مرکز بوجود می آید.نیکل با کاهش دمای استحاله،و یکسان کردن دمای سطح و مرکز، اعوجاج را می کاهد.نیکل نرخ دیفوزیون کربن را می کاهد.بنابر این در فرآیند کربوریزاسیون،به زمان زیادی نیاز است.افزودن 1 درصد کروم به ترکیب فولاد،از دیفوزیون آرام کربن جلوگیری می کند . ولی باید دقت کرد که کروم زیاد تردی سطح را زیاد می کندو در نتیجه امکان کنده شدن پوست Scaling بیشتر می شود.
افزودن نیکل به فولادهای کم کربن سبب افزایش مقاومت ضربه در دماهای کـــم می شود.فولاد نرمــــــــال شده با ترکـــیب 0.1 % C,3 % Ni انرژی ضربه 40-50 ft.Ib در دمای -75 C دارد در حالیکه انرژی ضربه همان فولاد بدون نیکل با همان درصد کربن 10 ft.ib است.چنین فولادهای نیکل داری از قابلیت بالای جوشکاری برخوردار هستند.فولاد کم کربن با 9 درصد نیکل برای فلز جوش استفاده می شود که نیاز به انرژی ضربه خوب در دماهای پایین است.نیکل مقاومت خوردگی اتمسفری این فولادها را افزایش می دهد.
اگر چه فولادهای نیکلی استفاه وسیعی دارند، معهذا برای بهبود و حصول به خواص فیزیکی و مکانیکی مورد نظر درصدی از کروم یا مولیبدن نیز به ترکیب اضافه می شود.این درصد ناچیز از عناصر فوق سختی پذیری فولاد را افزایش می دهد و به تبع آن استحکام بالا و مقاومت سایشی زیاد همراه با همان چقرمگی بدست می آید.فولادی از این نوع را می توان 1-4 % Ni, up to 1.5 % Cr و اغلب تا 0.5 % Mo برای کاهش حساسیت تردی آبی مثال زد.
در فولادهای نیتریدی استاندارد کروم- مولیبدن- آلومینیوم مقدارن نیکل تا 3.5 درصد است و دراین فرآیند نیتریداسیون، ترکیب های بین فلزی نیکل- کروم تشکیل می شود. سطح بسیار سخت شده ولی رسوب سختی مرکز استحــــــکام تسلیـــــم را به اندازه 20 ton/ in2 افزایش می دهد.
آلیاژهای مغناطیس دایم از نوع Alnico دارای نیکل از 11 تا 32 درصد هستند.در توربینهای گازی و در مصارفی که نیاز به استحکام بالا در دماهای بالا می باشند، آلیاژهای نیکل- آهن ، سری Inconel, Nimanic, بکار می روند.آلیاژهای نیکل - آهن 35-95 درصد نیکل داشته و از نفوذ خواص مغناطیسی بسیار بالایی برخورداند و در مصارف الکتریکی استفاده میشوند.سایر آلیاژهای آستنیتی نیکل - آهن در موارد معینی بکار می روند. به عنوان مثال، Invar که تقریبا 36 % Ni دارد، انبساط ناچیزی در محدوده وسیعی از درجه حرارت دارد فلذا در فنر ها کاربرد زیادی خواهند داشت.علیرغم ساختار آستنیتی پایدارآلیاژ 30 درصد نیکل-کروم، تغییرات نفوذ مغناطیس در نزدیکی دمای اتاق امکان دستیابی به نفوذ مغناطیس متغیر با تغییر دما را فراهم می آورد.مقاومت های تشعشعی الکتریکی از آلیاژهای نیکل- کروم یا نیکل – آهن می باشند که مقاومت اکسیداسیون عالی در دماهای بالا دارند.
نیکل با چدن در هر نسبتی آلیاژ تشکیل می دهد.در چدنها، نیکل گرافیت زای متوسطی بوده و درصد پرلیت را زیاد می کند و مقدار فریت آزاد را می کاهد.فلذا یکنواختی ساختار و خواص را بیشتر می کند.از اینرو چدنهای آلیاژی با نیکل ، خواص و ساختار یکنواخت تری در مقاطع نازک و ضخیم از خود نشان می دهد.
افزودن مقادیر کمی از نیکل 0.1- 1 % پرلیت را اصلاح می کندو اگر مقدار زیادی اضافه شود، ساختار مارتنزیت و آستنیت در ریزساختار ظاهر می شود.از طرفی اصلاح و پایدارسازی پرلیت قابلیت ماشینکاری چدنها را افزوده و سختی پذیری آنها را زیاد می کند.بهمین دلیل است که چدنهای آلیاژی نیکل دار بیشتر در ریختگی های موتور ماشین کاربرد دارد.
افزودن مقدار کمی از نیکل اثری حدود یک سوم اثر سیلیس بر گرافیت زایی داردو بنابراین، اگر در چدنهای آلیاژی نیکل دار بخواهیم پدیده گرافیت زایی را محدود کنیم باید درصد سیلیس را کمتر کنیم که عملا چنین کاری در اکثر موارد عملی نیست. برای این منظور، کروم به ترکیب اضافه می شود.
Ni Resist چدن پرنیکلی است که نیکل و مس به حد کافی در آن است تا که ساختار آستنیتی پایدار باشد و بتوان به خواص فیزیکی و مکانیکی مورد نظر دست یافت.این چدن بالاخص در محلولهای متوسط مقاومت خوردگی خوب داشته و مقاومت حرارتی در دماهای پایین بهتر شده ای داردوNicrosilal چدن آستنیتی نیکل داری است که مقاومت حرارتی زیادی در دماهای بالا دارد.
Ni Hard چدن سفید مقاوم به سایشی است که نیکل کافی داشته تا ساختار مارتنزیتی را در شرایط بعد از ریختگی ارتقاء دهد. اگر درصد نیکل زیاد شود، احتمال وجود آستنیت باقی مانده نیز زیاد خواهد شد.
مولیبدن خالص به رنگ سفید نقره ای بوده و نسبتا نرم بوده و جزو فلرات با بالاترین نقطه ذوب است.بیش از دو سوم مولیبدن در تولید آلیاژها استفاده می شوند.
مولیبدن از واژه یونانی Molybdos به معنای شبیه سرب گرفته شده است و در طبیعت به شکل آزاد پیدا نمی شود.ترکیبات این عنصر که در طبیعت دیده می شدند،با عناصر دیگر مثل کربن و یا سرب به اشتباه گرفته می شد.در سال 1778،کارل ویلهلم شیل (Carl Wilhelm Scheele) توانست روشی برای جداسازی مولیبدن از گرافیت و سرب و جدا کردن آن از اکسید فلز از مولیبدنیت را تعیین نماید.در سال 1782،هلم(Hjelm) با احیا توسط کربن توانست که ناخالصی ها را از سنگ معدن جدا سازد.
مولیبدن در حیات تمام انواع ارگان ها نقش دارد.این فلز در دو گروه آنزیمی به نامهای نیتروژنازها(nitrogenases) و مولیبدوپترین ها(Molybdopterins) دیده می شده اند.
نیتروژنازها در باکتریها وجود دارند و در مسیر های تثبیت نیتروژن باید حضور داشته باشند.باکتریها در داخل گیاه نیز می تواند دیده شوند.اتم مولیبدن در یک کلاستر هست که شامل اتم های آهن و گوگرد است.واژه مولیبدوپترین با گروهی از آنزیم ها که شامل آنزیمهای حاوی تنگستن هستند،به اشتباه گرفته می شوند و عبارت مولیبدوپترین در واقع به اتم فلز برنمی گردد.گروهی را که به عنوان آنزیمهای تک اتمی مولیبدن به عنوان اتم فلز شناخته می شوند،در یک کلاستر دیده نمی شوند.
موليبدن وزن اتمي 96 و نقطه ذوب 2610 C دارد.ساختار كريستالي آن bcc بوده و در فولاد فريت زا و كاربيد زاست.حداقل 3 % موليبدن باعث مي شود كه فريت در تمام دماهاپايدار باشد.سختي پذيري را افزايش مي دهد.در حدود 0.5-1.5 % موليبدن به فولادهاي آلياژي اضافه مي شودتا استحكام و مقاومت به خزشي آنها در دماهاي بالا حفظ شود.فولادهاي زنگ نزن از 0.5 تا 4.0 % موليبدن دارند. فولادهاي زنگ نزن آستنيتي براي مقاومت خوردگي بيشتر در محيط هاي خورنده حاوي موليبدن مناسب هستند. هم چنين ، مقاومت در برابر پوسته شدن را مي كاهد.
در عمليات حرارتي فولادها ،Mo تردي تمپر را مي كاهد و تشكيل دانه هاي ريز را تسريع كرده و بر قابليت جوشكاري تاثير مطلوبي دارد. افزايش استحكام را در پي داشته و بنا بر اين قابليت چكش كاري كم مي شود.
موليبدن مقاومت در برابر خوردگي موضعي و حفره دار شدن را بيشتر كرده و با تشكيل فازهاي ثانويه در فولادهاي فريتي،فريتي-آستنيتي و آستنيتي،استحكام آنها را افزايش مي دهد. هم چنين در فولادهاي زنگ نزن مارتنزيتي، به علت اثر آن بر رسوب كاربيد ها ،سختي فولاد دردماهاي برگشت بالا را افزايش مي دهد.
موليبدن به عنوان عنصر آلياژي در فولادهاي ميكروآلياژي كربني، كم كربن با استحكام بالا در محدوده 0.05-0.25 بكار رفته و چقرمگي و استحكام را بالا مي برد.معمولا همراه با افزودن موليبدن از منگنز بالا وكمي نيكل نيز استفاده مي كنند.هدف از ميكروآلياژي كردن فولاد ، جلوگيري از تشكيل پرليت در ريزساختار ، كاهش اندازه نواحي پرليت و تشكيل كاربيد هاي لايه اي ريز مي باشد.اگر درصد موليبدن و يا ساير عناصر آلياژي بالا باشد، فريت خاصي بنام فريت سوزني Acicular ferrite تشكيل خواهد شد.
عنصر مولیبدن باعث بهبود چقرمگی در فولادهای کربنی ساده با استحکام بالا می شود و بنابراین در محدوده دمایی قابل استفاده ،استحکام و سختی را افزایش می دهد. در مقایسه با فولادهای کربنی ساده ،فولادهای مولیبدن دار خواس الاستیک و استحکام ضربه ای بهتری دارند.
استحاله در فولادهای مولیبدن دار در سرد کردن های آرام رخ می دهد و در نتیجه باعث می شود عمق سخت گردانی افزایش یابد. این افزایش در عمق سخت گردانی سبب فایق آمدن بر مشکلات مربوط به اثر جرم بر سخت گردانی در مقاطع ضخیم شود.برای یکنواختی توزیع سختی در مقاطع ضخیم مقدار کمی مولیبدن اضافه می شود.0.15 % مولیبدن اثر مشابه با 0.20 % کروم و یا 1.25 % نیکل دارد.
بعضی از فولادها بعد از سرد کردن آرام از دمای برگشت 625 C انرژی ضربه کمتری در مقایسه با فولادهایی دارند که بعد از برگشت با سرعت سرد شده اند.این پدیده به تردی تمپر معروف است.فولادهای منگنز، کروم و کروم – نیکل با کروم بیش از 0.75 % کروم به این نوع تردی حساس هستند.برای کاهش حساسیت به این نوع تردی به ترکیب این فولادها ، مولیبدن اضافه می شود. چنین فولادهایی در محورها، میل لنگ ها و چرخدنده ها کاربرد دارند.
نرم شدن مارتنزیت در دماهای برگشت بالای 260 C بوسیله مولیبدن به تاخیر می افتد و در 0.25 % Mo سختی فولادهای مارتنزیتی پرکربن و کربن متوسط در هنگام برگشت در دمای 400-630 C را افزایش میدهد.
در دماهای برگشت بالا ، مولیبدن وارد فاز کاربید می شود.با بالا بردن دمای برگشت دردمای 700 C غلظت بالایی از مولیبدن در سمنتیت اورتورومبیک وارد می شود و در درصدهای بالاتر از 0.5% Mo ، کاربید fcc ((Fe,Mo)23C6) تشکیل خواهد شد.
مولیبدنی که به فولادهای کم آلیاژی و پرآلیاژی اضافه می شود، مقاومت خزشی و استحکام دردماهای بالا را افزایش میدهد.دو علت اصلی را می توان در این نوع رفتار فولادهای مولیبدن دار دخیل دانست: افزایش استحکام خزشی فریت و دیگری بالا بردن دمای تبلور مجدد بعد از سخت گردانی. عامل دیگری نیز می توان بدان مربوط دانست و آن اینست که ساختار میانی بین پرلیت و مارتنزیت تمپر شده تشکیل می شود که استحکام خزشی بهتری دارد.
با اینکه مولیبدن بخودی خود استحکام خزشی فولاد را می افزاید، ولی فولادهایی که دردماهای بالا کاربرد زیادی دارند، در ترکیبشان علاوه بر مولیبدن ، وانادیم و یا کروم نیز دیده می شوند.فولادهای از این سری دارای 1% Cr,0.5 % Mo و یا 0.5% Mo,0.2% Cr می باشند.این فولادها در سوپر هیترهای بویلر و لوله هایی که در دماهای بالای 460 C کار می کنند، استفاده می شوند.آنچه در این کاربردها نیاز است،مقاومت در برابر گازهای کوره و اکسیداسیون، مقاومت خوردگی توسط گازهای گرم، استحکام خزشی بالا و بدون تردی تمپر می باشند.در صنایع شیمیایی فولاد با 0.5 % Mo بکار می رود که قابلیت جوشکاری بالایی نیز دارد.
در برخی از فولادهای تند بر ، مولیبدن می تواند جایگزین تنگستن شود.در این جایگزینی، یک قسمت مولیبدن بجای دو قسمت وزنی تنگستن اضافه می شود.البته شایان ذکر است که مولیبدن بطور کامل جایگزین تنگستن نمی شود بلکه عموما این فولادها دارای 6% Mo و 6% W می باشند و در فولادهای با مولیبدن بیشتر،2% W و 9 % Mo حضور دارند.در دماهای بالا ، این فولادها سختی مشابهی با فولادهای تند بر تنگستن دار داشته ولی فولادهای مولیبدن دار به دکربوریزاسیون سطحی در شرایط حرارت دهی در کوره های اکسیدی بسیار حساسند . برای حل این مشکل ، از حمام های نمک ،ا تمسفر کنترل شده کوره ها و یا پوشش های بوراکسی استفاده می کنند.
مولیبدن مقاومت خوردگی فولادهای کروم و کروم – نیکل را می افزاید.افزودن 3 % Mo به فولاد 8/18 استحکام در دماهای بالا را بهبود بخشیده و مقاومت در برابر محلول های سولفیدی ، سولفاتی و استات و مقاومت خوردگی اسید استیک را اصلاح کرده و حفره دار شدن در طی خوردگی در آب دریا را می کاهد.مولیبدن موجود در فولاد 8/18 خوردگی تماسی یا هوازدگی را می کاهد.این نوع خوردگی از ذرات خارجی موجود در محلول خورنده که با فولاد در تماس هستند، نشات می گیرد.
با افزودن Mo به فولادهای کم کربنی و مس دار نرخ خوردگی اتمسفری کاسته می شود. با حضور این عنصر ، گرافیت زایی دردماهای بالا کند می شود. مولیبدن ، نیتریدهای بسیار مقاوم در برابر سایش در فولاد تشکیل می دهد و بنابراین در فولادهای ابزار نیتریده شونده استفاده می شود.
در چدنها پایدار کننده متوسط کاربیدهاست. مولیبدن عنصر بسیار مفیدی در افزایش استحکام و چقرمگی چدنهاست.درصد افزوده شده به چدنها از این عنصر 0.25-1.25 % می باشد.در مقاطع بزرگ و متوسط اثر پایدار کنندگی پرلیت داشته و از اینرو یکنواختی در ساختار را در پی دارد و در عوض استحکام و سختی را افزایش میدهد. در مقاطع نازک، مولیبدن باعث ارتقای ساختار بینیتی سوزنی می شود.
وقتی مولیبدن بهمراه نیکل به چدن اضافه می شود،ساختار سوزنی شکل در کل ضخامت تشکیل می شود ولی اگر عنصر آلیاژی بیشتر باشد، مارتنزیت تشکیل خواهد شد.اثر مس همراه مولیبدن مشابه اثر نیکل است اما درصد مس تا حد امکان بایستی پایین باشد تا بطور کامل در محلول قرار بگیرد.چدنهای سوزنی شکل استحکام و سختی بالایی دارند و در کاربردهایی که نیاز به مقاومت خستگی دارند مثل میل لنگ استفاده می شوند.
سختی پذیری چدن مولیبدن تا حد زیادی در حضور مولیبدن در ترکیب آن بهبود می یابد و می تواند اثر مبردی نیز داشته باشد.مولیبدن کاربیدزا بوده و در کنار کروم و وانادیم جدایش می یابد و در یوتکتیک فسفید قرار می گیرد.Cr,V و P در چدنهای سوزنی مفید و دلخواه نمی باشند.
چدنهای با درصد کربن کل 3.35% ، 2.25 %Si و 0.50 % Mo در پیستونهای موتور ماشین بکار می رود.چدنهای مولیبدن دار در قالبهای فورج استفاده می شوند که بایستی استحکام گرم و مقاومت سایشی خوب داشته باشند
نیوبیوم فلز داکتیل و خاکستری روشن است که وقتی به مدت طولانی در دمای اتاق در تماس با هوا قرار گیرد،به رنگ متمایل به آبی در می آید.برای نگهداری این فلز حتی در دماهای متوسط باید از محیط محافظ استفاده شود. اکسیداسیون این فلز در هوا از دمای 200 C آغاز می شود.
نیوبیوم مصارف متعددی ارد. در فولادهای زنگ نزن و بسیاری از آلیاژهیا غیرآهنی استفاده می شود.مقدار قابل ملاحظه ای از نیوبیوم به صورت فرونیوبیوم و یا نیوبیوم-نیکل در سوپرآلیاژهای پایه آهن،نیکل و کبالت در قطعات موتور جت و تجهیزات احتراق استفاده می شود.هم چنین نیوبیوم در دماهای زیر صفر در ابررساناها بکار می رود.
نیوبیوم به معنای دخترتانتالوس از Niobe گرفته شده است که در سال 1801 توسط چارلز هچت (Charles Hatchett) کشف شد.هچت ، نیوبیوم را از سنگ معدن کلومبیتی بدست آورد که در سال 1750 توسط جان وین تروپ (John Winthrop) برای وی ارسال شده بود. بین دو عنصر نیوبیوم و تانتالوم اختلافهای گمره کننده ای وجود دارد،و از طرفی این اختلافها تا 1846 کشف نشده بود،در این ســــــــــــــال بود که هنریخـــــت روز(Heinricht Rose) و جین چـارلز گــــالی سارد مارگــــــــینت(Jean Charles Galisard de Marigance) دوباره این عنصر را کشف کردند ولی ایشان از کارهای هچت اطلاعی نداشتند.از اینرو نام متفاوت نیوبیوم بر روی آن گذاشتند.در سال 1846 بود که کریستن بلومسترند(Cristian Blomstarnd) توانست با احیاء کلرید نیوبیوم بوسیله حرارت دادن در اتمسفر هیدروژن به نیوبیوم خالص دست یابد.
نيوبيوم يا همان كلمبيوم در سالهاي اخير به عنوان عنصر پايدار كننده كاربيد در فولادهاي زنگ نزن و عنصر استحكام زا در آلياژهاي پايه كبالت و نيكل در دماهاي بالا محسوب مي شود.وزن اتمي آن 93 با نقطه ذوب 2468 C است. ساختار كريستالي bcc است و در فولاد فريت زاي قوي است.تمايل تركيب نيوبيوم با كربن زياد بوده ولي نسبت به اكسيژن و نيتروژن تمايل متوسطي دارد.با افزودن نيوبيوم در فولاد ،كاربيد نيوبيوم سريعا تشكيل مي شود. با رسوب كاربيد نيوبيوم و ذرات كربونيتريدي در زمينه فريتي ،استحكام افزايش خواهد يافت.
در فولادهاي آستنيتي ،براي بهبود مقاومت خوردگي بين دانه اي و افزايش خواص مكانيكي در دماهاي بالا استفاده مي شود.در فولادهاي مارتنزيتي ، نيوبيوم سختي را كم كرده و مقاومت به تمپر را افزايش ميدهد.
مقدار نيوبيوم مورد نياز در فولادهاي كربني و كم آلياژي كم بوده و در حدود 0.05 % نيوبيوم ، افزايش قابل توجهي در استحكام فولاد را در پي دارد.علاوه بر آن ، اگر ميزان آن بهمراه ساير عناصر كنترل شود ، اندازه دانه فريت اصلاح شده و چقرمگي در دماهاي پايين اصلاح خواهد شد.اغلب اين عناصر همراه نيتروژن و واناديم به فولاد اضافه مي شود.اين عنصر تشكيل رسوبات كمپلكس كربونيتريد واناديم و نيوبيوم مي دهند.در برخي فولادهاي HSLA نيوبيوم تا %0.15 وجوددارد.اگر درصد نيوبيوم از % 0.1 فراتر رود، مشكل ترك سرد و افت چقرمگي منطقه تحت تاثير جوش در جوشكاري را خواهيم داشت.
رفتار انحلال و رسوب تركيبات نيوبيوم با واناديم متفاوت است.در سرد كردن آهسته آستنيت از دماي بالا ، همزمان با انحلال نيوبيوم ، كاربيد نيوبيم در دماهي بالاي 1200 C رسوب مي كند.به دليل رسوب اين كاربيد در دماهاي بالا ، امكان درشت شدن ذرات وجود دارد كه تاثير منفي بر استحكام دارد.
همانطوریکه در بالا ذکر شد، فولادهای نیوبیوم دار بخاطر تشکیل ترکیب بین فلزی قابل حل Fe3Nb2 دارای استحکام بالایی می باشند.این فولادها دانه ریز بوده و در نتیجه خواص انرژی ضربه دردماهای پایین بهتری دارند.مزیت دیگر استفاده از نیوبیوم در ترکیب فولادها، عدم حضور آخالهای اکسیدی نامطلوب در ریزساختار می باشد.فولادهای دانه ریز نیوبیوم دار ، در مواردی استفاده می شوند که کربوریزه می شوند. این فولادها به دماهای بالا احتیاج دارند تا دانه هایشان رشد کنند فلذا در منطقه دمایی سخت گردانی، ریزبودن دانه ها حفظ خواهد شد.
با افزودن نیوبیوم به ترکیب فولادهای کربنی متوسط نیمه کشته،استحکام تسلیم 9 ton/in2 و استحــکام کششی 7 ton/in2 افزایش می یابند.این ورقها در تولید ورقها کاربرد وسیعی پیدا کرده اند. این نوع ورق ها کار گرم شده و در خطوط نفت و سازه های سبک استفاده می شوند.
با رسوب ترکیب بین فلزی Fe3Nb2 از دمای انحلال و به دنبال آن پیر سازی در دمای 500-650 C ، نیوبیوم استحکام خزشی فولادهای بسیار کم کربن را می افزاید.میزان افزودن نیوبیوم برای بهبود استحکام خزشی متغیر بوده ولی مرسوم است که حداقل 25 برابر درصد کربن اضافه شود.با کاهش نسبت نیوبیوم به کربن ، استحکام خزشی شدیدا افت می کند و برای دستیابی به استحکام خزشی خوب ،باید درصد کربن در حد پایین نگه داشته شده باشد.اما اگر در دمای اتاق،استحکام مقدم بر استحکام خزشی باشد،نسبت نیوبیوم به کربن می تواند برابر8:1 باشد.
در سیستم آلیاژی آهن-کربن-نیوبیوم، با افزایش درصدNb درصد فاز آستنیت در ریزساختار شدیدا کاهش می یابد. فلذا در این نوع فولادها ، برای آستینه کردن بایستی درصد کربن فولاد کمتر باشد.
افزودن نیوبیوم سختی پذیری فولاد را می کاهد چرا که با تشکیل کاربید نیوبیوم ، غلظت کربن کاهش می یابد.از طرفی اگر نیوبیوم در محلول جامد باشد، از انجام استحاله جلوگیری می کند. بنابراین دمای آستنیته کردن و زمان نگهداری مستقیما مربوط به سختی پذیری فولاد دارد.کاربید نیوبیوم سختی پذیری را می کاهد و از اینرو بیشتر به ترکیب فولادهای به سختی پذیری نسبتا بالا که بایستی جوشکاری شوند اضافه می شود تا از ترک برداری زیر جوش جلوگیری کند.
در دمای بالای 400 C ، نیوبیومی که در فولادهای نیتریدی وجود دارد، با نیتروژن واکنش می دهد.کاربید نیوبیوم و نیوبیومی که بیش از حد انحلال است در تشکیل نیترید شرکت نمی کند و فقط نیوبیوم موجود در محلول جامد در تشکیل نیترید شرکت می کند. در فولادهای کربنی ساده ، نیوبیوم سختی سطحی را می افزاید.فولادهای با 6-4 درصد کروم در هوا سخت می شوند و به زمان آنیل زیادی نیاز دارند و در هنگام جوشکاری ترک بر می دارند.این مشکل در این نوع فولادها را می توان با کاهش درصد کربن تا حد زیادی حل کرد.البته این مشکل را با اضافه کردن تیتانیوم ،آلومینوم و نیوبیوم نیز می توان حل کرد.که در این میان Nb ترجیح داده می شود چرا که آخالهای مضر در ترکیب را تشکیل نمی شوند..میزان نیوبیومی که به ترکیب فولاد اضافه می شود،10-7 برابر درصد کربن است.فولادهای نیوبیوم دار کار گرم شده با سرد کردن از دمای 1000 C هم چنان نرم می مانند.ولی به علت انحلال جزیی کاربیدهای نیوبیوم ممکن است بمقدار جزیی سخت گردانی شوند.برای آنیل مجدد کافی است تا دمای 800 C حرارت داده و سپس در هوا سرد شوند.
برای کاهش تمایل به هوا سختی فولادهای با 16-18 % Cr درصدی از نیوبیوم به ترکیب آنها اضافه می شود.اینکار عملیات حرارتی راآسان کرده و داکتیلیتی و جوشکاری را بهبود می بخشد.برای این منظور 1 % Nb اضافه می شود(10 برابر درصد کربن) افزوده می شود که از لحاظ هزینه گران شدن فولاد را در پی دارد و از اینرو در مصارف خاص استفاده می شود.
بعد از حرارت دادن فولاد 18/8 از منطقه دمایی 400-900 C خوردگی بین دانه ای رخ میدهد.این کاهش موضعی در مقاومت خوردگی ناشی از این واقعیت است که اکثر این فولادها دارای درصد کربن بالایی بوده که سبب میشود با سرد کردن در هوا کاربید رسوب کند.عموما اعتقاد بر اینست که علت خوردگی بین دانه ای تخلیه محلول جامد از کروم در مجاورت مرز دانه است. ولی تحقیقات اخیر نشان داده است که کاربیدهای کروم غیرتعادلی با مقاومت خوردگی کمتر تشکیل می شود و نیازی به تخلیه کروم نیست.افزودن عناصر کاربیدزای قوی مثل Nb وTi موجب رسوب و تشکیل کاربیدهای مرجح شده و از خوردگی بین دانه ای جلوگیری می کند پایدارسازی معمولا تحت تاثیر نیوبیوم و یا تیتانیوم می باشد.اگر مقاومت در برابر اسید نیتریک قوی نیاز باشد،نیوبیوم بهتر است. اگر فولاد تمیز لازم باشد ، پایدار سازی با تیتانیوم چندان خوب نیست زیرا آخالهای اکسید تیتانیوم در فولادهای عملیات حرارتی شونده وجود داشته و از طرفی تیتانیوم در حین جوشکاری اکسید می شود.
اثر نیوبیوم بر استحکام خزشی بیشتر از تیتانیوم بوده و در تولید فولادهای آستنیتی دمای بالا کاربرد وسیعی یافته است.نسبت Nb/C باید 10:1 باشد تا از پایداری کامل اطمینان پیدا کرد. اما اگر شرایط چندان بحرانی نباشد، می توان از نسبتهای پایین نیز استفاده کرد.
در فولادهای زنگ نزن ،نیوبیوم 8 تا 10 برابر درصد کربن بوده و تاثیر قابل توجهی بر استحکام کششی ،داکتیلیتی و یا چقرمگی ندارد.در شمش های بزرگ جدایش کاربیدهای نیوبیوم دور از احتمال نیست وکاهش داکتیلیتی در مرکز قطعات فورج را در پی دارد.حتی اگر از نسبت زیاد Nb/C استفاده شود، نیز داکتیلیتی کاهش می یابد.
معمولا در فولادهای زنگ نزن 18/8 که با نیوبیوم پایدار شده است،برای کاهش نرخ کارسختی ،درصد بالاتری از 8 % نیکل وجود دارد. این قاعده برای آسانی کار گرم بدلیل گسترش فریت حاصل از افزودن نیوبیوم لازم بنظر می رسد.
مقادیر کم تانتالوم اثری بر خواص مکانیکی فولادهای زنگ نزن 18/8 پایدار شده با نیوبیوم ندارد.درصدی از تانتالوم می تواند جایگزین مقدار کمی از نیوبیوم شود بدون آنکه بر استحکام و داکتیلیتی اثر منفی داشته باشد.این از جهاتی بهتر نیز است چرا که اکثر محصولات نیوبیوم دارای تانتالوم می باشند و بایستی بخاطر داشت که تانتالوم فقط یک دوم تاثیر نیوبیوم را دارد.اگر نسبت نیوبیوم به تانتالوم در فروآلیاژ از 8:1 کمتر باشد، باید نسبت مجموع تانتالوم و نیوبیوم به کربن 10:1 باشد.به آلیاژ مغناطیس دایم نوع Alni نیوبیوم اضافه می شود و مغناطیس های دایم AlcomaxIII و AlcomaxIV به ترتیب 0.7 و 2.4 درصد نیوبیوم دارند. هر دو این آلیاژها از Alcomax که نیوبیوم ندارد، خواص مغناطیسی بهتری دارند.
نیوبیوم معمولا به چدنها اضافه نمی شود ولی معمولا میزان کمی بخاطر قراضه های حاوی نیوبیوم در ترکیب آنها وجود دارد.

+ نوشته شده توسط امیدرضا خدابنده در یکشنبه شانزدهم خرداد 1389 و ساعت 14:29 |
فلز ماده‌ای است که می‌توان آن را صیقل داده و براق کرد، یا به طرح‌های گوناگون در آورد و از آن مفتول‌های سیمی ظریف تهیه کرد. فلز جسمی است که آزمایش‌های مربوط به گرما و مهم‌تر از همه جریان الکتریکی را به خوبی هدایت می‌کند. فلزات با یکدیگر فرق زیادی دارند، از جمله در رنگ و سختی و نرمی، تعدادی از آنها ممکن است به آسانی خم شده و یا خیلی محکم و مقاوم باشند


شکل واقعی فلزات
شکل واقعی فلزات به اندازه یون و تعداد الکترون‌هایی که هر یون در حوزه اشتراکی دارد و انرژی یون‌ها و الکترون‌ها بستگی دارد. هر قدر فلز گرمتر شود این انرژی زیادتر خواهد شد. پس فلزات گوناگون ممکن است طرح‌های گوناگونی به خود بگیرند. یک فلز ممکن است در حرارت‌های مختلف، طرح‌های متنوعی را اختیار کند، اما در بیشتر آرایش‌ها، یون‌ها کاملاً پهلوی هم قرار دارند، و معمولاً تراکم در فلزات زیادتر از دیگر مواد است. اختلافات عمده فلزات و دیگر جامدات و مایعات.فلزات هادی خوب برق هستند. چون الکترون‌های آنها برای حرکت مانعی ندارند. همه فلزات جامد و مایع گروهی الکترون آزاد دارند، طبعا همه فلزات هادی‌های خوب الکتریسیته هستند. به این سبب فلزات از دیگر گروه‌های عناصر، کاملاً متفاوت دارد.
اختلاف عمده فلزات و دیگر جامدات و مایعات، در توانایی هدایت گرما و الکتریسیته است. هادی خوب آزمایش‌های مربوط به گرما جسمی است که ذرات آن طوری تنظیم شوند که بتوانند آزادانه نوسان یافته و به ذرات مجاور خود نیز امکان نوسان آزاد را بدهند. "گرم شدن" همان نوسانات سریع یون‌ها و الکترون‌ها است. در فلزات چون گروه الکترون‌ها، غبار مانند یون‌ها را احاطه می‌کنند، طبعا هادی‌های خوبی برای حرارت هستند «رسانش گرمایی فلزات).
مقاومت مکانیکی فلز
مقصود آن مقدار باری است که فلز می‌تواند تحمل کرده، نشکند. بسیاری از فلزات، وقتی گرم هستند، اگر تحت فشار قرار گیرند، شکل خود را زیادتر از موقعی که سرد هستند، تغییر می‌دهند. بسیاری از فلزات در زیر فشار متغییر مانند نوسانات، آسانتر از موقعی که سنگین باری را تحمل می‌کنند، می‌شکنند.
علت درخشش فلزات
دلیل اول آن است که با طرح ریزی و براق کردن صحیح می‌توان فلزات را به شکل خیلی صاف تهیه کرد. گر چه آنها نیز تصاویر را خوب منعکس می‌کنند، ولی ظاهر سفید و درخشان بیشتر قطعات فلزی صیقلی شده را ندارند. بطور کلی جلا و درخشندگی فلز بستگی دارد به گروه الکترون‌های آن دارد.الکترون‌ها می‌توانند هر نوع انرژی را که به روی فلزات می‌افتد جذب کنند؛ زیرا در حرکت آزاد هستند. بیشتر انرژی الکترون‌ها از تابش نوری است که به آنها می‌افتد، خواه نور آفتاب باشد یا نور برق. اکثر فلزات همه انرژی جذب شده را پس می‌دهند، به همین دلیل، نه تنها درخشان بلکه سفید به نظر می‌آیند.
علت تغییر شکل فلزات
بسیاری از فلزات در حرارت ویژه‌ای، آرایش یون‌های خود را تغییر می‌دهند. با تغییر ترتیب آرایش یون‌های بسیاری از خصوصیات دیگر فلز نیز دگرگون می‌شود و ممکن است فلز کم و بیش شکننده، قردار، بادوام و قابل انحنا شود یا اینکه انجام کار با آن آسان گردد. بسیاری از فلزات در هنگام سرد بودن، به سختی تغییر شکل می‌پذیرند. بیشتر فلزات جامد را به زحمت می‌توان در اثر کوبیدن به صورت ورقه و مفتو‌ل‌های سیم در آورده، ولی اگر فلز گرم شود، انجام هر دو آسان است.
جستارهای وابسته
  • آلیاژ
  • اجسام رسانا
  • الکترون
  • انبساط جامدات
  • انتقال گرما
  • جامد
  • تنگستن
  • رسانش الکتریکی فلزات
  • فلزات مایع
  • مقاومت مکانیکی
بسیاری از قطعات آلومینیمی به همان روش و با استفاده از همان دستگاه هایی شکل داده می شوند که برای شکل دادن فلزاتی چون فولاد ، مس و غیره به کار می رود اما در شکل دادن آلومینیم و آلیاژهیا آن برای دستیابی به شکل مورد نظر باید چندین مطلب مهم را در نظر گرفت از میان خواص مشخص آلومینیم می توان خواص زیر را نامب رد آلومینم سطحی نرمتر از فولاد دارد آلومینیم در مقابل شیار ( شکاف ) حساس است آولومینم اگر تحت خمش قرار بگیرد تمایل قابل توجه ای در بر گشتنب ه حالت اولیه خود دارد ( فنریت بالا)آلومینیم ضریب انتساط حرارتی و قابلیت حدایت حرارتی زیادی دارد سطح آلومینم به آسانی آسیب می بیند بنابراین تولیدات نیمه تمام و قطعات تمام شده آلومینیم باید در موقع جابه جایی کل شود و از اکسیژن یا شراندن آن بر روی میز کار و کف زمین پرهیز کرد از آلودگی سطح فلزی آلومینیم با ذرات فلزات سنگین باید پرهیز شود زیرا در صورت وجود رطوبت به خودگی آلومینیم کمک می کند.
آلومینم دارای فنریت زیادی است وقتی آلومینیم خم یا تا شود قابلیت انعطاف ( فنریت ) خیره کننده در مقایسه با قابیت انعطاف ( فنریت ) فولاد معمولی از خود نشان می دهد هر چه آلیاژ سخت تر باشد فنریت آن بیشتر است برگشت پذیری را می توان با خم کردن بیش از اندازه جبران کرد ولی مقدار صحیح و مطلوب آن برای کار مورد نظر را باید از طریق آزمایش و خظا تعیین کرد فنریت زیاد آلومینم در مقایسه با فولاد هب علت مدول الاستیکی نسبتا پایین آن است بیش از حد گرم کردن ماده آلومینیمی در دماهای غیر مجاز حتی به مدت بسیار کوتاه آسیب جبران ناپذیریبه فلز می رساند آن قدر که بریا برازندگی آن با کار باید آن را دوباره ذوب کرد بنابر این در کلیه عملیات کار گرم باید دقت دما را کنترل کرد.اغلب عملیات شکل دادن آلومینیم در حالت سرد انجام می گیرد زیرا وقتی پوفیلی با رویه نازک و روق های نازک حرادت داده می شوند امکان تاب خوردن آنها وجود دارد نیروی لازم برای تغییر شکل آلومینیم کمتر از فولاد است نرمی آلومینیم به خود ماده ( نوع آلیاژ ) و حالت آن بستگی دارد وضعیت آلومینیم مانند هر فلز دیگری در اثر کار سرد تغییر می کند تاثیر کار سرد بر آلومینم از این قرار است ماده مستحکم تر و سخت تر می شود در قطعه تنش تولید می شود اگر تغییر شکل از ظرفیت تغییر شکل پذیری فلز بیشتر شود کار سرد مممکن است باعث ترک خوردن آن شود راحت ترین ماده آلومینیمی از نظر تغییر شکل و نرمی آلویمینم حالص آلومینیم تصفیه شده و آلیاژ Al-Mn در حالت نرم است.
آلومینیم خالص و آلیاژهای آلومینیم در حالت نیمه سخت و آلیاژهای پیر سختی پذیر در حالت نرم در حال کار پذیر هستند گر چه کارپذیری آن ها کمتر از موادبیشتر شاد شده است آلیاژ های آلومینیم در حالت سخت یا حالات کاملا پیر سهت شده به مقدار کمی کار پذیرند و به طور کلی کارپذیری آنها بسیار مشکل است.آلیاژ ها از آلومینیم شامل عنصر لیتیم تولید شده اند که اهمیت ویژه ای در صنایع هوا – فضا یافته اند چگالی لیتیم 534% است نتیجتا چگالی آلیاژ های Al-Liمی تواند حدود 10 درصد کمتر از دیگر آلیاژ های متداول آلویمنیم باشد این وزن کم می تواند باعث استخکام ویژه بسیار خوب این آلیاژ برای کاربرد های هوا – فضایی باشد آهنگ رشد ترک خستگی در این آلیاژها پایین است که باعث بهبود مقاومت خستگی و سفتی ( تافنس ) خوب آن آلیاژ ها در دماهای پایین می شود.
آلیاژ های Al-Liدر ساخت کف بدنه و اکلت هواپیما های نظامی و تجاری به کار می روند. آلیاژ ها از آلومینیم شامل عنصر لیتیم تولید شده اند که اهمیت ویژه ای در صنایع هوا – فضا یافته اند چگالی لیتیم 534% است نتیجتا چگالی آلیاژ های Al-Liمی تواند حدود 10 درصد کمتر از دیگر آلیاژ های متداول آلویمنیم باشد این وزن کم می تواند باعث استخکام ویژه بسیار خوب این آلیاژ برای کاربرد های هوا – فضایی باشد آهنگ رشد ترک خستگی در این آلیاژها پایین است که باعث بهبود مقاومت خستگی و سفتی ( تافنس ) خوب آن آلیاژ ها در دماهای پایین می شود آلیاژ های Al-Liدر ساخت کف بدنه و اکلت هواپیما های نظامی و تجاری به کار می روند .
آلیاژ ها از آلومینیم شامل عنصر لیتیم تولید شده اند که اهمیت ویژه ای در صنایع هوا – فضا یافته اند چگالی لیتیم 534% است نتیجتا چگالی آلیاژ های Al-Liمی تواند حدود 10 درصد کمتر از دیگر آلیاژ های متداول آلویمنیم باشد این وزن کم می تواند باعث استخکام ویژه بسیار خوب این آلیاژ برای کاربرد های هوا – فضایی باشد آهنگ رشد ترک خستگی در این آلیاژها پایین است که باعث بهبود مقاومت خستگی و سفتی ( تافنس ) خوب آن آلیاژ ها در دماهای پایین می شود آلیاژ های Al-Liدر ساخت کف بدنه و اکلت هواپیما های نظامی و تجاری به کار می روند استکام بالای آلیاژهای Al-Li ناشی از قابلیت آن ها برای پیر سختی است مهمترین زمینه های کاربرد آلومینم در صنایع عبارتند از :1- مصارف خانگی نظیر ظروف 2- مصارف ساختمانی نظیر در و پنجره 3- مصارف تاسیساتی نظیر لوله و اتصالات 4- مصارف صنایع فضایی5- مصارف اتومبیل سازی 6- مصارف کشتی سازی بدنه پروانه پمپ 7- مصارف تجاری و بسته بندی چای مواد لبنی ضخامت تا 10 میکرون 8- مصارف الکتریکی : نظیر کابل ها .
بسیاری از قطعات آلومینیمی به همان روشو با استفاده از همان دستگاه هایی شکل داده می شوند که برای شکل دادن فلزاتی چون فولاد ، مس و غیره به کار می رود اما در شکل دادن آلومینیم و آلیاژهیا آن برای دستیابی به شکل مورد نظر باید چندین مطلب مهم را در نظر گرفت از میان خواص مشخص آلومینیم می توان خواص زیر را نامب رد آلومینم سطحی نرمتر از فولاد دارد آلومینیم در مقابل شیار ( شکاف ) حساس است.
آلومینیوم اگر تحت خمش قرار بگیرد تمایل قابل توجه ای در بر گشتنب ه حالت اولیه خود دارد ( فنریت بالا)آلومینیم ضریب انتساط حرارتی و قابلیت حدایت حرارتی زیادی دارد سطح آلومینم به آسانی آسیب می بیند بنابراین تولیدات نیمه تمام و قطعات تمام شده آلومینیم باید در موقع جابه جایی کل شود و از اکسیژن یا شراندن آن بر روی میز کار و کف زمین پرهیز کرد از آلودگی سطح فلزی آلومینیم با ذرات فلزات سنگین باید پرهیز شود زیرا در صورت وجود رطوبت به خودگی آلومینیم کمک می کند آلومینم دارای فنریت زیادی است.
وقتی آلومینیم خم یا تا شود قابلیت انعطاف ( فنریت ) خیره کننده در مقایسه با قابیت انعطاف ( فنریت ) فولاد معمولی از خود نشان می دهد هر چه آلیاژ سخت تر باشد فنریت آن بیشتر است برگشت پذیری را می توان با خم کردن بیش از اندازه جبران کرد ولی مقدار صحیح و مطلوب آن برای کار مورد نظر را باید از طریق آزمایش و خظا تعیین کرد فنریت زیاد آلومینم در مقایسه با فولاد هب علت مدول الاستیکی نسبتا پایین آن است بیش از حد گرم کردن ماده آلومینیمی در دماهای غیر مجاز حتی به مدت بسیار کوتاه آسیب جبران ناپذیریبه فلز می رساند آن قدر که بریا برازندگی آن با کار باید آن را دوباره ذوب کرد بنابر این در کلیه عملیات کار گرم باید دقت دما را کنترل کرد .
انواع تغییر شکل:
بررسی مکانیزمهای ایجاد ترک و مکانیزمهای متفاوت رشد سریع یا در حد بحرانی ترک و رشد آرام و پایینتر از رشد بحرانی از اهمیت ویژه صنعتی برخوردارند. بررسی فعل و انفعالات فیزیکی که به هنگام شکست روی میدهد چندان ساده نیست، زیرا چگونگی ایجاد ترک و رشد آن و بالاخره نوع شکست در مواد کریستالی به جنس، ساختار شبکه کریستالی، ریزساختار و از آنجا که قطعات معمولا به طور کامل سالم و بدون عیب نیستند به نوع، اندازه و موقعیت عیب، نوع و حالت تنش وارد بر آنها بستگی خواهد داشت. معمولا شکست درفلزات به شکست نرم و شکست ترد تقسیم می شود.در صنعت هدف، کنترل و به تعویق انداختن شکست است.
شکست نرم:
بسیاری از فلزات و آلیاژهای آنها، به ویژه آنهایی که دارای شبکه fcc هستند، مانند آلومینیوم و آلیاژهای آن، در تمام درجه حرارتها، شکست نرم خواهند داشت. شکست نرم به آرامی و پس از تغییر شکل پلاستیکی زیاد به ازای تنشی بالاتر از استحکام کششی ظاهر میشود. از مشخصات شکست نرم، تحت تاثیر تنش کششی، ظاهر گشتن گلویی یا نازکی موضعی و ایجاد حفره های بسیار ریز در درون قسمت گلویی و اتصال آنها به یکدیگر تا رسیدن به حد یک ترک ریز و رشد آرام ترک تا حد پارگی یا شکست نهایی است
مراحل مختلف شکست نرم در یک فلز انعطاف پذیر
در این نوع شکست علت ایجاد حفرهای ریز در محدوده گلویی میتواند تغییر شکل غیر یکنواخت ناشی از ناخالصیهای موجود در ماده اصلی زمینه باشد. لذا با ایجاد حفره های بسیار ریز در محدوده گلویی حالت تنش سه محوری برقرار میشود که منجر به ایجاد ترک میشود .
در طراحی و ساخت اجزای ماشین آلات و در ساختمان سازی، تنشهای وارد بر سازه های فلزی در محدوده الاستیکی انتخاب میشود. بنابراین در کاربرد صنعتی، شکست در حالت تنش استاتیکی در مواد انعطاف پذیر ( داکتیل ) یک پیشامد نامطلوب است.
ترک داخلی در نا حیه نازک شده در نمونه کششی مس با خلوص بالا
شکست ترد:
شکست ترد معمولا در فلزاتی با ساختار کریستالی مکعب مرکزدار(bcc ) و هگزاگونال متراکم (hcp) و آلیاژهای آنها در درجه حرارتهای پایین ( معمولا پایینتر از دمای معمولی محیط ) و سرعتهای تغییر شکل بالا بطور ناگهانی ظاهر میشود. شکست ترد در امتداد صفحه کریستالی معینی، به نام صفحه کلیواژ، انجام میگیرد. در شکست ترد عموما تغییر شکل پلاستیکی قابل توجهی در منطقه شکست مشاهده نمیشود.نظریه شکست ابتدا علت شکست را این چنین بیان کرد که تمام پیوندهای اتمی در امتداد صفحه شکست هم زمان با هم گسیخته میشوند. بدین ترتیب که با ازدیاد تنش فاصله اتمها از یکدیگر دور میشوند ودر نهایت به محض اینکه تنش به حد تنش شکست ( تنش بحرانی ) رسید، در نتیجه گسستن تمامی پیوندهای اتمی در صفحه عمود بر امتداد کشش، شکست پدیدار میشود.در جدول زیر تنشهای بحرانی عمود بر صفحات کریستالی معین در چند تک کریستال برای شکست داده شده است.
شکست ترد وتعدادی از تک کریستالها
عملا تنش لازم برای شکست مواد لازم فلزی به اندازه قابل توجهی کمتراز تنش شکست محا سبه شده ا ز طریق تئوری است . بنابراین فعل وانفعال شکست نمیتواند از طریق گسستن همزمان تمامی پیوند های اتمی درامتداد سطح شکست صورت گیرد. بد ین ترتیب فعل و انفعالات شکست عملا بیشتر از طریق ایجاد یک ترک بسیار ریز به عنوان منشا ترک و رشد و پیشروی آن انجام میگیرد . برای پیشروی ترک د ر یک ماده لازم است مقدار تنش متمرکز در نوک ترک از استحکام کششی در آن موضع فراتر رود . د ر مواردی که شرایط برای پیشروی منشا ترک مساعد نیست ترک می تواند متوقف گشته وشکست پدیدار نشود.

تئوری گریفیت:
او چنین بیان می کند که در ماده ای که حاوی تعدادی ترک بسیار ریز باطول معینی است ، همین که مقدار تنش متمرکز درنوک ترک ، حداقل به مقدار تنش لازم برای گسستن پیوندهای اتمی د رآن موضع ( استحکام کششی ) رسید، شکست ظاهر میشود . باپیشرفت ترک ، سطح ترک افزایش می یابد . این مطلب بدین معنی است که برای ایجاد این سطح باید انرژی به کار برده شود . این مقدار انرژی از انرژی تغییر شکل کسب می شود.
بنابراین فرضیه گریفیت علت پدیدار گشتن شکست ترد را وجود ترکها و خراشهای سطحی بسیار ریز ( با اندازه بحرانی) و پائین بودن استحکام را د رآن مواضع می داند . اماموادب هم وجود دارد که بد ون داشتن ترکهای سطحی بسیار ریز شکست ترد د ر آنها پدیدار می شود . بنابراین د ر این گونه مواد هم باید فعل وانفعالاتی صورت گیرد که موجب به وجود آمدن تمرکز تنش وفراتر رفتن موضعی مقدارتنش از استحکام کششی ود رنتیجه ایجاد منشا ترک شود. زنر و اشترو مکانیزم این فعل و انفعال راچنین بیان داشتند که در حین تغییر شکل پلا ستیکی نابجاییها در پشت موانع ( مانند مرزدانه ها ومرز مشترک د و قلوییها ) تجمع یافته وبدین ترتیب در زیر نیم صفحه های مربوط به این نابجاییها ترکهای بسیار ریزی ایجاد می شود .
این ترکهای بسیار ریزهمچنین می تواند محلهای مناسبی برای نفوذ عناصری مانند اکسیژن ، ازت وکربن درآنها وایجاد فازهای ثانوی ترد ودر نتیجه شکست ترد باشند. چنین رفتار ترد د ر شکست ترد مس باوجود عناصری مانند آنتیموان وآهن همراه بااکسیژن مشاهده شده است .
مکانیزم ایجاد ترک از طریق نابجاییها
الف) تجمع نابجائیها در پشت مرز دانه ها (Zener)
ب) تلاقی نابجائیها (Cottrell)
کاترل مکانیزم د ومی رابرای ایجاد منشا ترک ارائه کرد. بد ین صورت که منشا ترکهای ریز می تواند د ر اثر تلا قی د و صفحه لغزش بایکد یگر ، د ر نتیجه د ر هم آمیختن نابجاییها د ر محل تلا قی آن د و صفحه و ایجاد نابجاییها ی جد ید ، ناشی شود، این مکانیز م می تواند د لیلی برای ایجاد سطح شکست ( صفحه کلیواژ ) مشاهده شده د ر صفحه (001 ) د ر فلزات باساختار کریستالی مکعب مرکزدار (bcc ) باشد.
درفلزات چندین کریستالی شکست تر د میتواند به صورت برون دانه ای ( بین دانه ای) و یا درون دانه ای باشد.شکست برون دانه ای در بین دانه ها د ر امتداد مرز دانه ها ظاهر می شود. د لیل این نوع شکست بیشتر میتواند وجود ناخالصیها یا جدایش و رسوب عناصر یا فازهای ترد و شکننده د ر امتداد مرز دانه ها باشد. شکست ترد درفلزات بیشتر به صورت درون دانه ای است . بدین ترتیب که ترک د ر داخل دانه ها گسترش می یابد. د رجه حرارت و سرعت تغییر شکل تاثیر مخالفی برروی نوع شکست خواهد داشت ، به طوری که باکاهش درجه حرارت و ازد یاد سرعت تغییر شکل ، تمایل برای شکست ترد به صورت درون دانه ای د ر حین خزش د ر نتیجه تغییرات شیمیائی دراثر اکسیداسیون ممکن خواهد بود. چنانچه اکسیداسیون برون دانه ای در فلزات صورت گیرد، تنش شکست بسیار کاهش می یابد.
تافنس شکست:
چنانچه در جسمی ترک وجود داشته باشد، د راین صورت استحکام آن جسم استحکامی نیست که از طریق آزمایش کشش به دست می آید ، بلکه آن کمتر است. د راین صورت مسئله ترک واشاعه آن اهمیت پیدا می کند. در اینجا تافنس شکست به رفتار مکانیکی اجسام ، شامل ترک یاد یگر عیوب بسیار ریز سطحی یاداخلی مربوط میشود. البته م یتوان اذعان کرد که عموما تمام اجسام عاری از عیب نبوده و شامل عیوبی هستند . دراین صورت آن چه که د رطراحی و اتنخاب مواد برای ما اهمیت صنعتی ویژه ای دارد ، مشخص کردن حد اکثر تش قابل تحمل برای جسمی است که شامل عیبی با شکل و اندازه معینی است . بنابراین به کمک تافنس شکست می توان توانایی جسمی که بطور کامل سالم نیست راد رمقابل یک بار خارجی وارد برجسم سنجید.معمولابرای تعیین تافنس شکست از آزمایش کشش برروی نمونه آماده شده ای از جنس معین که ترکی بطول وشکل معینی برطبق استاندارد درسطح یاداخل نمونه بطورعمد ایجاد شده استفاده می شود، شکل نمونه به گونه ای د ر دستگاه آزمایش کشش قرار می گیرد که ترک ریز به صورت عمود برامتداد تنش کششی قرار گیرد.
اکنون این سئوال مطرح می شود که به ازای چه مقداری از تنش s جوانه ترک مصنوعی د ر داخل جسم گسترش می یابد تاحدی که منجر به شکست نمونه شود . در اطراف این ترک تنش به صورت پیچیده ای توزیع می شود. حداکثر تنش کششی ایجاد شده د ر راس ترک بزرگتر از خارجیs است و تنش بحرانی ( sc ) نامیده میشود.تا زمانی که sc کوچکتراز استحکام کششی است نمونه نمی شکند .با وارد آمدن تنش به نمونه د ر محدوده الاستیکی ابتدا انرژی پتانسیل در نمونه ذ خیره می شود . موقعی که ترک شروع به رشد می کند بین مقدارکاهش انرژی پتانسیل ذخیره شده د رنمونه وانرژی سطحی ناشی از رشد ترک تعادل برقرار است . تازمانی رشد ترک ادامه پیدا می کند که از انرژی الاستیکی کاسته و به انرژی سطحی افزوده شود، یعنی تالحظه ای که شکست ظاهر گرد د .ابتدا گریفیث با توجه به روابط مربوط به انرژی پتانسیل ذ خیره شده و انرژی سطحی ترک در ماده الاستیکی ،مانند شیشه و تغییر و تبد یل آنها به یک د یگررابطه زیر را ارائه کرد:
s=√2Egs ∕ pa
این رابطه برای حالت تنش د و بعدی برقرار است . gs د ر این رابطه انرژی سطحی ویژه و E مد ول الاستیکی ماده است .برای حالت تغییر شکل د و بعدی ( حالت تنش سه بعدی باصرفنظر از تغییر شکل د ربعد سوم ) رابطه زیر را ارائه کرد:
(s = √ 2Egs ∕ pa(1_ n²

لازم به تذکر است که رابطه گریفیث برای یک ماده الاستیکی شامل ترک بسیار ریز باراس ترک تیز ارائه شد و این رابطه ترک باشعاع راس ترک 0≠r را شامل نمی شو د . بنابراین رابطه گریفیث شرط لازم برای تخریب است ، اما شرط کافی نیست .
در رابطه گریفیث انرژی تغییر شکل پلاستیکی در نظر گرفته نشده است . ازاین ر و اروان انرژی تغییر شکل پلاستیکی ، که برای فلزات و پلیمرها در فرآیند شکست قابل توجه است رادر نظر گرفت و رابطه زیر راارائه کرد:
s = √ 2E(gs+gp) ∕ pa
سپس اروین رابطه گریفیث را برای موادی که قابلیت تغییر شکل پلاستیکی دارند ، به کار برد و باتوجه به میزان رها شدن انرژی تغییر شکل الاستیکی در واحد طول ترک د رحین رشد (G) رابطه زیر را برای حالت تنش د و بعدی ارائه داد :
s = √ EG ∕ pa
بامقایسه با رابطه قبل (gs+gp) 2 = s است . بد ین ترتیب د ر لحظه ناپایداری ، وقتی میزان رها شد ن انزژی تغییر شکل الاستیکی به یک مقدار بحرانی رسید ، شکست پدیدار می شود. در این صورت در لحظه شکست :
برای حالت تنش دو بعدی Gc=pasc²∕E
برای حالت کرنش دو بعدیGc= pa(1- n² ) sc² ∕ E = Kc² ∕ E
Gcمقیاسی برای تافنس شکست یک ماده بوده و مقدار آن برای هر ماده ای ثابت و معین است . بامعلوم بودن این کمیت می توان مشخص کرد که مقدارa به چه اندازه ای باید برسد تاجسم بشکند . بدین ترتیب این رابطه در مکانیزم شکست اهمیت دارد. هرچقدر Gcکوچکتر باشد ، تافنس کمتر یا به عبارتی ماده تردتراست .رابطه زیر را برای حالت تنش دو بعدی می توان به صورت زیر نوشت :
Gc = √ EGc ∕ pa
و برای شرایط تغییر شکل نسبی د و بعدی رابطه زیر ارائه شده است :
(s = √ EGc ∕ pa(1_n²
تعیین تنش شکست بحرانی sc کار چندان ساده ای نیست . اما می توان گفت که به ازای تنشهای جسم باوجود ترک هنوز نمی شکند . از این رو تنش درحد پاینتر از مقدار بحرانی با ضریب شدت تنش K توصیف و رابطه زیر برای آن ارائه شد ه است :
K= fs√ pa
در این رابطه f ضریب هند سه نمونه معیوب ، s تنش اعمالی وa اندازه عیب است ، در شکل تئوری گریفیث اگر عرض نمونه نامحدود فرض شود ، دراین صورت 1 = f است . با انجام آزمایش روی نمونه ای با اندازه معینی از عیب می توان مقدار k ، که به ازای آن ترک شروع به رشد کرده و موجب شکست میشود ، را تعیین کرد . این ضریب شدت تنش بحرانی به عنوان تافنس شکست نامیده میشود و به Kc نشان داده میشود .اماازطرفی ، همچنین به ازای تنش ثابتی درحد کوچکتر از استحکام کششی باافزایش کند ترک ، طول ترک (a) میتواند به مقدار بحرانی برسد و به ازای آن نمونه تخریب شود.
تافنس شکست (Kc) از فولادی با تنش تسلیم MN.m2 2070 با افزایش ضخامت تا تافنس شکست در حالت تغییر شکل صفحه ای (دو بعدی) کاهش می یابد.
کمیتهای Kcو Gc بستگی به ضخامت نمونه دارد. همین که ضخامت نمونه افزایش یافت ، تافنس شکست Kcتا مقدار ثابتی کاهش می یابد ، این مقدار ثابت Kc تافنس شکست تغییر شکل نسبی دو بعدی KIc نامیده می شود . Kc کمیتی مستقل از اندازه نمونه است و در محاسبه استحکام که مستلزم اطمینان بالاست ، به کار میرود .
بنابراین در طراحی در محاسبات باید روابط زیر توجه شود :
s< Kc ∕ √ pa
و در حالت تغییر شکل دو بعدی ( حالت تنش سه بعدی باناچیز بودن تغییر شکل در بعد سوم):
s< K1c ∕ √ pa
کمیتهای K1c و G1c نه فقط برای گسترش ترک ترد ونرم تعریف شد ه است ، بلکه همچنین برای شکست تحت شرایط تنش خوردگی ، خستگی و خزش نیز به کار میرود. در جداول زیر تافنس شکست تعدادی از مواد ارائه شده است .
تافنس شکست تعدادی از مواد طراحی
تافنس شکست در حالت تغییر طول نسبی دومحوری (KIc) تعدادی از مواد
اگر حد اکثر اندازه عیب موجود در قطعه a و مقدار تنش وارد برآن s باشد ، میتوان ماده ای را باتافنس شکست Kc یا K1c به اندازه کافی بالا ، که بتواند از رشد ترک جلوگیری کند، انتخاب کرد. همچنین اگر حداکثر اندازه مجاز عیب موجود درقطعه و تافنس شکست ماده ، یعنی Kc یا K1c، معلوم باشد در آن صورت میتوان حداکثر تنش قابل تحمل برای قطعه رامشخص کرد. از این رو میتوان اندازه تقریبی قطعه را تیین کرد، آن چنان که از پایینتر آمدن حداکثر تنش ایجاد شده از حد مجاز، اطمینان حاصل شود.
همچنین اگر ماده معینی انتخاب و اندازه قطعه و تنش وارد برآن مشخص شده باشد ، حد اکثر اندازه مجاز عیب قابل تحمل را میتوان به طور تقریب بدست آورد.
توانایی هرماده در مقابل رشد ترک به عوامل زیر بستگی دارد:
1- عیوب بزرگ ، تنش مجاز را کاهش میدهد. فنون خاص تولید، مانند جداسازی و کاهش ناخالصیهااز فلز مذاب و فشردن ذرات پودر در حالت داغ در تولید اجزای سرامیکی همگی میتواند موجب کاهش اندازه عیب شود و تافنس شکست را بهبود ببخشد.
2- در فلزات انعطاف پذیر ، ماده مجاور راس ترک میتواند تغییر فرم یابد . به طوری که سبب باز شدن راحت راس ترک و کاسته شدن از حساسیت آن شده و ضزیب شدت تنش را کاهش داده و از رشد ترک جلوگیری میکند معمولا افزایش استحکام فلز انعطاف پذیری را کاهش میدهد و سبب کاهش تافنس شکست میشود ، مانند سرامیکهاوتعداد زیادی از پلیمرها ، تافنس شکست بسیار پایینتر از فلزات دارند.
3- مواد ضخیمتر وصلبتر دارای تافنس شکست کمتر از مواد نازک هستند.4- افزایش سرعت وارد کردن بار، مانند سرعت وارد شدن بار د ر آزمایش ضربه ، نوعاتافنس شکست جسم را کاهش میدهد.5- افزایش درجه حرارت معمولا تافنس شکست راافزایش میدهد، همان گونه که د ر آزمایش ضربه این چنین است .6- با کوچک شدن اندازه دانه ها معمولا تافنس شکست بهبود مییابد ، د ر حالی که با وجود عیوب نقطه ای و نابجاییهای بیشتر تافنس شکست کاهش مییابد. بنابراین مواد سرامیکی دانه ریز میتواند مقاومت به رشد ترک را بهبود بخشند.

+ نوشته شده توسط امیدرضا خدابنده در یکشنبه شانزدهم خرداد 1389 و ساعت 14:25 |


Powered By
BLOGFA.COM