بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، فرآیند ذوب مجدد با سرباره الکتریکی - ESR - در اتمسفر محیط بر روي سوپرآلیاژ A286 انجام شد. این سوپرآلیاژ حاوي مقادیر بالایی از عناصر فعال Ti و Al است. کنترل ترکیب شیمیایی این آلیاژ به دلیل واکنش هاي شیمیایی فلز مذاب / سرباره و سرباره / هوا، مشکل است. تغییرات Ti و Al، با واکنش اکسید تیتانیوم و آلومینیوم توضیح داده می شود که در نتیجه آن، تیتانیوم احیا شده و آلومینیوم اکسید می شود. لذا، به منظور بررسی رفتار این دو عنصر طی فرآیند ESR، مقادیر مختلفی از اکسید تیتانیوم - صفر، 5 و 10 درصد وزنی - به سیستم سرباره CaF2-Al2O3 افزوده شده و در هر ترکیب سرباره، تغییرات Ti و Al نسبت به مقادیر این عناصر در الکترود VIM اولیه مطالعه شده است. نتایج بررسی ها نشان می دهد که با افزودن 5%TiO2 به سرباره، اتلاف Ti و Al کاهش می یابد ولی در سرباره با 10%TiO2، تلفات این دو عنصر نسبت به سرباره بدون TiO2 بالاتر است. این به معناي وجود یک مقدار بهینه براي TiO2در سرباره فرآیند ESR از نظر حداقل تلفات Ti ودرAl سوپرآلیاژ A286 می باشد.
واژههاي کلیدي: ذوب مجدد با سرباره الکتریکی، سوپرآلیاژ A286، سرباره، اکسید تیتانیوم، الکترود .VIM
١. مقدمه
سوپرآلیاژهاعموماً براي کار در دماهاي بالاتر از 540 ˚C و کمتر از نقطه ذوب - کهمعمولاً بالاتر از 1204˚C است - ، مناسب هستند .[1] به منظور دست یابی به استحکام و دماهاي کاري بالا، به سوپرآلیاژها عناصر آلیاژي زیادي اضافه می شود. قطعات ریخته شده از جنس سوپرآلیاژ، مستعد به جدایش بوده و تهیه آنها از طریق فورج نیز بسیار مشکل است. ذوب القایی در خلأ - VIM - 1 علی رغم کنترل خوب ترکیب شیمیایی، داراي محدودیت هایی نظیر واکنش هاي مذاب با نسوز و تولید آخال، عدم کنترل نرخ انجماد و در نتیجه، تشکیل لوله هاي انجمادي2، جدایش و درشت ساختار غیر یکنواخت می باشد. براي تهیه شمش هاي سوپرآلیاژ با کنترل خوب ترکیب شیمیایی ، تمیزي، ریز ساختار مطلوب و حداقل جدایش لازم است که فرآیندهاي ذوب مجدد با سرباره الکتریکی 3 - ESR - ، ذوب مجدد قوسی در خلأ - VAR - 4 و یا ذوب مجدد با پرتو الکترونی - EBR - 5 انجام شود
آلیاژ - AISI 660 - A286 یک سوپرآلیاژ پایه آهن است که در ساخت موتورهاي جت توربین گازي، چرخ ها و تیغه هاي توربین و پیچ هاي مقاوم به حرارت بکار می رود زیرا داراي استحکام دما بالا و مقاومت به خوردگی عالی تا 650˚C می باشد [3] ولی کنترل ترکیب شیمیایی این سوپرآلیاژ در طی ESR به دلیل مقادیر بالاي عناصر فعال Ti و Al و واکنش هاي مذاب / سرباره و سرباره / هوا مشکل است .[4]
[4] Wegman فرآیند ESR سوپرآلیاژ A286 را تحت دو اتمسفر محیط و آرگون مورد بررسی قرار داد. از آنجایی که پوشش آرگون در بالاي سطح سرباره یک سیستم بسته را بوجود می آورد، شمش هاي ذوب مجدد شده در آرگون، داراي مقدار اکسیژن کمتر و در نتیجه آخال کمتري نسبت به شمش هاي ذوب مجدد شده در هوا می باشند. این امر بیانگر کنترل واکنشهاي شیمیایی سرباره در حالت Ar-ESR و تمیزي شمش هاي سوپرآلیاژ و در نتیجه، بهبود خواص مکانیکی است. Chongxi و همکارانش [5] در مورد کاهش Ti در طی فرآیند ESR سوپرآلیاژ A286 مطالعه کردند. آنها معتقدند که فاکتور کنترل کننده نرخ کاهش Ti می تواند سرعت انتقال جرم Ti4+ در فصل مشترك فلز/ سرباره باشد که با افزایش غلظت TiO2 در سرباره افزایش می یابد. بنابراین، راه حل جبران کاهش Ti وابسته به کاهش نرخ نفوذ Ti3+ در فصل مشترك سرباره / اتمسفر است.
هدف از این تحقیق، بررسی تأثیر افزودن TiO2 به سرباره در جهت کاهش تلفات Ti و Al و رسیدن به بهترین ترکیب سرباره براي ذوب مجدد با سرباره الکتریکی این سوپرآلیاژ می باشد.
٢. مواد و روش تحقیق
سه الکترود از آلیاژ A286 با ابعاد 27×5/5×4cm و وزن تقریبی 4/6 کیلوگرم توسط کوره VIM،
ذوب، آلیاژسازي و ریخته گري گردید. نتایج آنالیز کوانتومتري در مورد تیتانیوم و آلومینیوم موجود در الکترودها، در جدول 1 ذکر شده است. سپس الکترودها در سیستم سرباره CaF2 / Al2O3 با مقادیر مختلف TiO2 تحت فرآیند ESR قرار گرفتند. در جدول 2، ترکیب شیمیایی سرباره هاي مصرفی در این فرآیند بیان شده است. تصویر الکترود و شمش حاصل از فرآیند ESR در شکل 1 آورده شده است. وزن سرباره مصرفی در هر مرحله، حدود 700 گرم می باشد که سطح خارجی و بالاي شمش ESR را پوشش می دهد. ضخامت سرباره در بالاي شمش 3 تا 4cm و در جداره ها 2 تا 3mm می باشد. همانطور که در شکل 1 دیده می شود، مقاطع عرضی به فواصل 2/5cm و 3/5 به ترتیب از بالا و پایین شمش ESR بریده شده و مقادیر Ti و Al آنها از طریق آنالیز کوانتومتري بدست آمده و نتایج در جدول 1 گرد آوري شده است. اعداد ذکر شده، میانگین 5 آنالیز در هر سطح مقطع می باشد.
