دانلود پایان نامه : بررسی دو نوع خوردگی، خوردگی بين دانه ای و خوردگی توام با تنش در فولادهای زنگ نزن آستنيتی

دانلود پایان نامه : بررسی دو نوع خوردگی، خوردگی بين دانه ای و خوردگی توام با تنش در فولادهای زنگ نزن آستنيتی

تعداد صفحات: 74

فرمت فایل: word

دسته بندی:

قیمت: 4700 تومان

تعداد نمایش: 452 نمایش

ارسال توسط:

تاریخ ارسال: 24 آوریل 2016

به روز رسانی در: 24 آوریل 2016

خرید این محصول:

پس از پرداخت لینک دانلود برای شما نمایش داده می شود.

4700 تومان – خرید

دانلود پایان نامه : بررسی دو نوع خوردگی، خوردگی بين دانه ای و خوردگی توام با تنش در فولادهای زنگ نزن آستنيتی

 

چکيده

 

 

اين تحفيق در دو بخش ، بخش اول به بررسي خوردگی بين دانه ای1 و ديگری به خوردگی توام با تنش2  در فولادهای زنگ نزن پرداخته شده است .اينکه پديده حساس شدن چيست  و چه عواملی سبب حساس شدن فولاد می شوند مورد بررسی قرار گرفته است . همچنين به برخی از راههای عمومی پيشگيری از مستعد شدن فولادها برای خوردگی بين دانه ای اشاره شده است. در مورد خوردگی تنشی هم فاکتورهای اثر گذار در اين پديده آورده شده است . در پايان هربخش تحقيقات انجام گرفته در آن زمينه مورد مطالعه قرار گرفته و نتايج آنها جمع بندی[1] شده است.

 

فهرست مطالب

عنوان صفحه
چکيده الف
فهرست ب و ج
1-مقدمه 1
1-1- تعريف خوردگی 2
1-2- خوردگی الکترو شيميايی 3
1-3- خوردگی يکنواخت و موضعی 4
1-4- اثر جوشکاری بر خوردگی 6
1-5- پديده های متالورژيکی ناشی از جوشکاری 7
1-5-1- تغييرات فازی و جدايش 8
1-6- خوردگی بين دانه ای 10
1-7- خوردگی بين دانه ای فولادهای زنگ نزن اوستنيتی در اثر جوشکاری 12
1-8- عوامل موثر بر خوردگی بين دانه ای 17
1-8-1-  ترکيب شيميايی و ريز ساختار 18
1-8-2- تاريخچه حرارتی 26
1-8-3- تنش وتغيير شکل پلاستيک 29
1-8-4- اثر محيط 30
2- روشها و پارامترهای جوشکاری به منظور اجتناب از خوردگی بين دانه ای 37
2-1- دامنه کاربرد روشهای جوشکاری پيشنهادی 37
2-2- اثر فرآيند جوشکاری وشرايط جوشکاری در وقوع حساسيت 38
2-3- رابطه بين انرژی جوش حساس کننده وحساسيت به خوردگی بين دانه ای 42
3-جنبه های متالورژيکی Knife Line Attack  در فولادهای زنگ نزن تثبيت شده 45
3-1- خوردگی KLA در فولادهای زنگ نزن تثبيت شده 45
3-2- خصوصيات KLA 46
3-3- آناليز دلايل KLA 49
3-4- KLA در اتصالات جوشکاری شده در فولادهای زنگ نزن 59
4- خوردگی توام با تنش 62

 

عنوان صفحه
4-1- شکل ترکها 64
4-2- طبقه بندی مکانيزمها 65
4-2-1- مکانيزمهای متالورژيکی 66
4-2-2- مکانيزمهای حل شدن 66
4-2-3- مکانيزمهای هيدروژن 67
4-2-4- مکانيزمهای مکانيکی 68
4-3- روشهای جلوگيری 68
5- نتيجه گيری 71
6- مراجع 73

 

-مقدمه

 

فولادهاي زنگ‌نزن اوستنيتي به علت دارا بودن خواص مكانيكي مناسب و مقاومت عالي به خوردگي، كاربردهاي فراواني در صنايع مختلف دارند. اگر چه حالت كارشده (Wrought) اين فولادها، مقاوم به خوردگي است، اما حالت جوشكاري شده آن ممكن است مقاوم به خوردگي نباشد. سيكل حرارتي ناشي از جوشكاري و يا عمليات حرارتي تنش‌زدايي كه بر فولاد اعمال مي‌شود، ممكن است باعث رسوب فاز كاربيد كروم در مرز دانه‌هاي فولاد، در منطقه متأثر از جوش بشود. نتيجه اين فرايند، كاهش غلظت عنصر كروم در مناطق چسبيده به رسوبها است كه ممكن است اين اختلاف غلظت در تركيب شيميايي، باعث از دست رفتن مقاومت فولاد به خوردگي بشود و فولاد به نوعي خوردگي به نام “خوردگي بين دانه‌اي” حساس بشود. اگر فولاد تحت اين شرايط، در محيط سرويس قرار بگيرد، مناطق حساس شده، خورده مي‌شوند و در نهايت، قطعه دچار شكست ناشي از خوردگي خواهد شد.

طبق آمارهاي موجود، سهم عمده‌اي از شكست قطعات در صنايع، شكست ناشي از خوردگي مي‌باشد كه قسمتي از آن نيز به خوردگي بين دانه‌اي مربوط مي‌شود. در نتيجه، با توجه به اهميت موضوع، هنگام انتخاب فولاد، بايد از مقاومت به خوردگي بين دانه‌اي فولاد مورد نظر، بعد از اتمام پروسه‌هاي ساخت، اطمينان حاصل نمود.

خوردگي بين دانه‌اي، اولين بار حدود 75 سال پيش شناخته شد. از آن موقع به بعد، تحقيقات فراواني به منظور شناخت بهتر اين پديده و روشهاي جلوگيري از آن صورت گرفت. در طول اين مدت، در عمليات توليد فولاد و روشهاي جوشكاري آن، تغييرات قابل ملاحظه‌اي اتفاق افتاده است. با اين همه، كماكان اين سئوال مطرح است كه هم اكنون نيز در استفاده از اين فولادها، با پديده خوردگي بين دانه‌اي روبرو مي‌شويم يا خير؟

نتيجه تحقيقات فراوان انجام شده در ساليان گذشته و يافته‌هاي محققان در زمينه مقابله با اين پديده در اين گزارش آورده شده است. شرايط تركيب شيميايي، روشهاي جوشكاري، عمليات حرارتي و شرايط محيطي كه تحت آن خوردگي بين دانه‌اي مي‌تواند اتفاق بيفتد، مشخص شده و روشهاي جوشكاري براي حداقل كردن اين پديده، معرفي شده است.  

          قسمتي از اين گزارش به پديده Knife Line Attack و مكانيزم تشكيل و روش‌هاي جلوگيري از آن اختصاص دارد. Knife Line Attack  نيز نوعي خوردگي موضعي است كه مكانيزم آن با مكانيزم خوردگي بين دانه‌اي تفاوت دارد و در فولادهاي تثبيت شده اتفاق مي‌‌افتد، ولي به علت شباهت به خوردگي بين دانه‌اي، در بعضي مراجع، نوعي از خوردگي بين دانه‌اي در نظر گرفته مي‌شود.

 

1-1- تعريف خوردگي

 

به تغييراتي كه در نتيجة واكنش‌هاي شيميايي يا الكتروشيميايي مواد با محيط اطراف آنها ايجاد شده و باعث تخريب تدريجي قطعات مي‌شود، خوردگي گفته مي‌شود. خوردگي، يك واكنش نامطلوب است كه سبب جدا شدن تدريجي اتمها از سطح قطعات و تخريب آنها مي‌شود كه در نهايت باعث شكست قطعه شده و خساراتي را بوجود مي‌آورد ]1[.

سرعت فعل و انفعالات خوردگي به عواملي مانند درجه حرارت و غلظت محيط اثركننده بستگي دارد. البته عوامل ديگري نيز مانند تنش مكانيكي (Stress) و فرسايش (Erosion) مي‌تواند به خوردگي كمك كند ]1[.

پديده خوردگي، در اغلب فلزات و آلياژهاي آنها ظاهر مي‌شود زيرا اغلب فلزات و آلياژها تمايل به ايجاد تركيباتي با اتمها يا مولكولهايي از محيط اطراف خود كه تحت شرايط موجود از لحاظ ترموديناميكي پايدار است، دارند. فقط تعداد كمي از فلزات مانند طلا يا پلاتين، تحت شرايط معمولي پايدار هستند و تمايلي به ايجاد واكنش با محيط اطراف ندارند ]1[.

در ادامه اين فصل به تشريح برخي از خوردگي‌هاي مرسوم پرداخته مي‌شود.

 

1-2-خوردگي الكتروشيميايي

 

متداولترين نوع خوردگي، خوردگي الكتروشيميايي است. اين نوع خوردگي غالباً در محيط آبي كه شامل يونهاي نمك محلول است رخ مي‌دهد. بنابراين آب حاوي يونها، از مايعات الكتروليتي محسوب مي‌شود كه محيط مناسبي براي انجام بيشترين واكنشهاي خوردگي است. براي درك بهتر خوردگي الكتروشيميايي، در ذيل، به تشريح واكنشهاي الكتروشيميايي پرداخته مي‌شود ]1[.

موقعي كه قطعة فلزي، در مايع الكتروليتي (مانند HCl) قرار گيرد، اتمهاي فلز در اسيد حل مي‌شوند يا به عبارتي، توسط اسيد خورده مي‌شوند. بدين صورت اتمهاي فلز طبق واكنش ، به صورت يون، از فلز جدا مي‌شوند و داخل الكتروليت قرار مي‌گيرند. به اين ترتيب مدار الكتريكي در سيستم (بين فلز و الكتروليت) برقرار مي‌شود. مطابق شكل 1-1 اين سيستم داراي 4 جزء است:

  • آند: الكترونها را به مدار داده و يونهاي فلزي از آن جدا مي‌شوند و آند زنگ مي‌زند.
  • كاتد: الكترونها را مي‌گيرد.
  • اتصال الكتريكي: به منظور جريان الكترونها از آند به سمت كاتد و ادامه واكنش بين آند و كاتد برقرار مي‌شود.
  • الكتروليت مايع: كه بايد با آند و كاتد در تماس باشد. الكتروليت هادي بوده و مدارالكتريكي را كامل مي‌كند. الكتروليت‌ها، وسيلة حركت يونهاي فلزي را از سطح آند به سمت كاتد تأمين مي‌كنند ]1[.

 

شكل 1‑1- اجزاي يك پيل ساده الكتروشيميايي]1[.

 

 بنابراين واكنشهاي خوردگي الكتروشيميايي، با واكنشهاي اكسيداسيون كه الكترونها را توليد مي‌كند و واكنشهاي احياء كه آنها را مصرف مي‌كند، در ارتباط است. هر واكنش، يعني واكنشهاي اكسيداسيون و احياء بايد همزمان و با سرعت يكسان انجام شوند. واكنش زير بصورت اكسيداسيون در آند انجام مي‌گيرد به صورتي كه فلز، يونيزه مي‌شود :

 (1)                                     (به داخل فلز)   (به داخل الكتروليت) (در سطح فلز) برعكس، واكنش زير كه در آن فلز با گرفتن الكترون به صورت فلز اتمي آزاد مي‌شود (واكنش احياء)، واكنش كاتدي ناميده مي‌شود :

(2)         (رسوب در سطح ‌خارجي‌ كاتد)  (الكترون ‌از فلز)  (يون ‌موجود در الكتروليت) 

تمايل فلزات براي خوردگي در محيط خورندة خاص متفاوت است. يكي از روشهايي كه براي مقايسه تمايل فلزات براي شكل‌گيري يونهاي فلز در محلولهاي مايع به كار مي‌رود، مقايسه پتانسيلهاي اكسيداسيون يا احياي نيم پيل آنها با پتانسيل مربوط به نيم پيل يون هيدروژن به عنوان مبناست (الكترود هيدروژن استاندارد) ]1[.

.

.

 

1-1- دامنه كاربرد روشهاي جوشكاري پيشنهادي

 

با توجه به اثر جوشكاري در ايجاد حساسيت، روشهاي پيشنهادي ذيل در محيط‌هايي با شرايط اكسيدكننده متوسط و حاشيه‌اي قابل كاربرد است. زيرا اين شرايط معمول‌ترين كاربردهاي عملي را دارا مي‌باشند. در اين موقعيتها، استفاده از فولاد با درصد كربن حداكثر 06/0 درصد معمولا” براي اجتناب از خوردگي بين دانه‌اي كافي مي‌باشند. در صورتيكه در شرايط اكسيدكننده قوي، فولاد ELC ترجيح داده مي‌شود. روشهاي پيشنهادي براي جوشكاري كه در ذيل آمده است مربوط به فولادهاي با درصد كروم 18 درصد و نيكل 10 درصد ساده مي‌باشد و اگر درصد عناصر Si ,Mn ,Ni ,Cr در فولادي متفاوت باشد ولي جزو فولادهاي با درصد كروم 18 درصد و نيكل 10 درصد محسوب شود، روشهاي پيشنهادي براي اين فولادها نيز قابل كاربرد است. همچنين اين روشها براي آلياژهاي با 18 درصد كروم، 10درصد نيكل و 3 درصد موليبدن نيز قابل كاربرد است ولي در اين باره مطالعات جامع به عمل نيامده و استفاده از اين روشها براي اين فولادها احتياج به يك سري ملاحظات و احتياط‌هاي ايمني دارد ]5[ .

براي تعيين روش جوشكاري مناسبي كه باعث خوردگي بين دانه‌اي نشود، دانستن سه نكته زير ضروري است ]5[:

  • اثر سيكل جوشكاري بر رسوب كاربيدها و ايجاد حساسيت، بايد ارزيابي شود.
  • محدوده پتانسيلي كه در آن IGC در نتيجه حساسيت رخ مي‌دهد ، بايد معلوم شود.
  • داده‌هاي پتانسيواستاتيك، بايد به رفتار سرويس فلز جوش ارتباط داده شود.

 

1-2- اثر فرايند جوشكاري و شرايط جوشكاري در وقوع حساسيت

 

اثر برجسته عمليات جوشكاري، بالا بردن دماي منطقه HAZ به داخل محدوده حرارتي حساسيت مي‌باشد و به عنوان يك قاعده كلي، دما و زمان حساسيت تا اندازه ممكن بايد كاهش يابد. در نتيجه، كاهش انرژي جوش مي‌تواند مفيد باشد. رابطه بين انرژي جوش وحداكثر زماني كه هر قسمت از HAZ در محدوده حرارتي حساسيت يعني 850-550 درجه سانتي‌گراد قرار مي‌گيرد براي تعدادي از فرايندها ارزيابي شده است و مطابق شكل2-1، اين نتيجه حاصل شده است كه يك وابستگي مستقيم بين انرژي جوش و حداكثر زمان حساسيت وجود دارد. حتي اگر اين پارامتر زماني تا حدي دلخواه باشد شكل 2-1 به اين معني است كه يك معيار به نام انرژي جوش مي‌تواند براي ارزيابي احتمال حساسيت به خوردگي بين دانه‌اي در اتصالات جوش در فولادهاي زنگ‌نزن اوستنيتي به كار برود. به علاوه احتياج به داخل كردن فاكتور بازدهي هيچ فرايندي به اين معيار نيست. شكل 2-1 براي فرايندهاي MMA،TIG ، MIG Pulsed، SAW، EBW كاربرد دارد ]5[.

در اصل، Heat Sink نزديك جوش، بر خطر خوردگي بين دانه‌اي تأثير مي‌گذارد. داده‌هاي شكل 2-1 براي يك نمونه اتصال لب‌به‌لب بدست آمده است. بنابراين براي اتصالات ديگر نظير اتصال Fillet‌ هم مي‌تواند بكار برود و محافظه‌كارانه است؛ زيرا اين اتصالات Heat Sink بيشتر و در نتيجه سرعت سرد شدن بيشتر و زمان حساسيت كمتري نسبت به اتصال لب‌به‌لب دارند]5[.

 

شكل ‏2‑1- رابطه بين انرژي جوش و ماكزيمم زماني كه HAZ‌ بين دماهاي 550 و 850 درجه سانتي‌گراد قرار مي‌گيرد. محدوده پاييني براي دماي بين پاسي 100 درجه سانتي‌گراد و محدوده بالايي براي دماي اتاق]5[.

بطور مشابه، يك پاس جوش با يك انرژي جوش مشخص، حساسيت كمتري در يك ورق ضخيم نسبت به يك ورق نازك ايجاد مي‌كند. اين مسأله در شكل 2-1 در نظر گرفته شده و براي فولاد با ضخامت 3 تا 16 ميلي‌متر مي‌باشد. اگر ضخامت فولاد نازكتر باشد،‌ ناحيه، به سمت راست حركت مي‌كند]5[.

با استفاده از شرايط مرزي نشان داده شده توسط خطوط و ‌ ، مقداري كه اتصال به خوردگي بين دانه‌اي حساس مي‌شود، مي‌تواند با در نظر گرفتن يك حد محافظه‌كارانه فقط به انرژي جوش ربط داده شود و ديگر احتياجي نيست كه Heat Sink اتصال را هم در نظر بگيريم]5[.

بسياري از سازه‌ها از جوشهاي چند پاسه بوجود آمده‌اند و در اين حالت، در حساسيت به خوردگي بين دانه‌اي، بيش از يك پاس سهيم‌اند كه همه آنها بايد در نظر گرفته شوند. چون حداكثر زمان قرار گرفتن HAZ‌ بين 850 – 550  درجه‌ سانتي‌گراد مستقيما” به انرژي جوش بستگي دارد،‌ حداكثر زماني كه در آن حساسيت اتفاق مي‌افتد، مي‌تواند بر حسب يك انرژي جوش جمعي(Accumulative) پاسهاي جوش، توصيف شود. حال اين نكته مطرح است كه چند تا از اين پاسها بر حساسيت يك ناحيه مورد نظر در HAZ به خوردگي بين دانه‌اي اثر مي‌گذارند. شكل 2-2 ما را در بررسي اثر پاسهاي ديگر راهنمايي مي‌كند. در اين شكل، فاصله ايزوترم 550 درجه سانتي‌گراد از خط ذوب (يعني حداكثر فاصله‌اي از جوش كه در آن خوردگي بين دانه‌اي مي‌تواند اتفاق بيفتد) در مقابل عرض بستر جوش، به عنوان پارامتري كه به آساني مي‌تواند ديده شود، رسم شده است. اين شكل، براي همان محدوده ضخامت و فرايندهاي مربوط به شكل 2-1 رسم شده است. همانطوريكه ملاحظه مي‌شود،‌ حداكثر عرضي از فولاد كه مي‌تواند حساس شود، در هر طرف جوش حدودا” مساوي عرض بستر جوش مي‌باشد (يعني همان خط ST).

براي نشان دادن اين روش براي ارزيابي اثر حساس‌كنندگي جوشهاي چند پاسه، شكل 2-3، يك جوش لب‌به‌لب در مخزني از جنس فولاد زنگ‌نزن با ضخامت ديواره 10 ميلي‌متر را نشان مي‌دهد. ابتدا بايد تعيين كرد كه چند پاس، در حساسيت ديواره بيروني كه در تماس با محيط سرويس است، يعني نقطه X‌ ، اثر دارند. عرض بستر جوش تقريبا” 4 ميلي‌متر است. با دنبال كردن خط‌چين در شكل 2-2 مشاهده مي‌شود كه خط ايزوترم 550 درجه سانتي‌گراد، در 6 ميليمتري خط ذوب قرار مي‌گيرد. پس نتيجه مي‌گيريم كه فقط پاسهاي 1، 2 و3 باعث مي‌شوند كه نقطه مورد نظر، در محدوده دمايي حساسيت قرار بگيرد. انرژي جوش براي هر پاس محاسبه مي‌شود و Total Sensivity Heat Input اين پاسها بدست مي‌آيد]5[.

.

.

.

جهت دریافت و خرید متن کامل پایان نامه و تحقیق و مقاله مربوطه بر روی گزینه خرید که در بالای صفحه قرار دارد کلیک نمایید و پس از وارد کردن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت هایی عضو شتاب قابل پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت انلاین به صورت خودکار لینک دانلود مربوطه فعال گردیده که قادر به دانلود فایل کامل ان می باشد.

پاسخ دهید