اصول کار کوره های القایی

کوره های القایی:
به طور کلی قسمت های مختلف کوره های القائی عبارتند از : 

الف- بوته : 
حاوی اسکلت فلزی کوره ، کویل ، جداره نسوز – هسته ترانسفورمر، بوغها(yokes)پلات فرم (سکو)

ب- تاسیسات الکتریکی
شامل دژنکتور،سکیونر، ترانسفورماتور، مبدل فرکانس ، خازن ها ، چوکها، کلید های کولرها ،مکنده ها و تابلو های کنترل.

پ- تاسیسات خنک کن:
تاسیسات الکتریکی کوره القائی مثل ترانسفورماتور چوک ، خازن ها ، کلیدهای فشار قوی و تابلو مدار فرمان در محدوده ی زمانی خاصی می توانند کار کنند و اگر از حد معینی گرمتر شوند باعث ایجاد مشکلاتی می گردند ، لذا این تاسیسات باید خنک گردند ، خنک کردن تاسیسات الکتریکی می تواند ب فن ، ارکاندیشن یا کولر گازی صورت گیرد .

کویل و بدنه کوره در کوره های بوته ای و کوپل ، پوسته ی اینداکتور ، پوسته خنک کن و گلوئی کوره در کوره های کانال دار نیز باید خنک شوند این قسمت ها عموما با آب خنک می گردند(برخی از کوره های کوچک کانال دار بگونه ای طراحی می شوند که تمام قسمت های فوق الذکر یا قسمتی از آن با هوا خنک می شود ) و تاسیسات مخصوصی شامل مبدل های حرارتی ، پمپ ،برج خنک کن و غیره را دارا می باشد و معمولا مقصود از تاسیسات خنک کن همین قسمت می باشد . 

ت- تاسیسات حرکت بوته :
برای کوره های بزرگ هیدرولیکی و برای کوره های کوچک مکانیکی یا هیدرولیکی است و شامل جک های هیدرولیک ، پمپ هیدرولیک، مخزن روغن ، شیر ها ، ***** ها ، دیگر تاسیسات هیدرولیک و میز فرمان هیدرولیک یا سیستم های چرخ دنده ای دستی یا چرخ دنده ای موتوردار.

ث- محل استقرار کوره 
شامل اتاق محل استقرار بوته (furnace pit) ، فونداسیون ، چاله ی تخلیه ی اضطراری ،محل استقرار تاسیسات الکتریکی ، هیدرولیکی و خنک کن و محل استقرار تابلو های مدار فرمان ، تابلوی کنترل مدار آب و میز فرمان هیدرولیک می باشد .

ج- تاسیسات تهویه:
تاسیسات دوده و غبار گیر، بخصوص در کوره های بوته ای بزرگ را نیز می توان از تاسیسات مهم کوره بحساب آورد .
هر کدام از شش قسمت فوق مسائل و برنامه تعمیر و نگهداری مخصوص دارد که این برنامه بسته به نوع کوره (کانال دار ، بوته ای )ظرفیت بوته ، فرکانس کوره (خط ، متوسط ، بالا )، سیستم خنک کن کور سیستم حرکت بوته و نوع جداره نسوز تفاوت هایی داشته اما در اصول همسانی زیاد وجود دارد .
به طور کلی مسائل مربوط به کوره های القائی بوته ای و کانال دار از جمله عوامل موثر در کار کوره ، چگونگی کنترل خوردگی و سایش و ... با یکدیگر تفاوت هایی دارند لذا بهتر است دراین بررسی هر کدام به صورت جداگانه ای مورد مطالعه قرار گیرند .

کوره های القایی بدون هسته :

عوامل موثر در کار کوره :

مهمترین عوامل موثر در بالا بردن راندمان کاری کوره عبارت است از : اجرای دقیق برنامه تعمیر و نگهداری کوره ، شارژ مناسب ، اپراتوری صحیح ، وضعیت جداره نسوز . 

الف : اجرای دقیق برنامه تعمیر و نگهداری کوره
کوره های القایی بسته به نوع آن ( کانال دار ، بدون هسته ) ، ظرفیت آن ، مقدار فرکانس ، نوع سیستم خنک کن ، سیستم حرکت بوته و نوع جداره ی نسوز برنامه تعمیر و نگهداری مخصوص به خود دارد و باید به دقت اجرا شود اصول و خطوط کلی تعمیر و نگهداری کوره های القایی در قسمت های بعدی خواهد آمد 

ب: شارژ مناسب 
کوره های بدون هسته ذوب القائی با فرکانس پایین تر از 250 هرتز تمام ذوب خود را تخلیه نمی کنند تا زمان شارژ بعدی کوتاه تر شود . بعلت وجود ذوب در این کوره های مواد شارژ باید عاری از روغن و رطوبت باشد در غیر این صورت خطر پاشش ذوب و قطعات شارژ جامد به بیرون ار کوره وجود دارد ضمنا وجود روغن و دیگر مواد آلی باعث ایجاد دود در کارگاه می شود . سرد بودن سرباره نسبت به ذوب در کوره های القائی ضمن اینکه این کوره ها را در امر احیای مواد اکسیدی ناتوان می کند باعث می شود این کوره ها نتوانند مقدار زیاد مواد اکسیدی ، خاک و سرباره را تحمل کنند و وجود مقادیر زیاد مواد غیر فلزی غیر آلی باعث ایجاد پل بالای ذوب بالای ذوب بخصوص هنگام سرد بودن ذوب می شود که خود می تواند مشکلاتی را در کار کوره ایجاد کند 
ابعاد نامناسب شارژ نیز می تواند هم مستقیما به جداره صدمه بزند و هم در ایجاد پل روی ذوب کمک نماید 
پ- اپراتوری صحیح
چرخش و تلاطم ذوب در کوره های القائی بدون هسته به خصوص با فرکانس های پایین تر باعث می شود تهیه ذوب با آنالیز معین و همگن و درجه حرارت مشخص و یکنواخت ، ساده تر شود . 
با این حال برای بالا رفتن راندمان و سلامت کوره اصولی را در کار با کوره باید رعایت کرد انتخاب شارژ مناسب ، دمای صحیح ذوب در مراحل مختلف، فرآیند تهیه ذوب ، شارژ کوره به روش صحیح ، اضافه کردن مواد آلیاژی و دیگر مواد افزودنی در زمان های صحیح و مقادیر معین ، توجه به تابلو های مدار فرمان وابزار و وسائل هشدار دهنده و توجه به مسائل ایمنی از جمله وظائفی است که اپراتور کوره ( کوره دار ) هنگام کار با کوره باید رعایت کند ، اپراتوری کوره با توجه به نوع کوره ظرفیت آن ، نوع ذوب تهیه شده، نوع شارژ مواد جامد و پارامتر های دیگر تفاوت می کند . 
برنامه تعمیر و نگهداری کوره ، انتخاب شارژ مناسب و اپراتوری صحیح از جمله دستور العمل هایی است که معمولا فروشنده یا سازنده کوره همراه کوره ارسال می کند و می بایست جهت سلامت و بالا بودن راندمان کوره به آن ها عمل کند . 

ت:وضعیت جداره نسوز: 
جداره کوره های القائی می تواند در اثر سایش مکانیکی به وسیله ذوب و شارژ جامد خوردگی شیمیایی به وسیله سرباره ، ذوب و آتمسفر کوره ، شوک های مکانیکی و حرارتی ، کندگی و انهدام در اثر برخورد و تصادم با شارژ جامد شیوه شارژ نامناسب و غیر متناسب بودن ابعاد و کیفیت شارژ ، درجه حرارت بیش از اندازه بالای ذوب آسیب دیده یا نازک گردد .(نصب و پخت ناصحیح جداره و هر گونه انفجار به هر دلیلی داخل کوره نیز می تواند باعث انهدام یا آسیب به جداره نسوز شود . 

و یا در اثر رسوب مواد غیر فلزی غیر آلی بر جداره ضخیم گردد که هر دو مورد برای کوره مضر می باشد . مورد اول ( نازک شدن جداره ) گر چه در مرحله اول باعث بالا رفتن توان گرمایی کوره می شود ولی در مجموع عمر جداره را پایین آورده و گاهی باعث توقف های اضافی می گردد مورد دوم ( ضخیم شدن جداره ) باعث پایین آمدن راندمان کاری کوره شده و گاهی در شارژ کردن نیز اخلال ایجاد می کند . برای شناخت علل ضخیم شدن جداره و نازک شدن جداره بر اثر فعل و انفعال شیمیایی باید ترمومتالورژی ذوب ، سرباره ، آتمسفر کوره و آستر نسوز را شناخت به عنوان مثال وجود اکسید های قلیایی در ذوب آلومینیم در کوره هایی با جداره آلومینایی باعث اکسید شدن آلومینیم مذاب و تشکیل آلومینا و رسوب آن بر جداره و نتیجتا ضخیم شدن جداره می گردد در صورتی که وجود اکسید های قلیایی در کوره های با جداره سلیسی باعث خوردگی شدید آستر نسوز می گردد . 

- کنترل خوردگی و سایش :
جداره کوره های بوته ای بسته ای به شرایط کاری ، نوع جداره از نظر شیمیایی و فیزیکی ، نحوه نصب ، رطوبت گیری و پخت آستر ، نوع و کیفیت شارژ جامد و نحوه شارژ می تواند هنگام کار ضخیم گردد یا اینکه در اثر سایش ، فرسایش خوردگی شیمیایی نارک گردد نازک شدن به مفهوم نزدیک شدن ذوب به کویل و ضخیم شدن به معنای دور شدن ذوب از کویل می باشد . با نازک شدن جداره و نزدیک شدن ذوب به کویل فوران مغناطیسی جذب شده توسط کویل افزایش پیدا کرده نتیجتا آمپری که توسط کویل کشیده می شود افزایش پیدا می کند بنابراین اگر مقدار آمپری که توسط کویل در یک ولتاژ معین کشیده می شود با یک حجم ذوب معین( درجه حرارت ذوب تاثیر جزئی نیز بر آمپر کشیده شده دارد به هر حال دقیق تر است که درجه حرارت هم تقریبا جهت مقایسه یکسان باشد در کوره هایی که فرکانس متغییر است مقایسه باید در یک فرکانس مشخص صورت گیرد .) در حالت جداره ی نو با حالت جداره خورده شده مقایسه گردد افزایش آمپر مشاهده خواهد شد . با اضافه شدن مقدار آمپر کشیده شده که بیانگر جذب بیشتر فوران مغناطیسی توسط ذوب است خاصیت سلفی (inductive)مدار بیشتر می شود و در نتیجه ضریب توانcosآلفا از یک به سمت خاصیت سلفی منحرف می شود و برای یک کردن ضریب توان نیاز به مقدار خازن بیشتری در مدار می باشد .بنابراین بهترین راه کنترل خوردگی جداره زمانی که ذوب داخل کوره می باشد مشاهده مقدار جریان الکتریکی کشیده شده توسط کویل ، ضریب توان و مقدار خازن های داخل مدار و مقایسه ی آن ها با حالت جداره نو می باشد . عکس مطالب فوق در هنگامی است که جداره ضخیم گردد بدین معنا که با ضخیم شدن جداره ذوب از کویل دور شده و در نتیجه حجم فوران مغناطیسی جذب شده توسط ذوب کاهش می یابد و بالتبع جریان کشیده شده توسط کویل کم می شود و نتیجتا مدار خازنی capacitive می شود و ضریب توان از یک به سمت خازنی منحرف می گردد و برای یک کردنcosآلفا نیاز است مقداری خازن از مدار خارج شود بنابراین با کنترل مداوم آمپر کشیده شده توسط کویل ضریب توانcosآلفا و مقدار خازن در مدار برای تصحیح ضریب توان و مقایسه آن با حالت جداره نو می توان دریافت که جداره نازک شده است و یا ضخیم ،مقادیر الکتریکی فوق را می توان در رابطه زیر خلاصه کرد : 
مقاومت حمام مذاب (اهم ) ضرب در توان کوره (وات ) برابر است ولتاژ کوره (ولت ) 

مقاومت حمام زمانی که از مذاب پر است و درجه حرارت ذوب نزدیک به درجه حرارت استفاده می باشد و ولتاژ کوره در یکی از ولتاژ های بالا قرار دارد اندازه گیری می شود این اندازه گیری به طور مداوم از زمانی که کوره نو کوبی شده است انجام می شود کاهش مقاومت حمام به معنای نازک شدن جداره و نزدیک شدن ذوب به کویل ایست و افزایش مقاومت حمام به مفهوم ضخیم شدن جداره و دور شدن ذوب از کویل می باشد معمولا اگر مقاومت حمام 20 درصد کاهش یافت به مفهوم این است که جداره نسوز نیاز به تعمیر دارد 
این نکته را باید یاد آور ساخت که با نازک یا ضخیم شدن جداره بالانس فاز کوره هم غیر متعادل شده و در نتیجه مقدار خازن در مدار برای متعادل کردن فاز ها نیز تغییر می کند منتها جهت کنترل خوردگی یا ضخیم شدن جداره نیاز چندانی به کنترل بالانس فاز نمی باشد از طرفی با خورده شدن جداره یا ضخیم شدن آن مقدار حرارت منتقل شده به کویل تغییر یافته و در نتیجه گرمای آب عبوری از داخل کویل تفاوت می کند و اختلاف دمای آب ورودی با آب خروجی تغییر می کند . با نزدیک شدن ذوب به کویل ، اختلاف دمای ورودی و خروجی افزایش و با دور شدن ذوب از کویل اختلاف دمای ورودی و خروجی کاهش می باید از آن جا که بر افزایش و کاهش دمای آب عوامل مهم دیگری نیز موثر هستند این پارامتر به تنهایی نمی تواند معیار سنجش قرار گیرد و در جوار پارامتر های الکتریکی فوق الاشاره می توان از آن بهره گرفت در برخی از کارخانجات این مفهوم اشتباه به وجود آمده است که نزدیک شدن ذوب به کویل را اهم متر کوره نشان می دهد ، در صورتی که اهم متر مقاومت الکتریکی جداره را تعیین می نماید و جداره ی سالم حتی با ضخامتی معادل کمتر از 6/1 ضخامتی اصلی دارای مقاومت الکتریکی به اندازه کافی بالائی است که اهم متر نتواند تشخیص بدهد اگر جداره خیس باشد یا در اثر نفوذ ذوب به جداره اتصال کوتاه به وجود آمده باشد اهم تر وضعیت را نشان می دهد زمانی که اهم متر اعلام خطر می نماید ( در بعضی کوره ها اهم متر مقاومت الکترکی تمامی قسمت های تاسیسات الکتریکی کوره و بوته را همزمان کنترل می کند . در این حالت باید اول مشخص گردد که اتصال کوتاه در بوته است یا تاسیسات الکتریکی و بعد تصمیمات لازم اتخاذ گردد . ) چه از خیس شدن جداره و چه از اتصال کورته باشد باید بلافاصله کوره تخلیه گردد و در جهت رفع عیب تلاش شود . یاد آوری این نکته ضروری است که در زمان پخت جداره مقاومت الکتریکی جداره به خاطر وجود مختصری رطوبت در جداره ، پایین است که این مرد غیر از موارد یاد شده در فوق می باشد ، بنابراین مشخص است که اهم متر خوردگی جداره را نشان نخواهد داد وهنگامی که اهم متر مشخص می کند مقاومت الکتریکی جداره پایین آمده به مفهوم اعلان خطر است و باید ذوب کوره بلافاصله تخلیه گردد . پس مقاومت الکتریکی جداره جهت کنترل سلامت جداره باید مرتب و مداوم بازرسی گردد ولی جهت کنترل نازک یا ضخیم شدن جداره در هنگام پر بودن کوره از ذوب باید ذوب کوره بلافاصله تخلیه گردد پس مقاومت الکتریکی جداره جهت کنترل نازک یا ضخیم شدن جداره در هنگام پر بودن کوره از ذوب باید از ضریب توانcosآلفا مدار ، آمپر کشیده شده توسط کویل و مقدار خازن تصحیحcosآلفا بهره جست ،مشخص است در صورتی که خوردگی جداره موضعی باشد یا در ناحیه ای خوردگی و در ناحیه ای دیگر افزایش ضخامت جداره داشت ، چرا که خوردگی موضعی کوچک گر چه می تواند خطر آفرین باشد اما تاثیر چندانی بر آمپر کشیده شده توسط کویل ندارد و در صورتی که خوردگی در یک ناحیه با ضخیم شدن در ناحیه ی دیگر توام باشد بعلت خنثی کردن اثر یکدیگر باعث گمراهی کنترل کننده خواهد شد . بنابراین جهت کنترل دقیق تر وضعیت جداره از روش های دیگری هم استفاده کرد . در کوره های با فرکانس بالاتر از 250 هرتز چون ذوب کوره پس از آماده شدن کاملا تخلیه می گرد ، می توان از مشاهده مستقیم نیز استفاده کرد و خوردگی های موضعی را تشخیص داد . درکوره های با فرکانس خط و فرکانس سه برابر (150 یا 180 هرتز) چون ذوب کروه کاملا تخلیه نمی گردد ، مشاهده تمام کوره امکان ندارد اما قسمت های فوقانی را می توان مشاهده کرد تا اینجا باید خاطر نشان ساخت که کنترل مقادیر الکتریکی 
منبع: /http://Persian.casting.ir

متن مقاله :     

     در این مقاله سعی شده که شرحی بر مباحث زیر اروده شود آشنایی با روش های آلیاژ سازی انواع مواد شارژ جهت ریخته گری آلیاژ های آلومینیم انواع روش های تولید هاردنر ها : انواع کوره های ذوب آلومینیم : عملیات کیفی مذاب آلومینیم انواع فلاکس ها : تصفیه مذاب آلومینیم انواع آلیاژ های آلومینیم ریخته گری آلیاژ های آلومینیم مس : آلیاژ های چند گانه با پایه آلومینیم : روش های قالب گیری آلیاژ های آلومینیم : مس و آلیاژ های مس انواع هاردنر ها در آلیاژ های مس محاسبات سیستم راهگاهی آلیاژ های منیزیم و خیلی دیگر عناوین دیگر که به تفضیل بیان نگردید آشنایی با روش های آلیاژ سازی خصوصیات آلومینیم: آلومینیم دارای هدایت قابلیت هدایت حرارتی بالایی می باشد که بعد از نقره و مس بهترین هادی حرارتی شناخته می شود و دارای دانسیته ای در حدود2.7 سانتی متر مکعب است . که به همین دلیل جزو آلیاژ های سبک محسوب می شود . این آلیاژ دارای مقاومت به خوردگی زیاد است که به علت ایجاد لایه پایدار اکسیدی متخلخل می باشد . دارای نقطه ذوب پایین در حدود 670 درجه سانتیگراد است و قابلیت انجام عملیات حرارتی دارد اما عملیات حرارتی آن اج هاردینگ یا پیر سازی می باشد و دارای قابلیت انجام کار مکانیکی و تغییر فرم سرد و گرم می باشد . و این الیاژ را می توان در قالب های دائمی و یا فورج نیز استفاده کرد . کاربرد آلومینیم : این آلیاژ به علت ویژگی های خاصی که دارد در بیشتر صنایع از جمله اتومبیل سازی غذاسازی ساختمان سازی بلوکه های سیلندر خودرو اسکلت سازی صنایع پتروشیمی و صنابع هوایی به کار می رود . آلیاژ های آلومینیم : به طور کلی آلیاژ های آلومینیم به دو دسته کلی تقسیم می شود : 1- آلیاژ های نوردی 2- آلیاژ های ریخته گی نکته : آلومینیم به علت داشتن ساختار FCC و تراکم زیاد در ساختار شبکه بلوری اش فرم کاری خوبی در درجه حرارت محیط دارد . 1- آلیاژ های نوردی : در آلیاژ های نوردی ابتدا آلیاژ به شکل شمش ریخته شده سپس با توجه به شرایط تولید هر یک از فرآیند های کار سرد شامل : نورد ، فورج ، سوراخ کاری برش و .... روی قطعه انجام می شود . روش های تولید شمش های نوردی : معمولا دو روش برای تهیه شمش نوردی استفاده می شود : 1-روش مداوم (countinus) 2- روش نیمه مداوم و یا تکباری ( non countinus) 1- روش مداوم : این روش که از سرعت تولید بالایی برخوردار است که به این صورت می باشد که ذوب ریزی به صورت مداوم ادامه پیدا می کند . به این صورت که محفظه ای از فولاد گرم که در زیر پاتیل مذاب قرار دارد مذاب را به صورت دائم دریافت می نماید ، مذاب پس از رها شدن از پاتیل وارد محفظه شده و در مرحله اول آب گرد هایی که در قسمت بالای محفظه قرار دارند مذاب را به مرحله خمیری می رساند در مرحله بعد مذاب به مرحله آب فشان رسیده و به طور کامل منجمد می شود و در پایان تیغه ای که در انتهای محفظه قرار دارد فلز را برش زده و بر روی صفحه نقاله می اندازد . 2- روش تکباری : این روش که در کارخانه ها و به وسیله قالب های ماسه ای انجام می شود به این صورت است که ابتدا کوره را به مقدار معینی شارژ کرده سپس شارژ آماده شده را در قالب های مورد نظر می ریزند . 2- تهیه آلیاژ های ریخته گی ( فرآیند شکل ریزی) هدف تولید : تولید شکل نهایی قطعه به صورت مذاب ریزی مستقیم انواع مواد شارژ جهت ریخته گری آلیاژ های آلومینیم 1- شمش اولیه : این شمش معمولا در کارخانه های ریخته گری تولید می شود و از درصد خلوص بالایی درحدود 99.9% برخوردار است که معمولا به صورت پوکه های مستطیل شکل با وزن 15 الی 20 کیلو گرم تهیه می شوند . که جهت آلیاژ سازی آن ها از شمش های منیزیم ، روی ، سیلیسیم استفاده می شود که معمولا از شمش های منیزیم و سیلیسیم درمواقعی استفاده می شود که بخواهیم درصد کمی منیزیم و سیلیسیم به مذاب اضافه کنیم در غیر این صورت از آلیاژ ساز ها یا هاردنر ها (hardner) استفاده می کنیم 2- شمش های ثانویه: این شمش ها معمولا از ذوب مجدد قراضه های و برگشتی ها تولیدمی شود و با توجه به اینکه عملیات تصفیه و تمیز کاری روی این شمش ها انجام می شود از لحاظ قیمت گرانتر از شمش های اولیه می باشد اما دارای درصد خلوص و کیفیت بالاتری نسبت به شمش های اولیه می باشد . 3-قراضه ها : که قیمت مناسبی داشته ولی قبل از استفاده باید عملیات تمیز کاری بر روی آن ها انجام شود . 4- برگشتی ها : این شمش ها انواع قطعات معیوب سیستم راهگاهی را شامل می شود که به جهت شارژ مجدد در ریخته گری استفاده می شود . 5-آلیاژ ساز ها و یا هاردنر ها ( آمیژن ها):این گروه از آلیاژ ساز ها هنگامی استفاده می شود که قرار باشد عناصری را با نقطه ذوب بالاتر یا نقطه ذوب پایین تر به مذاب اضافه کنیم به عنوان مثال اضافه کردن مس با نقطه ذوب 1080 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که این عمل باید به صورت آمیژن انجام شود . یا اضافه کردن روی با نقطه ذوب 420 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که باید به صورت آمیژن انجام شود . نکته به آمیژن آلومینیم سیلیسیم ( سیلومین)گفته می شود نکته : آمیژن در این بخش به معنی عنصری است که با آلومینیم آلیاژ سازی شده است . مانند آمیژن مس نکته : فلزاتی که دارای نقطه ذوب پایین هستند به علت فشار بخار زیاد در ریخته گری آلومینیم اگر به صورت خالص به مذاب اضافه شوند باعث پاشش مذاب می شوند . انواع روش های تولید هاردنر ها : روش اول : در این روش ابتدا مذاب آلومینیم را تهیه نموده سپس فلز مورد نظر را به صورت قطعات ریز و کوچک در داخل فویل های آلومینیمی قرار می دهیم و آرام و آرام به مذاب آلومینیم اضافه می کنیم روش دوم : آلومینیم و فلز مورد نظر را به صورت جداگانه ذوب کرده و سپس فلز با نقطه ذوب بالا را به صورت باریکه مذاب به مذاب آلومینیم اضافه کرده و هم می زنیم . مثال : اگر بخواهیم آلیاژی از آلومینیم بسازیم که دارای ترکیب 5% سیلیسیم 0.4 % منیزیم 1/2 % مس و بقیه نیز آلومینیم باشد . و مواد مورد استفاده نیز شامل شمش اولیه با خلوص 99/99 درصد 1- آمیژن سیلومین با 13 درصد سیلیسیم 2- آمیژن منیزیم با 10 درصد منیزیم 3- آمیژن مس با 50 درصد مس جهت تهیه 100 کیلوگرم از مذاب چه مقادیری از این مواد باید مصرف شود . تلفات استاندارد : سیلیسم 1% منیزیم 3% مس 1% آلومینیم 1% جواب سوال انواع کوره های ذوب آلومینیم : 1- کوره های زمینی 2- کوره های شعله ای و یا روربر 3- کوره الکتریکی که این کوره ها خود به دو دسته کوره های مقاومتی وکوره های القایی تقسیم می شوند مزیت های کوره های مقاومتی این کوره های از نظر اقتصادی هزینه سرمایه گذاری کمتری نسبت به کوره القایی می خواهد و باعث ایجاد مذابی یکنواخت می گردد 1- کوره های زمینی : در کوره های زمینی بوته به شکل ثابت و یا متحرک استفاده می شود و معمولا جنس بوته در این کوره ها از گرافیت و یا کاربید سیلیسیم می باشد 2- کوره های شعله ای : در این کوره ها شعله به صورت مستقیم با مواد شارژ برخورد می نماید این کوره ها معمولا به شکل اتاقک های مکعب مستطیل می باشد و معمولا در این کوره ها از سوخت های گازوئیل ، مازوت و یا گاز استفاده می شود . راندمان این کوره ها پایین بوده و ذوب فلز به صورت تششع شعله انجام می شود تناژ این کوره ها بسیار بالا می باشد و معمولا ظرفیت شارژ این کوره ها حداکثر تا 20 تن می باشد این کوره ها معمولا به دو صورت دیده می شود الف: نوع اول آن که بدون پیش گرم بوده و مواد شارژ به صورت مستقیم و سرد وارد کوره می شود . ب: نوع دوم آن کوره هایی با پیش گرم شارژ بوده که در این روش مواد شارژ در قسمت بالای کوره قرار می گیرند و تحت تاثیر دمای کوره پیش گرم می شوند در این کوره های معمولا راندمان بیشتر بوده و تلفات حرارتی کمتر می باشد 3- کوره های الکتریکی : این کوره ها معمولا در دو نوع مقاومتی و القایی می باشد الف : کوره های مقاومتی : این کوره ها از المنت های فنری تشکیل شده است که در جداره کوره قرار دارند و که برای گرم کردن جداره کوره استفاده می شود که حداکثر دمای این المنت ها 1200 درجه می باشد که با توجه به دمای ذوب آلومینیم که حداکثر 820 درجه سانتیگراد است لذا عملا نیازی به درجه حرارت های بالا و زیاد در ذوب نیست ب: کوره های القایی : معمولا این کوره ها از نظر کیفیت ذوب به علت تماس نداشتن مذاب با عوامل احتراق مناسب می باشند و برای آلیاژ سازی مناسب هستند . در این کوره ها ترکیب شیمیایی مذاب یکنواخت تر بوده و سطح سرباره خوبی در ذوب ریزی ندارند . کنترل درجه حرارت ، کنترل ترکیب شیمیایی مذاب ، یکنواختی ترکیب شیمیایی و انحلال گاز کمتر همگی باعث افزایش کفیت مذاب در این کوره ها شده است

ژهای غیر آهنی-_خصوصیات آلومینیم
کاربرد آلومینیم :
این آلیاژ به علت ویژگی های خاصی که دارد در بیشتر صنایع از جمله اتومبیل سازی غذاسازی ساختمان سازی بلوکه های سیلندر خودرو اسکلت سازی صنایع پتروشیمی و صنابع هوایی به کار می رود .
 
 
آلیاژ های آلومینیم : 

به طور کلی آلیاژ های آلومینیم به دو دسته کلی تقسیم می شود :
1- آلیاژ های نوردی 
2- آلیاژ های ریخته گی
نکته : آلومینیم به علت داشتن ساختار FCC و تراکم زیاد در ساختار شبکه بلوری اش فرم کاری خوبی در درجه حرارت محیط دارد . 
1- آلیاژ های نوردی : 
در آلیاژ های نوردی ابتدا آلیاژ به شکل شمش ریخته شده سپس با توجه به شرایط تولید هر یک از فرآیند های کار سرد شامل : نورد ، فورج ، سوراخ کاری برش و .... روی قطعه انجام می شود . 
روش های تولید شمش های نوردی : 
معمولا دو روش برای تهیه شمش نوردی استفاده می شود : 
1-روش مداوم (countinus)
2- روش نیمه مداوم و یا تکباری ( non countinus)
1- روش مداوم : 
این روش که از سرعت تولید بالایی برخوردار است که به این صورت می باشد که ذوب ریزی به صورت مداوم ادامه پیدا می کند . 
به این صورت که محفظه ای از فولاد گرم که در زیر پاتیل مذاب قرار دارد مذاب را به صورت دائم دریافت می نماید ، مذاب پس از رها شدن از پاتیل وارد محفظه شده و در مرحله اول آب گرد هایی که در قسمت بالای محفظه قرار دارند مذاب را به مرحله خمیری می رساند در مرحله بعد مذاب به مرحله آب فشان رسیده و به طور کامل منجمد می شود و در پایان تیغه ای که در انتهای محفظه قرار دارد فلز را برش زده و بر روی صفحه نقاله می اندازد .
2- روش تکباری : 
این روش که در کارخانه ها و به وسیله قالب های ماسه ای انجام می شود به این صورت است که ابتدا کوره را به مقدار معینی شارژ کرده سپس شارژ آماده شده را در قالب های مورد نظر می ریزند . 
2- تهیه آلیاژ های ریخته گی ( فرآیند شکل ریزی) 
هدف تولید : 
تولید شکل نهایی قطعه به صورت مذاب ریزی مستقیم 
انواع مواد شارژ جهت ریخته گری آلیاژ های آلومینیم 
1- شمش اولیه : این شمش معمولا در کارخانه های ریخته گری تولید می شود و از درصد خلوص بالایی درحدود 99.9% برخوردار است که معمولا به صورت پوکه های مستطیل شکل با وزن 15 الی 20 کیلو گرم تهیه می شوند . که جهت آلیاژ سازی آن ها از شمش های منیزیم ، روی ، سیلیسیم استفاده می شود که معمولا از شمش های منیزیم و سیلیسیم درمواقعی استفاده می شود که بخواهیم درصد کمی منیزیم و سیلیسیم به مذاب اضافه کنیم در غیر این صورت از آلیاژ ساز ها یا هاردنر ها (hardner) استفاده می کنیم 
2- شمش های ثانویه: این شمش ها معمولا از ذوب مجدد قراضه های و برگشتی ها تولیدمی شود و با توجه به اینکه عملیات تصفیه و تمیز کاری روی این شمش ها انجام می شود از لحاظ قیمت گرانتر از شمش های اولیه می باشد اما دارای درصد خلوص و کیفیت بالاتری نسبت به شمش های اولیه می باشد . 
3-قراضه ها : که قیمت مناسبی داشته ولی قبل از استفاده باید عملیات تمیز کاری بر روی آن ها انجام شود . 
4- برگشتی ها : این شمش ها انواع قطعات معیوب سیستم راهگاهی را شامل می شود که به جهت شارژ مجدد در ریخته گری استفاده می شود . 
5-آلیاژ ساز ها و یا هاردنر ها ( آمیژن ها):این گروه از آلیاژ ساز ها هنگامی استفاده می شود که قرار باشد عناصری را با نقطه ذوب بالاتر یا نقطه ذوب پایین تر به مذاب اضافه کنیم به عنوان مثال اضافه کردن مس با نقطه ذوب 1080 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که این عمل باید به صورت آمیژن انجام شود . یا اضافه کردن روی با نقطه ذوب 420 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که باید به صورت آمیژن انجام شود . 
نكته به آمیژن آلومینیم سیلیسیم ( سیلومین)گفته مي شود 
نکته : آمیژن در اين بخش به معنی عنصری است که با آلومینیم آلیاژ سازی شده است . مانند آمیژن مس 
نکته : فلزاتی که دارای نقطه ذوب پایین هستند به علت فشار بخار زیاد در ریخته گری آلومینیم اگر به صورت خالص به مذاب اضافه شوند باعث پاشش مذاب می شوند . 
انواع روش های تولید هاردنر ها :
روش اول : در این روش ابتدا مذاب آلومینیم را تهیه نموده سپس فلز مورد نظر را به صورت قطعات ریز و کوچک در داخل فویل های آلومینیمی قرار می دهیم و آرام و آرام به مذاب آلومینیم اضافه می کنیم 
روش دوم : آلومینیم و فلز مورد نظر را به صورت جداگانه ذوب کرده و سپس فلز با نقطه ذوب بالا را به صورت باریکه مذاب به مذاب آلومینیم اضافه کرده و هم می زنیم . مثال : اگر بخواهیم آلیاژی از آلومینیم بسازیم که دارای ترکیب 
5% سیلیسیم 
0.4 % منیزیم 
1/2 % مس 
و بقیه نیز آلومینیم باشد . و مواد مورد استفاده نیز شامل شمش اولیه با خلوص 99/99 درصد 
1- آمیژن سیلومین با 13 درصد سیلیسیم 
2- آمیژن منیزیم با 10 درصد منیزیم 
3- آمیژن مس با 50 درصد مس 
جهت تهیه 100 کیلوگرم از مذاب چه مقادیری از این مواد باید مصرف شود . 
تلفات استاندارد :
سیلیسم 1%
منیزیم 3%
مس 1%
آلومینیم 1%
 
جواب سوال 
انواع کوره های ذوب آلومینیم : 
1- کوره های زمینی 
2- کوره های شعله ای و یا روربر 
3- کوره الکتریکی که این کوره ها خود به دو دسته کوره های مقاومتی وکوره های القایی تقسیم می شوند 
مزیت های کوره های مقاومتی 
این کوره های از نظر اقتصادی هزینه سرمایه گذاری کمتری نسبت به کوره القایی می خواهد و باعث ایجاد مذابی یکنواخت می گردد 
1- کوره های زمینی :
در کوره های زمینی بوته به شکل ثابت و یا متحرک استفاده می شود و معمولا جنس بوته در این کوره ها از گرافیت و یا کاربید سیلیسیم می باشد 
2- کوره های شعله ای : 
در این کوره ها شعله به صورت مستقیم با مواد شارژ برخورد می نماید این کوره ها معمولا به شکل اتاقک های مکعب مستطیل می باشد و معمولا در این کوره ها از سوخت های گازوئیل ، مازوت و یا گاز استفاده می شود . راندمان این کوره ها پایین بوده و ذوب فلز به صورت تششع شعله انجام می شود تناژ این کوره ها بسیار بالا می باشد و معمولا ظرفیت شارژ این کوره ها حداکثر تا 20 تن می باشد 
این کوره ها معمولا به دو صورت دیده می شود 
الف: نوع اول آن که بدون پیش گرم بوده و مواد شارژ به صورت مستقیم و سرد وارد کوره می شود . 
ب: نوع دوم آن کوره هایی با پیش گرم شارژ بوده که در این روش مواد شارژ در قسمت بالای کوره قرار می گیرند و تحت تاثیر دمای کوره پیش گرم می شوند در این کوره های معمولا راندمان بیشتر بوده و تلفات حرارتی کمتر می باشد 
3- کوره های الکتریکی : 
این کوره ها معمولا در دو نوع مقاومتی و القایی می باشد 
الف : کوره های مقاومتی : 
این کوره ها از المنت های فنری تشکیل شده است که در جداره کوره قرار دارند و که برای گرم کردن جداره کوره استفاده می شود که حداکثر دمای این المنت ها 1200 درجه می باشد که با توجه به دمای ذوب آلومینیم که حداکثر 820 درجه سانتیگراد است لذا عملا نیازی به درجه حرارت های بالا و زیاد در ذوب نیست 
ب: کوره های القایی :
معمولا این کوره ها از نظر کیفیت ذوب به علت تماس نداشتن مذاب با عوامل احتراق مناسب می باشند و برای آلیاژ سازی مناسب هستند . در این کوره ها ترکیب شیمیایی مذاب یکنواخت تر بوده و سطح سرباره خوبی در ذوب ریزی ندارند . کنترل درجه حرارت ، کنترل ترکیب شیمیایی مذاب ، یکنواختی ترکیب شیمیایی و انحلال گاز کمتر همگی باعث افزایش کفیت مذاب در این کوره ها شده است . 

این آلیاژ به علت ویژگی های خاصی که دارد در بیشتر صنایع از جمله اتومبیل سازی غذاسازی ساختمان سازی بلوکه های سیلندر خودرو اسکلت سازی صنایع پتروشیمی و صنابع هوایی به کار می رود .
آلیاژ های آلومینیم : 

به طور کلی آلیاژ های آلومینیم به دو دسته کلی تقسیم می شود :
1- آلیاژ های نوردی 
2- آلیاژ های ریخته گی
نکته : آلومینیم به علت داشتن ساختار FCC و تراکم زیاد در ساختار شبکه بلوری اش فرم کاری خوبی در درجه حرارت محیط دارد . 
1- آلیاژ های نوردی : 
در آلیاژ های نوردی ابتدا آلیاژ به شکل شمش ریخته شده سپس با توجه به شرایط تولید هر یک از فرآیند های کار سرد شامل : نورد ، فورج ، سوراخ کاری برش و .... روی قطعه انجام می شود . 
روش های تولید شمش های نوردی : 
معمولا دو روش برای تهیه شمش نوردی استفاده می شود : 
1-روش مداوم (countinus)
2- روش نیمه مداوم و یا تکباری ( non countinus)
1- روش مداوم : 
این روش که از سرعت تولید بالایی برخوردار است که به این صورت می باشد که ذوب ریزی به صورت مداوم ادامه پیدا می کند . 
به این صورت که محفظه ای از فولاد گرم که در زیر پاتیل مذاب قرار دارد مذاب را به صورت دائم دریافت می نماید ، مذاب پس از رها شدن از پاتیل وارد محفظه شده و در مرحله اول آب گرد هایی که در قسمت بالای محفظه قرار دارند مذاب را به مرحله خمیری می رساند در مرحله بعد مذاب به مرحله آب فشان رسیده و به طور کامل منجمد می شود و در پایان تیغه ای که در انتهای محفظه قرار دارد فلز را برش زده و بر روی صفحه نقاله می اندازد .
2- روش تکباری : 
این روش که در کارخانه ها و به وسیله قالب های ماسه ای انجام می شود به این صورت است که ابتدا کوره را به مقدار معینی شارژ کرده سپس شارژ آماده شده را در قالب های مورد نظر می ریزند . 
2- تهیه آلیاژ های ریخته گی ( فرآیند شکل ریزی) 
هدف تولید : 
تولید شکل نهایی قطعه به صورت مذاب ریزی مستقیم 
انواع مواد شارژ جهت ریخته گری آلیاژ های آلومینیم 
1- شمش اولیه : این شمش معمولا در کارخانه های ریخته گری تولید می شود و از درصد خلوص بالایی درحدود 99.9% برخوردار است که معمولا به صورت پوکه های مستطیل شکل با وزن 15 الی 20 کیلو گرم تهیه می شوند . که جهت آلیاژ سازی آن ها از شمش های منیزیم ، روی ، سیلیسیم استفاده می شود که معمولا از شمش های منیزیم و سیلیسیم درمواقعی استفاده می شود که بخواهیم درصد کمی منیزیم و سیلیسیم به مذاب اضافه کنیم در غیر این صورت از آلیاژ ساز ها یا هاردنر ها (hardner) استفاده می کنیم 
2- شمش های ثانویه: این شمش ها معمولا از ذوب مجدد قراضه های و برگشتی ها تولیدمی شود و با توجه به اینکه عملیات تصفیه و تمیز کاری روی این شمش ها انجام می شود از لحاظ قیمت گرانتر از شمش های اولیه می باشد اما دارای درصد خلوص و کیفیت بالاتری نسبت به شمش های اولیه می باشد . 
3-قراضه ها : که قیمت مناسبی داشته ولی قبل از استفاده باید عملیات تمیز کاری بر روی آن ها انجام شود . 
4- برگشتی ها : این شمش ها انواع قطعات معیوب سیستم راهگاهی را شامل می شود که به جهت شارژ مجدد در ریخته گری استفاده می شود . 
5-آلیاژ ساز ها و یا هاردنر ها ( آمیژن ها):این گروه از آلیاژ ساز ها هنگامی استفاده می شود که قرار باشد عناصری را با نقطه ذوب بالاتر یا نقطه ذوب پایین تر به مذاب اضافه کنیم به عنوان مثال اضافه کردن مس با نقطه ذوب 1080 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که این عمل باید به صورت آمیژن انجام شود . یا اضافه کردن روی با نقطه ذوب 420 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که باید به صورت آمیژن انجام شود . 
نكته به آمیژن آلومینیم سیلیسیم ( سیلومین)گفته مي شود 
نکته : آمیژن در اين بخش به معنی عنصری است که با آلومینیم آلیاژ سازی شده است . مانند آمیژن مس 
نکته : فلزاتی که دارای نقطه ذوب پایین هستند به علت فشار بخار زیاد در ریخته گری آلومینیم اگر به صورت خالص به مذاب اضافه شوند باعث پاشش مذاب می شوند . 
انواع روش های تولید هاردنر ها :
روش اول : در این روش ابتدا مذاب آلومینیم را تهیه نموده سپس فلز مورد نظر را به صورت قطعات ریز و کوچک در داخل فویل های آلومینیمی قرار می دهیم و آرام و آرام به مذاب آلومینیم اضافه می کنیم 
روش دوم : آلومینیم و فلز مورد نظر را به صورت جداگانه ذوب کرده و سپس فلز با نقطه ذوب بالا را به صورت باریکه مذاب به مذاب آلومینیم اضافه کرده و هم می زنیم . مثال : اگر بخواهیم آلیاژی از آلومینیم بسازیم که دارای ترکیب 
5% سیلیسیم 
0.4 % منیزیم 
1/2 % مس 
و بقیه نیز آلومینیم باشد . و مواد مورد استفاده نیز شامل شمش اولیه با خلوص 99/99 درصد 
1- آمیژن سیلومین با 13 درصد سیلیسیم 
2- آمیژن منیزیم با 10 درصد منیزیم 
3- آمیژن مس با 50 درصد مس 
جهت تهیه 100 کیلوگرم از مذاب چه مقادیری از این مواد باید مصرف شود . 
تلفات استاندارد :
سیلیسم 1%
منیزیم 3%
مس 1%
آلومینیم 1%
جواب سوال 
انواع کوره های ذوب آلومینیم : 
1- کوره های زمینی 
2- کوره های شعله ای و یا روربر 
3- کوره الکتریکی که این کوره ها خود به دو دسته کوره های مقاومتی وکوره های القایی تقسیم می شوند 
مزیت های کوره های مقاومتی 
این کوره های از نظر اقتصادی هزینه سرمایه گذاری کمتری نسبت به کوره القایی می خواهد و باعث ایجاد مذابی یکنواخت می گردد 
1- کوره های زمینی :
در کوره های زمینی بوته به شکل ثابت و یا متحرک استفاده می شود و معمولا جنس بوته در این کوره ها از گرافیت و یا کاربید سیلیسیم می باشد 
2- کوره های شعله ای : 
در این کوره ها شعله به صورت مستقیم با مواد شارژ برخورد می نماید این کوره ها معمولا به شکل اتاقک های مکعب مستطیل می باشد و معمولا در این کوره ها از سوخت های گازوئیل ، مازوت و یا گاز استفاده می شود . راندمان این کوره ها پایین بوده و ذوب فلز به صورت تششع شعله انجام می شود تناژ این کوره ها بسیار بالا می باشد و معمولا ظرفیت شارژ این کوره ها حداکثر تا 20 تن می باشد 
این کوره ها معمولا به دو صورت دیده می شود 
الف: نوع اول آن که بدون پیش گرم بوده و مواد شارژ به صورت مستقیم و سرد وارد کوره می شود . 
ب: نوع دوم آن کوره هایی با پیش گرم شارژ بوده که در این روش مواد شارژ در قسمت بالای کوره قرار می گیرند و تحت تاثیر دمای کوره پیش گرم می شوند در این کوره های معمولا راندمان بیشتر بوده و تلفات حرارتی کمتر می باشد 
3- کوره های الکتریکی : 
این کوره ها معمولا در دو نوع مقاومتی و القایی می باشد 
الف : کوره های مقاومتی : 
این کوره ها از المنت های فنری تشکیل شده است که در جداره کوره قرار دارند و که برای گرم کردن جداره کوره استفاده می شود که حداکثر دمای این المنت ها 1200 درجه می باشد که با توجه به دمای ذوب آلومینیم که حداکثر 820 درجه سانتیگراد است لذا عملا نیازی به درجه حرارت های بالا و زیاد در ذوب نیست 
ب: کوره های القایی :
معمولا این کوره ها از نظر کیفیت ذوب به علت تماس نداشتن مذاب با عوامل احتراق مناسب می باشند و برای آلیاژ سازی مناسب هستند . در این کوره ها ترکیب شیمیایی مذاب یکنواخت تر بوده و سطح سرباره خوبی در ذوب ریزی ندارند . کنترل درجه حرارت ، کنترل ترکیب شیمیایی مذاب ، یکنواختی ترکیب شیمیایی و انحلال گاز کمتر همگی باعث افزایش کفیت مذاب در این کوره ها شده است . 
منابع:http://persian.casting.ir/content/view/90/53/1/1/ برای دیدن تمامی توضیحات میتوانید کلیک کنید.

راهنمای آزمايشگاه خواص مکانيکی گروه مهندسی متالورژی و مواد


مقدمه
هدف آزمايشگاه خواص مکانيکی آشنائی دانشجويان با انواع مهم و پرکاربرد تستهای مکانيکی مورد استفاده در صنعت و کارهای پژوهشی می‌باشد. شايد مهمترين آزمايش در اين ميان برای دانشجويان گروه مهندسی مواد, آزمايش کشش ساده باشد که تغيير شکل الاستيک و پلاستيک را در شرايط ساده تک محوری بررسی می‌نمايد و اطلاعات بسيار مهمی را در اختيار پژوهشگر قرار می‌دهد. به کمک آزمايش ساده کشش علاوه بر به دست آوردن مشخصات الاستيک و پلاستيک ماده همچون تنش تسليم, استحکام کششی, ازدياد طول و ... , پديده نقطه تسليم, کارسختی, پديده گلوئی شدن, پيرسختی, نحوه شکست و اثر ترخ کرنش بر خواص کششی فولادها مورد بررسی قرار می‌گيرد.
آزمايش مهم ديگر که از نظر کاربرد در صنعت شايد رتبه اول را دارا باشد سختی‌سنجی است که ساده‌ترين و سريعترين تست جهت رسيدن به اطلاعات اوليه در خصوص خواص مکانيگی يک ماده است. آزمايش ضربه مقاومت ماده در مقابل تغيير شکل با سرعت کرنش بالا را بررسی می‌کند و به عبارتی مقاومت به ضربه که معياری مقايسه‌ای برای چقرمگی شکست ماده می‌باشد را اندازه‌گيری می‌نمايد. در آزمايش خستگی با يکی از روشهای ساده تست خستگی آشنا شده و منحنی S-N برای يک نمونه فولادی به روش تست دورانی خمشی به دست می‌آيد. آزمايش خزش تغيير شکل در اثر گذشت زمان را بررسی کرده و منحنی e-t با توجه به دمای نسبتاً پايين فعال شدن مکانيزمهای خزش برای سرب رسم می‌شود.
.

خواص مكانيكي كوتاه مدت

مقدمه:

كيفيت بتن توسط خواص مكانيكي و توانايي مقاومت آن در برابر خرابي هاي مختلف تعيين مي شود خواص مكانيكي بتن را مي توان به طور كلي به دو گروه خواص كوتاه مدت (بويژه فوري )و خواص بلند مدت تقسيم بندي نمود.خواص كوتاه مدت عبارتند از :مقاومت فشاري و كششي مدول الاستيسيته و چسبندگي خواص بلند مدت عبارتند از : خزش جمع شدگي عملكرد تحت اثر خستگي و خواص مرتبط با دوام از قبيل تخلخل نفوذ پذيري مقاومت در برابر يخ زدن و آب شدن و مقاومت در برابر سايش . يك گروه از بتن هاي توانمند بتن هاي زود سخت شونده مي باشد.خواص مكانيكي آنها توسط برنامه هاي تحقيقي بر روي بزرگراه هاي مهم در دانشگاه كارولينا مورد بررسي قرار گرفته است.از آنجا كه بتن هاي توانمند عموما" داراي نسبت آب به مصالح سيماني كمي هستندو ميزان خمير موجود در آنها زياد است در بسياري از حالات داراي خواص مشابه بتن هاي با مقاومت بالا مي باشد. يك اختلاف مهم بين بتن هاي زود سخت شونده و بتن هاي با مقاومت بالا در ارتباط بين مقاومت فشاري و خواص مكانيكي آنها است به عنوان مثال افزايش مقاومت در فشار عموما" بسيار سريعتر از افزايش مقاومت در ناحيه پيوستگي خمير و سنگدانه است اين موضوع باعث ايجاد اختلاف در مدول الاستيسيته و مقاومت كششي بتن هاي با مقاومت بالا و بتن هاي زود سخت شونده مي شود. اين خواص تابعي از مقاومت فشاري بتن است. در بتن هاي زود سخت شومده نمي توان الزاما" انتظار داشت كه روابط بين خواص مكانيكي و مقاومت فشاري28 روزه ساير بتن ها, در آنها صادق باشد.

مقاومت:

مقاومت بتن عموما" نشان دهنده كيفيت آن است.علت آن اين است كه ميزان مقاومت مستقيما" به كيفيت خمير سيمان سخت شده مربوط ميشود. اگر چه مقاومت مستقيما" نشان دهنده ميزان دوام بتن ويا ايستادگي آن در برابرتغيير شكل نيست,اما شديدا" به نسبت آب به سيمان بستگي دارد.نسبت آب به سيمان با كنترل ميزان تخلخل بتن , بر روي دوام, مقاوت در برابر تغيير شكل و.... تاثير گذار است. مقاوت فشاري به طور وسيعي در كنترل و تعيين كيفيت بتن مورد استفاده قرار مي گيرد. مقاوت بتن به عوامل متعددي بستگي دارد كه شامل: خواص مواد تشكيل دهنده, نسبت اختلاط, درجه هيدراتاسيون, نرخ بار گذاري و روش آزمايش بر روي مقاوت بتن خواص زير تاثير گذارند:

كيفيت سنگدانه هاي درشت و ريز و خمير سيمان و چسبندگي سنگدانه ها به خمير. اين عوامل به ترتيب بستگي به چگونگي ريز ساختار و درشت ساختار بتن دارند كه شامل ميزان كل خلل و فرج , اندازه و شكل و نحوه پخش آنها , شكل محصولات هيداتاسيون و ميزان پيوستگي بين ذرات جامد مختلف ميباشد.



سنگدانه هاي درشت

مشخصه هاي سنگدانه هاي درشت عبارتند از: شكل, بافت , و حداكثر اندازه دانه ها.از آنجا كه سنگدانه ها عموما" قويتر از خمير مي باشد , مقاوت آنها عامل مهمي در تعيين مقاومت بتنهاي معمولي يا بتن زود سخت شونده نيست.اما در بتن با مقاوت بالا يا بتن ها با سنگدانه سبك , مقاومت سنگدانه ها اهميت پيدا مي كند. اثرات انواع سنگدانه هاي درشت بر روي مقاومت بتن در مقالات متعدد آمده است. در يكي از مقالات اخير تاثيرات چهار نوع مختلف از سنگدانه هاي درشت در يك بتن با مقاومت بسيار بالا (داراي نسبت آب به سيمان برابر0.27 ) گزارش شده است. نتايج مطالعات فوق نشان دادهاند كه مقاومت فشاري به ميزان قابل توجهي به خواص كاني هاي سنگدانه بستگي دارد.سنگدانه هاي شكسته از جنس آهك و ديابيس با دانه بندي خوب بهترين نتايج را از خود نشان دادند بتن ساخته شده از شن هاي رود خانه اي و از گرانيت شكسته اي كه مقداري كاني هاي ضعيف داشتند , مقاومت نسبتا" كمتري را دارا بودند. استفاده از سنگدا نه ها با حدا كثر اندازه بزرگتر به طرق مختلف مقاومت را تحت تاثير قرار مي دهند.از آنجا كه سنگدانه هاي بزر گتر مساحت پيراموني ويژه كمتري دارند, مقاومت چسبندگي بين سنگدانه ها و خمير كمتر مي شود و مقاومت فشاري كمتر مي شود.استفاده از سنگدانه ها ي بزرگتر باعث مي شود كه حجم خمير كاهش يابدودر نتيجه حجم آن كم مي شود.اين موضوع باعث افزايش تنش در خمير و ايجاد ترك هاي ريز قبل از بار گذاري گردد. اين مسئله در بتن با مقاومت بالا يك عامل بحراني است. تاثير سنگدانه هاي درشت در مقاوت بتن توسط يكي از محققين مورد بحث قرار گرفته است. سنگدانه هاي آهكي مورد بحث داراي دو اندازه 10 و25 ميليمتري مي باشند.در تمام مخلوط ها از يك نوع فوق روان كننده استفاده شده است.در حالت كلي و در يك نسبت آب به سيمان مشخص و ثابت , بتن هاي داراي ريز ترين شن بيشترين مقاومت را دارند.لازم به ذكر است با استفاده از سنگدانه ها با حداكثر اندازه 25 ميليمتر هم مي توان در صورت داشتن طرح اختلاط مناسب به مقاومت فشاري بيش از 70 مگا پاسگال رسيد. اگر چه مطالعات نتايج مفيدي را در بر داشته اند ولي تحقيقات بيشتري لازم است تا شكل سنگدانه ها , بر روي مقاومت و دوام بتن با مقاومت بالا انجام شود.اين موضوع توسط انجمن ACI363 , به عنوان يكي از موضوعاتي كه لازم است بر روي آن مطالعات بيشتري صورت گيرد , شناخته شده است.



خصوصيات خمير

مهمترين عاملي كه مقاومت بتن را تحت تاثير قرار مي دهد, نسبت آب به سيمان مي باشد. اگر چه مقاومت بتن به مقدار زيادي به خاصيت موئينگي خلل و فرج وابسته است, اما اين مئرد را نمي توان به راحتي اندازگيري يا پيش بيني نمود. خاصيت موئينگي خلل و فرج را در يك بتن با تراكم مناسب , مي توان توسط نسبت آب به سيمان يا درجه هيدراتاسيون تعيين نمود. مواد سيماني متمم از قبيل خاكستر بادي , روباره و ميكروسيليس مواد افزوني موثري در توليد بتن با مقاومت بالا مي باشند.اگر چه خاكستر بادي متداولترين ماده افزودني معدني است, اما با استفاده از ميكروسيليس و فوق روان كنندهها مي توان مقاومت قابل حصول را به ميزان قابل ملاحظه اي افزايش داد.
ميزان تاثير ميكروسيليس در توليد بتن با مقاومت بالا به نسبت آب به مجموع ميزان سيمان و ميكروسيليس, مقدار ميكروسيليس , در نسبت هاي پايين آب به سيمان انجام گرفته است . نتايج تحقيقات حاكي از آن است كه مقدار تاثير فوق در تسبت آب به سيمان 0.28 به مراتب كمتر از حالتي است كه اين نسبت برابر 0.48 است.
نحوه كار با افزودني هاي شيمييايي ,به نوع سيمان و مصالح سيماني ديگر موجود در مخلوط وابسته است. تركيباتي كه در موارد زيادي موثر واقع شدند ممكن است در تمام حالات موثر نباشند .


افزايش مقاومت و دماي عمل آوري

افزايش مقاومت بتن با گذشت زمان به مواد تشكيل دهنده و روش عمل آوري آن وابسته است.وجود رطوبت كافي براي اطمينان از ادامه هيدراتاسيون لازم است چرا كه با اين مقدار خلل و فرج موجود به مرور كاهش يافته و مقاومت افزايش مي يابد اگر چه هيدراتاسيون كامل خمير سيمان در عمل غير ممكن است با عمل آوري مي توان به مقدار هيدراتاسيون لازم رسيد.در خمير هاي با نسبت آب به سيمان كم خشك شدگي خودبخودي مي تواند به دليل واكنش هاي هيدراتاسيون و مصرف آب سيستم اتفاق بيفتد در اين حالت براي ادامه واكنش هاي فوق بايد به بتن آب اضافه نمود. تحقيقات نشان مي دهند كه در سنين اوليه بتن هاي با مقاومت بالا نرخ افزايش مقاومت بيشتري دارند در سنين بعدي ميزان اختلاف ناچيز است ازمایش بر روی ۳ نوع بتن كه داراي مقاومت 62 و76 و97 مگاپاسكال بوده اند تا سن 400 روزه نشان داد مخلوط هاي فوق داراي سيمان تنها يا سيمان و خاكستر بادي بوده اند و در برخي از آنها فوق روان كننده وجود داشته اند . اطلاعات بدست آمده نشان مي دهند كه در نمونه هايي كه در شرايط مرطوب به عمل آمده اند مقاومت 56 روزه و 90 روزه به ترتيب حدود 10و15% بيشتر از مقاومت 28روزه مي باشد اگر چه اعداد فوق را در حالت كلي نمي توان پذيرفت ولي به توانايي بتن در رسيدن به مقاومت بالاتر در سنين بعدي مي توان تاكيد كرد. در تحقيقات اخير انجام شده در دانشگاه كارولينا بتن هاي ساخته شده از سنگدانه ها و افزودنيهاي معدني متفاوت مورد بررسي قرار گرفته اند . مقاومت 28 روزه و يك ساله آنها به ترتيب از 48 تا38واز 69تا124 مگاپاسكال بوده اند از كارهاي انجام شده در تعيين مقدار افزايش مقاومت بر حسب درصدي از مقاومت به دست آمده در يك سن خاص اين نتيجه حاصل آمده است كه يك ضريب تنها و ثابت براي پيشگويي مقاومت هاي سنين بعدي از روي سنين اوليه مگر در حالتي بسيار كلي وجود ندارد اين موضوع بدون شك به مقاومت نهايي سنگدانه و ملات ناحيه انتقال يا مقاومت چسبندگي فصل مشترك سنگدانه و ملات و ناحيه انتقال بستگي دارد . مقاومت ناحيه انتقال يا مقاومت چشبندگي فصل مشترك سنگدانه و ملات در بتن هاي با مقاومت بالاتر تابعي از مواد موجود در اجزاي چسباننده و مقاومت نهايي ملات است.تاثير ميكروسيليس در افزايش مقاومت بتن هاي نگهداري شده در دماي 20 درجه سانتيگراد در سنين بين 3تا28 روزگي ديده مي شود.يكي از محققين اندازه گيري مقاومت ها را تا 3 سال ادامه داد و نتيجه گرفت كه ميكروسيليس در افزايش مقاومت نمونه هاي نگهداري شده درآب از 28 روز تا يكسال واز يك تا سه سال تاثير ناچيزي داشته است.
عملآوري در دما هاي بالاتر باعث سريعتر سخت شدن بتن هاي داري ميكروسيليس نسبت به بتن مرجع ميگردد. مدارك موجود نشان مي دهند كه براي اينكه بتن داراي ميكروسيليس بتواند به مقاومت يك روزه مخلوط كنترل معادل برسد بايد در دماي حدود 50 درجه سانتيگراد عمل آوري شود. عمل آوري در دماي زير 20 درجه سانتيگراد باعث مي شود كه بتن هاي داراي ميكروسيليس نسبت به بتن كنترل روند افزايش مقاومت كندتري داشته باشد.ميكروسيليس امكان توليد بتن هاي با حرارت كم را در ترازهاي مقاومتي گستردهاي فراهم مي كند.بنابراين بتن هاي داراي ميكروسيليس در مقايسه با بتن هاي معمولي نسبت به دماي عمل آوري حساستر مي باشند در يكي از تحقيقات اير تاثيرات عمل آوري بر روي بتن هاي داراي ميكروسيليس وخاكستر بادي مطالعه شده است و در آن بتن در معرض 6 نوع عمل آوري متفاوت قرار گرفته است بتن هاي عمل آمده در آب و دماي 20 درجه سانتيگراد در تمام سنين افزايش مقاومت از خود نشان داده اند . بتن هايي كه به مدت 3روز در آب نگهداري شده است و بعد در محيطي با رطوبت نسبي 50% قرار گرفته بودند, مقاومت اوليه بيشتري داشتند اما بعد از 2 تا 4 ماه در مقايسه با بتن مرجع داراي مقاومت كمتري بودند.
نكته كليدي عمل آوري بخصوص در بتن با مقاومت بالا فراهم آوردن رطوبت و درجه حرارت كافي براي ادامه هيدراتاسيون سيمانمي باشد. عمل آوري در آب براي بتن با مقاومت بالا بدليل پايين بودن نسبت آب به سيمان آنها بسيار مفيد است.در نسبت آب به سيمان كمتر از 0.4 اگر آب آزاد وارد سيستم نشود درجه هيدراتاسيون نهايي به مقدار قابل 

ملاحظه اي كاهش مي يلبد.مطا لعاتي بر روي تاثيرات دو نوع شرايط عمل آور ي متفاوت بر روي مقاومت بتن انجام شده است. در روش اول پس از 7 روز نگهداري مرطوب نمونه در محيطي با رطوبت نسبي 50% خشك مي شدندو پس از 28 روز مورد آزمايش قرار مي گرفتند در روش دوم طول عمل آوري مرطوب 28 روزه بوده و بعد از آن نمونه ها در محيطي با رطوبت نسبي 50% قرار مي گرفتند و پس از 95 روز آزمايش مي شدند .در بتن با مقاومت بالا كه به آنها اجازه داده مي شد قبل از تكميل عمل آوري خشك شوند كاهش مقاومت فشاري بيشتري مشاهده مي شد.در ضمن گزارش شده است كه مقاومت بدست آمده در عمل آوري مرطوب نسبت به عمل آوري در گارگاه بالاتر است.

تغيير شكل:

تغيير شكل بتن به خواص كوتاه مدت آن از قبيل مدول الاستيكي و ديناميكي و ظرفيت كرنشي بستگي دارد . خواص وابسته به زمان بتن از قبيل جمع شدگي و خزش نيز در آن موثر ميباشد.

مدول الاستيسيته استاتيكي و ديناميكي:

مدول الاستيسيته در حالت كلي به مقاومت فشاري بتن وابسته است.اين ارتباط به نوع سنگدانه ها نسبت هاي اختلاط شرايط عمل آوري نرخ بارگذاري و روش اندازه گيري بستگي دارد بيشتر اطلاعات موجود به مدول الاستيسيته استاتيكي است چرا كه اندازه گيري آن نسبت به اندازه گيري مدول الاستيسيته ديناميكي به مراتب ساده تر است..

ظرفيت كرنشي:

ظرفيت كرنشي قابل استفاده بتن را مي توان هم در كشش و هم در فشار اندازه گيري كرد.در حالت فشاري ظرفيت فوق را براي بار گذاري محوري و خارج از محور تعيين مينمايد.در حالت كششي ظرفيت كرنشي را مي توان هم براي كشش مستقيم و هم براي كشش غير مستقيم مشخص كرد.


ضريب پواسون :

مقدار ضريب پواسون در بارگذاري يك محوره برابر نسبت كرنش جانبي كرنش در جهت بارگذاري مي باشد. در ناحيه غير خطي به دليل افزايش حجم در نتيجه تركهاي ريز داخلي ضريب پواسون ظاهري ثابت باقي مي ماند و تابعي صعودي ازكرنش محوري مي گردد.اطلاعات آزمايشگاهي بسيار محدودي در زمينه ضريب پواسون در بتن هاي با مقاومت بالاتر و در ناحيه الاستيك در محدوده قابل انتظار براي بتن با مقاومت پايين تر مي باشددر ناحيه غير الاستيكي افزايش كرنش جانبي در بتن هاي با مقاومت بالا كمتر است .اين موضوع نشان مي دهد كه بتن هاي با مقاومت بالا نسبت به بتن هاي معمولي افزايش حجم كمتري دارند بنابراين مي توان گفت كه در بتن هاي با مقاومت بالاتر ميزان تركهاي ريز داخلي كاهش مي يابد. كاهش انبساط نسبي در ناحيه غير خطي به اين معناست كه اثرات تنش 3 محوري بر روي بتن هاي با مقاومت بالاتر متفاوت است به عنوان مثال ميزان موثر بودن آماتورهاي عرضي محدود كننده در بتن هاي با مقاومت بالاتر كاهش مي يابد. اطلاعات قابل ذكري در رابطه با ضريب پواسون در بتن هاي با مقاومت بيش از 80 مگاپاسكال وجود ندارند.


جمع شدگي خزش و خواص حرارتي:

جمع شدگي و خزش تغيير شكل هاي وابسته به زماني مي باشند كه به همراه ايجاد ترك بيشترين نگراني ها را براي طراحان بوجود مي آورند.و در صد اطمينان به پيش بيني هاي آنها را كاهش مي دهند.بتن تنها در برابر بارهاي كوتاه مدت تغيير شكل الاستيك از خود نشان مي دهد و در واقع با گذشت زمان تغيير شكلهايي اضافه و وابسته به زمان در آن ايجاد مي شود.در هنگام طراحي ساختمانها و پلها داشتن مقداري اطلاعات در رابطه رفتار مكانيكي بتن از قبيل تغيير شكلهاي ثانويه و اثرات حرارتي آن الزامي است.در سازه هاي خاص كنترل تركهاي كوتاه مدت و دراز مدت توسط مدل سازي دقيق كرنش ها وتنش هاي سازه در تمام عمر مفيد آن توصيه مي شود.
خصوصيات بتن هاي توانمند از جهات مختلف برتر از بتن هاي معمولي است بطور كلي مي توان گفت كه هر قدر مقاومت فشاري بتن افزايش يابد سلير خواص آن بهتر مي شود.در اين قسمت به بتن هايي كه مقاومت 28 روزه آنهااز 42 مگاپاسكال بيشتر باشد بتن با مقاومت بالا اطلاق مي شود با افزايش ميزان استفاده از بتن با مقاومت بالا علم رفتار وابسته به زمان و خصوصيات حرارتي آنها اهميت بيشتري يافته است چرا بررسي رفتار دراز مدت اين نوع سازه ها لازم است.


جمع شدگي:

جمع شدگي كاهش حجم بتن در طول زمان است اين كاهش در نتيجه تغيير مقدار رطوبت موجود در بتن و تغييرات فيزيكي و شيميايي آن است .اين تغييرات به بارهاي خارجي تنش هاي ايجاد شده توسط آنها مربوط نمي شود. منظور از تورم افزايش حجم بتن در طول زمان است جمع شدگي و تورم معمولا" توسط كرنشي بدون بعد(mm/mm)و تحت اثر رطوبت نسبي و دمايي مشخص معرفي مي شوند.جمع شدگي در درجه اول به بخش خميري بتن مربوط مي شود اما سختي سنگدانه هاي درشت نيز در آن تاثير مي گذارد موثر بودن عوامل متعدد در ميزان جمع شدگي باعث ايجاد مشكل در جداسازي عوامل مختلف و پيش بيني موثر جمع شدگي بدون آزمايش هاي زياد مي گردد.عوامل اصلي موثر بر ميزان جمع شدگي عبارتند از:

سنگدانه ها:

سنگدانه ها به صورت قيدهايي در برابر جمع شدگي خمير سيمان عمل مي كنند بنابراين با افزايش مقدار سنگدانه ها ميزان جمع شدگي كاهش مي يابد.همچنين بتن هاي داراي سنگدانه هاي با مدول الاستيسيته بالاتر و يا سطوح زبرتر مقدار جمع شدگي كمتري دارند.


نسبت آب به سيمان:

با افزايش نسبت آب به سيمان مقدار جمع شدگي نيز افزايش مي يابد.اين پديده به خاطر 2عامل وابسته به هم مي باشد.با بيشتر شدن نسبت آب به سيمان مقاومت خمير و سختي آن كاهش مي يابد و در عين حال افزايش آب اسنعداد بالقوه بتن براي جمع شدگي اضافه مي شود.


اندازه عضو:

مقدار نهايي جمع شدگي با افزايش حجم عضو بتني كاهش مي يابد اما مدت زماني كه پديده جمع شدگي ادامه پيدا مي كند براي اعضاي بزرگتر بيشتر است چرا كه مدت زمان بيشتري لازم است تا اثرات جمع شدگي به قسمت هاي مياني عضو برسند.


شرايط محيطي متوسط:

رطوبت نسبي به مقدار قابل توجهي در مقدار جمع شدگي تاثير مي گذارد و با افزايش آن نرخ جمع شدگي كاهش مي يابد در درجه حرارتهاي پايين تقريبا" مقدار جمع شدگي ثابت باقي مي ماند.


مواد افزودني:

اثرات مواد افزودني مختلف متفاوت مي باشد هر ماده اي كه باعث تغيير ساختار فضاهاي خالي خمير شود مقدار جمع شدگي بتن را تحت تاثير قرار مي دهد. در حالت كلي با بهتر شدن وضعيت فضاهاي خالي مقدار جمع شدگي افزايش مي يابد.بنا به دلايل مختلف با افزايش پوزولانها مقدار جمع شدگي ناشي از خشك شدن عموما" افزايش مي يابد در صورت عمل آ وري كافي پوزولانها ساختار فضاهاي خالي را اصلاح مي كنند استفاده از پوزولانها باعث افزايش حجم خمير نسبي مي شود يكي از دلايل اين موضوع آن است كه وزن مخصوص پوزولانها كمتر از سيمان پرتلند مي باشد و در عمل استفاده از پوزولانهاي با سرعت به كرات در بتن واكنش زايي كمتر (مانند خاكستر بادي گروه براي به دست آوردن مقاومت 28 روزه مشخص يك به يك نبوده است به علاوه از آنجا كه پوزولانهايي مانند خاكستر F استفاده شده اند و نسبت جايگزيني آنها بادي و روباره به بهبود مقاومت اوليه چندان كمكي نمي كنند خمير هاي داراي آنها عموما" در روزهاي اوليه سختي كمتري را دارا مي باشد و اين موضوع باعث افزايش جمع شدگي مي گردد.ميكروسيليس نسبت به ساير پوزولانها كمك بيشتري به مقاومت اوليه بتن مي نمايد اما به دليل اصلاح ساختار فضاهاي خالي در اين حالت نيز امكان افزايش مقدار جمع شدگي وجود دارد مواد افزودني شيميايي غالبا" جمع شدگي را افزايش مي دهد اما اگر اين مواد باعث كاهش تبخير آب موجود در بتن شوند مقدار جمع شدگي كاهش مي يابد كلريد كلسيم كه براي سرعت بخشيدن به گيرش و سخت شوندگي بتن به كار ميرود جمع شدگي را اضافه مي كند مواد هوازا اثر قابل توجهي در مقدار جمع شدگي ندارند.

نوع سيمان:

نوع سيمان فقط در شرايطي همه است كه نرخ افزايش مقاومت نمونه ها را تغيير دهند حتي در اينجا نيز مرتبط بودن عوامل مختلف باعث مشكل شدن جداسازي آنها مي گردد. سيمان زود سخت شونده خيلي سريعتر از سيمان معمولي قدرت باربري مي يابد اما مقدار جمع شدگي آن نيز به علت افزايش مقدار آب و افزايش نرمي ذرات سيمان بيشتر است مي توان از سيمان هاي جبران كننده جمع شدگي براي كاهش و يا از بين بردن تركهاي ناشي از جمع شدگي در بتن هاي مسلح استفاده مي شود.


كربناتاسيون:

جمع شدگي ناشي از كربناتاسيون به دليل واكنش بين دي اكسيد كربن موجود در هوا و هيدروكسيد كلسيم در خمير سيمان بوجود مي آيد مقدار جمع شدگي كل با توجه به زمان وقوع كربناتاسيون و خشك شدن نمونه تغيير مي كند.اگر هر دو پديده فوق به طور همزمان اتفاق بيفتد مقدار جمع شدگي كل كمتر خواهد بود البته مقدار كربناتاسيون در رطوبت هاي نسبي كمتر از 50% به مقدار قابل توجهي كاهش مي يابد.خصوصيات جمع شدگي در بتن هاي با مقاومت فشاري بالا در گزارش به روز ACI خلاصه شده است نتايج اصلي به قرار زير مي باشد :

1-جمع شدگي توسط نسبت آب به سيمان تحت تاثير قرار نمي گيرند اما تقريبا" با نسبت آب به حجم بتن متناسب است .

2-مطالعات آزمايشگاهي و كارگاهي نشان مي دهد كه جمع شدگي در بتن هاي با مقاومت بالا شبيه همان پديده در بتن هاي معمولي مي باشد.

3-جمع شدگي در بتن هاي با مقاومت بالاي داراي مقدار زيادي روان كننده كمتر از جمع شدگي در بتن هاي معمولي است 

4-مقدار نرخ افزايش جمع شدگي در بتن هاي با مقاومت بالا بيشتر است اما بعد از خشك شدن به مدت 180 روز اين اختلاف در بتن هاي با مقاومت بالا و بتن هاي معمولي ساخته شده از دلميت و يا سنگ آهك بسيار ناچيز خواهد شد جمع شدگي بتن توانمند مي تواند در 3 مرحله زير با بتن هاي معمولي تفاوت داشته باشد:جمع شدگي خميري
جمع شدگي خودبخودي و جمع شدگي ناشي از خشك شدن
جمع شدگي در روزهاي اوليه بعد بتن ريزي اتفاق مي افتد در اين مرحله اگر سرعت تبخير رطوبت از سطح بتن بيشتر از سرعت جبران آن توسط لايه هاي زيرين باشد اين پديده بوجود مي آيد خمير بتن هاي توانمند نسبت به اين نوع جمع شدگي حساس تر از بتن هاي معمولي است جمع شدگي ناشي از خشك شدن بعد از اينكه بتن به گيرش نهايي خود برسد و درصد قابل توجهي از واكنشهاي شيميايي ژل سيمان انجام شوند به وقوع مي پيوندند اگر چه به نظر مي رسد كه جمع شدگي ناشي از خشك شدن در بتن هاي با مقاومت بالا به خاطر حجم بيشتر جزء سيماني آن بايد خيلي بيشتر از بتن هاي معمولي باشد اما اين اختلاف چندان هم زياد نيست اين موضوع احتمالا" به دليل افزايش سختي مخلوط هاي قويتر است اطلاعات موجود در زمينه مقاومت اوايه بتن هاي توانمند محدود است جمع شدگي خود بخودي كه در اثر مصرف آب موجود در نمونه براي انجام واكنشهاي شيميايي بوجود مي آيد فقط در بتن هاي با نسبت آب به سيمان خيلي كم اهميت پيدا مي كند در اين زمينه نيز اطلاعات بسيار كمي وجود دارد .

گيرش و سخت شدن:

فعل وانفعالات فيزيكي اصلي ايجاد شده در بتن بعت گيرش و سخت شدن در زير توضيح داده مي شود:


ته نشيني:

قبل از گيرش ذرات تشكيل دهنده بتن به صورت معلق مي باشد سپس به دليل جاذبه يك حركت قائم در اين ذرات بوجود مي آيد و دانه هاي بزرگتر به سمت پايين حركت مي كنند اين موضوع در جالي است كه آب به همراه ذراتي كه رسوب گذاري كمتري دارند به سمت بالا مي روند سپس در سطح بتن يك لايه آب بسيار تميز ظاهر مي شود كه به آن آب انداختگي مي گويند.


انقباض:

حجم هيدرات هاي تشكيل شده در اثر هيدراتاسيون كمتر از مجموع حجم آب و سيمان قبل از واكنش مي باشد با توجه به نوع سيمان اين اختلاف بين 8تا 12% است فرض مي شود كه توانايي جمع شدگي خمير سيمان بين 3تا4%است .


حرارت هيدراتاسيون: 

واكنش هيدراتاسيون بسيار حرارت زاست (در هر گرم از سيمان 150 تا 350 ژول)و در شرايط آدياباتيك حرارت بتن را بين 25 تاk 55 را بالا مي برد. 


خشك شدگي خود بخودي:

فقط قسمتي از واكنش هاي هيدراتاسيون در هنگام پديده گيرش كامل شده است و عمل هيدراتاسيون در داخل خلل و فرج بتن گيرش يافته ادامه پيدا مي كند و در نتيجه مقدار آب در اين فضاها كاهش مي يابد اين موضوع باعث خشك شدگي خودبخودي مي گردد.


خشك شدگي:

اين موضوع در بتن هاي معمولي و در حالتيكه بيش از دو برابر آب مورد نياز براي هيدراتاسيون سيمان به مخلوط اضافه مي گردد تا مخلوط كارايي لازم را داشته باشد بوقوع مي پيوندد اين مسئله در بتن هاي توانمند مطرح نمي شود بعد از باز كردن قالب ها پديده خشك شدن از سطوح در تماس با هواي محيط آغاز مي شود.

گيرش و زود سخت شوندگي جنبشي:

در ابتداي زمان گيرش ذرات جامد در داخل قسمت مايع معلق مي باشند.هيدراتاسيون از سطح دانه هاي سيمان شروع مي شود اين عمل باعث مي شود كه لايه اي از هيدراتها اطراف دانه ها را بگيرد و با ضخيم تر شدن اين لايه ها واكنش هاي هيداتاسيون كندتر مي شوند تشكيل هيدراتها در اطراف ذرات باعث انقباض و به هم پيوستن بلورها مي گردد و در عرض كمتر از يك ساعت بتن به ماده اي جامد و پيوسته تبديل مي شود .
در بتن هاي معمولي هيداتاسيون هرگز متوقف نمي شود لايه هاي هيدراته شده اطراف دانه هاي سيمان به مرور ضخيم تر و نفوذ ناپذيرتر مي گردند و واكنش هاي شيميايي را كندتر مي كنند اما هرگز آنها را متوقف نمي نمايند حتي در بتن هاي بسيار قديمي دانه هاي سيمان هيدراته نشده يافت مي شوند اين موضوع نشان ميدهد كه فعل وانفعالات فيزيكي و شيميايي براي مدت زماني بسيار طولاني ادامه پيدا مي كنند از نقطه نظر ساختار عمليات هيدراتاسيون بعد از گيرش دو نتيجه به دنبال دارد اول اينكه استخوان بندي داخلي بتن به مرور تقويت مي شود و بتن سخت تر مي گردد و دومم اينكه به دليل خشك شدگي خودبخودي به طور همزمان با كاهش تبخير آب از داخل فضاهاي خالي مواجه مي شويم از نظر مكانيكي كاهش آب تبخير شده اثري شبيه به خشك شدن دارد كه عامل اصلي جمع شدگجي استخوان بندي مواد هيدراته شده است .
براي نسبت هاي آب به سيمان كم مقدار جمع شدگي خودبخودي معادل جمع شدگي ناشي از خشك شدن ايجاد شده به دليل كاهش آب مصرف شده در عملات هيدرتاسيون است بنابراين با توجه به مسئله جمع شدگي مي توان گفت كه خمير سخت شده سيمان در مجموع تحت فشار مي باشد اين فشار را مي توان به نيرو هاي اعمال شده توسط ذرات آب نسبت داد كه از كشش سطحي موجود در محل برخورد مايع و بخار بوجود مي آيد پس از گيرش شبكه فضاهاي خالي پر از آب مي شود و پديده خشك شدگي خودبخودي آغاز مي گردد در طي مدت زمان طولاني آب هاي موجود در سيستم به يكديگر متصل مي باشند اين موضوع بدان معنا نيست كه قسمتهاي گازي شكل سيستم به يكديگر وصل نمي باشند در مجموعه شبكه هاي متعدد متصل به هم در هر 3 جهت فضايي وجود دارند و بنابراين تحت اثر فشار(پديده دارسي)سيستم مي تواند تا حدي آزادي حركت داشته باشد با كاهش مقدار آب سهولت حركت قسمت مايع كاهش مي يابد.با پيشرفت پديده خشك شدن سهولت حركت قسمت مايع شديدا" افت مي كند اما اين موضوع تاثيري روي قسمت گازي سيستم نمي گذارد از اين س فعل و انفعالات بطور كامل تغيير مي كند ديگر فشاري در كل مجموعه وجود ندارد كه تمام مولكول هاي آب را به حركت در آورد و فقط به صورت متمركز در نقاط مختلف يافت مي شوند اين موضوع بخاطر وجود حبابهاي هواي محبوس شده است و هر گونه اغتشاش در تعادل فشار گازي باعث حركت حبابهاي هوا در بين مولكولها مي گردد اگر آب وارد قسمت گازي سيستم شود به علت آشفتگي در تعادل سيستمهاي متمركز است اين موضوع در حركتهاي بسيار آهسته تر بوقوع مي پيوندد.تمايل به ايجاد مجموعه هاي متمركز متعادل فقط به اين دليل است كه احتمال حضور مولكول در يك فضاي قابل دسترسي منجر به تابعي يكنواخت مي گردد. عموما" بتن هاي با مقاومت بالا نسبت به خشك شدن سريع بسيار حساس اي باشند در هنگام ساخت يك محافظ هسته اي توسط بتن با مقاومت بالا تركها قبل از گيرش بتن ظاهر گرديده اند اين تركها با عمل آوري در آب به كامل ناپديد مي شود علت اصلي بروز اين تركها خشك شدن مي باشد البته علاوه بر مهم بودن تاثيرعمل آوري در اين مرحله بايد خاطر نشان نمود كه تركهاي ايجاد شده نيز چندان عميق نمي باشند پديده فوق شبيه به ترك خوردن خاكهاي رسي در اثر خشك شدن مي باشد و در واقع اين بتن ها قبل از اينكه گيرش حاصل نمايند ساختاري شبيه به خاكهاي بسيار ريز دانه دارند لازم به تاكيد است كه براي ساختن هر يك از انواع بتن هاي با مقاومت بالا يك نوع عمل آوري مناسب بايد انجام شود در بتنهاي با مقاومت بالا به مسائلي از قبيل حساسيت نسبت به زود خشك شدن (و نياز به عمل آوري موثر)و جمع شدگي خودبخودي سرعتر توجه نمود.


افزايش حرارت:

گيرش سيمان يك پديده شيميايي با حرارت زايي بالاست و هر گرم سيمان بين 150تا350 ژول حرارت توليد مي كند و در شرايط آدياباتيك دماي بتن را بين 25 تا k 55 بالا مي برد گيرش ممكن است در مراحل بعدي و در درجه حرارتي بالاتر نيز اتفاق بيفتد و در اين انقباض هاي متفاوت ايجاد شده به دليل سرد شدن غير يكنواخت باعث ظاهر شدن تركهاي بسيار حادي مي گردد ميزان حرارت هيدراتاسيون ايجاد شده در بتن به مقدار ونرمي و خواص شيميايي (مقدارC3A )سيمان مصرفي مربوط مي شود با افزايش هر يك از عوامل فوق مقدار حرارت ايجاد شده در بتن نيز اضافه مي گردد براي يك نوع سيمان مشخص كاهش مقدار آب درجه هيدراتاسيون را پايين آورده و مقاومت كششي بتن سخت شده را بالا مي برد . حرارت هيدراتاسيون علاوه بر سيمان به نسبت آب به سيمان نيز مربوط مي شود البته در صورت وجود ميكروسيليس به جاي نسبت آب به سيمان نسبت آب به مجموع سيمانو ميكرو سيليس مد نظر است تحقيقاتي با استفاده از كالري متر نيمه آديا باتيك بر حرارت هيدراتاسيون مخلوطهايي از بتن با مقاومت بالا انجام گرفته است نتيجه اين بررسيها نشان مي دهد كه حرارت هيدراناسيون توليد شده به ميزان قابل توجهي به مقدار مصالح موجود در طرح مخلوط مربوط مي شود حرارت هيدراتاسيون در واحد سيمان با كاهش نسبت آب به سيمان از 36/0به 27/0تقريبا" 9%كاهش مي يابد كه تاثير افزايش مقدار سيمان معمولا" بيشتر از تاثير كاهش درجه هيدراتاسيون است همچنين تحقيقات فوق نشان مي دهند كه در نسبت آب به مجموع سيمان و ميكروسيليس 5/0 جايگزيني ميكروسيليس به جاي سيمان به نسبت يك به يك باعث توليد حرارت زيادي مي شود. استفاده از ميكروسيليس باغث كاهش اثر كندگيري و افزايش تند گيري ثانويه مي شود.اين تاثير با W W تغيير نسبت——―—از 5/0 به 27/0 مشاهده گرديد.اگر نسبت —―—―در حدود 5/0 باشد تاثير S+C C+S ميكروسيليس در توليد حرارت مشابه سيمان است اين تاثير با كاهش نسبت فوق كم مي گردد.در نسبت W
——حدود 27/0 ميكروسيليس تاثير چنداني در توليد حرارت ندارد .با توجه به نتايج فوق مي توان گفت كه S+C بتن هاي با مقاومت بالا در هر شرايطي ضرورتا" نسبت به تركهاي حرارتي حساستر نمي باشند بعلاوه اثرات حرارتي براي بتن هاي با ضخامت كمتر 40 سانتيمتر مهم نمي باشد اين مسئله به علت تاثير فوق العاده زياد ابعاد قطعه مي باشد چرا كه نرخ گسترش حرارت با توان دوم ضخامت متناسب مي باشد در سازه هاي خاص و داراي حساسيت بالا نسبت به تركهاي حرارتي مانند مخازن آب بايد در ساخت بتن با مقاومت بالاتر از طرح مخلوط مناسب كه حرارت هيدراتاسيون نسبتا" كمي را توليد مي كند استفاده نمود. 

سخت شوندگي جنبشي:

براي بدست اوردن فرمول هاي بيان كننده رفتارهاي مكانيكي بتن با مقاومت بالا از قبيل مقاومت مدول الاستيسيته جمع شدگي خودبخودي و خزش در مجموع ده مخلوط مورد آزمايش قرار گرفته اند متغيرها شامل

-نسبت آب به سمان (42/0و38/0و33/0و28/0=w/c)

-نسبت حجم خمير(325/0و313/0و286/0و269/0=Vp)

-نسبت ميكروسيليس به سيمان (15/0و1/0و05/0و0=s/c) 

سخت شوندگي جنبشي در سنين اوليه و تا 28 روز توسط مطالعه تاثير سن بر مقاومت فشاري و مدول الاستيسيته مربوط به ده ممخلوط بتن با مقاومت بالا و كنترل مخلوط مرجع مورد بررسي قرار گرفته است با توجه به نتايج روشن مي شود كه سخت شوندگي جنبشي در بتن با مقاومت بالا بطور كامل با ين پديده در بتن معمولي و مخصوصا" در سنين اوليه (تا يك روز)فرق مي كند علت اين موضوع در ابتدا كاهش نسبت آب به سيمان و بعد از يك روز مسئله هيدراتاسيون سيليس مي باشد.

جمع شدگي خودبخودي:

با توجه به مطالعات انجام شده مي توان نتيجه گرفت كه در صورت پايين بودن نسبت آب به سيمان و يا وجود ميكروسيليس جمع شدگي خودبخودي زياد و ترك خوردگي در سنين اوليه اتفاق مي افتد بنابراين در حالتيكه اين تركها مضر مي باشند بهتر است كه مقدار ميكروسيليس را محدود نماييم و نسبت آب به سيمان را خيلي كاهش ندهيم

تشخيص كاربيد سطحي در قطعات چدن خاكستری به روش آزمون غيرمخرب ادي كارنت
يكي از مهم‌ترين مشكلات صنايع چدن‌ريزي بويژه در زمينه قطعاتي كه پس از ريخته‌گري بايد تراشكاري شوند، وجود كاربيد در سطوح مختلف قطعه است كه تراشكاري آنها را مشكل ساخته و به علت سختي بسيار زياد، به تيغه‌هاي تراش صدمه مي‌زند. تاكنون روشي علمي براي جداسازي كاربيد از اين‌گونه قطعات، وجود نداشت. در اين مقاله، سعي شده روشي علمي، سريع، ارزان، غيرمخرب و عملي، ارائه شود. اميد كه راهكاري مؤثر در رفع اين مشكل باشد.
به منظور ريخته‌گري قطعات سالم چدني بويژه قطعات نازك، كوچك و عاري از هرگونه كاربيد سطحي، لازم است عوامل بسيار زيادي از جمله: آناليز شيميايي، طراحي قالب، تعيين نوع قالب، طراحي مناسب سيستم راهگاهي، رعايت سرعت و دماي مناسب بارريزي، استفاده از جوانه‌زاي مناسب و بسياري موارد ديگر رعايت شود. از آنجا كه كنترل مداوم اين عوامل، كاري دشوار است، بويژه در كارگاه‌هاي كوچك، تشكيل كاربيد در تعداد معدودي از قطعات توليدي يك محموله، امري اجتناب‌ناپذير، است. با توجه به امتيازات فراوان آزمون‌هاي غيرمخرب تصميم گرفتم جداسازي اين‌گونه قطعات را با استفاده از روش آزمون ادي كارنت بررسي نمايم كه خوشبختانه به نتايج مثبت دست يافتم، در اين مقاله، پس از توضيح مختصر روش ياد شده، به مشخصات قطعات و اختلاف هدايت الكتريكي و مغناطيسي ناشي از ساختار متالوگرافي آن اشاره شده است.
آزمون ادي كارنت
اساس كار اين آزمون، به طور خلاصه بر مبناي القاي ميدان مغناطيسي و پردازش آن با توجه به خصوصيات متفاوت متالورژيكي و فيزيكي مواد فلزي استوار است. در دستگاه ادي كارنت، يك ميدان مغناطيسي توسط جريان الكتريكي در يك پروب ايجاد مي‌شود. وقتي اين پروب را به نزديك ماده‌اي فلزي، هادي مي‌كنيم، جريان ادي كارنت به آن ماده منتقل مي‌شود. اين جريان القايي در ماده موردنظر، ميدان مغناطيسي متضادي با پروب ايجاد مي‌كند
1

دستگاه به‌طور اتوماتيك، امپدانس را تنظيم مي‌كند و در واقع با اين ماده خاص، كاليبره مي‌شود. هرگونه تغيير در ماده، باعث ايجاد تغييرات آمپدانس مي‌شود و دستگاه، اين تغييرات را چند برابر كرده و به صورت گراف نمايش مي‌دهد. نكته مهم اين است كه براي انجام آزمون، نيازي نيست كه پروب حتماً با ماده مورد آزمايش تماس كامل داشته باشد. حتي مي‌توان به منظور صدمه نديدن پروب، از ورقه‌اي غيرفلزي (مثلاً پلاستيكي) استفاده كرد. در فلزات مختلف، عوامل: قابليت نفوذ مغناطيسي، مقاومت مغناطيسي، پسماند مغناطيسي، پايداري مغناطيسي و نيروي ضد پسماند مغناطيسي از فلزي به فلز ديگر متفاوت است. بر مبناي همين تفاوت‌ها، مي‌توان جهت دسته‌بندي فلزات از آن استفاده كرد. از طرفي، وجود ترك، خوردگي شيميايي، خوردگي سايشي و هرگونه غيريكنواختي از نظر ضخامت قطعه و تغيير ضخامت پوشش، باعث تغيير در عوامل ياد شده مي‌شود و توسط دستگاه ادي كارنت قابل رديابي است. از سوي ديگر، به علت حساسيت بالاي دستگاه، نياز است قبل از شروع به آزمون، آن را با قطعه مورد آزمايش، كاليبره كرد. در اين روش، با افزايش فركانس، افزايش هدايت الكتريكي و يا افزايش قابليت نفوذ مغناطيسي، عمق نفوذ جريان ادي كارنت كاهش و برعكس با كاهش فركانس، كاهش هدايت الكتريكي و يا كاهش قابليت نفوذ مغناطيسي، عمق نفوذ جريان ادي كارنت افزايش مي‌يابد ().
2
مزايا
1.سرعت بسيار بالا. به محض نزديك كردن پروب به قطعه، وضعيت آن مشخص مي‌شود.
2.دقت زياد. حساس بودن به كوچكترين تغييرات متالورژيكي و فيزيكي.
3.آسيب نديدن قطعات مورد آزمايش. تنها اتصال موجود بين قطعه و دستگاه، ميدان مغناطيسي است.
4.سهولت انتقال. به علت سبك بودن تجهيزات، براحتي قابل انتقال است.
5.بي‌خطر بودن براي اپراتور
معايب
1.نياز اپراتور به مهارت كافي (حداقل سطح?2).
2.انحصار آزمون به مواد هادي فلزي
3.عمق نفوذ كم (حداكثر حدود 8 ميلي‌متر) كه بستگي به جنس ماده دارد (شكل2).
4.دشواري آزمون مواد مغناطيسي با اين روش.
كاربردها
1.ترك‌يابي. تشخيص و اندازه‌گيري عمق، اندازه و جهت ترك. مثلاً در شكل 3، عمق ترك‌هاي c, b, a به ترتيب برابر 0.04، 0.02،0.008 اينچ است.
2.اندازه‌گيري ضخامت پوشش‌هاي غيرفلزي و فلزي بر روي فلزات (شكل3).
3
3.طبقه‌بندي مواد براساس جنس آنها (شكل 4 و 15).
4.تشخيص قطعات فلزي عمليات حرارتي شده از قطعات عمليات حرارتي نشده. مثلاً، هدايت الكتريكي آلومينيم T861ا-2024 برابر IACSا38% و O-ا2024 برابر IACSا50% و T4ا-2024 برابر IACSا29% است (.
5.تشخيص ميزان خوردگي، ساييدگي و كوچكترين تغييرات ضخامت.
طرح مشكل موجود
يك شركت ريخته‌گري قطعات خودرو با يك شركت خارجي، قراردادي مبني‌بر توليد قطعه‌اي مشابه شكل 5 منعقد كرد. از آنجا كه شركت خارجي اين قطعات را با CNC تراشكاري مي‌كرد، با توجه به مفاد قرارداد، از تحويل‌گيري قطعاتي كه داراي كاربيد سطحي بودند، امتناع مي‌كرد. زيرا اين نوع قطعات داراي كاربيد، به تيغه‌هاي دستگاه‌هاي تراش صدمه مي‌زد. در محموله‌اي هزار عددي، به‌طور تصادفي چند قطعه داراي كاربيد سطحي مشاهده شد. لذا، شركت خارجي كل محموله را تحويل نگرفت. شركت توليدكننده در پي‌يافتن راه‌حلي غيرمخرب و عملي بود تا ابتدا قطعات معيوب را جداسازي كرده و شركت خارجي را متقاعد سازد كه روش جداسازي آن كاملاً مطمئن است. به مشخصات متالورژيكي قطعات توجه كنيد.
5
1. آناليز شيميايي
عمل آناليز، پس از تهيه پولكي، با دستگاه كوانتومتر انجام شد. نتايج آناليز دو قطعه بر حسب درصد عناصر موجود، عبارت بود از:
سختي‌سنجي
از قطعه كاربيددار و سالم، به روش برينل از سطح (با ساچمه 1 ميلي‌متر و نيروي 30كيلوگرم) و مغز (با ساچمه 10 ميلي‌متر و نيروي 3000 كيلوگرم) سختي‌سنجي به عمل آمد كه نتايج آن به شرح ذيل است
3. ساختار ميكروسكوپي
هر دو نمونه، پس از برش و آماده‌سازي، مورد بررسي متالوگرافي قرار گرفت. نتايج و عكس‌هاي مربوطه در ذيل ارائه شده است:
نمونه كاربيددار (نمونه 1) داراي گرافيت‌هاي نوع A, D, E به‌طور پراكنده در سطح و مغز و نمونه سالم (نمونه 2) شامل گرافيت‌هاي نوع B و A در مغز و كمي نوع E و D در سطح بود (شكل‌هاي 6 و 7). پس از اَچ با محلول نايتال 2 درصد، مشخص شد كه در سطح (نمونه 1) حدود 80 درصد و در مغز حدود 25 درصد و در (نمونه 2) حدود كمتر از 2 درصد كاربيد وجود دارد (.
روش آزمون با دستگاه ادي كارنت
به منظور آزمون، از دستگاه NORTEC 3000 و آزمون بلوك (0ا-Ferrite to 7075) و پروب KHZا1~50 استفاده شد ().
پس از كاليبره كردن دستگاه با شش عدد آزمون بلوك موجود و قرار دادن بر روي دو نمونه چدني كاربيددار (نمونه 1) و سالم (نمونه 2)، منحني هدايت الكتريكي بر طبق نمودار ذيل به دست آمد.
فركانس و شدت، دقت دستگاه به حدي افزايش يافت كه اختلاف نمودار دو نمونه چدني، زياد و قابل تشخيص باشد. پس از تنظيمات فوق و قرار دادن پروب روي دو نمونه چدني، منحني هدايت الكتريكي آنها مطابق با نمودار ذيل حاصل شد. نقطه شروع (10,10) در واقع هدايت الكتريكي هوا دستگاه است.
پس از به دست آمدن عوامل و كاليبره كردن دستگاه بر روي نمونه‌هاي چدني، با قرار دادن پروب روي قطعات، قطعات كاربيددار براحتي از قطعات سالم قابل تشخيص بوده و هر چه ميزان كاربيد بيشتر مي‌شد، نمودار پايين‌تر از خط آبي (كاربيددار Sample 1) و هر چه كاربيد كمتري داشت، گراف بالاتر از خط صورتي (سالم Sample 2) قرار مي‌گرفت.
نتيجه‌گيري
با توجه به نتايج به دست آمده، مي‌توان به آساني و در زماني بسيار كوتاه (حدود 5 تا 10 ثانيه) و نيز بدون تخريب قطعه و انجام عمليات طولاني و پرهزينه متالوگرافي، به وجود كاربيد و حتي ميزان آن در قطعه ريختگي، پي برد. اين آزمون را مي‌توان به تعداد بيشتري از قطعات و در مواقع لزوم به كل توليد، تعميم داد. لزوم بازنگري در روش‌هاي كنترلي كنوني و جايگزيني روش‌هاي غيرمخرب كارامد، بيش از پيش احساس مي‌شود.
منابع:
1. ASM Handbook Vol. 17 Nondestructive Evaluation and Quality Control
2. ASM Specialty Handbook Cast Irons J.R. Davis
3. NDT Resource Center www.ndt-ed.org
4. EDDY CURRENT INSPECTION (The Welding Institute

تست ذرات مغناطيسي، مايعات نافذ ، التراسونيك و توضيحاتي در رابطه با ضخامت سنجها

در اين مطلب شما توضيحات مختصري در رابطه با انواع مختلف تستهاي ذرات مغناطيسي و همچنين توضيحات مختصري درباره مايعات نافذ و تست التراسونيك كه جزء تستهاي غير مخرب محسوب مي شوند را مي خوانيد ، در پايان نيز توضيحات مختصري را در مورد انواع مختلف ضخامت سنجها آورده شده است.

تست ذرات مغناطيسي (MT):
از اين روش مي توان براي يافتن عيوب سطحي و يا نزديک به سطح در قطعات فرومغناطيسي استفاده نمود. در اين تکنيک تمام يا بخشي از قطعه مغناطيس شده و فلوي مغناطيسي از داخل قطعه عبور داده مي شود. هر گاه عيبي در سطح يا نزديکي سطح قطعه وجود داشته باشد باعث نشت فلوي مغناطيسي در قطعه مي گردد و نتيجتا باعث به وجود آمدن دو قطب S,N مي گردد. که با پاشيدن ذرات ريز فرومغناطيسي مانند اکسيد آهن آغشته به مواد فلروسنت بر روي سطح قطعه مي توان ترک را زير نور ماوراء بنفش مشاهده نمود

 

مغناطيس کردن به وسيله کابل (MAGNETIZATION by cable):
گاهي اوقات ابعاد قطعات به اندازه اي بزرگ است که امکان استفاده از کويل امکان پذير نيست. وقتي اين مسئله اتفاق مي افتد يک سيم مسي عايق شده ( روپوش دار) را ميتوان براي ايجاد ميدان مغناطيسي در ماده استفاده کرد. در اين روش سيم (کابل) را به دور قطعه مي چرخانيم ( شبيه کويل ) تا يک ميدان طولي در قطعه ايجاد شود. 

◄ استفاده از روش پراد (Use of prode method):
پراد وسيله اي است که با استفاده از عبور جريان از ميله هاي مسي موجب ايجاد يک ميدان مغناطيسي موضعي مي شود. (Local magnetize)
بطور کلي با روش پراد بيشترين قدرت آشکارسازي براي عيوب موازي خط جوش وجود دارد. 

◄ روش يوک (Yoke):
يوک قطعه اي است فلزي و U شکل با يک سيم پيچ پيچيده شده دور آن که جريان را از خود عبور مي دهد. هنگامي که کويل حامل جريان شود در امتداد قطعه يوک ، يک ميدان مغناطيسي طولي در قطعه تست ايجاد مي شود. در ميدان مغناطيسي ايجاد شده توسط يوک ميدان مغناطيسي خارجي مي تواند ذرات آهن را به شدت جذب کند و جهت بررسي عيوب سطحي به کار مي رود. اگر ذرات آهن در ميدان ميان دو قطب يوک اعمال شود. علائم عيوب سطحي را به آساني مي توان مشاهده نمود. 
جريان متناوب يکي از مناسبترين جريانهاي الکتريکي است که موارد مصرف روزمره دارد به همين دليل از آن استفاده زيادي به منظور منبعي براي تست ذرات مغناطيسي مي باشد.

 

ذرات (Particles ):
ذرات مورد استفاده در تست MT از موادي که به دقت از لحاظ مغناطيس شوندگي ، شکل و قابليت نفوذپذيري انتخاب شده اند مي باشند. اين ذرات، مغناطيس باقي مانده را در خود نگه نمي دارند. اين ذرات از براده هاي تراش کاري هم کوچکترند و در حقيقت اين ذرات شبيه پودر مي باشند . ذرات بر مبناي روشهاي استفاده آنها به دو گروه خشک و تر طبقه بندي مي شوند. 
ذرات مغناطيسي توسط نشت ميدان مغناطيسي جذب مي شوند و تجمع ذرات در محل عيب و نشت ميدان مي توان موجب آشکار شدن علائم عيب شود .
در روش فلروسنت از لامپ UV ( ماوراء بنفش ) که داراي نور مرئي مي باشند و به آن نور سياه نيزگفته مي شود استفاده مي گردد. پس عمليات تست به وسيله روش فلروسنت در نور مرئي انجام پذير نيست. 
ذرات مغناطيسي بايد داراي قابليت نفوذپذيري زياد باشند تا اطمينان از اين که جذب اين ذرات توسط ميدانهاي ضعيف هم صورت مي گيرد حاصل شود و همچنين بايد اين ذرات قابليت نگهداري کم داشته باشند تا مغناطيس باقيمانده در آن کم باشد و اين مواد بايد بلافاصله بعد از قطع ميدان برطرف شوند البته اگر جذب نشتي ميدان نشوند. 
تست ذرات مغناطيسي شامل هفت مرحله اصلي مي باشد که اين مراحل به ترتيب شامل :
1- آماده سازي سطح قطعه 
2- برقرار کردن يک ميدان دايروي در قطعه 
3- بازرسي براي علائم عيوب طولي 
4- برقرار کردن يک ميدان طولي در قطعه 
5- بازرسي براي علائم حاصل از عيوب عرضي 
6- مغناطيس زدايي 
7- تميز کردن کامل سطح قطعه از مواد تست 
کاربرد : در صنايع لوله سازي ، خودرو ، فورجينگ ، هوافضا ، کشتي سازي ، بازرسي فني و غيره و ... 


◄ تست مايع نافذ(PT ):
تست مايع نافذ ، يکي از روشهاي آزمايش غير مخرب است که موجب آشکارسازي عيوب سطحي مي شود و لذا تست مايع نافذ روشي است که در جهت پيدا کردن ناپيوستگي هاي سطحي به کار برده مي شود. عموما همه مواد ( به جز مواد با سطح متخلخل ) را مي توان به وسيله اين روش و به طور معمول تست نمود. 
بطور خلاصه ، روش انجام اين تست به صورت ذيل است :
ابتدا مايع نافذ بر روي سطح قطعه اعمال مي شود. سپس بعد از گذشت مدت زمان معيني ، مايع نافذ اعمال شده از سطح پاک مي شود و ماده ظاهر کننده بر روي سطح اعمال مي شود. بعد از مدت زمان معين ، مايع نافذ نفوذ کرده در ناپيوستگي هاي سطحي بيرون کشيده شده و علائم کاملا مشخص را در روي سطح آشکار مي کند. 
با استفاده از اين روش مي توان عيوبي از قبيل ترکها ، حفرات گازي و درزهاي به سطح رسيده را آشکار نمود.

حال به طور خلاصه مراحل تست مايع نافذ را بررسي مي کنيم :

1- آماده سازي سطح
سطح تست را بايد کاملا تميز نمود و هر گونه عوامل مزاحم و زائد از قبيل آلودگيها ، چربيها، گريس و روغن ، جرقه جوش ، پوسته اکسيدي و ... را بايد از سطح پاک کرد که اين کار را مي توان با کهنه آغشته به مواد پاک کننده و يا در صورت نياز به وسيله برس سيمي يا سنگ جت و يا سندبلاس انجام داد. 

2- اعمال مايع نافذ
بعد از مرحله تميزکاري سطحي ، بايد مايع نافذ را برروي سطح اعمال نمود که اين عمل را با توجه به امکانات و يا شرايط قطعه مي توان بوسيله اسپري کردن ، غوطه وري قطعه در مخزن نافذ و يا به وسيله فرچه رنگ انجام داد. 

3 – پاک کردن نافذ اضافي 
بعد از گذشتن زمان معين ( معمولا بين 5 تا 30 دقيقه ) که بستگي به شرايط سطحي و حساسيت قطعه دارد ، بايد سطح را از مايع نافذ اضافي پاک کرد که اين عمل را عموما با پارچه آغشته به محلول پاک کننده که توسط شرکت سازنده نافذ توصيه مي شود و يا آغشته به آب ( براي نافذ پاک شونده با آب ) بايد به دقت انجام داد ولي بايد توجه کرد که از اعمال محلول پاک کننده به طورمستقيم بر روي سطح تست خودداري شود چون احتمال خروج مايع نافذ از درزها و ناپيوستگي هاي سطحي وجود دارد. و در اين صورت آشکارسازي عيب مختل مي شود. رنگ يک ماده نافذ عموما قرمز است.

4 - اعمال ماده ظاهر کننده بر روي سطح 
اين ماده عموما از ذرات شبيه گچ به طور خشک و يا محلول در اين ماده نفتي تشکيل شده و طبق خاصيت اسمز ( موئينگي ) موجود بيرون کشيدن مايعات نافذ از درزها و ناپيوستگيها مي شود. ( رنگ اين ماده عموما سفيد است ) و لذا علائم حاصل از عيوب ( رنگ قرمز ) در اين زمينه سفيد ( ماده ظاهر کننده ) آشکار مي شود و با وضوح خوبي قابل روئيت مي شود. 

5 – بازرسي 
بايد توجه داشت که عمليات بازرسي را بعد از گذشت زمان معين ( معمولا 15 تا 30 دقيقه ) انجام داد تا از خروج مايع نافذ از درزها توسط ظاهرکننده اطمينان حاصل شود. 
کاربرد : در صنايع لوله سازي ، خودرو، کشتي سازي وبازرسي فني و .....



◄ تست التراسونيک ( UT ):
در اين روش امواج مافوق صوت با فرکانسهاي بالا به درون قطعه فرستاده مي شوند. اين امواج در مواد ( قطعات ) با دانه بندي ريز مي توانند مسافت زيادي را طي کنند. فرکانس مورد استفاده بين 0.1 تا 25 مگا هرتز مي باشد. سرعت صوت در جامدات معمولا بين 1000 تا 6000 متر بر ثانيه مي باشد. به اين ترتيب طول موج صوت مورد استفاده مي تواند بين 0.1 تا 10 ميلي متر باشد. تکنيک کار معمولا بدين صورت است که با قرار دادن پراب بر روي قطعه کا ر امواج صوتي به درون آن فرستاده مي شود که در صورت وجود عيب در داخل قطعه ( به علت تغيير امپدانس ) موجب انعکاس بخشي کل امواج مي گردد. پالس فرستاده شده انعکاسات بر روي صفحه CRT نمايش داده مي شود و با کاليبره نمودن صفحه CRTبر حسب يک پالس مرجع که معمولا انعکاس از ديوار پشت قطعه و يا سطح منعکس کننده مي باشد مي توان فاصله عيب از سطح قطعه را مشخص نمود. در اين روش که به روش A اسکن موسوم است اطلاعات دريافتي به صورت پالس مي باشد که از روي محل پالس روي صفحه نمايشگر و ارتفاع و شکل آن پالس مي توان به موقعيت ، اندازه و ماهيت عيب پي برد البته با تکنيکهاي ديگر که به B,C اسکن موسوم است مي توان اطلاعات دو بعدي و تصوير از سطح مقطع را به دست آورد که اغلب در تستهاي دقيق و پيچيده مورد استفاده قرار مي گيرد . 
کاربرد : در صنايع لوله سازي ، هوافضا ، کشتي سازي و غيره .........

◄ ضخامت سنجها:
جريان گردابي (EDDY CURRENT):
تکنيک جريان گردابي براي اندازه گيري غيرمخرب ضخامت پوششهاي غيرهادي بر روي پايه هاي فلزات غيرآهني استفاده مي شود . يک کويل جريان متناوبي با فرکانس بالا را هدايت مي کند که جهت ايجاد يک رشته (Field) مغناطيسي متناوب بر روي سطح پراب استفاده مي شود . 
زماني که پراب به سطح هادي نزديک مي شود رشته هاي مغناطيسي متناوب ، جريان گردابي را در سطح ايجاد مي کنند. خصوصيات فلز پايه و فاصله پراب از پايه ( ضخامت پوشش ) بر روي ميزان جريان گردابي ايجاد شده تاثير گذار مي باشد. جريان گردابي ايجاد شده يک رشته جريان الکترومغناطيس معکوس خودش را ايجاد مي کند که مي تواند توسط همان کويل اوليه يا يک کويل ثانويه حس شود. اين دستگاه قادر به ذخيره نتايج اندازه گيري شده يا انجام دقيق آناليز اطلاعات و خروجي جهت اتصال به پرينتر و کامپيوتر ميباشد. 
اين قسمت به عواملي همچون صافي سطح، انحنا، ضخامت پايه و نوع فلز پايه و فاصله تا لبه قطعه حساس مي باشد. 

التراسونيک (ULTRASONIC) :
ضخامت سنج التراسونيک جهت اندازه گيري ضخامت پوشش بر روي پايه هاي غير فلزي بدون تخريب پوشش استفاده مي شود. پراب دستگاه شامل يک ايجاد کننده امواج التراسونيک (Transducer) ميباشد که يک پالسي را در سرتاسر پوشش مي فرستد. پالس فرستاده شده از پايه به طرف Transducer منعکس مي شود و به يک سيگنال الکتريکي با فرکانس بالا تبديل مي شود. موج پژواک داده شده جهت تعيين ضخامت پوشش اندازه گيري و آناليز ميشود. 
در اين روش ميزان ضخامت پوشش از رابطه زير به دست مي ايد :
d= vt/2
d : فاصله سطح تا قسمت جدايش ( ضخامت پوشش )
V : سرعت امواج صوت در ماده 
T : زماني که اين مسافت طي شده است .

ميکرومتر (MICROMETER):
در بعضي اوقات از ميکرومتر جهت چک کردن ضخامت پوشش استفاده مي شود. مزيت اين روش اين است که امکان اندازه گيري هر نوع پوششي را بر روي هر پايه اي فراهم مي کند. اما محدوديت اين اين روش اين است که براي اندازه گيري لازم است به سطح پايه بدون پوشش دسترسي داشت. به همين دليل جهت اندازه گيري پوششهايي با ضخامت کم مناسب نمي باشند. در اين روش دو بار بايد اندازه گيري انجام شود ، يک بار با پوشش وديگر بار بدون پوشش . اختلاف بين اين دو ، ضخامت پوشش را به ما مي دهد. 

تستهاي مخرب (DESTRUCTIVE TESTS )
يکي از تکنيکهاي روش مخرب ، برش قسمت پوشش و اندازه گيري ضخامت پوشش با مشاهده قسمت برش به صورت ميکروسکوپي مي باشد. تکنيک ديگر استفاده از ميکروسکوپ درجه بندي شده مي باشد. در اين روش از يک ابزار برشي مخصوص جهت ايجاد حفره کوچک و دقيق v شکل در سرتاسر پوشش و داخل پايه استفاده مي شود. در حالي که فهم اين روش آسان به نظر مي رسد ، امکان اندازه گيري غلط وجود دارد. اين روش نياز دارد تا مهارت کافي پيدا کرده و بتوانيم نتايج را تفسير کنيم. تنظيم کردن لبه بيروني و مرز فصل مشترک ممکن است خطاهايي را ايجاد.

گراويمتريک (GRAVIMETRIC):
در اين روش با اندازه گيري جرم پوشش و منطقه پوشش مي توان ضخامت پوشش را اندازه گيري کرد. ساده ترين راه اين است که قسمت مورد نظر را قبل و بعد از ايجاد پوشش وزن کنيم . زماني که ميزان جرم و منطقه تست تعيين شد ، ضخامت از رابطه زير به دست مي ايد:


T = 10m/Ad 


T = ضخامت بر حسب ميکرومتر 
M = جرم توده بر حسب ميلي گرم 
A = منطقه تست بر حسب سانتي متر مربع 
d = چگالي بر حسب گرم بر سنتيمتر مکعب 

آزمایش خزش
یکی دیگراز آزمایشهای مهم آزمایش خزش و نمودار سه مرحله ایی آن است
آزمون خزش تغيير شكل مداوم در دماهاي بالا را وقتي تنش كمتر از حد تسليم است تعيين مي كند .نتايج اين آزمون در طراحي اجزاي ماشيني كه در دماي بالا قرار دارند اهميت دارد.خزش خاصيت بسيار مهم مواد در كاربرد هاي دماي بالا است و مي توان آن را به صورت ((جريان مداوم و آهسته ي مومسان تحت بار يا تنش ثابت ))تعريف كرد. به طور كلي خزش به آهنگ تغيير شكلي وابسته است كه در دماي كاركرد فلز و تحت تنشهاي پايينتراز تنش فلز ادامه يابد .خزش در هر دمايي رخ مي دهد ولي اهميت خزش به ماهيت ماده و مقدارتغيير شكل مجاز قطعه بستگي دارد .
آزمون خزش همان آزمون كششي است كه در تنش و دماي ثابت انجام مي شود . در اين آزمون از يك وسيله
بسياردقيق اندازه گيري طول ويك وسيله گرم كردن نمونه در شرايط كاملا كنترل شده استفاده مي شود . منحني خزش كل يادرصد ازدياد طول بر حسب زمان رسم مي شود.
منحني( الف) مرحله هاي مختلف خزش را نشان مي دهد . در آغاز بار گذاري ازدياد طول آني كشساني پديد مي آيد. سپس يك مرحله مقدماتي گذرا به وجود مي آيد كه طي آن لغزش و كار سختي در اغلب دانه هاي داراي جهت مطلوب روي مي دهد. آهنگ خزش(مماس بر منحني)ابتدا بالاست و به تدريج تا حداقلي كاهش مي يابد .پس از اين به مرحله دوم يا خزش حالت پايا مي رسيم كه طي آن تغيير شكل با آهنگ تقريبا ثابت
ادامه مي يابد.در طي مرحله بين آهنگ كار سختي و آهنگ نرم شدن ناشي از باز يابي يا تجديد تبلور تعادل به وجود دارد. در بعضي موارد تحت تنشهاي متوسط ممكن است آهنگ خزش بسيار آهسته كاهش يابد و مرحله ثانويه تا مدتي دراز ادامه پيدا كند(منحني ب) ولي اگر تنش به مقدار كافي بالا باشد مرحله سومي نيز وجود دارد كه در آن آهنگ خزش شتاب يابدتا شكست رخ دهد.
بين خواص مكانيكي ماده در دماي معمولي و خواص خزشي آن يا ارتباط اندك وجود دارد و يا هيچ ارتباطي وجود ندارد. به نظر مي رسد كه اندكي تغيير در ريز ساختار و مراحل ساخت بر خزش اثر شديد دارد. اندازه دانه ي فلز عامل مهمي در تعيين مشخصه هاي خزشي آن است در حالي كه در دماي محيط استحكام تسليم و استحكام نهايي مواد دانه ريز از مواد دانه درشت بيشتر است در دماهاي بسيار بالا عكس مطلب فوق صادق است.اين موضوع پذيرفته شده است كه در دماهاي بالا ممكن است مرز دانه ها به صورت مركزهايي براي توليد نابجاييهايي كه مايه ي خزش مي شوند عمل كنند . حضور اتمهاي ماده ي
حل شده حتي به مقدار جزيي از طريق تداخل با حركت نابجاييها در ميان بلور سبب كندي خزش مي شود . عامل موثرتر در كندي خزش وجود فاز دوم قوي و پايداري با پراكندگي خوب است.
برخي از خواص خزشي آلياژهاي گوناگون
فولادهاي ساده كربني و فولادهاي كم آلياژ به طور گستر ده اي در محيطهاي با دماي متوسط به ويژه دماهاي پايينتر از 480درجه سانتي گراد به كار مي روند. در دماهاي پايين به سبب لايه اي بودن كاربيدها افزايش مقدار كربناستحكام خزشي را بهبود مي بخشد. در دماهاي بالا به سبب كروي شدن كاربيدها عكس اين مطلب صادق است و افزايش مقدار كربن موجب كاهش استحكام خزشي مي شود.
ساختار مناسب فولادهاي ساده كربني براي كار در دماي بالا ساختار يكنواخت شده است . ساختار تابكاري شده پايداري كمتري دارد و مايل است به سرعت كروي در آيد و در نتيجه استحكام خزشي
را كاهش مي دهد. استفاده از آلومينيوم به عنوان عامل اكسيژن زدا در فولاد سازي سبب دانه ريزي فولاد
و كاهش استحكام خزشي مي شود
در فولادهاي كم آلياژ كه كمتر از 10درصد عنصر آلياژي دارند. مولبيدن و واناديم مؤثرترين عناصر در افزايش مقاومت خزشي اند مقدار كربن معمولا كمتر از15ر0 درصد نگه داشته مي شود.فولاد با 5ر0 درصد مولبيدن براي لوله هاي حمل مواد نفتي و لوله هاي گرمكن تا 455درجه سانتي گراد به كار برده مي شود بالاتر از اين دما روند كروي و گرافيتي شدن قوت مي گيرد كه با كاهش در استحكام خزشي توام
است.افزودن يك درصد كروم به اين مقاومت در برابر گرافيتي شدن را افزايش مي دهد و اين فولاد براي لوله هاي حمل مواد نفتي و لوله هاي ديگ بخار تا دماي 540درجه به كار برده مي شود 

فرآيند ساچمه زني (Shot Peening)
 ساچمه زنی یک فرآیند کار سرد است که در آن سطح قطعه توسط ذرات ریز نسبتا کروی (ساچمه) تحت ضربات شدید قرار میگیرد. هر گلوله ساچمه مانند یک چکش ضربه زنی کوچک عمل کرده و در سطح قطعه یک گودی یا فرورفتگی ایجاد میکند. برای تشکیل این گودی باید لایه سطحی فلز به نقطه تسلیم کششی خود برسد تا تغییر فرم پلاستیک ایجاد شود. در لایه زیرین سطح٫ ذرات فشرده شده سعی میکنند تا سطح را به حالت اولیه خود برگردانند که در نتیجه یک ناحیه نیم کروی از فلز کارسرد شده که تحت تنش فشاری شدیدی قرار دارد٫ ایجاد میگردد. با ادامه ساچمه زنی و همپوشانی فرورفتگیهای ناشی از برخورد ساچمه ها به سطح٫ یک لایه یکنواخت با تنش فشاری باقیمانده تشکیل میشود.

این موضوع روشن است که معمولا ایجاد و رشد ترکها در ناحیه تحت فشار ممکن نیست. از طرف دیگر تقریبا تمام ترکهای ناشی از خستگی یا خوردگی تنشی از سطح یا نزدیک سطح آغاز میشوند. در نتیجه قطعاتی که ساچمه زنی شده اند٫ دارای عمر کاری بیشتری در اینگونه شرایط میباشند. مقدار تنش فشاری باقیمانده در قطعه در اثر ساچمه زنی حداقل برابر نصف مقدار استحکام کششی ماده میباشد.
در اغلب فرآیندهای شکست زمانبر٫ عامل اصلی شکست٫ تنشهای کششی میباشند. این تنشها میتواند ناشی از اعمال بار خارجی و یا تنشهای باقیمانده در اثر فرآیند ساخت (مانند جوشکاری٫ سنگ زنی و ...) باشد. تنش کششی تمایل دارد تا ذرات تشکیل دهنده قطعه را از هم دور کند و لذا میتواند باعث ایجاد ترک شود. تنش فشاری باعث فشرده شدن مرزدانه های سطحی شده و شروع ترک را بمدت قابل ملاحظه ای به تاخیر میاندازد. از طرف دیگر از آنجایی که رشد ترک در ناحیه تحت فشار بسیار آهسته تر میباشد٫ هرچه عمق سطح فشرده شده بیشتر باشد میزان مقاومت به ترک بیشتر خواهد بود.
ساچمه زنی معمولا برای کاهش اثر تنشهای پسماند ناشی از جوشکاری در فلزات استحکام بالا٫ سازه های تحت بارهای سیکلی و دینامیک و همچنین جوشکاری های ترمیمی قطعات٫ خصوصا مواقعی که امکان تنشزدایی وجود ندارد کاربرد وسیعی دارد.