دانلود پایان نامه خوردگی بین دانه ای و خوردگی توام با تنش در فولادهای زنگ نزن آستنیتی

69 صفحه WORD

فهرست مطالب

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.

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.

خلاصه فایل

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…

1-1-1-  تركيب شيميايي و ريز ساختار

مهمترين فاكتور تركيب شيميايي كه بر حساسيت به خوردگي بين دانه‌اي تأثير مي‌گذارد، مقدارعنصر كربن است. علت اهميت كربن به اين خاطر است كه اين عنصر تعيين مي‌كند كه چقدر كروم در تشكيل كاربيد شركت ‌كند و مقدار وسعت تهي شدن اطراف مرز دانه‌ها از كروم چقدر مي‌باشد. با كاهش درصد كربن فولاد تا زير سطح حلاليت در محلول جامد در محدوده حرارتي حساس شدن، مي‌توان از حساسيت نمونه جلوگيري كرد.

البته اين امر هميشه عملي نيست زيرا براي رسيدن به اين شرايط بايد درصد كربن را تا زير 01/0 درصد كاهش داد. ذكر اين نكته ضروري است كه با پيشرفت هاي اخير در روشهاي فولادسازي، مي‌توان فولاد با درصد كربن 015/0 تا 020/0 توليد كرد. بايد به اين نكته نيز توجه كرد كه كاهش درصد كربن، باعث افت خواص مكانيكي مي‌شود. براي اهداف عملي، Grade‌ هاي ELC  با درصد كربن حداكثر 03/0 درصد رضايت‌بخش به نظر مي‌رسد. و در اين فولادها، هيچ نمونه‌اي از خوردگي بين دانه‌اي نشده است. نرخ حساس شدن به خوردگي بين دانه‌اي قويا” به درصد كربن بستگي دارد. و فولاد با مقدار كربن 08/0 درصد، نرخ حساس شدني حدود 3 تا 5 بار سريع‌تر از فولاد با مقدار كربن 06/0 درصد دارد]5[.

در شكل 1-10، دو منحني نمايش داده شده است كه بازه دمايي تشكيل كاربيد در فولادهاي حاوي   15/0% كربن و 05/0 % كربن را نشان مي‌دهد. همانطوريكه مشاهده مي‌شود زمان حرارت دادن لازم ب…

1-1-    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..

1-1-    طبقه بندي مكانيزمها

همان طور كه اشاره گرديد ، پيچيدگي اندر كنش بين محيطهاي مختلف ، ماهيت آلياژ ساختار متالوژيكي و غيره نشان ميدهد كه امكان وجود يك مكانيزم واحد براي خوردگي تنشي تمام سيستمهاي فلز –محيط وجود ندارد .استايكر1 بعضي ازمكانيزمهاي SCC را كه در سيستمهاي مختلف مي توانند عمل نمايند بشرح زير طبقه بندي كرده است .

1-1-1- مكانيزمهاي متالوژيكي

الف- هم صفحه بودن نابجايي ها .مقاومت در برابر ترك خوردن مربوط مي شود به طرز قرار گرفتن نابجايي ها . درفولاد هاي زنگ نزن كه مستعد به اين نوع ترك خوردن هستند نابجايي ها بصورت دسته هاي هم صفحه قرار مي گيرند ، درصورتي كه در آلياژهايي كه مقاوم هستند نابجايي ها بصورت سلولي يا درهم پيچيده قرار مي گيرند .

ب- پير تنشي و جدايش ميكروني . در پير تنشي فولادهاي زنگ نزن آستنيتي ،سيلانهاي پلاستيكي ناگهاني تند اتفاق مي افتد .اين پديده همراه است با جدايش ميكروني اتمهاي حل شونده به نواقص ديناميكي در ساختار كريستالي . اين نوع جدايش مي تواند باعث رفتار ترك خوردن در اثر خوردگي تنشي بطريق ميان دانه اي شود .سرعت ترك خوردن ، به وسيله ديفوزيون اتمهاي حل شونده و همچنين پولاريزاسيون الكتروشيميايي محدود مي شود .

ج-جذب شدن . عوامل فعال سطحي به سطح جذب مي شوند و با باندهاي تحت كرنش درنوك ترك اندر كنش نموده و باعث كاهش استحكام باندشده و سبب اشاعه ترك مي شوند .