گزارش کارآموزی ریخته گری گروه صنعنتی نورد نوشهر در 35 صفحه ورد قابل ویرایش

متالورژی، علم و تکنولوژی استفاده از فلزات است. متالورژی، به عنوان یک فن از زمانهای قدیم وجود داشته است. انسانهای گذشته بسیاری از فلزات موجود در طبیعت را می شناختند و به کار می بردند. 3500 سال قبل از میلاد از طلا برای ساختن زیورآلات، بشقاب و ظروف استفاده میشده است. فن گدازش، پالایش و شکل دادن فلزات توسط مصریان و چینی ها بسیار تکامل یافت. مصریان قدیم می دانستند چگونه آهن را از سنگ آهن جدا کنند و می دانستند که فولاد سختی پذیر است. اما استفاده از آهن تا سال 1000 قبل از میلاد رایج نشده بود. استفاده از آهن نزد مردم عهد باستان متداول نبود و آنها استفاده از طلا، نقره و مس و برنج را ترجیح می دادند.

عموما در قرون وسطی علم کار بر روی فلزات مستقیما از استاد به شاگرد منتقل می شد و در نتیجه بسیاری از فرآیندها با خرافات می آمیخت. در مورد فرآیندهای متالورزیکی بسیار کم نوشته شده بود تا اینکه برنیگوچیو کتاب پیوتکنیا را در سال 1540 و به دنبال آن کتاب دِرِ متالورژیکا را در سال 1556 منتشر کرد. طی سال های متمادی توسط مردمی که در تقلید جنس و ساتار فولاد دمشق می کوشیدند، اطلاعات بسیاری به علم افزوده شد.

تا آغاز آخرین ربع قرن نوزدهم، اغلب تحقیقات در مورد ساختار فلز با چشم غیرمسلح و به طور سطحی صورت می گرفت. علم ساختار فلزها تقریبا وجود نداشت. در این میان، نیاز به وجود افرادی که سابقه ی علمی انها بیشتر از سابقه علمی و تجربی شان بود، احساس می شد.

بعدها در سال 1922 با کشف روشهای پراش اشعه X و مکانیک موجی، آگاهی های بیشتری درباره ی ساختار و خواص فلزها حاصل شد.

متالورژی حقیقتاً علم مستقلی نیست، زیرا بسیاری از مفاهیم اساسی آن از فییک، شیمی و بلورشناسی مشتق می شود. متخصصان متالورژی به طور فزآینده ای در تکنولوؤی جدید اهمیت پیدا کرده اند. سال ها پیش بخش عمده ی قطعات فولادی از فولاد کم کربن ارزان قیمت تهیه می شد که به سهولت ماشینکاری و ساخته می شد. عملیات گرمایی به طور عمده ای برای ابزار به کار برده می شد. طراحان قادر نبودند غیریکنواختی ساختاری، عیوب سطحی و غیره را به حساب بیاورند و کار درست آن بود که ضریب ایمنی بزرگ استفاده کنند. در نتیجه، ماشینها بسیار سنگین تر از حد لازم بودند و وزن زیاد نشانه ای از مرغوبیت محسوب مس شد. این وضع تا حدودی تا سالهای اخیر نیز اثر خود را حفظ کرده بود، اما با هدایت صنایع هواپیمایی و خودروسازی کم کم برطرف می شود. این صنایع بر اهمیت نسبت استحکام به وزن در طراحی خوب تأکید می کردند و این تأکید ، به ایجاد آلیاژهای جدید سبک و پراستحکام منجر شد]1[.




دسته بندی رشته های متالورژی


متالورژی استخراجی یا فرآیندی که علم به دست آوردن فلز از کانه است و معدن کاری، تغلیظ استخراج و پالایش فلزها و آلیاژها را در برمی گیرد؛

متالورژی فیزیکی؛ علمی که با مشخصه های فیزیکی و مکانیکی فلزها و آلیاژها سر و کار دارد. در این رشته خواص فلزها و آلیاژها، که 3 متغیر زیر بر آنها اثر می گذارند، بررسی می شود:

الف. ترکیب شیمیایی– اجزای شیمیایی آلیاژ؛

ب. عملیات مکانیکی– هر عملیاتی که سبب تغییر شکل فلز می شود مانند نورد(Rolling)، کشش (Drawing)، شکل دادن یا ماشینکاری؛

ج. عملیات گرمایی – اثر دما و آهنگ گرم یا سردکردن.






مفاهیم اساسی در شکل دهی فلزات


هدف اصلی از عملیات شکل دهی فلز، ایجاد تغییر شکل مطلوب است. در این راستا، برای رسیدن به تغییر شکل مطلوب و همراه با خواص مورد نظر ما، باید دو نکته ی مهم مورد توجه قرار گیرند:


v نیروهای لازم برای شکل دهی فلزات؛

v خواص لازم برای شکل دهی ماده ای که مورد تغییر شکل قرار می گیرد.


همان طور که می دانیم، خواص ماده، بر فرآیند شکل دهی تأثیر می گذارد و بهینه سازی آن برای تغییر شکل حائز اهمیت است. اگرچه موضوعاتی چون سایش، انتقال حرارت و طراحی مکانیکی، دارای اهمیت هستند، اما در اینجا، رابطه متقابل بین ابزار و فلز در حین تغییر شکل پلاستیک و همچنین روابط متقابل بین فرآیند تغییر شکل (در اینجا نورد) و فلز مورد نظر اهمیت بیشتری دارد.

هنگامی که ماده ای تحت تنشی کمتر از حد کشسان قرار گیرد، تغییر شکل یا کرنش حاصل، گذرا خواهد بود و با حذف تنش قطعه به تدریج ابعاد اولیه ی خود را باز می یابد، اما با واردکردن تنش بیش از حد کشسان، ماده تغییر شکل مومسان یا دائمی می دهد و قطعه به شکل اولیه باز نمی گردد، مگر با صرف نیرو.

شاید شکل پذیری فلز، برجسته ترین مشخصه ی آن در مقایسه با دیگر مواد باشد. کلیه عملیات شکل دهی همچون پرسکاری، ورق کشی، نورد، آهنگری، کشش و اکستروژن مستلزم تغییر شکل مومسان اند. عملیات مختلف ماشینکاری نظیر تراشکاری، برشکاری و سوراخکاری نیز با تغییر شکل مومسان همراه است.

رفتار فلز تحت تغییر شکل مومسان و مکانیسمی که توسط آن این تغییرات روی میدهد، در تکمیل عملیات فلزکاری اهمیت اساسی دارد.

با بررسی رفتار یک تک بلور تنش یافته، اطلاعات زیادی در مورد مکانیسم تغییر شکل به دست می آید که می توان آن را در مورد مواد چندبلوری نعمیم داد. تغییر شکل مومسان با لغزش، دوقلویی شدن یا ترکیبی از این دو روش انجام می شود.






مکانیزم های تغییر شکل


ü مکانیزم لغزش در تغییر شکل



دو بخش بلور در دو طرف یک صفحه ی لغزش در جهات مخالف هم حرکت می کنند و با رسیدن به حالتی که اتمها تقریبا در حالت موازنه اند، توقف می کنند، به طوری که تغییر جهت گیری شبکه بسیار اندک است. بنابراین شکل خارجی بلور بدون تخریب آن تغییر می کند. بررسی با روشهای حساس پرتو X نشان می دهد که بعد از تغییر، مقداری خمش یا چرخش در صفحه های شبکه پدید آمده است و اتمها کاملا در موقعیت عادی خود قرار ندارند.


فرآیندهای مورد استفاده در طی شکل دهی فلزات


اغلب قطعات فلزی از شمشهای ریختگی تهیه می شوند. برای ساخت ورق، صفحه، میله، سیم و غیره از این شمش، روشهای مختلفی مورد استفاده قرار میگیرد که در زیر به مهمترین آنها اشاره می شود.











بازیابی


بازیابی فرآیندی دما پایین است و تغییر خواص ناشی از این فرآیند، باعث تغییر محسوس ریزساختار نمی شود. به نظر می رسد اثر عمده ی بازیابی، آزادسازی تنشهای داخلی ناشی از کارسرد است. در دمایی معین، آهنگ کرنش –سختی باقیمانده، ابتدا سریعترین مقدار خود را دارد و به تدریج افت می کند. همچنین مقدار کاهش تنش باقیمانده، با افزایش دما زیاد می شود. اگر بار به وجودآورنده ی تغییر شکل مومسان ماده ای چندبلوری حذف شود، تغییر شکل کشسان کاملا ناپدید نمی شود. این به سبب جهت گیری مختلف بلورهاست که وقتی بار رها می شود، بعضی از آنها نمی توانند به عقب برگردند. با افزایش دما برگشت فنری در اتمهایی که حرکت کشسان کرده اند به وجود می آید که بیشتر تنشهای داخلی آزاد می کند. در بعضی موارد ممکن است جریان مومسان جزیی موجب افزایش ناچیز سختی و استحکام شود. رسانندگی الکتریکی نیز به طور محسوس طی مرحله ی بازیابی افزایش می یابد.

از آنجا که در بازیابی، خواص مکانیکی فلز اساساً تغییر نمی کند، گرم کردن به طور عمده به منظورآزادکردن تنش و جلوگیری از ایجاد ترکهای خوردگی تنشی یا به حداقل رسانیدن واپیچش ناشی از تنشهای باقیمانده در آلیاژهای کارسردشده به کار می رود. از نظر تجارتی این عملیات دما-پایین در گستره ی بازیابی، تابکاری تنش زا نامیده می شود.




کارگرم


کارگرم معمولا کم خرج ترین روش است. اما در مورد فولاد، ماده کارگرم شده، هنگام خنک شدن با اکسیژن ترکیب می شود و پوشش اکسیدی سیاهرنگی به نام پوسته تشکیل می دهد. گاه این پوسته هنگام ماشینکاری یا شکل دلدنف مشکلاتی را به وجود می آورد. به سبب تغییر ابعاد در هنگام سردشدن، امکان ساخت ماده ی کارگرم شده با ابعاد دقیق وجود ندارد.

از طرف دیگر ماده کارسردشده را با تلرانس دقیق تری می توان ساخت. سطح آن بدون پوسته است، اما برای تغییر شکل قدرت بیشتری لازم دارد و لذا فرآیند پرهزینه ای است. در صنعتف کاهش اولیه ی سطح مقطع در دمای بسیار بالا انجام می شود و کاهش نهایی مقطع در سرما انجام می شود تا مزیتهای هر دو فرآیند را داشته باشد.

در کارگز، دمای تمامکاری، تعیین کننده ی اندازه ی دانه موجود برای کار سرد بعدی است. برای افزایش یکنواختی ماده، ابتدا کار در دمای بالا انجام می شود و دانه های بزرگ حاصل از این مرحله، امکان کاهش اقتصادی تر مقطع، طی عملیات بعدی را فراهم میکند. با سرد شدن ماده، عملیات ادامه و اندازه ی دانه ها کاهش می یابد، تا اینکه در دمای نزدیک به دمای تبلور مجدد دانه ها بسیار ریز می شوند.

کنترل مناسب کارسرد بعدی اندازه ی نهایی دانه ها را به هم نزدیک می کنند. گرچه مواد دانه درشت، داکتیل ترند، ولی نایکنواختی تغییر شکل دانه ها در ظاهر سطح ایجاد اشکال می کند. بنابراین انتخاب اندازه دانه، حاصل سازگاری شرایط مختلف است که توسط عملیات شکل دادن سرد مخصوص تعیین می گردد.











همگن سازی


در فلزات ریختگی ساختارهای مغزه دار زیاد دیده می شود. از بحث فوق درباره ی منشأ ساختارهای مغزه دار مشخص می شود که آخرین جامد تشکیل شده در مرزدانه ها و فضای بین شاخه ای از فلزی با نقطه ذوب پایین تر غنی است. بسته به خواص فلز، مرزدانه ها ممکن است به صورت صفحه های ضعیف عمل کنند. همچنین خواص مکانیکی و فیزیکی به طور جدی نایکنواخت می شوند و در بعضی موارد هم امکان خوردگی بین دانه ای در اثر حمله ی انتخابی یک محلول خورنده به وجود می آید. بنابراین، غالباً ساختار مغزه دار نامطلوب است.

یکی از روشهای مناسب برای همگن سازی که در صنعت مورد استفاده قرار می گیردف ترکیب یا همگن سازی ساختار مغزه دار با انجام نفوذ در حالت جامد است.

در دمای محیط، در اغلب فلزات، آهنگ نفوذ بسیار پایین است، اما با گرم کردن آلیاژ تا دمایی زیر خط انجماد، نفوذ سریعتر صورت می گیرد و همگن سازی در زمان نسبتاً کوتاهی انجام می شود.

ü مواد ترموکوپل


به طور نظری، وقتی در نقاط اتصال دو سیم فلزی غیر مشابه اختلاف دما وجود داشته باشد، emf به وجود می آید. اما در صنعت، برای ساخت ترموکوپل، فقط از ترکیبهای معدودی استفاده می شود. این ترکیبات فلزی ترجیحاً به خاطر پتانسیل ترموالکتریکی، قیمت مناسب، پایداری اندازه دانه، خطی بودن منحنی دما-emf و نقطه ذوب بالاتر از دمای مورد اندازه گیری برگزیده می شود. اولین ماده نام برده شده در ترکیبها همیشه به پایانه مثبت وصل می شود.


ترموکوپلها پس از دقیق بریدن طولهای مناسبی از دو سیم و حدود دو دور به هم پیچیدن انتهای آنها ساخته می شوند یا گاهی سر سیم ها را به هم جوش سربه سر می دهند تا انتهای صاف و یکدستی حاصل شود.

سیم های ترموکوپل فقط باید در نقطه اتصال داغ تماس الکتریکی داشته باشند، چون اتصال در هر نقطه دیگر معمولاً باعث می شود که emf بسیار اندکی اندازه گیری شوند، لذا هر دو سیم توسط مهره های چینی یا لوله های سرامیکی از هر طرف عایق بندی می شوند. در اغلب موارد، ترموکوپلها در لوله های محافظی از جنس سرامیک یا مواد فلزی قرار می گیرند.

لوله محافظ، ترموکوپل را از صدمات مکانیکی و آلودگی محیط محافظت می کند. لوله های محافظ متنوعی مانند آهن کارشده یا چدن تا C?700، فولاد با 14درصد کروم تا C?815، فولاد با 28 درصد کروم یا نایکروم تا C?1090 در دسترس است. برای دماهای بالاتر از C?1090 لوله های محافظ چینی یا سیلیسیم کاربید به کار می روند.


ü آذرسنج ثبتگر و کنترلگر


در اغلب تأسیسات صنعتی، تنها نشان دادن دما توسط دستگاه کافی نیست و باید با قراردادن یک قلم متحرک به جای عقربه پتانسیل سنج دما را ثبت کرد. این دستگاه آذرسنج ثبتگر نام دارد. همچنین با استفاده از مدارهای الکتریکی در دستگاه میتوان جریان گاز به مشعلها یا جریان برق به عنصرهای گرمایی را کنترل و دمای کوره را در مقدار مورد نظر ثبت کرد. این دستگاه آذرسنج کنتذل گذ نام دارد. امکان طراحی وسیله ای برای ثبت و کنترل دما متشکل از یک یا چند ترموکوپل نیز هست.


ü آذرسنج تابشی



اصول کارکرد آذرسنج تابشی بر پایه یک منبع تابشی استاندارد به نام جسم سیاه یا تابشگر کامل قرار دارد. تابشگر کامل، جسمی فرضی است که کلیه پرتوهای تابیده به خود را جذب می کند. در دمایی یکسان، چنین جسمی سریعتر از هر جسم دیگر از خود انرژی می تابد. آذرسنج های تابشی، عموماً برای نشان دادن دمای تابشگر کامل یا دمای حقیقی درجه بندی می شوند. قانون استفان-بولتزمن که مبنای مقیاس دمای آذرسنج های تابشی است، نشان می دهد که آهنگ تابش انرژی از یک تابشگر کامل متناسب با توان چهارم دمای مطلق آن است:



که در اینجا:


آهنگ تابش انرژی = W

ثابت تناسب =K

دمای مطلق تابشگر کامل= T

ü آذر سنج نوری



ابزار تشریح شده در قسمت قبل که به تمام طول موجهای تابش پاسخ می دهد آذر سنج تابشی نام دارد. با اینکه اصول کارکرد آذر سنج نوری با اذر سنج تابشی یکسان است اما آذر سنج نوری با طول موج منفرد یا نوار باریکی از طول موج طیف مرئی کار میکند. آذر سنج نوری، دما را از طریق مقایسه درخشندگی نور گسیل شده توسط منبع، با نور گسیل شده از یک منبع استاندارد، اندازه می گیرد. برای سهولت مقایسه رنگها، یک فیلتر قرمز که تنها طولموج پرتو قرمز را عبور میدهد به کار می رود.

متداول ترین نوع آذرسنج نوری که در صنعت به کار می رود، نوع رشته پنهان شونده است. این آذرسنج شامل دو قسمت، یک تلسکوپ و یک جعبه کنترل است. تلسکوپ شامل یک فیلتر شیشه ای قرمز که جلوی چشمی نصب شده و یک لامپ با رشته درجه بندی شده است که عدسی های شیء تصویر از جسم مورد آزمایش را بر آن متمرکز می کند. این دستگاه دارای یک کلید برای بستن مدار الکتریکی لامپ و یک پرده جاذب برای تغییر گستره اندازه گیری دما توسط آذرسنج است.

گستره کاری آذرسنج نوری مورد بحث، از?760 تا C?1315 است. حد بالایی دما تا اندازه ای بستگی به خطر خراب شدن رشته و میزان خیره کنندگی ناشی از درخشش در دماهای بالاتر دارد. گستره دما ممکن است با به کارگیری پرده جاذب بین عدسی شیء و شبکه رشته به حد بالاتری افزایش یابد و به این وسیله سازگاری درخشش در دماهای پایینتر رشته ممکن می شود.بدین ترتیب با استفاده از دماهای پایینتر رشته، میتوان آذرسنج را برای دماهای بالاتر درجه بندی کرد. با به کارگیری پرده های جاذب مختلف، حد بالایی آذرسنج نوری را میتوان تا C?5500 (C?10000) یا بیشتر افزایش داد.

برخی مزایای آذرسنجهای نوری و تابشی عبارتند از:

اندازه گیری دماهای بالا؛
اندازه گیری دمای اجسام دور از دسترس؛
اندازه گیری دمای اجسام کوچک یا متحرک؛
هیچ یک از قسمتهای دستگاه در معرض آثار مخرب گرما نیست.

محدودیتهای آنها عبارتند از:

چون سازگاری نورسنجی بستگی به قضاوت فردی دارد، خطاهایی روی می دهد؛
به خاطر وجود دود یا گاز بین ناظر و منبع اشتباهاتی پدید می آید؛
بسته به میزان انحراف از شرایط تابشگر کامل خطا ایجاد می شود.