بخشی از مقاله
چکیده
آلیاژ C103 آلیاژ مناسبی براي کابرد در محدوده دمایی 1000-1 400 درجه سانتی گراد است که می تواند جایگزین مناسبی براي سوپر آلیاژهاي پایه نیکل در دماي بالاتر از 1000 درجه سانتی گراد در ص نایع هوافضا باشد. تولید آلیاژ C103 با انجام دو مرتبه فرآیند ذوب مجدد تحت خ لأ ؛ همگن ساز ي و سپس نورد داغ آلیاژ به ص ورت موفقیت آمیز انجام
شد. در نهایت آزمون کشش سرد و داغ از نمونه هاي نورد داغ انجام گردید. نمونه نورد شده داراي استحکام تسلیم 330 MPa در دماي محیط و 120MPa در دماي 1100 درجه سانتی گراد است که بالاتر از مقادیر ذکر شده در استاندارد آلیاژC 103 است.
نورد داغ آلیاژC103 در شرایط مختلف ترمومکانیکی نشان داد که در دماهاي پایین، کم بودن کارپذیري آلیاژ و در دماهاي بالاي 800 درجه سانتی گراد اکسید شدن آن سب ب ایجاد ترکهاي طولی و عرض ی در حین فرآیند نورد می شود. در نهایت مش خص شد که براي نورد آلیاژ C103 لازم است که س طح نمونه با مس پوشش داده شود و نورد در دماي 950درجه سانتی گراد به عنوان دماي بهینه حاصل گردید.
کلمات کلیدي: آلیاژ C103، ذوب مجدد تحت خلأ، نورد داغ، خواص مکانیکی.
مقدمه
در میا ن تمام فلزات دیر گداز که نقطه ذو ب بالاتر از 2000 درجه سانتیگراد دارند، آلیاژهاي نیوبیوم بیشترین میزان تولید و کمترین چگالی را دارند. آلیاژهاي نیوبیوم در ماهواره ها ي ارتباطی تا وسایل تصویربرداري از بدن استفاده می شون د. %95 نیوبیوم به عنوان عنصر افزودنی در سوپر آلیاژهاي پایه نیکل و فولادهاي زنگ نزن مورد استفاده قرار می گیرد. تنها یک تا 2 درصد نیوبیو م به عنوان فلز نیوبیوم خالص یا در آلیاژهاي نیوبیوم مورد استفاده قرار می گیرد.
نیمی از این درصد کم آلیاژهاي تیتانیوم نیوبیوم در ابر رساناها است و باقیمانده آن در کاربرد هاي دماي بالا و خوردگی است که در صنایع هوا فضا و هسته اي مورد استفاد ه قرار می گیرد در مقایسه با دیگر آلیاژهاي دیر گداز که در دهه 19 60-1970 میلادي تولید شدند، آلیاژهاي نیوبیوم داراي استحکام پایینتري هستند ولی داراي چقرمگی بسیار خوبی هستند که منج ر به تبدیل این آلیاژها به شکلهاي مختلف می شود.
از سال 1963 از نیوبیوم به عنوان رینگها و بالها ب راي کاربردهاي موشکی و ملحقات سفینه هاي فضایی استفاده گردید. آلیاژ C103 هم چنین به عنوان ملحقات و خروجی نازل بکار گر فته شده
است. یکی از بزرگترین سازههاي ساخ ته شده از آلیاژهاي نیوبیوم - - C103 ، موتور سفینههاي A pollo است. یکی دیگر از کاربردهاي یک مقدار متفاوت آلیاژ C1 3 در بدنه سوپاپ ها و قطعات سوپاپ و منیفلدها ي هدایت موشکهاي قاره پیما است.
تا به امروز استفاده اي که از آلیاژهاي نیوبیوم در موتور جت ها شده است استفاده از ورق C 03 پوشش داده شده در ساخت فلپ ه اي موتور 0 F10 در هواپیماهاي F15 است. اخیرا کمپانی
Wa h Changیک محفظه احتراق از آلیاژ C 103 به منظور استفاده در موشکهاي مافوق صوت تولید کرده است که جایگزین مواد کنونی در مو شک هاي کروز خواهد شد. محفظهه اي احتراق و نازلها در موتورهاي جت ها براي رسیدن و داشتن بیشترین نیروي پیش رانش از سوختن گازها است .
این سازهها از صفحات نورد شده C103سا خته شده است که به شکل مخروط ی نورد و جوش داده م ی شوند و به صورت مکانیکی یا هیدرواستاتیکی شکل داد ه می شوند. براي داشتن داکتیلیته مناسب در قطعه از جوشکاري TIG استفاده می شود. این سازه کار شده در دماي 1200 °C بدون اینکه در نواحی کار نشده رشد دانهاي رخ دهد، تبلور مجدد اتفاق میافتد.دو فرآی ند عمده برا ي ذوب مجد د انواع آلیاژها وجود دارد ک ه عبارتند از فرآیندهاي VAR و ESR .در روش VAR الکترود در محفظه خلأ که در آن بوته آب گرد قرار دارد ذوب مجدد می شود.
یک جریان مستق یم از میان الکترود و پایه بوته عبور م ی کند. حرارت ایجادي انته اي الکترود را ذوب و قطرات ایجاد شده بر روي پایه مسی ریخته و منجمد می شود. با افزایش حجم فلز روي پایه مسی - شمش - یک حالت تعادل بین شمش جامد، ناحیه خمیري و ناح یه مذاب ایج اد می شود. ضخامت ناحیه خمیري در مرکز شمش VAR بوسیله میزان انتقال حرارت، قطر بوته و سرعت ذوب شدن سطح الکترود کنترل می شود.
سرعت ذوب الکترود بوسیله میزان جریان عبوري از میان الکترود تعیین می شود. عوامل کنترل کننده دیگري که در ساختار انجماد نقش موثري دارند، فاصله بین سطح ذوب شونده و حوضچه مذا ب و فاصله الکترود از بوته است. آلیاژها ي نیوبیوم بر خلاف فولادها و آلیاژهاي تیتانیوم، تنش سیلان بالایی در دماهاي بالا دارند که این باعث ایجاد فشار بالا در ابزارها می شود و این امر باعث می شو د که قالبهاي اکستروژن بخاطر فرسایش، تنها یک مرتبه استفاده شوند.
در طول کار گرم آلیاژها ي نیوبیوم یک لایه از آلود گیها به خاطر واکنش با هوا بر روي س طح ایجاد می شود. این لایه تشکیل شده ترد است و می بایست به وسیله سنباده زنی یا ماشین کاري قبل از هر کار سردي حذف گردد. براي ساخت قطعات به وسیله کار سرد یا گرم عملیات آنیل براي تبلور مجدد آنها در محیط خلأ انجام میشود. بیشتر آلیاژهاي تجاري به اندازه کافی چقرمه هستند که به محصولات مختلف نورد مانند ورق، فویل، س یم ،میله و لوله بوسیله کار سرد تا %70 کاهش مقطع تبدیل شوند. مح صولات نورد آلیاژهاي نیوبیوم به انواع شکلهاي پیچیده با روشهاي متداول شکلدهی مانند آهنگري قالب بسته، شک لدهی چرخ شی ، هیدروفرمینگ، جوشکاري و ... تولید می شوند.
روش تولید آسان و سبکی آلیاژهاي نیوبیوم ارجحیت آن ن سبت به آلیاژ دیگر دیر گدازها مانند تنگستن و تانتالوم و مولیبدن است[1] .دماي کار گر م بیشتر آلیاژ هاي نیوبیوم مقداري بالاتر از دماي تبلور مجدد آنها است، که این دما بر اي بیشتر آلیاژهاي صنعتی1000-1350 درجه سانتیگراد میباشد. براي تبلور مجدد کامل این آلیاژ در خلأ و یا حضور گاز خ نثی می بایس ت آلیاژ را در دماي 1 400 درجه سانتیگراد و به مدت یک ساعت آنیل کرد.البته استفاده از خلأ 10-4 اتمسفر به جاي استفاده از گاز خنثی - آرگون و ترجیحاً هلیم - بیشتر توصیه می شود زیرا که گاز خنثی ممکن است خالص نباشد.
