فهرست مطالب

10

11

فصل 2: مروری بر منابع 14

15

17

19

20

20

21

22

23

23

25

26

27

29

29

31

31

37

38

40

43

45

46

49

52

53

58

61

65

67

72

فصل 3: روش تحقیق 76

77

77

77

78

78

79

79

79

80

80

80

81

82

مراجع 83

پیوست ها 87

• مقدمه

• مقدمه

خواص مکانیکی متنوع فولادها باعث شده است که این آلیاژها جایگاه ویژه ای را در صنایع مختلف به خود اختصاص داده و به عنوان یک محصول استراتژیک در نظر گرفته شوند . در میان فولادها ، فولادهای مافوق مستحکم جایگاه ویژه ای در مصارف صنعتی دارند . از این دسته ، فولادهای کم آلیاژ با کربن متوسط را می توان نام برد . کاربرد این فولادها غالباً در پمپ ها ، اتصال ها ، محورها و چرخ دنده ها بوده و همچنین به علت قابلیت سختی پذیری زیاد و چقرمگی و شکل پذیری مناسب ، در اجزای با مقاطع بزرگ و نیز صنایع هوا و فضا که از آن جمله می توان به مخازن تحت فشار و مخازن CNG اشاره کرد]3-1[ .

در تمامی استانداردهای مربوط به طراحی و ساخت مخازن CNG ، ترکیب های پیشنهادی از انواع تمام فلزی (نوع اول) ، فلزی – کامپوزیتی (نوع دوم و سوم) و تمام کامپوزیتی (نوع چهارم) طبقه بندی شده است . امروزه آنچه به چالشی مهم در به کارگیری مخازن CNG در صنایع مختلفی چون صنایعخودروسازیو هوافضا تبدیل شده است بحثکاهش وزنمخازن تمام فلزی است.

گزارشات رسیده از موسسه گاز آمریکا به دفتر انرژی موسسه AAT در سال 2000 حاکی از این مهم بوده که هزینه صرف شده برای مجهز کردن خودروهای سواری به سیستم گاز سوز با مخازن سبک (نوع سوم و چهارم) حدود 70 درصد قیمت تمام شده خودرو بوده است که از این 70 درصد ، 50 درصد صرف تامین مواد خام اولیه می گردد . از اینرو تحقیقات گسترده ای برای سبک کردن مخازن نوع اول و دوم که به لحاظ قیمت ارزان ترین هستند در حال انجام است ]9-4 [.

تا کنون آنچه برای کاهش قیمت مخازن اول و دوم صورت گرفته ، بیشتر در قالب اصلاح فرآیندهای ساخت ، انتخاب مواد مناسب و انتخاب روش های مناسب عملیات حرارتی بوده است . در تمامی این موارد ، ایجاد خواص مکانیکی مناسب و بهبود خواص شکست ، هدف اصلی در بهبود یا کاهش وزن بوده است . در مخازن CNG همچون سایر مخازن تحت فشار ، کمپرسورها و نیروگاه های اتمی ، تخمین پارامترهای مکانیکی از جمله چقرمگی شکست و بهبود آن ، امری ضروری و اجتناب ناپذیر است . عمر مفید مخازن تحت فشار بر نحوه بارگذاری ، تنش های باقیمانده و بارگذاری سیکلی متاثر از جنس مواد و ریزساختار آنهاست . تغییرات خواص مکانیکی در حین سرویس دهی ، از موارد مهمی است که ریزساختاری که بتواند خواص بهینه و همزمان استحکام و چقرمگی شکست را تامین کند ، مارتنزیت تمپر شده معرفی شده است .

امروزه معلوم شده است که این ریزساختار برای آن دسته از مخازن تحت فشار که تحت بارگذاری های چرخه ای قرار دارند ساختار مناسبی نمی باشد .

فولادهای AISI 4130 و AISI 4140 از جمله فولادهای فوق مستحکم کربن متوسط[1] هستند که در ساخت مخازن CNG از آنها استفاده می شود ]12-10[ .

تا به امروز در فولادهای کم آلیاژی پراستحکام سه روش آلیاژسازی ، کنترل پارامترهای عملیات ترمومکانیکی در فولادهایی که فرآیند ساخت آنها شامل فرآیند شکل دهی گرم می باشد و عملیات حرارتی برای بهبود چقرمگی شکست و خواص مکانیکی شناخته شده است . از عملیات حرارتی به علت آسانی و کم هزینه بودن بیش از سایر روش ها استفاده شده است . بر اساس مطالعات انجام گرفته ، بهبود چقرمگی شکست فولادهای فوق مستحکم کربن متوسط ، با فرآیند عملیات حرارتی را می توان از دو جنبه مورد ارزیابی قرار داد . نخست آنچه برای بهبود خواص مکانیکی مورد توجه قرار گرفته است مربوط به پارامترهای فرآیند بوده است .

ترکیب های سیکلی مختلفی از دمای آستنیته کردن ، زمان آستنیته کردن ، محیط سرد کردن و غیره از جمله فاکتورهای موثر بر خواص مکانیکی بوده اند که به چند روش مهم اشاره می شود.

از روش های مورد استفاده برای بهبود چقرمگی شکست فولادهای پراستحکام ، عملیات آستنیته کردن در دمای بالاست (HTA)[2] ، محققان با مقایسه خواص مکانیکی و چقرمگی شکست فولادهای ریختگی و فورج شده پر استحکام ، اثر ریزساختار ناشی از عملیات HTA بر خواص شکست فولاد را مورد ارزیابی قرار داده اند.

در عملیات مذکور با آستنیته کردن یک نوع فولاد فوق مستحکم کربن متوسط در دماهای بالاتر(C°1200) از دمای مرسوم آستنیته کردن ( 870) ، چقرمگی شکست فولاد افزایش چشمگیری پیدا کرد ، در حالی که انعطاف پذیری و نرمی فولاد کاهش یافت ]15-13[.