دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت
تعداد صفحات: 21
تاثیر نیکل
نیکل فلز سفید نقره ای رنگی است که پرداخت بالایی دارد.این عنصر در طبیعت با گوگرد،آرسنیک ترکیب می شود.در تولید سکه نیز از آن استفاده می شود.
کاربرد نیکل به دوران باستان و در حدود 3500 م ق بر میگردد.برنزهایی که در سوریه امروزی کشف شده اند،در حدود 2 درصد نیکل دارند.علاوه برآن،دست نوشته های چینی هستند که در آنها به استفاده از مس سفید برای جهت یابی در 1400 و 1700 م ق اشاره شده است.با این وجودبا توجه به اینکه سنگ معدن نیکل معمولا با نقره به اشتباه گرفته می شد،از اینرو تاریخ دقیق و قابل اعتمادی از کاربرد آن وجود ندارد.
اهمیت سنگ معدن های حاوی نیکل (به عنوان مثال کوپرونیکل kupfernickel ) در سبز کردن شیشه ها خلاصه می شد.در سال 1751،بارون اکسل فدریک کرونشتات (Baron Axe Fredrik Cronstedt) تلاش کرد که مس را ازکوپرونیکل (که امروزه نیکولیت نامیده می شود) استخراج نماید،اما در نهایت فلز سفید رنگی بنام نیکل را از آن استخراج کرد.سکه های نیکلی ،نخست، در سال 1881 در کشور سوییس استفاده شد.
نیکل در بیولوژی چندین نقش را ایفا می نماید.در واقع،اولین پروتئینی که متبلور می شود،اوریز(آنزیمی که اوره را به کربنات آمونیم تبدیل میکند)(Urease) است که دارای عنصر نیکل است و به هیدرولیز اوره کمک می کند.هیدروژناسهای NiFe علاوه بر کلاسترهای آهن-گوگرد،دارای نیکل نیز می باشند.
نیکل به عنوان عنصر آلیاژی در فولاد بهمراه کروم استفاده می شود. وزن اتمی آن 59 بوده و در 1435 C ذوب می شود.در حالت مذاب و جامد بهر نسبتی در آهن حل می شود.نیکل عنصر آستنیت زا است و هیچگونه تاثیری در تشکیل کاربید و اکسید ندارد. به علت اینکه تمایل به ترکیب آن با کربن و اکسیژن کمتر از آهن است.
نیکل سختی پذیری فولاد را افزایش می دهد و در حدود 0.25 تا 5 درصد در ترکیب فولاد وجود دارد. نیکل چقرمگی شکست فولاد بهمراه استحکام و سختی آن را افزایش می دهد. فلذا،در مواقعی که در دماهای پایین به چقرمگی شکست بالای نیاز باشد درصد آن تا 9 نیز می توان باشد.در فولادهای زنگ نزن آستنیتی7 تا 35 درصد نیکل وجود دارد.در این فولادها برای خنثی کردن اثر فریت زایی کروم از نیکل بهره می گیرند.فولادهای با 30 – 40 % نیکل ،آلیاژ Invar نامیده می شوند که انقباض و انبساط بسیار کمتری دارند.
نیکل خودبخود باعث افزایش مقاومت خوردگی می شود. در درصدهای بالاتر از 7% باعث آستنیتی شدن فولادهای مقاوم در برابر مواد شیمیایی تا دماهای خیلی زیاد می شود . در دماهای بالای 600 C استحکام فولادهای آستنیتی بیشتر می شود.
نیکل بهر نسبتی در آهن گاما حل می شود وفقط 10 درصد در آهن آلفا قابل حل است.با تشکیل محلول جامد هنگام افزودن نیکل ، فریت را چقرمه کرده و استحکام می بخشد و تا حدی سختی پذیری آستنیت را زیاد می کند.در مقادیر کربن زیاد، نیکل سعی می کند که در آستنیت باقی بماند.
از آنجاییکه نیکل در کاهش دمای تبدیل گاما به آلفا بسیار موثر است، این محلول جامد تا دمای اتاق آستنیتی باقی مانده و بالاخص اگر درصد نیکل بیشتر از 30% باشد دیگر نرخ سرد کردن تاثیر چندانی نخواهد داشت.
نیکل کاربید ساز نیست و در فولاد بصورت فاز محلول جامد می باشد.نرخ دیفوزیون کربن در محلول جامد در حضور نیکل چندان تحت تاثیر درصد نیکل نیست ولی در صورت وجود کربن در محلول جامد، نرخ دیفوزیون نیکل در آن بسیار کند خواهد بود.تاثیر نیکل بر استحاله آستنیتی در محدوده دمای بینیت موثر تر از دمای تشکیل پرلیت است.از اینرو، تاثیر نیکل بر اساس اثر آن بر فریت و نحوه تشکیل و توزیع فاز کاربیدی سنجیده می شود.
برای افزایش استحکام و سختی بدون کاهش قابل ملاحظه داکتیلیتی فولادهای کم کربن معینی، تا 5 درصد نیکل اضافه می شود.ساختار پرلیت کم کربن ریز بوده چون نیکل کربن یوتکتوئید را می کاهد و در مقادیر 3-5 % Ni با آرام سرد کردن از دمای آستنیته، فریت نیکل دار تشکیل می شود.در فولادهای با نیکل بالاتر از 5 % بدلیل حضور مارتنزیت ، امکان تردی فولادهای آرام سرد شده نیز وجود دارد.فولادهای با 15-20 % Ni کاملا مارتنزتی بوده که در سیستم های آهن – نیکل ، بیشترین سختی 300 HB را دارد.با افزایش نیکل از این مقدار، آستنیت ظاهر شده و سختی کاهش می یابد.
فولادهای نیکل دار همانند سایر فولادهای آلیاژی بعد از آبکاری و برگشت به خواص مطلوبی می رسند.فولادهای 3-5 %Ni در دماهای پایین تر از فولادهای با کربن مشابه بخوبی آبکاری می شوند چراکه نیکل دمای استحاله یوتکتوئید را می کاهد.علاوه بر آن کاربیدهای کمپلکسی در این فولادها تشکیل نمی شود فلذا زمان همدمایی کوتاهتر خواهد شد.بدلیل کاهش احتمال دکربوریزاسیون و اعوجاج می توان از دمای بالا و قابل قبول استفاده کرد تا ترکیب عالی از مقاومت ضربه خوب و داکتیلیتی و ازدیاد استحکام بدست آید.
فولادهای سختی سطحی شونده کم کربن اغلب دارای تا 3% نیکل هستند.در چنین فولادی ، سطح چقرمه ولی محکم همراه با خواص قابل قبول در مرکز بوجود می آید.نیکل با کاهش دمای استحاله،و یکسان کردن دمای سطح و مرکز، اعوجاج را می کاهد.نیکل نرخ دیفوزیون کربن را می کاهد.بنابر این در فرآیند کربوریزاسیون،به زمان زیادی نیاز است.افزودن 1 درصد کروم به ترکیب فولاد،از دیفوزیون آرام کربن جلوگیری می کند . ولی باید دقت کرد که کروم زیاد تردی سطح را زیاد می کندو در نتیجه امکان کنده شدن پوست Scaling بیشتر می شود.
افزودن نیکل به فولادهای کم کربن سبب افزایش مقاومت ضربه در دماهای کـــم می شود.فولاد نرمــــــــال شده با ترکـــیب 0.1 % C,3 % Ni انرژی ضربه 40-50 ft.Ib در دمای -75 C دارد در حالیکه انرژی ضربه همان فولاد بدون نیکل با همان درصد کربن 10 ft.ib است.چنین فولادهای نیکل داری از قابلیت بالای جوشکاری برخوردار هستند.فولاد کم کربن با 9 درصد نیکل برای فلز جوش استفاده می شود که نیاز به انرژی ضربه خوب در دماهای پایین است.نیکل مقاومت خوردگی اتمسفری این فولادها را افزایش می دهد.
اگر چه فولادهای نیکلی استفاه وسیعی دارند، معهذا برای بهبود و حصول به خواص فیزیکی و مکانیکی مورد نظر درصدی از کروم یا مولیبدن نیز به ترکیب اضافه می شود.این درصد ناچیز از عناصر فوق سختی پذیری فولاد را افزایش می دهد و به تبع آن استحکام بالا و مقاومت سایشی زیاد همراه با همان چقرمگی بدست می آید.فولادی از این نوع را می توان 1-4 % Ni, up to 1.5 % Cr و اغلب تا 0.5 % Mo برای کاهش حساسیت تردی آبی مثال زد.
در فولادهای نیتریدی استاندارد کروم- مولیبدن- آلومینیوم مقدارن نیکل تا 3.5 درصد است و دراین فرآیند نیتریداسیون، ترکیب های بین فلزی نیکل- کروم تشکیل می شود. سطح بسیار سخت شده ولی رسوب سختی مرکز استحــــــکام تسلیـــــم را به اندازه 20 ton/ in2 افزایش می دهد.
آلیاژهای مغناطیس دایم از نوع Alnico دارای نیکل از 11 تا 32 درصد هستند.در توربینهای گازی و در مصارفی که نیاز به استحکام بالا در دماهای بالا می باشند، آلیاژهای نیکل- آهن ، سری Inconel, Nimanic, بکار می روند.آلیاژهای نیکل - آهن 35-95 درصد نیکل داشته و از نفوذ خواص مغناطیسی بسیار بالایی برخورداند و در مصارف الکتریکی استفاده میشوند.سایر آلیاژهای آستنیتی نیکل - آهن در موارد معینی بکار می روند. به عنوان مثال، Invar که تقریبا 36 % Ni دارد، انبساط ناچیزی در محدوده وسیعی از درجه حرارت دارد فلذا در فنر ها کاربرد زیادی خواهند داشت.علیرغم ساختار آستنیتی پایدارآلیاژ 30 درصد نیکل-کروم، تغییرات نفوذ مغناطیس در نزدیکی دمای اتاق امکان دستیابی به نفوذ مغناطیس متغیر با تغییر دما را فراهم می آورد.مقاومت های تشعشعی الکتریکی از آلیاژهای نیکل- کروم یا نیکل – آهن می باشند که مقاومت اکسیداسیون عالی در دماهای بالا دارند.
نیکل با چدن در هر نسبتی آلیاژ تشکیل می دهد.در چدنها، نیکل گرافیت زای متوسطی بوده و درصد پرلیت را زیاد می کند و مقدار فریت آزاد را می کاهد.فلذا یکنواختی ساختار و خواص را بیشتر می کند.از اینرو چدنهای آلیاژی با نیکل ، خواص و ساختار یکنواخت تری در مقاطع نازک و ضخیم از خود نشان می دهد.
افزودن مقادیر کمی از نیکل 0.1- 1 % پرلیت را اصلاح می کندو اگر مقدار زیادی اضافه شود، ساختار مارتنزیت و آستنیت در ریزساختار ظاهر می شود.از طرفی اصلاح و پایدارسازی پرلیت قابلیت ماشینکاری چدنها را افزوده و سختی پذیری آنها را زیاد می کند.بهمین دلیل است که چدنهای آلیاژی نیکل دار بیشتر در ریختگی های موتور ماشین کاربرد دارد.
افزودن مقدار کمی از نیکل اثری حدود یک سوم اثر سیلیس بر گرافیت زایی داردو بنابراین، اگر در چدنهای آلیاژی نیکل دار بخواهیم پدیده گرافیت زایی را محدود کنیم باید درصد سیلیس را کمتر کنیم که عملا چنین کاری در اکثر موارد عملی نیست. برای این منظور، کروم به ترکیب اضافه می شود.
Ni Resist چدن پرنیکلی است که نیکل و مس به حد کافی در آن است تا که ساختار آستنیتی پایدار باشد و بتوان به خواص فیزیکی و مکانیکی مورد نظر دست یافت.این چدن بالاخص در محلولهای متوسط مقاومت خوردگی خوب داشته و مقاومت حرارتی در دماهای پایین بهتر شده ای داردوNicrosilal چدن آستنیتی نیکل داری است که مقاومت حرارتی زیادی در دماهای بالا دارد.
Ni Hard چدن سفید مقاوم به سایشی است که نیکل کافی داشته تا ساختار مارتنزیتی را در شرایط بعد از ریختگی ارتقاء دهد. اگر درصد نیکل زیاد شود، احتمال وجود آستنیت باقی مانده نیز زیاد خواهد شد.
کروم
کروم فلز سخت و درخشان با قابلیت پولیش بالا است و بی بو بدون مزه است.این فلز با ترکیب با اکسیژن و تشکیل فیلم اکسید بر روی سطح فولاد،از اکسیداسیون سطوح زیرین جلوگیری می کند.
در بیست وششم جولای 1761،یوهان گوتلب لمان(Johann Gottlob Lehmann) در کوهستان های اورال ماده معدنی نارنجی رنگی را پیدا کرد که وی آن را سرب قرمز سیبریه ای (Sibrain red lead) نام نهاد.با وجوداینکه این ماده با ترکیب سرب با سلنیم به اشتباه گرفته شد،ولی در واقع اینترکیب کرومات سرب با فرمول PbCrO4 بود که اکنون به نام کروکویت معدنی (Crocoite) شناخته می شود.
در سال 1770، پیتر سیمون پالاس(Peter Simon Pallas) در همان محلی که لمان به کاوش پرداخته بود،ماده معدنی سرب مانند به رنگ قرمز را یافت که خواص عالی در ساخت رنگدانه های رنگ از خود نشان میداد.استفاده از سرب قرمز سیبریان به عنوان رنگدانه گسترش فراوانی یافت.رنگ زردروشن که از کروکویت ساخته می شد،به صورت رنگ مدل نیز شناخته شد.
در سال 1797، لویس نیکلاس ون کولین(Louis Nicolas Vauquelin) نمونه های از سنگ معدنی کروکویت بدست آورد.وی توانست که از طریق مخلوط کردن کروکویت با اسید هیدروکلریک ،اکسید کروم با فرمول CrO3 را تولید کند.در سال 1798،ون کولین کشف کرد که با حرارت دادن این اکسید در کوره زغالی می توان کروم فلزی را تولید نمود.
در طی سال 1800، کروم یکی از عناصر اصلی رنگ ها را تشکیل می داد و در نمک های چرم سازی استفاده می شد ولی کاربرد اصلی آن در تولید آلیاژها بودکه 85 درصد کاربرد آن را به خود اختصاص می داد.
کروم سه ظرفیتی (Cr(III),Cr3+) به مقدار کم در متابولیسم شکر در انسان نیاز است و فقدان آن ممکن است سبب بیماری به نام فقدان کروم شود.برخلاف آن،کروم شش ظرفیتی بسیار سمی است.اخیرا دیده شده است که مکمل های غذایی پیکولینات کروم باعث آسیب های کروموزمی در انسان می شود که از اینرو در ایالات متحده ،رژیم غذایی روزانه برای تامین کروم از مقدار 200-50 میکروگرم برای بزرگسالان تا 35 میکروگرم(برای بزرگسالان مرد) و 25 میکروگرم (برای بزرگسالان زن) کاهش داده شده است.
کروم عنصر اصلی در فولادهای زنگ نزن است.علل اصلی در افزودن کروم به ترکیب فولاد را می توان در عوامل زیر دانست:
· افزایش سختی پذیری فولاد
· حفظ استحکام و سختی فولاد در دماهای بالا و شرایط کاری
· افزایش مقاومت خوردگی در محیط های اکسید کننده
وزن اتمی کروم 52 بوده و نقطه ذوب آن 1875 C است. و در هر دو حالت مایع و جامد بهر نسبتی در آهن حل می شود.در بررسی رفتار کروم به عنوان عنصر آلیاژی سه عامل زیر را باید در نظر گرفت:
· کروم تمایل زیادی به ترکیب با کربن دارد و لذا ذرات کاربیدی همان کاربیدهای کمپلکس آهن-کروم هستد.
· کروم با اکسیژن ترکیب شده و ترکیب دیرگداز غیرفلزی اکسید کروم تشکیل می دهد که نقش فیلم سطحی محافظ در سطح فولاد را بازی می کند.
· کروم فریت زای بسیار قوی است.
در حدود 13% کروم در ترکیب فولاد باعث محدود شدن فاز آستنیت در ریزساختار می شود. با افزایش درصد کروم، مقاومت خوردگی فولاد زیاد می شود. وهم چنین در دماهای بالا مقاومت به اکسیداسیون آنها زیاد خواهد شد.
حضور کروم باعث می شود دماغه های نمودار TTT به سمت راست تغییر مکان دهند و سختی پذیری افزایش یابد. با این وجود با افزایش درصد کروم جوشکاری آنها مشکل خواهد شد.به ازای افزایش یک درصدی کروم در ترکیب فولاد استحکام کششی فولاد از 80 تا 100Mpa افزایش می یابد.
کروم مقاومت خوردگی و استحکام فریت را شدیدا افزوده ولی تاثیر متوسطی بر سخت گردانی فاز آستنیت دارد.در فولادهای پرکربن ، مقاومت به سایش را افزایش میدهد.
افزودن کروم به آهن خالص گستره پایداری فاز گاما را محدود کرده و در درصدهای 13 % پایداری فاز فریت دلتا را تا دمای اتاق افزایش می دهد.افزودن بیش از 30 % کروم به ترکیب، فاز بین فلزی سیگما FeCr را تشکیل می دهد.لازم است یادآوری شود که حضور عناصر دیگر بر تشکیل فاز سیگما تاثیر دارند بطوریکه با توجه به ترکیب شیمیایی فولاد می تواند در درصد های پایین کروم نیز تشکیل شود.به عنوان مثال ، فولاد زنگ نزن 18/8 که عناصر کاربید زایی مثل 3 % مولیبدن و 1 % تیتانیوم دارد، با عملیات حرارتی در دمای 850 C فاز سیگما در ساختار ظاهر می شود.علاوه بر آن، در درصدهای کروم کمتر از 20 % و در حضور عنصر کبالت در مقادیر 7-10 % چنین تردی ناشی از حضور فاز سیگما مشهود است.
