نشریه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
پیاپی 1 (تابستان 1386)

در این مقاله عمق نفوذ کربن از روی سطح قطعه و نحوه جریان گاز در داخل کوره کربن دهی گازی توسط یک مدل عددی سه بعدی در کوره مداوم فشاری با شکل هندسه پیچیده مورد بررسی قرار گرفت. برای محاسبه عمق نفوذ کربن، با استفاده از مدل ریاضی، مقدار گردایان کربن در سطح فولاد به دست آمد. علاوه بر آن مدل توانایی پیشگویی نحوه جریان گاز در داخل کوره و چگونگی توزیع درجه حرارت و توزیع جرم واکنش دهنده های گازی را دارا است. برای این منظور معادلات حاکم بر فرایند شامل معادله پیوستگی و معادلات حاکم بر انتقال مومنتم، حرارت و جرم واکنش دهنده ها و شرایط مرزی مناسب با شرایط کار کوره با توجه به فرایند ارائه شد. چون معادلات حاکم بر فرایند به شکل مشتقات جزیی غیر خطی هستند، از روش المان حجمی بر مبنای تفاضل محدود و انطباق محورهای مختصات برای تبدیل معادلات حاکم به معادلات جبری استفاده شد. سپس معادلات جبری با روش SIMPLER حل شد.
اعتبار و صحت مدل عددی ارائه شده در این بررسی، با مقایسه عمق نفوذ کربن محاسبه شده از مدل عددی و نتایج آزمایشگاهی منتشر شده مشخص شد. از این مقایسه معلوم شد که تطبیق نتایج محاسبه شده با داده های آزمایشگاهی خوب است و مدل قادر به محاسبه نتایج صحیح با دقت بالا در کوره های کربن دهی گازی مداوم می باشد. بنابراین از این مدل می توان در طراحی و به کار گیری کوره های کربن دهی گازی مداوم استفاده نمود.

خوردگی فولاد در محیط های گوگرد دار در دمای بالا، در صنایع متالورژی، نیروگاه ها، پالایشگاه ها و صنایع شمیایی به خصوص در محفظه و دیواره های کوره ها و محل احتراق به شدت مطرح بوده است. تحقیقات در این زمینه برای شناسائی مورفولوژی لایه های محصول خوردگی و نیز سینتیک واکنش ها به منظور جلوگیری از تخریب بیشتر و نیز کاهش آثار زیان بار به تاسیسات فلزی، رو به گسترش است. در این مقاله، ترمودینامیک و سینتیک واکنش سولفیداسیون فولاد ساده کربنی با گاز H2S و در دمای بالا به روش وزن سنجی حرارتی ناپیوسته مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور محفظه آزمایش (راکتور) طراحی و ساخته شد و گاز H2S از طریق واکنش Na2S با اسیدکلریدریک غلیظ تهیه و در شرایط آزمایشات وارد راکتور گردید. آزمایش های سولفیداسیون فولاد ساده کربنی در دمای K 823 تا K 923 و در فشار یک اتمسفر انجام شد و نتایج آن با مدل های هسته کاهنده مطابقت داده شد و معادله ضریب نفوذ آهن در لایه سولفیدی به دست آمد. در این آزمایش ها علاوه بر آنالیز لایه های سولفیدی باتفرق اشعه X، مورفولوژی آن در حالت تماس فولاد با گاز H2Sدر دمای بالا، با میکروسکوپ الکترونی مورد بررسی قرار گرفت.

خواص مکانیکی بهینه چدن های نشکن آستمپر شده باعث گسترش استفاده از این مواد در صنایع مختلف شده است. در این مقاله بر خلاف روش های مرسوم به منظور توزیع یکنواخت عناصر آلیاژی در زمینه چدن نشکن از عملیات حرارتی همگن سازی از طریق ذوب جزئی استفاده گردید. برای بررسی تاثیر شرایط عملیات آستمپرینگ بر نمونه های همگن شده، از شمش چدن نشکن ریخته گری شده توسط کوره القایی با فرکانس متوسط، نمونه هایی مکعبی شکل بریده شد و تحت عملیات آستمپرینگ واقع شدند. پارامترهای موثر بر عملیات حرارتی آستمپرینگ چدن های نشکن از قبیل دما و زمان فرایند آستنیته کردن و دما و زمان عملیات آستمپرینگ در این مقاله مورد بررسی قرار گرفت. انتخاب مناسب دما و زمان فرایندهای آستمپرینگ و آستنیته کردن، منجر به ایجاد داکتیلیته و استحکام کششی بهینه در نمونه های آستمپر شده می گردد، در غیر این صورت چدن نشکن آستمپر شده رفتار تردی را از خود نشان می دهد.

در این پروژه آرژیلیت معدن دوپلان به منظور تعیین رفتار حرارتی جهت تولید آجرهای شاموتی مورد بررسی قرار گرفت. نمونه هائی از آرژیلیت در حرارت های 1100، 1200 و 1300 درجه سانتیگراد به مدت چهار ساعت در معرض پخت قرار داده شدند. میزان تخلخل و دانسیته آن پس از پخت تعیین شده و ترکیب شیمیایی و فازی آرژیلیت خام و پخته با استفاده از آزمایش XRD مشخص گردید. نتایج آزمایش نشان داد که کانی های تشکیل دهنده آرژیلیت خام دیاسپور، بوهمیت، کائولینیت و آناتاز (TiO2) و فازهای نمونه های پخته آن شامل مولیت، سیلیس، کوراندم و روتیل بوده است. همچنین آزمایشات نشان داد که TiO2 در اثر حرارت تغییر فاز می دهد و در حرارتهای بالا انبساط می یابد که خود می تواند سبب ایجاد ترک در ماده پخته شده گردد.
با توجه به نتایج آزمایشات فوق، تخلخل زیاد آرژیلیت پخته شده در دمای 1300 درجه سانتیگراد علاوه بر این که حاصل خروج آب شبکه ای کانی های دیاسپور، بوهمیت و کائولینیت است، می تواند در اثر ترک های ناشی از انبساط TiO2 نیز باشد. نتیجه حاصل از آزمایشات نشان داده است که دمای 1200 درجه سانتیگراد مناسب ترین دما برای تهیه شاموت از این آرژیلیت می باشد.

زمان آنیلینگ بر همگنی و میزان حلالیت عناصر آلیاژی در برنج های پر آلیاژ اثر قابل توجه ای دارد. میزان حلالیت بیشتر این عناصر در زمینه باعث تغییر پارامتر شبکه آلیاژ می گردد. در تحقیق حاضر نمونه هایی از آلیاژ کار شده CuZn40Al1 در زمان های مختلف در دمای oC750 در کوره حمام نمک مذاب (SH20/35) نگهداری شده و سپس کوئنچ گردیده اند. با توجه به اینکه دستگاه مورد استفاده از نوع دیفرکتومتر است از تابع برونیابی Cos2/Sin بر روی الگوی پراش 3 صفحه پراشیده (200)،(220) و (222) برای تعیین پارامتر شبکه استفاده گردید. نتایج بیانگر تطابق داده های پرتو X با تغییرات سختی نمونه ها می باشد. با افزایش زمان آنیلینگ پدیده رشد دانه در نمونه ها مشاهده گردید. در بررسی های صورت گرفته توسط EXD وجود رسوباتی که عموما از دو عنصرMn وSi تشکیل شده اند مشاهده شد.

الیاف سرامیکی کاربردهای زیادی به عنوان تقویت کننده در کامپوزیت های زمینه سرامیکی دارند. روش های مختلفی برای تهیه الیاف سرامیکی وجود دارد. در کار پژوهشی حاضر الیاف YAG/Al2O3 به روش سل- ژل و با استفاده از آب به عنوان حلال تهیه شدند. این الیاف با استفاده از نمک آلومینیوم، پودر فلز آلومینیوم و ایتریا به دست آمدند. الیاف ژله ای با فروبردن یک سیم نازک فلزی داخل یک سل ویسکوز و کشیدن آن به کمک دست تهیه شدند. رفتار کریستالیزاسیون الیاف غیر کریستالی با استفاده از آنالیز حرارتی STA تعیین شد. ترکیب فازی الیاف عملیات حرارتی شده در دماهای مختلف به کمک آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD) مورد بررسی قرار گرفت. بررسی ها نشان داد، کریستالیزاسیون فازهای آلفا آلومینا و YAG در الیاف ژله ای در دمای°C1100 شروع و در دمای°C 1400 تکمیل می شود. تصاویر تهیه شده به کمک میکروسکوپ الکترونی (SEM) نشان داد، الیاف بعد از عملیات حرارتی دارای یک ساختار بسیار ریز (100-200 نانومتر) می باشند.

در میان تمام آلیاژ های تیتانیوم، آلیاژ دو فازی Ti-6Al-4V به دلیل خواص بهینه مکانیکی و مقاومت به خوردگی از جایگاه ویژه ای برخوردار است. به دلیل استحکام بالای آلیاژ های تیتانیوم، اکثر قطعات تیتانیوم مورد استفاده در صنایع هوافضا از روش های شکل دهی گرم تهیه می شوند. خواص محصول نهایی وابستگی شدیدی به ریز ساختار نهایی دارد. در این تحقیق با انجام سیکل های متفاوت گرم کردن، فشار گرم و آنیل نهایی تاثیر کار گرم روی تحولات ریزساختاری بعد از انجام عملیات آنیلینگ مورد مطالعه قرار گرفت. با انجام آزمایشات متالوگرافی، تغییرات ریز ساختاری قبل از آزمایش های فشار گرم و ریز ساختار نهایی بعد از انجام فرآیند باز پخت نمونه های تغییر شکل یافته، مورد بررسی قرار گرفت. گستره وسیعی از ریزساختارهای غیر تعادلی همانند ساختار های حصیری، کروی و یا سوزنی، بدلیل اعمال کار گرم روی نمونه ها مشاهده شد،که افزایش استحکام دمای بالا و بهبود خواص خستگی آلیاژ را بدنبال دارند.

در سال های اخیر استفاده از پوشش های محافظ سطحی با هدف افزایش استحکام و مقاومت سایشی فولادهای گرمکار، وسعت چشمگیری پیدا کرده است. فرایند نیتراسیون پلاسمائی از جمله عملیات ترموشیمیایی است که می توان از آن برای افزایش مقاومت به سایش، خستگی و خوردگی این دسته از فولادها استفاده کرد. در این مقاله با هدف بررسی نیتروژن پذیری فولادهای 1.2367 و 1.2678 نمونه هائی از آنها در سیکلهای مختلف و به روش پلاسمائی نیتروره شده اند. به کمک منحنی های سختی و تصاویر میکروسکوپ نوری و الکترونی و همین طور آنالیز عنصری گرفته شده از سطح تا مغز نمونه ها به همراه آنالیز XRD لایه های سطحی، شرایط نفوذ نیتروژن، ضخامت لایه های نیتروره و نوع ترکیبات در این لایه ها مورد بررسی قرار گرفت. با انجام آزمایشات مختلف، مشخص شد که با افزایش درصد عناصر آلیاژی در فولاد 1.2678 علاوه بر افزایش سختی لایه های نیتروره، با کاهش ضریب نفوذ نیتروژن، عمق نفوذ نیتروژن نیز کاهش یافت و افزایش سختی تاثیر چندانی بر ضخامت لایه سفید نداشت.