ورود به حساب ثبت نام جدید فراموشی کلمه عبور
برای ورود به حساب کاربری خود، نام کاربری و کلمه عبورتان را در زیر وارد کرده و روی “ ورود به حساب” کلیک کنید.





اگر فرم ثبت نام برای شما نمایش داده نمیشود، اینجا را کلیک کنید.









اگر فرم بازیابی کلمه عبور برای شما نمایش داده نمیشود، اینجا را کلیک کنید.





صفحه 2 از 2 نخست 12
نمایش نتایج: از 11 به 17 از 17
  1. #11
    آسمون
    ناظـم سایـت
    تاریخ عضویت
    2012/11/06
    محل سکونت
    زیر چتر آسمون...
    سن
    26
    نوشته ها
    1,608
    3,143
    2,397

    رشد دانه ي نرمال و غير نرمال (Stationary and nonstationary grain growth)

    .

    رشد دانه ي نرمال و غير نرمال (Stationary and nonstationary grain growth)


    رشد دانه در طي LPS يه دو گروه طبقه بندي مي شود: يكي رشد نرمال و ديگري غير نرمال. در رشد نرمال دانه (NGG)، تئوري LSW (تئوري كه در آن، نفوذ كنترل كننده است) و پديده ي استوالد رايپنينگ در نظر گرفته مي شود و يك توزيع اندازه ي نسبتاً ثابت (ايستا) نسبت به زمان آنيل، پديد مي آيد. رشد غير نرمال دانه (AGG) بوسيله ي توزيع دوتايي اندازه دانه، شناسايي مي شود. در اين پديده، چند تا از دانه ها يا برخي از آنها نسبت به سايرين بزرگترند. اين طبقه بندي پديده شناختي رفتار رشد دانه تنها دو مورد نهايي را در نظر مي گيرد. در سيستم هاي حقيقي، رفتار رشد دانه كه حالتي بينابين اين دو مورد باشد نيز يافت مي شود. برجسته ترين ويژگي حالت رشد نرمال، تغيير ناپذيري توزيع اندازه ي دانه نسبت به زمان آنيل مي باشد. در اين مورد، رفتار رشد دانه ممكن است از لحاظ تغيير در توزيع اندازه ي ذره نسبت به زمان آنيل، به دو گروه نرمال (ايستا) و غير نرمال (غير ايستا) طبقه بندي شوند.

    رشد نرمال (ايستا) دانه

    رشد يا كوچك شدن يك دانه در زمينه ي مايع مي تواند به صورت ايده آل، به عنوان نتيجه اي از برهمكنش ميان دانه ي مد نظر و دانه ي خيالي با اندازه ي بحراني بيان شود. اين دانه در لحظه ي بررسي، يا رشد مي كند يا انقباض پيدا مي كند. وقتي رشد بوسيله ي نفوذ كنترل مي شود يا به قول معروف، نفوذ اتفاق مي افتد، نرخ تغيير در اندازه ي دانه، به صورت زير بيان مي شود:

    كه در اينجا، ، به ترتيب، حلاليت ماده ي حل شونده در مذاب براي دانه ي با شعاع a و دانه ي با اندازه ي بحراني است و D ضريب نفوذ ماده ي حل شونده در مايع مي باشد. معادله ي بالا نشان دهنده ي اين است كه نرخ رشد يا انحلال يك دانه به طور خطي با نيروي محركه ي در ارتباط است (شكل 4a). اين مسئله همچنين نشان داده شده است كه هر دانه داراي سرعت رشد يا انحلال مربوط به خود است. با استفاده از معادله ي بالا، دانشمندان به طور تحليلي، يك رابطه براي سيستم پراكنده شده ي نامحدود، ارائه كرده اند:

    كه در اينجا، و به ترتيب، شعاع متوسط دانه ها در زمان هاي t=t و t=0 مي باشد. اين دانشمندان همچنين نشان دادند كه صرفنظر از توزيع اوليه ي اندازه ي دانه، توزيع نسبي اندازه ي دانه با طولاني شدن زمان آنيل نسبت به اندازه ي بزرگترين دانه ( ) ، ثابت مي شود. براي سيستم هاي داراي كسر حجم مايع محدود، كينتيك رشد مشابه معادله ي بالاست بغير از اينكه، براي ثابت تناسب (كه شاخصي از عدد مدل ها و تئوري هاست)، با كاهش در كسر حجم مايع، ثابت تناسب افزايش مي يابد زيرا اين مسئله موجب كاهش در فاصله ي نفوذي مي شود.
    يكي ديگر از ويژگي هاي قابل توجه اثر كاهش كسر حجم مايع، پهن شدن توزيع اندازه ي ذرات مي باشد. اگر يك راهكار ميدان متوسط مورد استفاده قرار گيرد (مشابه تئوري SLW)، توزيع اندازه ي دانه مشابه توزيع اندازه ي دانه براي رشد كنترل شده با واكنش سطح مشترك مي شود كه بوسيله ي Wanger ارائه شده است. اگر اثر دانه هاي مجاور در رشد دانه غالب باشد (يعني ارتباط ميان دانه هاي مجاور، معتبر باشد)، توزيع نسبت به توزيع ارائه شده بوسيله ي Wanger براي فرايند كنترل شده با واكنش سطحي، متفاوت است. براي سيستم هاي حقيقي، اين گزارش شده است كه توزيع اندازه ي دانه ي اندازه گيري شده، با تابع توزيع رايلي، بهترين ميزان فيت شوندگي را دارا مي باشد.

    رشد غير نرمال دانه

    وقتي انحرافي در رابطه ي ميان نرخ رشد يا انحلال بوسيله ي كنترل نفوذي وجود داشته باشد و نيروي محركه در يك سيستم، زينترشدن فاز مذاب باشد (همانگونه كه به طور شماتيك در شكل 4b)، رفتار رشد دانه، غير نرمال است يعني به صورت غير ايستاست. اين غير ايستايي در توزيع اندازه ي نسبي نسبت به زمان آنيل، ايجاد مي شود. با توجه به تئوري هاي رشد كريستال، رشد يك دانه ي چندوجهي، هم به دليل نفوذ در اندازه دانه هاي بزرگتر از اندازه ي بحراني و هم واكنش سطحي براي اندازه دانه هاي كوچكتر از اندازه ي بحراني، ايجاد مي شود. اين مسئله، نتيجه اي از يك سري فرايندهاي سريالي از واكنش هاي نفوذ و واكنش سطح مشترك براي رشد كريستال است. در واقع فرايند آهسته تر، كينتيك كلي را كنترل مي كند. به هر حال، اين اعتقاد وجود دارد كه سرعت انحلال دانه هاي چند وجهي تنها به نفوذ وابسته است زيرا هيچ سد انرژي براي انحلال در گوشه هاي كريستال هاي چند وجهي وجود ندارد و انحلال در گوشه هاي كريستال هاي چند وجهي و در لايه هاي چند اتمي، رخ مي دهد.
    نرخ رشد يك دانه ي چند وجهي كه بوسيله ي واكنش سطح مشترك كنترل مي شود، به نوع عيوبي وابسته است كه در سطح دانه وجود دارد: اين عيوب عبارتند از عيوب اتمي كه بوسيله ي جوانه زني دو بعدي تشكيل مي شود، عيوب خطي (نابجايي هاي پيچي) و يك عيب صفحه اي (دوقلويي ها). وقتي رشد از طريق جوانه زني و رشد دو بعدي رخ دهد يا به كمك دوقلويي سطحي، نرخ رشد به صورت زير بيان مي شود:

    وقتي رشد با كمك يك نابجايي پيچي انجام شود، سرعت رشد به صورت شكل اساسي زير مي شود:

    در اينجا، انرژي آزاد پله (اين انرژي، انرژي آزاد لبه اي نيز ناميده مي شود)، k ثابت بولتزمن، T دماي مطلق، h ارتفاع پله و نيروي محركه ي رشد مي باشد. وقتي نرخ رشد پيش بيني شده با استفاده از معادلات بالا نسبت به نفوذ بيشتر باشد، سرعت رشد كل بوسيله ي نفوذ (مشابه خط راست كه در بالاي مقدار بحراني كه در شكل 4b نشان داده شده است)، كنترل مي شود. انتقال ميان فرايند كنترل شده با انرژي سطح مشترك و كنترل شده با نفوذ، مي تواند به عنوان نيروي محركه ي بحراني ( ) براي رشد محسوس شناسايي شود. در مورد جوانه زني و رشد دو بعدي، 〖∆g〗_c به صورت زير بيان مي شود:

    كه در اينجا، K يك ثابت است كه شامل ضريب نفوذ در سطح مشترك و تعداد جوانه بر واحد سطح، مي باشد. انرژي آزاد پله ( ) كه در واقع، انرژي بر واحد طول لبه ي جوانه تشكيل شده بر يك سطح مسطح داراي يك پله به ارتفاع h مي باشد، شكل تعادلي دانه را كنترل مي كند. براي ، وقتي كوچكتر از باشد، شكل تعادلي يك كريستال به طور كامل چندوجهي است اما وقتي اين مقدار بزرگتر از صفر باشد، شكل تعادلي چند وجهي با لبه هاي مدور است (شكل 5a را ببينيد). وقتي ، شكل تعادلي كروي است. با توجه به برخي از بررسي هاي اخير، رشد دانه هاي چند وجهي به طور جزئي نيز بوسيله ي سرعت رشد صفحات چندوجهي، كنترل مي شود. اين نشاندهنده ي اين است كه نيروي محركه ي بحراني براي رشد محسوس يك دانه ي چند وجهي تا حدي بوسيله ي انرژي آزاد پله ي موجود در صفحات چندوجهي، كنترل مي شود.


    انواع مختلف رشد دانه هاي غير نرمال مي تواند با توجه به اين مسئله ظاهر شود كه سهم ناحيه ي غير خطي با توجه به نيروي محركه در كل رشد يك سيستم، چگونه است. مشاركت ناحيه ي غير خطي مي تواند بوسيله ي مقدار نيروي محركه ي بحراني ( )، شناسايي شود. اين نيروي محركه به نيروي محركه ي ماكزيمم ( ) وابسته است. نيروي محركه ي ماكزيمم، نيروي محركه ي بزرگترين دانه است. شكل اصلي ناحيه ي غير خطي براي مكانيزم هاي مختلف، متفاوت است (معادلات بالا). به هر حال، جوانه زني و رشد دو بعدي (2-DNG) ممكن است به عنوان مكانيزم كنترل كننده، در نظر گرفته شود. علت اين در نظر گرفتن، ساده شدن محاسيبات است زيرا 2-DNG مي تواند رشد كريستالي را كنترل كند، حتي در حضور نابجايي هاي پيچي.
    تحت رشد 2-DNG، انواع مختلف تغييرات ريزساختاري قابل پيش بيني مي باشد (همانگونه كه در شكل 5 براي سيستم هاي داراي اندازه ي ذره ي و توزيع ذره ي يكسان و مقادير متفاوت از ، نشان داده شده است). براي محاسبات، مقادير مورد استفاده در رفرنس هاي مختلف، قابل استفاده مي باشد. وقتي نيروي محركه ي بحراني و انرژي آزاد پله، صفر باشد (شكل 4a)، اندازه ي متوسط دانه به طور پيوسته افزايش مي يابد (مشابه قانون مكعبي در استوالد رايپنينگ). براي (با )، رفتار رشد در داخل گام هاي زماني محاسبه، كاملاً نرمال است (رشد دانه ي شبه نرمال (PNGG)). براي (با )، رشد غير نرمال دانه اتفاق مي افتد اما رشد دانه بعد از برخورد دانه هاي با رشد غير عادي، متوقف مي شود. براي (با )، ضرورتاً، هيچ رشد دانه اي اتفاق نمي افتد (رشد دانه ي ايستا (SGG)). اگرچه محاسبات و پيش بيني هاي بالا براي يك سيستم با كنترل 2-DNG انجام شده است، نتايج مشابه بدست مي آيد.
    مقدار وابسته به ، همچنين مي تواند با تغيير در ، تغيير كند. وقتي بوسيله ي اندازه و توزيع پودر اوليه، كنترل شود، انواع مختلفي از رفتارهاي رشد مي تواند در سيستم با چندوجهي هاي مشابه با انداه ي پودر مختلف، مشاهده شود. براي يك بدنه ي متراكم شده از پودر كه داراي است، رفتار رشد بايد كاملاً نرمال باشد (PNGG). وقتي اندازه ي پودر افزايش يابد، AGG و SGG مي تواند ظاهر شود. اگر بدنه هاي توليد شده از پودر ريز براي يك دوره ي زماني طولاني، آنيل شوند، رفتار رشد دانه مي تواند از PNGG به AGG و SGG تبديل شود (به عنوان نتيجه اي از كاهش در با رشد دانه). يك چنين رفتار رشد متغير با زمان، نمونه اي از رشددانه ي غير نرمال است. در مورد WC-Co كه در آن، انرژي آزاد پله موجود بر روي WC بالاست، AGG و SGG در WC با افزايش در اندازه ي پودر، مشاهده شده است. در سيستم كه انرژي آزاد پله پايين است، به دليل اينكه شكل دانه ها به صورت مدور مي باشد، PNGG و AGG به طور موفقيت آميز با زمان آنيل، افزايش مي يابد. يك بررسي اخير بر روي سيستم TiC-WC-Co، اين نشان داده شده است كه يك رفتار رشد وابسته به شكل در زمينه ي مذاب مشابه، وجود دارد. اين رفتار براي دانه هاي كروي از جنس Ti(W)C نرمال و براي دانه هاي WC، غير نرمال است. دانه هاي WC چندوجهي داراي رفتار غير نرمال هستند و رشد ایستا با افزایش اندازه ی اولیه ی پودر WC، مشاهده می شود. این مسئله با پیش بینی های انجام شده بر اساس تئوری رفتار رشد غیر خطی دانه های چند وجهی با توجه به نیروی محرکه، تطابق دارد.
    بنابراین، نوع رشد دانه (نرمال و غیر نرمال)، بوسیله ی مکانیزم رشد دانه (مکانیزم های کنترل شده با نفوذ و مکانیزم های کنترلی مخلوط (نفوذی و واکنش سطح مشترک)) کنترل می شوند که در حقیقت به شکل تعادلی دانه (شکل های مدور و چند وجهی) وابسته است. بسیاری از مشاهدات تجربی دیگر همچنین از تئوری و پیش بینی های بالا در مورد رفتار رشد دانه حمایت می کنند و قوانین عمومی در مورد سیستم های دو فازی را تأیید می کنند.


    منبع:راسخون
    ویرایش توسط آسمون : 2014/12/17 در ساعت 18:11
    .
    [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]











  2. 4
  3. #12
    آسمون
    ناظـم سایـت
    تاریخ عضویت
    2012/11/06
    محل سکونت
    زیر چتر آسمون...
    سن
    26
    نوشته ها
    1,608
    3,143
    2,397

    Lightbulb زينترينگ فاز مايع (2)

    .
    زينترينگ فاز مايع (2)






    متراکم شوندگی در حین زینترینگ فاز مایع

    ویژگی های ریزساختاری متراکم شوندگی در حین زینترینگ فاز مایع (LPS)

    برای یادگیری مکانیزم های متراکم شوندگی و پدیدهای مربوطه در حین زینترینگ، این مسئله مفید است که ابتدا تغییرات ریزساختاری را در حین سیکل گرمایی LPS در نظر بگیریم. وقتی یک توده ی متراکم از پودر با دو فاز دارای نقطه ی ذوب پایین و نقطه ذوب بالا، حرارت دهی می شود، واکنش های حالت جامد و زینترینگ می تواند قبل از تشکیل یک مایع انجام شوند. در این مرحله، مرزدانه ها می توانند در بین ذرات تشکیل شوند و بدین وسیله، متراکم شوندگی می تواند رخ دهد. وقتی یک فاز مایع در بالای دمای یوتکتیک یا بالای دمای ذوب ماده ی دارای دمای ذوب پایین تر، تشکیل می شود، مایع تشکیل شده به داخل حفرات کوچک میان ذرات ماده ی دارای نقطه ذوب بالاتر، نفوذ می کند و وقتی اندازه ی پودر دارای نقطه ذوب پایین با اندازه ی پودر دارای نقطه ذوی بالا، قابل مقایسه باشد، در تخلخل ها تجمع می یابد. این مسئله مرحله ی اول LPS است. در طی نفوذ مایع (جریان مایع)، ذرات جامد ممکن است حرکت کنند و یا ممکن است متراکم تر شوند اگر، چارچوب توده ی سرامیکی، صلب نباشد. این فرایند عموماً برای افزایش میزان متراکم شوندگی، در نظر گرفته می شود. به هر حال، حرکت ذره با جریان مایع و مشارکت آن در متراکم شوندگی از یک سیستم به سیستم دیگر، متفاوت است اما مشاهدات تجربی در یک تعداد از سیستم های LPS متداول، پیشنهاد می دهد که این متراکم شوندگی که بواسطه ی ایجاد جریان مایع انجام شده است، ممکن نیست قابل توجه باشد زیرا هیچ متراکم شوندگی محسوسی با تشکیل مایع، مشاهده نمی گردد (همانگونه که نمودارهای متراکم شوندگی در شکل 1 بخش اول اين مقاله، این مسئله را نشان داده است).
    در شکل 1، اشکال نمودارهای برای دو نمونه مشابه هستند به جز اینکه گستره ی دما برای متراکم شوندگی سریع، پیشنهاد می دهد که متراکم شوندگی سریع در نمونه های دارای پودر W با اندازه ی 5 میکرون، به دلیل تشکیل فاز مایع، نمی باشد. یک محاسبه ی مدلی، همچنین پیشنهاد می دهد که متراکم شوندگی با تشکیل فاز مایع ناچیز است حتی در یک سیستم دارای ذرات کروی و زاویه ی دو سطحی صفر. وقتی حرکت ذره با تشکیل مایع ممکن باشد، تخلخل های دارای اندازه ی بزرگتر از اندازه ی اولیه، می توانند تشکیل شوند.
    بعد از تشکیل یک مایع، برهمکنش های میان دانه های جامد و مایع تشکیل شده (مانند انحلال جامد در مایع)، سریع تر رخ می دهد. با توجه به بررسی های انجام شده بوسیله ی محققین، این فرایند می تواند فشرده سازی دانه های جامد را بهبود دهد و از این رو متراکم شوندگی را بهبود می دهد. به هر حال، مشارکت انحلال دانه های جامد در مایع و نهایتاً متراکم شوندگی، باید به سیستم وابسته باشد و صحت آن برای سیستم هایی که در آن مرزدانه های در میان ذرات جامد تشکیل می شوند، قطعی نیست. متراکم شوندگی در هنگام انحلال جامد، می تواند با اعمال فشار خارجی، قابل توجه باشد. اثر این فشار خارجی، مربوط به کاهش صلبیت اسکلت جامد با تشکیل مایع و انحلال دانه های جامد در مایع می باشد.
    مرحله ی اول LPS ممکن است به صورت توزیع دانه های جامد و تخلخل ها در فاز مایع بیان شود که در این حالت، یک تعادل شیمیایی بین جامد و مذاب وجود دارد. این تخلخل ها از بین می روند و رشد قابل توجهی از دانه در طی مرحله ی بعدی LPS ایجاد می شود (شکل 2 بخش اول اين مقاله).
    بعد از متراکم شوندگی کامل، ریزساختار شامل دانه های با توزیع یکنواخت در داخل زمینه ی از مایع می باشد. این ریزساختار می تواند به عنوان دانه های با اندازه ی برابر و با فشرده سازی یکنواخت در فاز مایع، ایده آل سازی شوند. با کاهش کسر حجمی مایع، شکل دانه مدور می شود. برای یک سیستم تحت شرایط آزمایشگاهی معین مانند زاویه ی دوسطحی معین و کسر حجمی مایع معین، یک شکل تعادلی برای دانه ها وجود دارد. این شکل بوسیله ی شرایطی تعیین می شود که موجب مینیمم شدن انرژی سطح مشترک سیستم می شوند. بنابراین، متراکم شوندگی یک فرایند حصول این ریزساختار از طریق حذف تخلخل توده ی متراکم شده، می باشد. فشار در مایع ( ) در سیستم دو فازی (مایع/ جامد) به صورت زیر بیان می شود:

    که در اینجا، فشار اتمسفر خارجی، انرژی سطح مشترک مایع/ بخار و r شعاع منیکوس مایع (liquid meniscus) است. به دلیل اینکه فشار مایع کمتر از فشار خارجی است، این توده متراکم می شود که این مسئله می تواند با اعمال فشار مؤثر بر سطح توده، انجام شود. این مسئله در صورتی بوجود می آید که کشش سطحی مایع/ بخار ناچیز باشد. نیرویی که بر روی هر دانه اثر می کند، به دیل فشار مؤثر، موجب مدور شدن دانه می شود و از این رو، شکل تعادلی دانه ها برای شرایط آزمایشگاهی معین (یعنی کسر حجمی مایع و زاویه ی دو سطحی معین)، تعریف می شوند.

    حالت ها و تئوری های مربوط به متراکم شوندگی

    مدل متراکم شوندگی کلاسیک و تئوری مربوطه حالت های زینترینگ را دقیقاً بعد از تشکیل مایع تا زمان کامل شدن متراکم شوندگی، در نظر می گیرند. آرایش مجدد ممکنه برای ذرات و متراکم شوندگی منتج شده به دلیل ایجاد جریان مایع، مشخصه های مرحله ی اول LPS می باشد. همانگونه که در بهش بعدی توضیح داده می شود، این به نظر می رسد که متراکم شوندگی بوسیله ی جریان مایع در زینترینگ بدون اعمال فشار، ناچیز است، مگر اینکه، یک جریان جرمی از دانه های جامد و مایع ایجاد شود. در این زمینه، مرحله ی جریان مایع دیگر نمی تواند مطرح شود. واکنش میان مایع و جامد در هنگام متراکم شوندگی، همچنین در نظر گرفته نشده است، اگر چه این واکنش ها ممکن است در متراکم شوندگی، مشارکت داشته باشند. بعد از توزیع مجدد مایع از طریق جریان مایع، ریزساختار دارای توزیع یکنواختی از دانه ها و تخلخل ها در زمینه ی مایع می باشد. این دانه ها تمایل دارند تا برای یک کسر حجمی معین، به شکل تعادلی خود برسند؛ اگر چه بسیاری از آنها همچنین در تماس با تخلخل ها هستند. محاسبات تئوری و مشاهدات تجربی پیشنهاد می کند که تغییرشکل دانه و تبدیل آن به شکل تعادلی، عمدتاً بواسطه ی رشد دانه ایجاد می شود. وقتی واکنش های تعادلی و رشد دانه به سرعت در شروع LPS، اتفاق می افتد، شکل دانه ها بعد از ایجاد جریان مایع ممکن است به عنوان شکل تعادلی در نظر گرفته شود. شکل 1a یک ریزساختار شماتیک را بعد از ایجاد جریان مایع، نشان می دهد. برای یک چنین ریزساختار با دانه ه و تخلخل های با اندازه ی مختلف، دو مکانیزم متراکم شوندگی پیشنهاد شده است:

    پهن شدن محل تماس

    پر شدن تخلخل ها
    این دو مکانیزم دارای دید مختلفی از متراکم شوندگی در طی LPS هستند و مکانیزم انتقال جرم در آنها متفاوت است.



    مکانیزم پهن شدن محل تماس بر اساس این حقیقت ایجاد می شود که فشار در مایع کمتر از فشار در اتمسفر اطرف نمونه است. به دلیل فشار پایین تر در مایع، دانه ها تحت فشار قرار می گیرند. اگر یک فیلم مایع در اطراف دانه ها وجود داشته باشد و این فیلم بتواند تنش فشاری را انتقال دهد، نفوذ شیمیایی اتم ها در نواحی تماس میان دانه ها، بیشتر از نواحی است که در آن ذرات تماسی با هم ندارند. به عنوان یک نتیجه، مواد موجود در ناحیه ی تماس، حل می شوند و به ونواحی غیر تماسی حرکت می کنند. این مسئله موجب ایجاد یک تغییر در شکل دانه و انقباض تخلخل ها می شود. این فرایند فرض می کند که تفاوت هایی در پتانسیل شیمیایی اتم هایی موجود در نقاط تماس و نقاط بدون تماس، وجود دارد. به هر حال، این فرض برای بیشتر دوره های زمانی متراکم شوندگی، صدق می کند زیرا دانه تمایل دارند از مرحله ی اولیه ی LPS به شکل تعادلی نزدیک شود. وقتی دانه ها شکل تعادلی خود را برای یک کسر حجمی معین، بدست آورند، هیچ تفاوتی در پتانسیل شیمیایی اتم های موجود در این دو ناحیه، وجود ندارد و بنابراین، هیچ نیروی محرکی برای ایجاد تغییر در شکل دانه، وجود ندارد. یک تخلخل که در حقیقت یک سطح خارجی مشابه با سطح خارجی نمونه است، مشابه با ذرات فاز ثانویه پیش از حذف، عمل می کند. این آگاهی یافتن نشاندهنده ی این است که ضرورتاً هیچ انرژی محرکی برای انتقال ماده از نقطه ی تماس به ناحیه ی غیر تماسی در نمونه ی دارای تخلخل، وجود ندارد.
    مکانیزم پهن شدگی محل تماس، تنها وقتی برای یک سیستم مجاز است که دانه ها دارای شکل تعادلی نباشند (مثلاً در ابتدای مرحله ی اولیه ی LPS یا در یک سیستم دارای کسر حجمی بسیار اندک از مایع به نحوی که این مایع تنها در محل ایجاد گلویی میان ذرات، وجود داشته باشد. یک مدل محاسباتی، پیش بینی می کند که پهن شدن محل تماس، تنها در مرحله ی اولیه از زینترینگ، می تواند یکی از مکانیزم های مهم باشد و سهم آن با افزایش اندازه ی ذره، کاهش می یابد.

    مکانیزم پر شدن تخلخل ها، بر اساس مشاهداتی پیشنهاد شده است که در آن مایع با پر کردن تخلخل های طبیعی موجب پدید آمدن تخلخل های بزرگتر می شود. نیروی محرکه ی این پر شدن، تفاوت در فشار مایع میان نواحی سطحی نمونه و سطح تخلخل می باشد. این نیرو بعد از ایجاد ممنتوم در هنگام ترشدن تخلخل، ایجاد می شود. شکل 2 به طور شماتیک ریزساختارهای نمونه و سطوح تخلخل را با زاویه ی ترشوندگی صفر، نشان می دهد. این زاویه ی صفر به خاطر ساده شدن توصیف فرایند پر شدن تخلخل ها و همچنین نیروی محرکه ی آن، در نظر گرفته شده است. وقتی دانه ها رشد می کنند، شعاع منیکوس مایع در سطح نمونه و در سطح تخلخلف افزایش می یابد. البته این در حالتی ایجاد می شود که فشار گاز در تخلخل مشابه فشار اتمسفر باشد. فشار مایع در همه جا یکسان است. در این مرحله، پتانسیل شیمیایی اتم ها در دانه ها در همه جا یکسان است و هیچ نیروی محرکه ی برای تغییر شکل دانه وجود ندارد. وقتی شعاع منیکوس مایع برابر با شعاع تخلخل می شود (به عنوان نتیجه ای از رشد دانه)، تخلخل به طور کامل تر می شود (شکل 2b). با رشد بیشتر دانه، شعاع منیکوس مایع در سطح نمونه افزایش می یابد در حالی که، این شعاع در سطح تخلخل به شعاع تخلخل محدود می شود. به دلیل تفاوت در شعاع منیکوس مایع میان نمونه و سطح تخلخل، یک تفاوت فشار در میان دو سطح ایجاد می شود و طبق فرمول های بالا، مایع از نواحی سطحی نمونه و سایر سطوح سالم تخلخل به سمت تخلخل ها، جریان می یابد (شکل 2c). اگر چه مکانیزم پر شدن تخلخل برای یک سیستم دارای تخلخل های کروی، در نظر گرفته شده است، این مکانیزم برای یک سیستم دارای تخلخل های با شکل نامعین نیز مناسب هستند زیرا یک تخلخل با شکل نامنظم با تخلخل های با اندازه ی مختلف، ادغام می شود.





    مکانیزم پر شدن تخلخل نشاندهنده ی این است که تخلخل ها از بین می روند یعنی متراکم شدن به عنوان نتیجه ای از رشد دانه، ایجاد می شود. این مکانیزم همچنین نشاندهنده ی اندازه ی تخلخل هایی است که می توانند با مایع پر شوند. این پر شدن به طور خطی با شعاع منیکوس مایع در ارتباط است و از این رو با اندازه ی متوسط ذره نیز در ارتباط هستند. بنابراین، متراکم شوندگی در طی LPS بوسیله ی رشد دانه تحریک می شود (متراکم شوندگی القا شده با رشد دانه). در این حالت، پر شدن تخلخل یک مکانیزم غالب در LPS است. بسته به نوع مكانيزم درگير (پهن شدن محل تماس يا پر شدن تخلخل)، ريزساختار ايجاد شده، مي تواند متفاوت باشد. وقتي پهن شدن محل تماس ذرات به طور عملي در فرايند مترام شدن، غالب باشد، اندازه ي متوسط ذرات كاهش مي يابد و دانه ها به صورت مدور در مي آيند. علاوه بر اين، اين انتظار وجود دارد كه زمان مورد نياز براي متراكم شدن مشابه با نمونه هايي باشد كه داراي تخلخل هاي مختلف اما توزيع اندازه ي ذره ي مشابه، هستند. اين گونه رفتار كينتيكي و ريزساختاري، هرگز در سيستم هاي حقيقي مشاهده نشده است. اين مسئله نشاندهنده ي اين است كه مكانيزم پهن شدن نقطه ي تماس ذرات يك مكانيزم غالب در متراكم شدن به شيوه ي LPS نمي باشد. به هر حال، با توجه به مكانيزم پر شدن تخلخل ها، با گسترش رشد دانه ها، تخلخل هاي كوچكتر، سريع تر از تخلخل هاي بزرگ تر ناپديد مي شوند. زمان مورد نياز براي متراكم شوندگي نيز با افزايش تخلخل، افزايش مي يابد. همچنين تغييرات ريزساختاري مورد انتظار در اين مكانيزم، در سيستم هاي حقيقي مشاهده مي شود. اين مسئله نشان مي دهد كه مكانيزم پر شدن تخلخل ها، يك مكانيزم غالب در متراكم شوندگي با LPS است.


    شكل 1 به طور شماتيك تغيير ريزساختاري را در طي LPS يك توده ي متراكم شده را نشان مي دهد كه داراي تخلخل هاي با اندازه ي مختلف است (مدل پر شدن تخلخل درLPS). با رشد دانه، تخلخل هاي كوچك بوسيله ي پر شدن با مايع، ناپديد مي شوند و دانسيته ي توده كه با استفاده از روش آرنيوسي اندازه گيري شد، افزايش يافت (شكل 1b). در حقيقت، وقتي تخلخل ها در حال پر شدن هستند، مكش يك كسري از مايع بوسيله ي تخلخل ها، موجب مي شود تا كسر حجمي مؤثر مايع در ساير نواحي پر دانسيته كاهش يابد و شكل دانه در طي رشد متعاقب در ناحيه ي پر دانسيته، مدور تر شود (همانگونه كه در يك مدل، با كاهش كسر حجمي مايع در طي زينترينگ نيز اين پديده مشاهده مي شود). سپس انقباض ايجاد مي شود (شكل 1c). با هموژن شدن ريزساختار در اطراف بسته هاي مايع تشكيل شده، دانه هاي تمايل دارند تا شكل تعادلي خود را بدست آورند و پر شدن متعاقب تخلخل هاي بزرگ با رشد دانه، رخ مي دهد. درسيستم هاي حقيقي با يك توزيع اندازه ي از تخلخل هاي متعدد، اين فرايندها به طور پيوسته رخ مي دهد. متراكم شدن و انقباض به طور پيوسته انجام مي شود و نه به طور مجزا. شكل دانه ها براي كسر حجمي معين مايع همچنين بايد در طي فرايند رشد دانه و متراكم شدن، به طور مؤثر تغيير ناپذير باشد.
    تئوري پر شدن تخلخل همچنين به صورت يك برنامه ي كامپيوتري در وب سايت [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...] وجود دارد. اين برنامه بر اساس مدل پر شدن تخلخل، توسعه يافته است. با استفاده از آن، مي توان اثر پارامترهاي مختلف مانند اندازه ي ذرات، كسر حجمي مايع، ترشوندگي و زاويه ي دو سطحي بر روي كينتيك متراكم شوندگي، را تخمين زد. اثر كسر حجمي مايع ( ) نسبت به تخلخل ( ) بيشتر مورد بررسي قرار گرفته است. كينتيك متراكم شوندگي براي يك سيستم كه در آن رشد دانه بوسيله ي نفوذ كنترل مي شود، به طور تقريبي با و قابل قياس است.
    با توجه به تئوري پر شدن تخلخل، اين ممكن است كه توسعه ي ريزساختار را بر حسب دانسيته ي نسبي نسبت به اندازه ي متوسط دانه، پيش بيني كنيم. شكل 3 يك مثال را نشان مي دهد كه در آن، اثرات كسر حجمي مايع (a) و زاويه ي ترشوندگي (b) نشان داده شده است. وقتي كسر حجمي مايع افزايش مي يابد، شعاع منيكوس مايع براي يك اندازه ي دانه ي معين، افزايش مي يابد. اندازه ي دانه ي متوسط كه براي متراكم شوندگي، ضروري است، كاهش مي يابد و زمان زينترينگ به طور قابل توجهي كاهش مي يابد. زاويه ي ترشوندگي نيز به طور قابل توجهي بر روي كينتيك ترشوندگي اثر مي گذارد. وقتي زاويه ي ترشوندگي افزايش مي يابد، ترشوندگي سطح تخلخل كامل مي شود و مومنتوم بحراني پر شدن تخلخل، بتعويق مي افتد. به عنوان يك نتيجه، متراكم شوندگي نيز بتعويق مي افتد. به هر حال، براي يك زاويه ي دوسطحي افزايش يافته براي يك زاويه ي ترشوندگي ثابت، متراكم شوندگي افزايش مي يابد، زيرا شعاع منيكوس مايع با افزايش زاويه ي دوسطحي، افزايش مي يابد.





    سيستمي كه ما تاكنون در نظر گرفتيم، شامل دانه هاي مدور و كروي هستند كه شعاع منيكوس مايع در آنها به طور خطي با متوسط اندازه ي دانه در ارتباط است. براي يك سيستم داراي دانه هاي چند وجهي مانند WC-Co كه رشد غير نرمال دانه در آن ايجاد مي شود، شعاع منيكوس مايع ممكن نيست به طور خطي با متوسط شعاع دانه، قابل قياس باشد. به هر حال، اين قطعي شده است كه شعاع منيكوس مايع با رشد دانه، افزايش مي يابد. سپس اين انتظار وجود دارد كه متراكم شوندگي با افزايش اندازه ي دانه، افزايش مي يابد اگر، اندازه ي تخلخل و توزع آن يكسان باشد. شكل 4a نمودارهاي متراكم شوندگي توده هاي متراكم از پودر WC-Co را با اندازه ي پودر WC مختلف، نشان مي دهد. دانسيته هاي خام اين توده هاي متراكم متفاوت بود. به هر حال، در شروع LPS، دانسيته ها وتوزيع اندازه ي تخلخل هاي مربوط به توده هاي متراكم، يكسان است. با توجه به اين نتايج، متراكم شوندگي با افزايش اندازه ي پودر، افزايش مي يابد. اين مسئله با پيش بيني هاي تئوري پر شدن تخلخل ها، تطابق دارد. نمودارهاي متراكم شوندگي محاسبه شده با استفاده از تئوري پر شدن تخلخل (شكل 4b) همچنين با داده هاي اندازه گيري شده، تطابق دارد. دراين اندازه گيري ها، تفاوت هاي ممكنه در توزيع اندازه ي دانه ي ميان نمونه ها به عنوان نتيجه اي از رشد دانه ي غير نرمال، در نظر گرفته شده است. اين نتيجه همچنين پيشنهاد مي دهد كه پر شدن تخلخل ها يك مكانيزم متراكم شوندگي اصلي در LPS سيستم هاي داراي دانه هاي چند وجهي است.





    خلاصه


    دراين مقاله، اصول مربوط به رشد دانه و متراكم شوندگي در طي زينترينگ فاز مايع (LPS) مورد بررسي قرار گرفته است. رفتار رشد دانه هم مي توان به صورت نرمال و هم غير نرمال باشد. اين مسئله به شكل تعادلي دانه ها، بستگي دارد. رشد دانه در طي LPS مي تواند از لحاظ مقدار ماكزيمم نيروي محركه براي رشد ( ) نسبت به نيروي محركه ي بحراني براي رشد ( )، پيش بيني شود كه اين رشد به مقدار قابل توجهي بوسيله ي انرژي آزاد مرحله، تحت كنترل قرار مي گيرد. وقتي ، رشد نرمال دانه رخ مي دهد. به عبارت ديگر، وقتي ، انواع مختلفي از رشد غيرنرمال دانه رخ مي دهد. اين انواع مختلف عبارتند از: رشد شبه نرمال دانه براي ، رشد نرمال دانه براي و رشد ايستا براي . بسياري از مشاهدات تجربي ، پيش بيني ها و تئوري ها را مورد تأييد قرار مي دهند و اين مسأله را مورد تأييد قرار مي دهند كه قوانين عمومي درمورد رشد دانه بر حسبت و LPS نيز بوجود آيد. اين مسئله همچنين براي يك سيستم با كسر حجمي بسيار پايين از مايع نيز صدق مي كند به نحوي كه اين مايع تنها در نواحي گلويي ميان ذرات وجود دارد و اين مسئله موجب مي شود تا رشد ذرات خنثي شود. مكانيزم پر شدن تخلخل براي بيشتر مراحل LPS گزارش شده است. در اين نوع مكانيزم، اين در نظر گرفته مي شود كه شكل دانه در حالت تعادلي حفظ شده است. تغيير ريزساختاري مشاهده شده در سيستم هاي واقعي اين را نشان داده است كه در اين سيستم ها، مكانيزم پر شدن تخلخل ها، نسبت به مكانيزم پهن شدن محل تماس، غالب است.


    منبع: راسخون
    .
    [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]











  4. 3
  5. #13
    آسمون
    ناظـم سایـت
    تاریخ عضویت
    2012/11/06
    محل سکونت
    زیر چتر آسمون...
    سن
    26
    نوشته ها
    1,608
    3,143
    2,397

    زینترینگ اتمسفری (1)

    .
    زینترینگ اتمسفری (1)




    چکیده


    این مقاله در مورد نقش های مختلفی صحبت می کند که بوسیله ی اتمسفرهای مصنوعی و در طی مرحله های مختلف از فرایند زینترینگ، ایجاد می شود. این مقاله با توصیف مختصری در مورد اتمسفرهای زینترینگ در صنعت، آغاز می شود و بعد از آن در مورد عملیات های ترمومکانیکی ایجاد شده بوسیله ی واکنش های گاز- جامدی صحبت می کند که در طی زینترینگ، متداول هستند.

    مقدمه


    این مسئله حس می شود که اتمسفرهای زینترینگ به عنوان یکی از وسیله احتیاطی برای جلوگیری کردن از ایجاد برهمکنش های دما بالای ماده در حال زینتر با محیط اطراف، مورد استفاده قرار می گیرد. در مورد فلزات و آلیاژها، انتخاب اتمسفر عموماً برای جلوگیری از اکسیداسیون و تسریع کاهش اکسید فلزی و در نهایت حصول یک سطح تمیز، انجام می شود. با وجود این، نقش اتمسفر زینترینگ، چیزی بیش از آنچه می باشد که ما در ذهن تصور می کنیم. در حقیقت، انتخاب اتمسفر زینترینگ به طور قابل توجهی بر روی خاصیت عدم روانسازی (delubrication)، انتقال حرارت، کاهش اکسید، کنترل عناصر شیمیایی درون شبکه و ... اثر دارد. تمام این جنبه های بر روی ریزساختار اثر می گذارند و بنابراین، بر روی خواص مکانیکی قطعات زینترشده ی حاصله، اثر می گذارند. در ادامه در مورد نقش اتمسفر زینترینگ به طور مفصل صحبت خواهیم کرد. توصیف انواع مختلف اتمسفرهایی که به طور متداول در زمینه ی صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند نیز در اینجا، ارائه شده است. جنبه های ترمودینامیکی زینترینگ نیز در ادامه مورد بررسی قرار خواهد گرفت. این جنبه ها ابزارهای مناسبی برای آگاهی یافتن از مکانیزم هایی است که در طی زینترینگ اتمسفری بوجود می آیند. بدین وسیله می توان اتمسفر مناسب را برای زینترینگ نمونه های معین انتخاب کرد. در نهایت، مثال هایی در سراسر این مقاله ارائه شده است که بوسیله ی آنها می توان اطلاعات تئوری در مورد این چشم اندازه بدست آورد.

    انواع و منابع اتمسفرهای مورد استفاده در زینترینگ


    همانگونه که در بالا بدان اشاره شد، اتمسفرهای زینترینگ به این دلیل انتخاب شده اند تا از ایجاد برهمکنش نامطلوب میان مواد در حال زینتر و محیط اطرافش در دماهای بالا، جلوگیری شود در حالی که یک شرایط سطحی بهینه برای تشکیل گلویی میان ذرات ایجاد شود. چندین احتمال بر حسب انتخاب اتمسفر برای زینترینگ در دمای بالا، وجود دارد. در حقیقت، امروزه، استفاده از جریان های گازی با خلوص بالا مانند نیتروژن، هیدروژن و آرگون به نسبت قابل انجام می باشد و اتمسفرهای مصنوعی به طور پیوسته جایگزین اتمسفرهای متداول مانند گازهای هیدروکربنی تصفیه شده برای زینترینگ اجزای آهنی، می شوند. در واقع، استفاده از کسرهای مختلف از گازهای صنعتی موجب کاهش تغییرات در غلظت اجزای گازی اندک مانند بخار آب، می شود که این مسئله در واقع موجب می شود تا فرایند زینترینگ به طور مناسبی انجام شود. جدول 1 ویژگی های اصلی اتمسفرهای زینترینگ متداول را نشان می دهد.





    آرگون یک گاز خنثی است که به عنوان اتمسفر زینترینگ و برای جلوگیری از واکنش های رخ داده بین گازها و مواد جامد (مانند اکسایش، نیتریداسیون یا هیدراسیون)، مورد استفاده قرار می گیرد. آرگون گاز کاملا خنثی است و بنابراین، اگر چه از آن می توان به عنوان یک اتمسفر زینرینگ دارای فشارهای جزئی بخار آب پایین استفاده کرد، کاهش اکسیژن جزئی آن (تا زیر مقدار ) هزینه بر و مشکل است. اتمسفرهای خنثی دارای اثرات محدودی بر روی کاهش اکسیدهای برخی از فلزات انتقالی مانند MnO، و ... دارند. بنابراین، اتمسفر آرگون سرعت واکنش اکسایش را به دلیل فشارهای جزئی پایین اکسیژن، کاهش می دهد و از این رو از بروز اکسایش، جلوگیری می کند. آرگون به طور نمونه وار برای زینترینگ اتمسفری فلزات و آلیاژهایی مورد استفاده قرار می گیرد که نسبت به هیدراسیون یا نیتریداسیون حساس هستند (مانند تیتانیوم و زیرکونیوم).
    نیتروژن مشابه آرگون می تواند به عنوان اتسمفر زینرینگ مورد استفاده قرار گیرد. با وجود این، این ماده ممکن است با برخی مواد واکنش دهد. مثلاً نیتروژن با برخی از عناصر شیمیایی مانند تیتانیوم و کروم واکنش می دهد و رسوبات نیتریدی تشکیل می دهد. خوشبختانه یک چنین واکنش هایی در آهن، فولادهای آلیاژی، آلومینیوم و آلیاژهای مس، ناچیز است. بنابراین، نیتروژن عموماً اصلی ترین اتمسفر زینترینگ را تشکیل می دهد و معمولاً 5 تا 25 % حجمی هیدروژن به این گاز افزوده می شود.
    هیدروژن خالص می تواند به عنوان یک اتمسفر زینترینگ مورد استفاده قرار گیرد اگر چه هزینه های تولید و استفاده بالا از آن، موجب می شود تا استفاده از آن در مواردی باشد که هیچ راه دیگری وجود نداشته باشد. با وجود این، هیدروژن خالص هنوز هم به عنوان اصلی ترین اتمسفر کاهشی موجود، تلقی می شود. اتمسفرهایی که دارای 100 % حجمی هیدروژن هستند، به طور نمونه وار برای زینرینگ فولاد زنگ نزن و به منظور جلوگیری کردن از تشکیل نیترید کروم مورد استفاده قرار می گیرد. خواص زینترینگ این فولادها به تشکیل این ماده، بستگی دارد.
    آمونیاک تفکیک شده (DA) به عنوان محصول تفکیک کاتالیستی انیدرید آمونیاک ( ) به 25 % حجمی و 75 % حجمی تعریف می شود. این ماده بوسیله ی عبور گاز آمونیاک از میان یک دستگاه تقطیری تولید می شود که از ماده ی کاتالیستی (مانند قرص های Ni) پر شده است. این واکنش در دمای انجام می شود. اتمسفر حاصله، دارای میزان رطوبت (نقطه ی شبنم) پایینی است و به همین دلیل برای زینترینگ آهن، فولاد، آلیاژهای مس و حتی فولاد ضد زنگ (ASM, 1984) مورد استفاده قرار می گیرد. اگر چه آمونیاک تفکیک شده یک منبع مورد علاقه (از لحاظ هزینه و کارایی) برای استفاده به عنوان اتمسفر زینترینگ تلقی می شود، استفاده از آن به سرعت در حال کاهش است که علت آن سمیت ماده در صورت بروز نشتی در سیستم می باشد.
    اتمسفر گرماگیر به محصولات حاصل از احتراقی اتلاق می شوند که در زمانی تشکیل می شوند که هیدروکربن هایی مانند گاز طبیعی ( ) یا پروپان ( ) با مقادیر غیر استوکیومتری از هوا بسوزند. در این زمینه، واکنش احتراق به سهولت اتفاق نمی افتد و حرارت باید برای ادامه ی این فرایند، اعمال شود. از این روست که به آن واکنش احتراق گرماگیر می گویند. بنابراین، مخلوط هوا- گاز از میان یک ستون عبور می کند که پر از تکه های نیکل با دمای است. نسبت هوا به گاز به گونه ای تنظیم می شود که در آن متان با اکسیژن ترکیب می شود و تنها CO و تولید می شود. احتراق گرماگیر متان به صورت زیر نشان داده می شود:

    محصولات احتراق یک چنین واکنشی به طور نمونه وار از 40 % حجمی ، 40 % حجمی و 20 % حجمی CO تشکیل شده اند. اتمسفرهای گرماگیر به نوسانات موجود در ترکیب شیمیایی مواد اولیه یعنی میزان بخار آب و درصد هیدروکربن های خارجی، وابسته هستند. این وضعیت، کنترل ترکیب شیمیایی اتمسفر زینرینگ را پیچیده می کند و نوسانات ایجاد شده، موجب می شود تا پتانسیل کوره در طی زمان، کاهش یابد. از آنجایی که احتراق به ندرت در نسبت های هوا به گاز برابر با 2.4 کامل می شود، این احتراق مقادیر اندکی بخار آب و متان نیز تولید می کند.
    اتمسفرهای گرمازا از احتراق جزئی هیدروکربن هایی مانند متان با اکسیژن، ایجاد می شوند. برای احتراق کامل، یعنی تمام کربن و هیدروژن موجود در متان با هوا واکنش دهد و دی اکسید کربن و آب تولید شود، نیاز است تا نسبت هوا به گاز برابر با 9.8 باشد و بنابر این واکنش آن به صورت زیر است:

    به عبارت دیگر، با کاهش در مقدار هوا به زیر این مقدار، احتراق ناکامل است و مقادیری CO و به جای دی اکسید کربن و آب، تشکیل خواهد شد. با انجام این کار، اتمسفر متکی به شرایط احتراق گرماگیر است. با وجود این، با حفظ نسبت هوا به گاز در گستره ی 6 تا 9، احتراق به طور ناگهانی اتفاق می افتد و احتراق هنوز گرمازا می باشد. شکل 1 دیاگرام احتراق را برای متان در دمای 1100℃ نشان می دهد. کاهش پتانسیل یک اتمسفر گرمازا به طور قابل توجهی از کمتر از اتمسفرهای هیدروژن- نیتروژن یا اتمسفرهای گرماگیر است. به دلیل مقادیر بالاتر بخار آب، اتمسفرهای گرمازا می توانند یک اثر قابل توجه بر روی دی کربوریزاسیون اجزای فولادی داشته باشند. به همین دلایل، استفاده از گازهای گرمازا برای زینترینگ اتمسفری به ندرت انجام می شود و از آن بیشتر برای زینترینگ آلیاژهای مس استفاده می شود. در این آلیاژها، مقادیر نقطه ی شبنم پایین تر از مقدار بحرانی برای سایر مواد مانند فولادهای دارای عناصر آلیاژی کمتر، فولادهای ضد زنگ و ... می باشد.






    منبع : راسخون
    .
    [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]











  6. 2
  7. #14
    آسمون
    ناظـم سایـت
    تاریخ عضویت
    2012/11/06
    محل سکونت
    زیر چتر آسمون...
    سن
    26
    نوشته ها
    1,608
    3,143
    2,397

    جنبه های ترمودینامیکی زینترینگ اتمسفری

    .

    جنبه های ترمودینامیکی زینترینگ اتمسفری


    واژه ی ترمودینامیک اغلب در چشم های افرادی که سعی می کنند تا بفهمند به چه دلایل شیمیایی، یک واکنش رخ می دهد یا نمی دهد، اشک می آورد. یک پروفسور در این باره زمانی به من گفت: ترمودینامیک به احتمال زیاد گران بهاترین هدیه ی خداوند به بشر بوده است ولی با این وجود، بسیاری از مواد مهندسی از این رویه طبعیت نمی کنند. اگر چه برخی از مراجع از بیاناتی مانند کاهش پتانسیل اتمسفر زینترینگ، کاهش میزان بخار آب و یا کاهش نقطه ی شبنم صحبت می کنند، این پارامترهای تماماً به تعادل ترمودینامیکی مرتبط است که در میان مواد و اتمسفر اطراف آنها وجود دارد. پاراگراف های بعدی یک تعداد مثال در مورد استفاده از قوانین ترمودینامیک آورده است که از آنها می توان برای توجیه پدیده های رخ داده در طی زینرینگ، استفاده کرد. ملاحظات قانونی در زمان بررسی زینرینگ به صورت زیر هستند:
    شناسایی شرایطی از اتمسفر زینترینگ که واکنش های شیمیایی مخل برای زینترینگ را مینیمم کند (یعنی اتمسفر خنثی)؛
    در مواردی که فلزات و آلیاژها زینتر می شوند، برای شناسایی شرایط اتسمفری که بوسیله ی آن سطحی عاری از اکسید حاصل شود، باید تشکیل گلویی تسریع شود (یعنی اتمسفر کاهشی).
    وقتی نیاز است تا شرایطی ایجاد شود که در آن، انتقال جرم بین اتمسفر و توده ی سرامیکی ایجاد شود، نیاز است تا شیمی نهایی اجزای در حال زینترشدن، کنترل شود.

    اکسایش/ کاهش


    تعادل واکنشی میان یک فلز خالص و اکسید خالص آن و همچنین اکسیژن در یک دما و فشار معین، به صورت زیر است:

    که در اینجا، M نشاندهنده ی فلز، و b نشاندهنده ی تعداد اتم هایی است که اکسید ایجاد کرده است. با فرض اینکه تمام واکنش دهنده ها و محصولات در حالت های استاندارد خود باشند (یعنی M و خالص باشند)، تفاوت انرژی آزاد میان محصولات و مواد واکنش دهنده، برابر با انرژی آزاد می باشد و به صورت زیر بیان می شود:

    از این رو، در تعادل داریم:

    که در اینجا، R ثابت گازهاست، T دما بر حسبت کلوین و اکتیوته ی گونه های شیمیایی مرتیبط با واکنش است. از آنجایی که M و در حالت استاندارد خود هستند، a_M=a_(M_a O_b )=1 است. با فرض ایده آل بودن گاز، اکتیویته ی اکسیژن در فاز گازی به صورت زیر بیان می شود:
    اکتیویته ی گاز اکسیژن= فشار اکسیژن در فاز گازی/ فشار گازی اکسیژن در حالت استاندارد
    با انتخاب این مسئله که حالت استاندارد برای نمونه های گازی برابر با فشار 1 اتمسفر در دمای مورد نظر می باشد، برابر با فشار جزئی اکسیژن است (یعنی ) بنابراین، معادله ی بالا به صورت زیر در می آید:

    به طور مشابه، فشار جزئی اکسیژن در تعادل با فلز خالص و اکسید خالص آن، به صورت زیر محاسبه می شود:

    از معادلات بالا، این فهمیده می شود که اگر فشار جزئی اکسیژن در دمای معین کمتر از مقدار ارائه شده بوسیله ی معادله ی بالا باشد، معادله ی مربوط به تعادل واکنش میان فلز و اکسید خالص آن با اکسیژن، به سمت چپ حرکت می کند. یعنی اکسید مصرف می شود تا بدین صورت، سعی شود فشار جزئی اکسیژن افزایش یابد و تعادل دوباره با ثبات شود. بطور عکس، اگر فشار جزئی اکسیژن بالاتر از مقدار معین باشد، فلز اکسید می شود تا واکنش به تعادل برسد. شکل 2 تغییرات ایجاد شده در فشار جزئی اکسیژن تعادلی به عنوان تابعی از دما برای چندین فلز خالص و اکسیدهای خالص آن بیان شده است. ناحیه ای که به سمت پایین- سمت راست قرار گرفته است، مربوط به شرایطی از فشار گاز اکسیژن و دما است که کاهنده هستند در حالی که ناحیه ی سمت چپ و بالا مربوط به شرایط اکسیدکننده است.

    اتمسفر اکسایش- کاهش


    بر اساس داده های ارائه شده در شکل 2، این مسئله قابل مشاهده است که برای یک سیستم فلز/ اکسید معین، دماهای بالاتر موجب می شود تا فشار جزئی اکسیژن در تعادل این سیستم، افزایش یابد. در غیر اینصورت، وقتی دما افزایش می یابد، اکسیدهای پایداری کمتری دارند و به سهولت بیشتری کاهش می یابند. شکل 2 همچنین نشان می دهد که اگر فشار جزئی اکسیژن به اندازه کافی کم باشد (با اعمال خلأ یا اعمال گازهای خنثی (مانند آرگون))، کاهش اکسید رخ می دهد. با وجود این، کاهش در زیر فشار جزئی اکسیژن رخ می دهد. با این وجود، این روش، روش های فرعی به شمار می آیند و قابلیت استفاده از آنها در کاربردهای صنعتی، کمتر است.
    فشارهای جزئی پایین اکسیژن، مخصوصاً در کارهای صنعتی، عموماً با استفاده از اتمسفرهای اکسایش- کاهشی انجام می شود که در آنها از نمونه های اکسید کننده و کاهنده در تعادل با اکسیژن استفاده می شود. برای مثال:

    یا

    با

    که در اینجا، از روابط بالا بدست آمده است.
    همچنین

    واکنش های مربوط به کاهش اکسید به صورت زیر است:

    که در اینجا،

    مقدار از دو معادله ی بالا بدست می آیند. شكل 3 و 4 تغيير نسبت هاي فشار تعادلي را به ترتيب و به عنوان تابعي از دما براي چندين فلز ارائه شده است. ناحيه ي قرار گرفته در بالاي خط مربوط به نواحي كاهشي است در حالي كه ناحيه ي قرار گرفته در زير اين خط، نشاندهنده ي ناحيه ي اكسيد كننده است. توصيف آخر فرض كرده است كه يك جريان ثابت و به اندازه ي كافي از اتمسفر در كوره ايجاد شده است به نحوي كه محصولات واكنشي حذف مي شوند و نسبت هاي فشار تعادلي در مقاديري بالاتر از مقدار تعادلي، قرار دارد؛ در غير اينصورت، واكنش كاهشي به نصف كاهش مي يابد زيرا نسبت هاي گاز كاهش مي يابد و به حالت تعادلي مي رسد (خطوط در دماي معين در شكل 3 و 4). شكل 3 و 4 نشاندهنده ي اين حقيقت است كه اگر چه نسبت ممكن است به اندازه ي كافي بالا باشد به نحوي كه براي گسترش كاهش اكسيد در دماي بالا، مناسب باشد، اين مسئله همواره در مواقعي كه دما كاهش مي يابد، صدق نمي كند. اين وضعيت مشابه چيزي است كه در طي مرحله ي سرد كردن در فرايند زينترينگ، بوجود مي آيد. براي مثال، تعادل بين را در اتمسفر در نظر بگيريد. شكل 4 معلوم مي كند كه در دماي ، يك نسبت برابر با 100، براي كاهش اكسيد آهن، كافي است. به عبارت ديگر، اگر اين نسبت در طي زينترينگ ثابت در نظر گرفته شود، اين بدين معناست كه در دماي تقريباً 500℃، شرايط كاهشي به اكسيدايشي تبديل مي شود. اين وضعيت در زماني بحراني است كه شيفت شرايط كاهشي به اكسايشي در دماهاي نسبتاً بالا رخ دهد. زيرا اكسايش ناچيز مي شود و داراي اثر نامطلوبي بر روي خواص مكانيكي نهايي قطعه ي زينتر شده مي شود. به عبارت ديگر، اگر اتلاف در پتانسيل كاهشي اتمسفر در دماهاي پايين و بمحض سرمايش رخ دهد، نرخ اكسايش كاهش مي يابد و اكسايش قطعه جزئي مي شود.







    منبع: راسخون
    .
    [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]











  8. 2
  9. #15
    آسمون
    ناظـم سایـت
    تاریخ عضویت
    2012/11/06
    محل سکونت
    زیر چتر آسمون...
    سن
    26
    نوشته ها
    1,608
    3,143
    2,397

    نقطه ي شبنم (Dew point)

    .

    نقطه ي شبنم (Dew point)


    يكي ديگر از روش هاي متداول مورد استفاده براي نشاندادن پتانسيل كاهشي در اتمسفرهايي كه از وجود هيدروژن رنج مي برند، شناسايي تعادل اكسايش/ كاهشي به عنوان تابعي از نقطه ي شبنم يا دمايي است كه در آب بخار آب كندانس مي شود. تاريخچه ي اين روش به زماني بر مي گردد كه گازهاي صنعتي مورد بررسي قرار مي گرفت. اپراتورهاي كوره پتانسيل كاهشي كوره هاي خود را با بررسي نقطه ي شبنم، مورد بررسي قرار مي دادند. وسايل مورد استفاده براي اين كار، به دو محفظه ي خلأ مجهز بودند. فشار گاز بواسطه ي يك پمپ افزايش مي يافت و زماني كه فشار به حد كافي بالا بود، اپراتور به طور تدريجي نمونه ي گاز را آزاد مي كرد تا بدين صورت فشار محفظه ي مجهز به خلأ را تنظيم كند. در اين لحظه، اپراتور از داخل شيشه اي مخصوص، اين صحنه و دماي موجود را تماشا مي كرد. مزيت اين روش اين است كه وقتي يك گاز فشرده شده آزاد سازي مي شد، دماي آن كاهش مي يافت. تمام اپراتورها دمايي كه كه در آن، قطرات آب شروع به تشكيل مي كردند را ثبت مي كردند. اين دما به نقطه ي شبنم وابسته است و شاخصي مستقيم از مقدار آب موجود اتمسفر نمونه است.

    به عنوان مثال، بياييد واكنش زير را در نظر بگيريم كه در دماي رخ داده است. اين واكنش در يك اتمسفر داراي هيدروژن خالص ( ) و فشار كل 1 اتمسفر انجام مي شود.

    معادله ي بالا از مجموع دو معادله ها ي زير حاصل شده است:

    در دماي ، برابر با است؛ بنابراين،

    بنابراين، atm مي باشد.
    بنابراين، نقطه ي شبنم مخلوط گازي بايد كنترل شود تا بدين صورت به فشار جزئي كمتر از برسد. نقطه ي شبنم مربوطه ممكن است با استفاده از معادله ي كلازيوس- كلاپرون قابل محاسبه مي باشد كه در اين معادله، بخار آب اشباع (P) به دما و حرارت پنهان مربوط به تبخير ( ) ارتباط داده مي شود.

    با انتگرال گيري بين داريم:

    براي آب در فشار ، و ؛ بنابراين،

    به دليل اينكه است، ما مي فهميم كه T_1 يا نقطه ي شبنم برابر با است.
    شكل 5 تغييرات نقطه ي شبنم به عنوان تابعي از دما براي چندين فلز و اكسيدهاي شان را نشان مي دهد. ناحيه اي كه در سمت راست – پايين واقع شده است، مربوط به شرايط كاهشي است در حالي كه ناحيه ي قرار گرفته در سمت چپ- بالا نشاندهنده ي شرايط اكسايشي است.



    اتمسفر كاهشي خالص مانند هيدروژن خالص به ندرت در صنعت به عنوان اتمسفر كاهشي مورد استفاده قرار مي گيرد مگر آنكه در جايي استفاده از آن ضروري باشد. علت آن هزينه ي بالاي استفاده از آن است. متداول ترين اتمسفر صنعتي مورد استفاده درزينترينگ، آن اتسمفري است كه در آن گاز كاهنده به طور نمونه وار هيدروژن، در داخل يك گاز خنثي مانند نيتروژن، رقيق شده باشد. بياييد معادله ي مربوط به مثال بالا در دماي ، دوباره نگاه كنيم. فرض كنيد كه اتمسفري كه در اين مثال 100 % خالص در نظر گرفته شده بود، حال در 95% نيتروژن، رقيق شده است. بنابراين، فشار جزئي هر نمونه ي گازي حال به صورت زير در مي آيد:

    بنابراين، رقيق سازي درنتروژن، هيچ اثري بر روي نسبت ندارد اما به طور قابل توجهي نقطه ي شبنم را در تعادل از به كاهش مي دهد. بنابراين، رقيق سازي اتمسفر هيدروژني با نيتروژن، به طور قابل ملاحظه اي پتانسيل كاهشي كل در اتمسفر زينترينگ، را كاهش مي دهد. مورد آخر مزيت هاي استفاده از محاسبات ترموشيميايي براي بهينه سازي تركيب شيميايي اتمسفر را به عنوان تابعي از دما و ماده ي در حال زينترشدن را نشان مي دهد. بنابراين، هزينه هاي توليد مربوط به استفاده از هيدروژن مي تواند بهينه سازي شود در حالي كه اطمينان حاصل كردن از اين موضوع كه اكسيداسيون بيشتر عمل مي كند يا كاهش، كاري سهل الوصول تر مي شود.

    كنترل كربن

    كنترل كربن يكي از موارد مهم براي زينترينگ مؤثر برخي از مواد مانند فولاد، كاربيدها و حتي برخي سراميك ها مي شود. در حقيقت، بسته به متغيرهاي زينترينگ و درصد كربن در اجزاي خام، اين اتمسفر مي تواند دي كربوره كننده، طبيعي يا اكسيدكننده باشد. علاوه بر اين و همانگونه كه قبلاً گفته شد، كاهش پتانسيل در يك اتمسفر زينترينگ ممكن است با كاهش دما (در بخش سركننده ي كوره)، تغيير كند. بنابراين، بايد دقت داشته باشيم تا تركيب شيميايي اتمسفر زينترينگ را كنترل كنيم تا بدين صورت، درصد كربن در ماده در حالت تعادلي باشد. بياييد به يك مثال در مورد فولادي توجه كنيم كه داراي 0.75 % وزني كربن مي باشد. اين فولاد در دماي زينتر مي شود. اين وضعيت بر اين دلالت دارد كه پودر گرافيت كه در ابتداي كار با پودر آهن مخلوط مي شود، به طور كامل نفوذ مي كند ودر دماي ، در آستنيت حل مي شود. در موردي كه اتمسفر زينترينگ مخلوطي از هيدروژن و نيتروژن باشد، گاز اكسيد كننده به احتمال زياد است. بنابراين، ما مي توانيم واكنش دي كربوريزاسيون را به صورت زير بنويسيم:

    بنابراين، با كنترل مناسب نقطه ي شبنم و حفظ آن در يك سطح پايين، اين اتمسفر براي بيشتر عناصر موجود در فولادها كاهشي خواهد بود و از لحاظ كربن نيز بايد خنثي باشد يعني كسر ناچيزي كربن به علت ايجاد دوده تشكيل و يا مقداري ناچيزي كربن كاهش مي يابد. بنابراين، در اتسمفرهاي هيدروژن – نيتروژن داراي كربن خنثي، بخش هاي داراي مقادير كربن مختلف مي توانند در نزديكي هم زينتر شوند بدون آنكه نياز به بررسي و كنترل اتمسفر زينترينگ باشد. با وجود اين، وقتي زينترينگ در يك اتمسفر ايجاد شود كه از مقداري هيدروكربن سوخته تشكيل شده باشد، فشار جزئي بخار آب به طور قابل توجهي بالاست. اكنون فرض كنيد كه واكنش دي كربوريزاسيون به صورت يك واكنش گرماگير باشد؛ بنابراين مي توان نوشت:

    كه در اينجا، فشار جزئي كربن مونوكسيد و هيدروژن بوسيله ي معادله ي اول اين مقاله بدست مي آيد:

    همانگونه كه در بالا بدان اشاره شد، احتراق گرماگير متان به ندرت در نسبت هوا به گاز كامل مي شود. بنابراين، احتراق مقادير ناچيزي بخار آب ايجاد مي كند و از اين رو مي توان نوشت:

    مشابه اكتيويته ي كربن در آستنيت، اين مقدار نيز مي تواند با استفاده از معادله ي زير بدست آيد (اين معادله بوسيله ي Sauer و همكارانش ارائه شده است):

    و از معادله ي مربوط به اتمسفر گرماگير (معادله ي ) مي توانيم بنويسيم كه:

    با توجه به معادلات مربوط به نقطه ي شبنم، مي توان با جايگزيني p( )، مي توان نقطه ي شبنم را ارزيابي و اتمسفر زينترينگ را كنترل كرد به صورتي كه پتانسيل كربن با مقداري هم ارز مي شود كه برابر با پتانسيل موجود در فولاد است. شكل 6 تغيير در پتانسيل كربن احتراق گرماگير متان را به عنوان تابعي از نقطه ي شبنم و دما، نشان مي دهد.



    با مقايسه ي اشكال 5 و 6، اين مشاهده مي شود كه در مورد واكنش اكسايش/ كاهش در يك دماي معين، براي هر نقطه شبنم زير تعادل، كاهش رخ مي دهد. به طور مشابه، براي هر مقدار نقطه ي شبنمي كه بالاتر از تعادل است، اكسيداسيون رخ خواهد داد. در مورد دي كربوريزاسيون يا كربوريزاسيون فولاد در يك اتمسفر فعال (مانند اندوگاز (endogas)، وضعيت متفاوت است. در حقيقت، هر نقطه ي شبنمي در يك دماي زينترينگ معين مربوط به اكتيويته ي معيني از كربن در آستنيت مي باشد. بنابراين، يك افزايش در نقطه ي شبنم اتمسفر زينرينگ، موجب ايجاد يك پتانسيل كربن پايين تر مي شود كه در حقيقت، كمتر از اكتيويته ي كربن در تعادل با فاز گازي است (كه موجب دي كربوريزاسيون شده است).
    به طور عكس، يك كاهش در نقطه ي شبنم اتمسفر زينترينگ موجب افزايش اكتيويته ي كربن مي شود و اين مسئله موجب وقوع كربوريزاسيون مي شود. اين دليل اين موضوع است كه چرا اتمسفرهاي گرماگير از لحاظ كربن فعال هستند. اين بدين معناست كه اندوگاز به طور نمونه وار در دماهاي بالا دي كربوره مي شود و در دماهاي پايين، كربوريزه مي شود. در شرايط ايده آل، يك اتمسفر گرماگير بايد اجزاي فولادي را در دماهاي بالا، دي كربوره كند و در طي سرد كردن آنها، آنها را كربوريزه كند. با وجود اين، حتي براي اتمسفرهاي طبيعي از لحاظ كربن مانند آنهايي كه با مخلوط كردن N_2-H_2 بدست مي آيند، اگر نقطه ي شبنم افزايش يابد و دي كربوريزاسيون اتفاق افتد، به دليل برخي رخدادها مانند نشت هوا به داخل اتمسفر، كسرهاي كوچكي از هيدروكربن ها مانند متان مي توانند به داخل كوره تزريق شوند و بدين وسيله، پتانسيل كربني مناسبي در اتمسفر پديد آيد. به طور مشابه، اين روش مي تواند براي كربوريزاسيون سطح اجزاي PM (در زماني كه وارد بخش سردكننده ي كوره مي شوند) مورد استفاده قرار گيرد. متان به صورت زير به نقطه ي شبنم پايين تر واكنش مي دهند:

    و واكنش كربوريزاسيون به صورت زير بيان مي شود:



    منبع: راسخون
    .
    [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]











  10. 2
  11. #16
    آسمون
    ناظـم سایـت
    تاریخ عضویت
    2012/11/06
    محل سکونت
    زیر چتر آسمون...
    سن
    26
    نوشته ها
    1,608
    3,143
    2,397

    Lightbulb زینترینگ اتمسفری (2)

    .
    زینترینگ اتمسفری (2)





    نقش اتمسفر در زينترينگ


    همانگونه كه گفته شد، نقش اتمسفر در طي زينترينگ گسترده است و به طور نمونه وار به عنوان تابعي از سيكل زينرينگ، تغيير مي كند. Nayar (1981) به احتمال زياد، بهترين توصيف در مورد اين وضعيت را ارائه كرده است. او در توصيف خود بر اين نكته تأكيد كرده است كه در يك كوره ي زينترينگ ايده آل، تمام واكنش ها يا مراحل با استفاده از دماي بهينه و پروفايل هاي اتمسفريكي اتفاق مي افتد كه به طور مستقل از همديگر عمل مي كنند. اولين مرحله از سيكل زينترينگ شامل كاهش روانسازي است. اين كاهش روانسازي با سوختن مواد آلي روان ساز و خارج شده آن از كوره، همراه است. مرحله ي بعدي سيكل زينترينگ، زينترينگ خود به خودي است. در اين مرحله پيوندهاي متالورژيكي (گلويي ها) ميان ذرات همجوار تشكيل و رشد مي كنند. زينترينگ در دماي بالا رخ مي دهد تا بدين صورت، نرخ نفوذ سطحي به نفوذ حجمي افزايش يابد و بدين صورت گلويي ها رشد كرده و متراكم شوندگي ايجاد شود. در نهايت، اتمسفر همچنين يك نقش قابل توجه در طي مرحله ي سرد كردن مربوط به سيكل زينترينگ، دارد. در حقيقت، انتقال حرارت مي تواند بوسيله ي انتخاب اتمسفر، تغيير كند. اين مسئله به طور جزئي براي فولادهاي با قابليت سخت شوندگي صحت دارد. در اين فولاد ها، پروفايل سرمايش به گونه اي تنظيم مي شود كه تبديل آستنيت به فازهاي شبه پايدار مانند مارتنزيت يا بينيت، تسريع گردد. اگر چه كوره هاي زينترينگ مختص سخت كردن مواد با استفاده از زينترينگ، معمولاً مجهز به واحدهاي سركننده هستند و بدين صورت نقطه ي سرمايش داراي نقش قابل توجهي بر روي اين پروفايل هاي سرمايش مي باشد.
    نقش اتمسفر كوره در طي كاهش مواد روانساز
    مواد روانساز عموماً به مخلوط هاي پودري اضافه مي شوند تا بدين صورت متراكم شوندگي بدنه در قالب تسهيل شود و بدين صورت ميزان اصطكاك بين ذره اي ايجاد شده در حين پرس شوندگي، كاهش يابد. به عبارت ديگر، ايجاد روان سازي ميان ذرات و ديواره ي قالب به توليدكنندگان قطعات اجازه مي دهد تا به طور قابل توجهي مقدار مواد روان ساز مورد استفاده كاهش يابد. با وجود اين، يك كسر قابل توجه از اجزاي توليد شده با استفاده از روان سازي بين قطعه و ديواره ي قالب، نيازمند كسر حجمي اندكي از مواد روان ساز هستند. اين روان سازها با پودر مخلوط مي شوند و بدين صورت، متراكم شوندگي در حين اعمال فشار، ماكزيمم مي شود. در بين متداول ترين مواد رون ساز مورد استفاده براي متالورژي پودر و مواد ذره اي، ما اتيلن بيس (استئارآميد)(EBS) و استئارات هاي فلزي مانند روس استئاريت (ZnSt) و ليتيم استئاريت (LiSt) را پيدا كرديم. جدول 1 برخي از خواص روان سازهاي متداول مورد استفاده در PM را مشاهده مي كنيد.


    وقتي بدنه هاي خام از قالب خارج مي شود، روان ساز هيچ نقش ديگري را ايفا نمي كند و بايد به طور كامل خارج شود. اخيراً بايندرها يا روان سازهاي اختصاصي نيز توسعه يافته اند. از اين مواد هم به خاطر نقش روان سازي آنها در سطح مشترك قالب/ بدنه ي خام و هم به خاطر افزايش استحكام بدنه هاي توليد شده، استفاده مي شود. با استفاده از آنها امكان ماشين كاري بدنه فراهم مي آيد. با وجود اين، به عنوان روان ساز، اين بايندرها يا روان سازها تركيبات آلي هستند كه بايد به طور مؤثر خارج شوند تا بدينوسيله نفوذ اتمي و يا ترشوندگي كمك زينترها افزايش يابد و بدين صورت خواص مكانيكي به طور مناسب افزايش يابد. خارج شدن روان سازها در طي مرحله ي اوليه ي فرايند زينترينگ، رخ مي دهد. اين فرايند شامل تخريب گرمايي روان ساز و از بين رفتن محصولات حاصل از واكنش تخريب گرمايي از تركيبات مي باشد. بنابراين، وقتي دماي اجزاي PM در شروع سيكل زينترينگ، افزايش مي يابد، روان ساز شروع به ذوب و در مواقعي تبخير مي كند. به طور ايده آل، روان سازهاي تبخير شده از بدنه خارج مي شوند و بوسيله ي اتمسفر كوره، از كوره خارج مي شوند. به عبارت ديگر، اگر دما در داخل نقطه ي خارج شدن روان ساز بالاتر از باشد، روان ساز تبخير شده به مولكول هاي هيدروكربني كوچكتر تبديل مي شود و در غياب گاز اكسيد كننده، اين مولكول ها دوده تشكيل مي دهند. اين دوده از پودر سياه يا قهوه اي تشكيل شده است از احتراق ناقص هيدروكربن ها حاصل شده است. فرايند احتراق جزئي همچنين موجب مي شود اين دوده اندكي چسبنده باشد. دوده ممكن است بر روي ديواره هاي سرد كوره ي زينترينگ و يا بر روي سطح يا داخل بدنه هاي در حال زينتر، كندانس شوند. كندانس شدن دوده در دو مورد آخر آزاردهنده تر است و مشكلات جدي تري را به همراه دارد. در حقيقت، حضور دوده در سطح يك قطعه ممكن است منجر به بد رنگ شدن موضعي در قطعه شود. به طور مشابه، دوده ي موجود در سطح كوره موجب مي شود تا هزينه هاي نگهداري و تميزكاري كوره افزايش يابد. يه عبارت ديگر، آلودگي هاي دوده اي در داخل بخش هاي PM بسيار حياتي هستند زيرا از تشكيل گلويي در طي زينترينگ، جلوگيري مي كند و منجر مي شود تا خواص مكانيكي بدنه ي نهايي افت كند.

    در مورد زيرلايه هاي فلزي، محصولات حاصل از تبخير همچنين داراي اكسيدهاي فلزي مانند ZnO (براي ZnSt) و (براي LiSt) هستند. ذرات ممكن است بر روي ديواره هاي كوره رسوب كنند و منبع آلودگي شوند. در حقيقت، وقتي ذرات اكسيدي و دوده در سطح ديواره هاي سرد تر كوره ي زينترينگ رسوب كنند، ذرات ريزي از آنها ممكن است به طور مرور بر روي قطعات فرود آيند. علاوه بر اين، اين گفته شده است كه روي ايجاد شده از طريق روي استئارات، ممكن است به عنوان كاتاليست در تشكيل دوده، عمل كند. در اين مورد، تخريب هيدروكربن ها در دماهاي پايين رخ مي دهد و دوده زايي در اين دما بحراني تر است. يك رفتار كاتاليستي مشابه در زماني مشاهده شده است كه نيكل مخلوط به مخلوط پودر فلزي اضافه شود. در برخي موارد ديگر، تشكيل دوده و يا خروج نامناسب نمونه هاي گازي از داخل كوره كه از تخريب گرمايي روان ساز ايجاد مي شود، ممكن است موجب جوش دار شدن (blistering) سطح نمونه شود. جوش دار شدن بوسيله ي برهمكنش محلي در حجمي ايجاد مي شود كه دوده وجود دارد و يا نمونه هاي گازي به دام افتاده اند.
    بر اساس توصيف ارائه شده در بالا، اين را مي توان مشاهده كرد كه يك پروفايل گرمايي بهينه وجود دارد كه به ما اجازه مي دهد خروج كامل روان ساز از قطعات PM را مي دهد. در حقيقت، دماي قطعه بايد سريعاً تا افزايش يابد تا بدين صورت تخريب گرمايي روان ساز شروع شود. دماي قطعه بايد سپس در يك نرخ پايين افزايش يابد تا اطمينان حاصل شود خروج روان ساز قبل از رسيدن به دماي 550℃ حاصل شود و بدين وسيله از تشكيل دوده جلوگيري شود. چند فاكتور ديگر بر روي خروج روانساز اثر مي گذارد. از جمله اين فاكتورها، بايد به فاكتورهايي همچون جريان روبه جلو در اتمسفر كوره، نحوه ي بارگيري، بهره وري كوره، اندازه و شكل نمونه، دانسيته ي خام، كيفيت روان ساز و ... اشاره كرد. جدول 2 اين فاكتورها و اثر نسبي آنها بر روي كارايي خروج روان ساز را نشان داده است.


    خوشبختانه، اين استراتژي ها مي تواند براي تسهيل خروج روان ساز وهمچنين مينيمم كردن اثرات نامطلوب آنها مورد استفاده قرار گيرد. اين استراتژي ها تماماً به استفاده از نمونه هاي گازي اكسيد كننده، تكيه دارد. اين نمونه هاي گازي با مولكول هاي روان ساز واكنش مي دهد و با كاهش غلظت آنها مي تواند از شكسته شدن آنها و تشكيل دوده، جلوگيري كرد. در بين گازهاي اكسيد كننده، مي توان بخار آب، دي اكسيد كربن و اكسيژن را مثال زد. همانگونه كه مي دانيد، وقتي يك نمونه ي گازي به فرايند خروج روان ساز وارد شود، تمام محصولات واكنش به صورت گازي هستند نه دوده.
    يكي از روش هاي ساده براي استفاده از گازهاي اكسيد كننده در اتمسفر كوره (كه به طور نمونه وار با استفاده از تركيبي از نيتروژن و گاز هيدروژن انجام مي شود)، ايجاد حباب هاي گاز نيتروژن در داخل يك مخزن پر از آب مي باشد. وقتي حباب هاي نيتروژن به خروجي مخزن آب مي رسد، اين گاز بخار آب جذب مي كند و به عنوان نمونه ي گازي اكسيد كننده، عمل مي كند. اين روش اغلب به عنوان اتمسفر تر ناميده مي شود. يك روش ديگر سوزاندن گاز طبيعي با هوا و ايجاد اتمسفر گرمازايي است كه داراي 1 تا 5 % حجمي آب و دي اكسيد كربن است. اين مسئله بسيار مهم است كه بدانيد، حضور نمونه هاي اكسيد كننده تنها براي مرحله ي خروج روان ساز در فرايند زينترينگ مهم مي باشد. در حقيقت، اگر اين نوع از اتمسفر در طي فرايند زينترينگ مورد استفاده قرار گيرد، منجر به اكسيداسيون شديد گونه هاي فلزي موجود در نمونه ي خام مي شود. اين لايه ي اكسيدي كه در سطح نمونه تشكيل مي شود، مي تواند به عنوان مانعي برابر نفوذ عمل كند و از تشكيل گلويي ميان ذرات مجاور، جلوگيري مي كند بنابراين، منجر به پديد آمدن خواص مكانيكي ضعيفي مي شود. بنابراين، حضور اتمسفر داراي خواص اكسيدكنندگي جزئي به منظور خروج روان ساز در بخش پيش گرم كوره انجام مي شود. شكل 1 يك بيان شماتيك از كوره ي زينترينگ را نشان مي دهد.



    بعد از مطالعه ي پاراگراف قبلي، اين سوال ممكن است پديد آيد كه چرا استفاده از اتمسفر اكسيد كننده، مفيد است؟ آيا ريسك اكسيد شدن ذرات فلزي موجود در سطح به اكسيد شدن روان ساز، مي ارزد؟ جواب مثبت است. اما اين مسئله به ندرت در كل فرايند زينترينگ زيان آور است زيرا اين فرايند در دماهاي پايين (كمتر از 550) رخ مي دهد. در يك چنين دماهايي، كينتيك اكسيداسيون بيشتر نمونه هاي فلزي آهسته است و محصولات اكسيداسيون تشكيل نمي شوند. اين وضعيت دقيقاً نشاندهنده ي ضروت كنترل مناسب دما و پروفايل اتمسفري در كوره ي زينترينگ مي باشد. با انجام اين كار، اين اطمينان حاصل مي شود كه گازهاي اكسيد كننده تا حد ممكنه وارد بخش دما بالاي كوره نشود.


    منبع: راسخون
    .
    [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]











  12. 2
  13. #17
    آسمون
    ناظـم سایـت
    تاریخ عضویت
    2012/11/06
    محل سکونت
    زیر چتر آسمون...
    سن
    26
    نوشته ها
    1,608
    3,143
    2,397

    Lightbulb نقش اتمسفر كوره در بخش دما بالاي زينترينگ

    .

    نقش اتمسفر كوره در بخش دما بالاي زينترينگ


    اول از همه، اين مهم است كه توجه كنيد بيان دما بالا به بالاترين دمايي مربوط مي شود كه توده ي سراميكي در طي سيكل زينترينگ، با آن روبرو مي شود. نقش اتمسفر كوره در طي اين بخش از زينترينگ، عمدتاً از برهمكنش هاي ناخواسته ميان ماده ي در حال زينتر شدن و محيط اطراف آن، جلوگيري مي كند در حالي كه يك شرايط سطحي بهينه براي تشكيل گلويي ميان ذرات در حال تماس، ايجاد مي شود. اين جنبه ها در بخش هاي قبلي مورد بررسي قرار گرفته است. اين بخش نيز به ما كمك مي كند تا نقش اتمسفر زينترينگ را بهتر بفهميم. در حقيقت، چندين نويسنده بر روي اثر شيمي اتمسفر بر روي انتقال جرم ايجاد شده در طي زينترينگ كار كرده اند. به عنوان مثال، McIntire (1964) اثر اتمسفرهاي زينترينگ HCl-H_2 بر روي خواص پودر آهن زينتر شده را مورد بررسي قرار داد. اين پژوهشگر نشان داد كه افزودن HCl به اتمسفر زينترينگ داراي هيدروژن، موجب پديد آمدن سطح تميزي مي شود. به طور مشابه، انتقال جرم ميان فاز بخار ظاهراً با حضور مواد كلردار، افزايش مي يابد. مكانيزم هاي آخري در مورد بهبود خواص نمونه هاي زينتر شده در مخلوط گازي ، مشابه مشاهداتي كه در آنها، اتمسفر HCl مي تواند افزايش قابل توجهي در انتقال جرمي داشته باشد كه براي زينترينگ بوجود مي آيد. با وجود اين، مثال هاي آخر بيشتر تئوري است تا عملي زيرا استفاده از HCl در محيط هاي صنعتي مي تواند منجر به پديد آمدن مشكلاتي در زمينه ي تخريب قطعات فولادي كوره و يا مافل هاي فولادي شود.

    نقش اتمسفر كوره در طي سرد كردن

    بخش سرد سيكل زينترينگ بسيار مهم مي باشد زيرا علاوه بر اثر آن بر روي طراحي كوره و ميزان بهره وري، اين بخش مي تواند به طور قابل توجهي بر روي ريزساختار اجزاي PM اثر بگذارد. مثال كليدي در اين زمينه در توليد اجزاي فولادي سخت شونده در طي زينترينگ مي باشد. سخت شوندگي در طي زينترينگ، يكي از نواحي در حال رشد در زمينه ي PM مي باشد. يكي از مزيت هاي اصلي اين روش اين است كه سخت شدن مي تواند در طي مرحله ي سرد شدن زينترينگ و بدون نياز به اعمال عمليات هاي ثانويه، انجام شود. از لحاظ تاريخي، در زمان هاي قديم، پودرهاي با قابليت سخت شدن در حين زينترينگ، بر اساس نرخ هاي سرمايشي نمونه وار در صنعت فرموله مي شوند. بنابراين، غلظت هاي عناصر آلياژي مورد نياز براي توسعه ي ريزساختارهاي مورد نظر، نسبتاً بالاست. اگر چه اين خواص تا حدي بهبود يافته است، محدوديت هاي استفاده از غلظت هاي بالا از عناصر آلياژي، قابليت تراكم پذيري كمتر و هزينه هاي بالاتر پودر مورد استفاده مي باشد. قابليت تراكم پذيري پايين تر در نهايت منجر به محدود شدن تراكم نهايي مي شود. خوشبختانه، توليد كنندگان كوره ها، سيستم هاي سرمايش سريعي را توسعه داده اند كه به طور قابل توجهي نرخ سرمايش را افزايش مي دهد. در حقيقت، اين مسئله منجر به ايجاد پودرهاي ريزتر مي شود كه در فرايند سخت كردن امروزي متداول هستند.
    مشابه اثر اتمسفر بر روي سخت شدن حاصله از زينترينگ، هيدروژن خالص داراي بالاترين رسانايي گرمايي در بين تمام گازهاي انتخاب شده به عنوان تابعي از دما مي باشد. از شكل 2، اين به نظر مي رسد كه رسانايي گرمايي نيتروژن خالص ( ) و آرگون (Ar) در دماي 1400 K به ترتيب برابر با 0.06 و 0.05 (W/m*K) است در حالي كه اين عدد براي هيدروژن خالص در همان دما برابر با 0.56 (W/m*K) مي باشد. در مورد مخلوط گازي، رسانايي گرمايي مي تواند با استفاده از معادله ي زير تخمين زده شود:



    شكل 2 همچنين رسانايي گرمايي تئوري را براي مخلوط گازي N_2-H_2 به عنوان تابعي از افزايش كسر حجمي H_2 نشان مي دهد. شكل 3 اندازه گيري هاي عملي از اثر كسر حجم هيدروژن بر روي اتمسفر سرمايشي بخش هاي استوانه اي در حال زينتر از جنس پودر فولاد را نشان مي دهد (اين پودر به منظور سخت شدن ، زينتر شده است). افزايش كسر هيدروژن از مقدار اوليه موجب افزايش نرخ سرمايش تا مقدار 95 % مي شود. نتايج بعدي بدست آمده اثبات مي كند كه كسر حجمي بالاتر از هيدروژن موجب افزايش نرخ خروج حرارت مي شود. در حقيقت، مطالعات قبلي انجام شده در اين زمينه نشان مي دهد كه نرخ سرمايش مي تواند به طور قابل توجهي بوسيله ي استفاده از هيدروژن در طي مرحله ي سرمايش زينترينگ، افزايش يابد. اندازه گيري هاي انجام شده با استفاده از ترموكوپل هايي كه در داخل نمونه قرار داده شده است، نشان داده است كه نرخ هاي سرمايش محلي درزمان استفاده از هيدروژن تا ميزان 92 % افزايش مي يابد. بنابراين، براي سيستم هاي متالوژيكي مورد مطالعه، افزايش 31 % در ميزان مارتنزيت منجر به افزايش 17 % در سختي ظاهري مي شود.


    شكل 4 سختي بدست آمده بوسيله ي افزايش ميزان هيدروژن در اتمسفر سرمايش (از 5 به 92 % حجمي) را به عنوان تابعي از عناصر آلياژي مورد استفاده در پودر در حال زينتر شده و غلظت مس را نشان مي دهد. اثر هيدروژن تا حدي براي آلياژهاي با عناصر آلياژي رقيق تر، متغير است. اين رفتار به احتمال زياد به دليل قابليت سختي پايين تر اين دو پودر مي باشد. در حقيقت، از آنجايي كه غلظت عناصر آلياژي كم است، زمان مورد نياز براي جلوگيري كردن از استحاله ي آستنيت به فازهاي پايدار مانند پرليت و فريت، كوتاه تر است. بنابراين، براي اين آلياژ، تغييرات اندك در نرخ سرمايش محلي ممكن است استحاله ي آستنيت را تسريع يا كاهش دهد و از اين رو منجر به رفتار غير منظم تر در اين حالت مي شود مخصوصاً در طي عمليات هاي سخت سازي با زينترينگ. به عبارت ديگر، پودرهاي با غلظت عناصر آلياژي بيشتر، رفتار منظم تري را از خود نشان مي دهند. اين مسئله به دليل اين است كه زمان طولاني تري براي جلوگيري كردن از استحاله ي آستنيت به فازهاي پايدار (در طي سرمايش) وجود دارد.



    شكل 5 مقادير انحراف استاندارد محاسبه شده از تغيير ابعادي اندازه گيري شده به دليل تغيير در اندازه ي قالب را نشان مي دهد.
    به استثناي يك سري از نمونه ها، انحراف هاي كوچكتر در زماني بدست آمده است كه هيدروژن در بالاترين مقدار ممكنه با گاز مخلوط شده است. شكل 5 همچنين نشان مي دهد كه مقادير انحراف استاندارد وقتي درصد عناصر آلياژي در ماده ي اوليه افزايش مي يابد، كاهش مي يابد. اين نتايج نشان مي دهد كه كسرهاي بالاتر از هيدروژن در اتمسفر موجب مي شود تا خروج حرارت يكنواخت تر شود و اين مسئله منجر به تغييرات متغير در ابعاد نمونه هاي مختلف مي شود.



    در نهايت، اگر چه استفاده از هيدروژن داراي مزيت هايي است، استفاده از آن داراي محدوديت هايي است كه بايد آدرس دهي شود. اول از همه، هزينه هاي بالاي استفاده از هيدروژن است. همچنين آنالي هزينه اي بايد انجام شود تا بدين صورت تعيين شود مقدار بهينه ي استفاده از هيدروژن چه مقدار است. مشكل دوم اين است كه استفاده از غلظت هاي بالا از هيدروژن در داخل كوره مي تواند منجر به ايجاد انفجار شود. اين مشكل بوسيله ي اين حقيقت تشديد مي شود كه واحدهاي سرمايش كنوكسيوني عمدتاً جريان هاي توربولانت ايجاد مي كنند. بنابراين، اين ممكن است كه هوا از داخل كوره به خارج هدايت شود و انفجار ايجاد شود.

    منبع: راسخون
    ویرایش توسط آسمون : 2014/12/22 در ساعت 21:50
    .
    [Only Registered and Activated Users Can See Links. Click Here To Register...]











  14. 1
صفحه 2 از 2 نخست 12
نمایش نتایج: از 11 به 17 از 17

اطلاعات موضوع

کاربرانی که در حال مشاهده این موضوع هستند

در حال حاضر 1 کاربر در حال مشاهده این موضوع است. (0 کاربران و 1 مهمان ها)

کلمات کلیدی این موضوع

مجوز های ارسال و ویرایش

  • شما نمیتوانید موضوع جدیدی ارسال کنید
  • شما امکان ارسال پاسخ را ندارید
  • شما نمیتوانید فایل پیوست کنید.
  • شما نمیتوانید پست های خود را ویرایش کنید
  •