بخشی از مقاله
کاربرد سوپرآلیاژها
قطعات سوپرآلياژي کاربردهاي متنوع و وسيعي در صنايع مختلف از جمله ايمپلنت¬ها، صنايع زيردريايي، هوافضا و غيره دارند، اما كاربرد عمدة سوپر آلياژها، در پره¬هاي توربين¬هاي گازي است. اين توربين¬ها در سه وزارت¬خانة دفاع، نفت و نيرو داراي اهميت فوق¬العاده¬اي مي¬¬¬¬¬¬باشند. ساخت پره¬هاي اين توربين¬ها نياز به توانايي بالايي از لحاظ تكنولوژي دارد.
دکتر سيروس عسگري، عضو هيأت علمي دانشکدة مهندسي و علم مواد دانشگاه صنعتي شريف در گفتگوي با شبكه تحليلگران تكنولوژي ايران (ايتان) دربارة توليد قطعات سوپرآلياژي و وضعيت كنوني كشور در اين زمينه مطالبي را بيان كرد که خلاصه¬اي از آن، در زير آورده شده است:
روش¬هاي توليد
قطعات سوپرآلياژي، به دو روش عمده توليد مي¬شوند:
الف) روش ريخته¬گري دقيق: اين روش، عمدتاً براي توليد پره¬هاي ثابت و متحرک توربين استفاده مي¬شود. به اين دسته از محصولات، "قطعات سوپرآلياژي ريختگي" (Cast Super alloy) مي¬گويند.
ب) روش شکل¬دهي: اين روش، شامل فرآيندهايي چون فورج و نورد است و محصولات آن از قبيل ديسک، ورق، ميلگرد، لوله و مفتول مي¬باشد. به اين گروه از محصولات، "قطعات سوپرآلياژي کارپذير" (Wrought Super alloy) گفته مي¬شود.
در روش ريخته¬گري، مهم¬ترين تجهيزات مورد نياز يک کورة تحت خلاء است، ولي در مورد روش شکل¬دهي، معمولاً تجهيزات پيچيده¬تر است. البته در حال حاضر امکانات وسيع شکل¬دهي در سطح کشور وجود دارد و مشکل اصلي در اين بخش، ضعف در دانش فني است.
توليد قطعات سوپرآلياژي به روش ريخته¬گري
براي توليد يک قطعة سوپرآلياژي به روش ريخته¬گري به¬خصوص پرة توربين که مهم¬ترين قطعه سوپرآلياژي است، چهار مرحله بايد انجام شود:
1- مهندسي معکوس (جهت تهية نقشه و مشخصات فني)
2- ساخت قالب و ريخته¬گري دقيق
3- ماشين¬کاري قطعات ريخته¬شده
4- پوشش¬دهي
اين چهار مرحله براي توليد پره، به خصوص "پره¬هاي متحرک" رديف اول و دوم بايد انجام شوند. البته "پره¬هاي ثابت" ممکن است بخش پوشش¬دهي را نداشته باشند. همچنين پره¬هاي متحرک در رديف¬هاي سوم و بالاتر در بعضي موتورها ممکن است از طريق فرايند فورجينگ توليد شده و پوشش نداشته باشند. همچنين براي ايجاد هر صنعت،
سه عامل تجهيزات، نيروي انساني ماهر و دانش فني، لازم است كه با توجه به اين سه عامل، مي-توان به بررسي وضعيت کشور در مورد مراحل چهارگانة فوق و نيز مشکلات آنها پرداخت:
1- مهندسي معکوس
در اينجا منظور از مهندسي معکوس فرايندي است که در آن از تعدادي نمونه موجود، مشخصات فني و نقشه¬هاي مورد نياز براي توليد و ساخت نمونه¬هاي مشابه بدست آيد.
اين فرايند شامل اندازه¬گيري¬هاي ابعادي به وسيله CMM و دستگاه¬هاي مخصوص ديگر و سپس تهية نقشه مي¬باشد. تجهيزات لازم، تقريباً در کشور موجود بوده و CMM و نرم¬افزارهاي مورد نياز نيز موجود است. نياز اصلي به نيروي انساني متخصصي است که توانايي Surface modeling با دقت کافي را داشته باشد.
مشکلي که در توليد پره¬هاي توربين وجود دارد، اين است که پره، محصول نهايي نيست بلکه محصول نهايي "توربين" است و پره¬ها بايد طوري دقيق ساخته شوند، تا وقتي تعداد زيادي پره در توربين نصب مي¬شوند شرايط لازم را ايجاد نمايند. ممکن است قطعه توليد شده چيزي شبيه به پره اصلي باشد، اما رعايت تلرانس¬هاي مجاز، بالاخص در نقاط حساس پره، نيازمند تجربه کافي است. تلرانس¬هاي قسمت¬هاي مختلف پره بالاخص در نقاط حساس بر توان خروجي موتور بويژه در موتورهاي هوايي تا‌ثير تعيين¬کننده¬اي دارد.
براي حل اين مشکلات و تربيت نيروهاي ماهر، بايد انتقال دانش فني لازم انجام شود و اين دانش فني بايد از شرکت¬هايي انتقال يابد که داراي اعتبار بين¬المللي در اين زمينه هستند. معمولاً شرکت¬هايي توانايي اين کار را دارند که از اطلاعات OEM بهره¬مند -باشند؛ يعني با طراحي موتور آشنا بوده و تلرانس¬ها را بدانند، حساسيت¬ها را بشناسند و با پارامترهايي که بايد از نظر ابعادي کنترل شوند، آشنايي داشته باشند.(رجوع شود به: نقد و بررسي روش انتقال تکنولوژي پره‌هاي توربين)
با توجه به مطالب بالا شايد اين تصور پيش آيد که بحث مهندسي معکوس منتفي است، چون نيازمند دانش طراحي و ساخت توربين است. اما بايد توجه کرد که در قطعات با حساسيت كم و نيز توربين¬هايي که قدرت پاييني دارند، براحتي مي¬توان مهندسي معکوس را پياده كرد. براي قطعات بزرگ و حساس و به-خصوص پره¬هاي هوايي اين نکات قابل چشم¬پوشي نيست و بايد با شرکتي که توان کافي را دارا باشد، همکاري شود. فعاليتي که در اين بخش در کشور انجام شده روي پره¬هاي کوچک و ساده بوده که در آنها حفره¬هاي خنک-کننده وجود ندارد.
2- ريخته¬گري دقيق
در ريخته¬گري دقيق، ابتدا قالب موم ساخته-شده و سپس قطعات از جنس تزريق شده و پس از مونتاژ روي خوشه مومي پوسته سراميک ايجاد مي¬شود. در مرحله بعد موم تبخير شده و پوستة سراميكي به¬عنوان قالب عمل كرده و ريخته¬گري انجام مي¬گردد.
براي ساخت قطعات کوچک، دو کورة دوچمبره (Double chamber vim) موجود است. اما براي ساخت قطعات بزرگتر نياز به کوره¬هايي با ظرفيت بالاتر است. در حال حاضر براي ظرفيت-هاي بالا، در داخل كشور فقط دستگاه تک-چمبره وجود دارد که معمولاً براي توليد شمش به صورت نيمه¬صنعتي بکار مي¬رود. تاکنون چند قطعه به¬صورت آزمايشگاهي ريخته¬گري شده است. در اين راستا چند بازديد انجام شده و امکاناتي نيز وارد شده است ولي اين امکانات جهت توليد انبوه جوابگو نيست.
موضوع حايز اهميت ديگر اين است که در فرايند ريخته¬گري پارامترهاي بسياري از جمله پارامترهاي محيطي مثل رطوبت، دما و غيره دخيل است که تجهيزات خاصي را جهت كنترل نياز دارد. در شرکت¬هاي معتبر اين پارامترها از طريق سيستم کنترل مرکزي تنظيم مي¬شوند که بايد روي اين موارد کار شود. از نظر دانش فني قلب فرايند ريخته-گري ساخت قالب سراميکي بويژه براي پره¬هاي نازک و ماهيچه¬خور است.
از نظر نيروي انساني، در اين 10 سال خوب عمل شده است اما از نظر دانش فني بايد روي قطعات مورد نظر با دقت کار شود، چون توليد قطعات به اين روش دشواري خاص خود را دارد.
البته براي توليد قطعات ساده و با ضخامت-هاي زياد (توربين¬هاي قديمي و صنعتي) که از نظر تلرانس¬هاي ابعادي حساسيت کمتري دارند، مشکل چنداني وجود ندارد. اما در مورد قطعات نازك و قطعات ماهيچه¬خور و سوراخ¬دار پيچيدگي¬ها و حساسيت¬هاي خاص وجود دارد.
از آنجا که در ريخته¬گري دقيق، دانش پاية آن موجود است، در بحث دانش فني بايد بيشتر به نکات پيچيده و ظريف توجه شود. يعني بعد از اين بايد براي کسب دانش فني قطعات نازک، قطعات پيچيده و قطعات بزرگ داراي حساسيت بيشتر، تلاش شود. قطعات پس از ريخته¬گري معمولاً بايد تحت عمليات HIP قرار گيرند. به دليل عدم وجود تجهيزات مورد نياز در حال حاضر قطعات ريختگي در خارج از کشور HIP مي¬شوند.
3- ماشين‌كاري
قطعات سوپرآلياژي بعد از ريخته¬گري بايد ماشين¬کاري شوند که نقشه¬ها و دستورالعمل-هاي لازم از طريق مهندسي معکوس آماده مي-شود. ماشين‌كاري سوپرآلياژها صنعت مربوط به خود را دارد. سوپرآلياژها و به¬خصوص آنهايي كه ريخته¬گري مي‌شوند، بسيار سخت و محكم مي¬باشند. در 10 سال گذشته براي تراشكاري‌هاي ساده، تجهيزات خوبي خريداري شده است و دانش فني آن در حال تکميل و توسعه مي‌باشد و تقريباً در تراشكاري پرة ريخته شده، مشكلي وجود ندارد.
اما تكنولوژي بعدي مورد نياز در اين قسمت، تکنولوژي سوراخكاري پره¬ها به روش الکتروشيميايي جهت ايجاد سوراخ¬هاي خنک-کننده هوا روي پره¬ها مي‌باشد. در اين بخش فعلاً دانش فني و تجهيزات لازم موجود نيست و وزارت نيرو در حال وارد كردن تكنولوژي آن است. در حال حاضر شركت‌هاي داخلي براي سوراخكاري قطعات، آنها را به خارج از كشور ارسال مي‌كنند.
4- پوشش‌دهي
براي پوشش‌دهي در كشور، دو مركز خوب موجود است. يك مركز در "صها" است كه پوشش‌دهي پره‌هاي هوايي را انجام مي‌دهد و با استانداردهاي 30 سال پيش كار مي‌كند. مشكل اين مركز، قطع ارتباط با صنعت مادر خود و عدم به¬روزكردن استانداردهاي خود است. مركزي نيز در کرج وجود دارد که روي پوشش-دهي پره‌هاي صنعتي وزارت نيرو مشغول فعاليت است.
مطلب قابل توجه در اينجا، حرکت به سمت پوشش‌هاي جديد است. در حال حاضر قطعاتي در داخل کشور وجود دارند که با "پلاسما اسپري" تحت خلاء، پوشش داده مي‌شوند. هرچند که تجهيزات آن قبلاً خريداري شده است، ولي به طور متمرکز روي آن کاري صورت نگرفته است، لذا برنامه¬ريزي در اين زمينه نيز ضروري است.
وضعيت كنوني كشور در رابطه با توليد توربين گازي
اقداماتي توسط وزارت¬خانه¬هاي نيرو و نفت، جهت تمركز توليد توربين در حال انجام است. يكي از مشكلات مهم در بحث ساخت و تعمير توربين¬ها، تنوع آنها مي¬باشد كه در نتيجه توجيه اقتصادي از بين مي¬رود. بنابراين در اين وزارت خانه¬ها تصميم گرفته شد كه تنوع، پايين آورده شود و انتقال دانش روي موتور¬هاي خاصي انجام گيرد.
در اين رابطه وزارت نيرو براي توليد 30 عدد توربين گازي "زيمنس" که با استفاده از شرکت¬هاي داخلي ساخته خواهد شد، قراردادي با شرکت Ansaldo ايتاليا منعقد کرده است كه در اين راستا شرکت "توگا" تأسيس شده است. در اين قرارداد، تکنولوژي تمامي بخش¬هاي توربين بجز پره¬هاي آن انتقال داده مي¬شود و اخيراً براي توليد پره¬هاي اين توربين¬ها با شرکت¬هاي Non-OEM ارتباط برقرار شده است.
وزارت نفت نيز قراردادي با "Alstom" جهت ساخت 50 دستگاه توربين، براي انتقال دانش فني به داخل کشور منعقد کرده است که البته در اينجا نيز پره¬ها جزء قرارداد نيست.
در بخش هوايي اطلاعات دقيقي در مورد برنامه کلان ساخت موتورهاي توربين گازي در دسترس نيست. اما رشد صنعت پره¬هاي هوايي در کشور نياز مبرم به برنامه¬ريزي کلان و تعيين اهداف درازمدت در اين زمينه دارد.
معرفي تكنولوژي سوپرآلياژ و ميزان كاربرد آن در جهان و ايران
دكتر هاشمي مشاور سازمان گسترش و نوسازي صنايع ايران در زمينة معرفي مواد جديد مطالبي را به شبكه ارسال نموده است كه قسمت اول آن مربوط به معرفي سوپر آلياژها مي¬باشد و در ذيل آمده است:
معرفي وكاربردها
سوپرآلياژها در واقع آلياژهايي مقاوم در برابر حرارت، خوردگي و اكسيداسيون مي-باشند كه به لحاظ تركيب شيميايي شامل سه گروه پايه نيكل،
نيكل-آهن و پايه كبالت مي¬باشند. اولين استفاده از سوپرآلياژها در ساخت توربين¬هاي گازي، ط
