قطعات سوپرآلياژي کاربردهاي متنوع و وسيعي در صنايع مختلف از جمله ايمپلنتها، صنايع زيردريايي، هوافضا و غيره دارند، اما كاربرد عمدة سوپر آلياژها، در پرههاي توربينهاي گازي است. اين توربينها در سه وزارتخانة دفاع، نفت و نيرو داراي اهميت فوقالعادهاي ميباشند. ساخت پرههاي اين توربينها نياز به توانايي بالايي از لحاظ تكنولوژي دارد.

روشهاي توليد
قطعات سوپرآلياژي، به دو روش عمده توليد ميشوند:

الف) روش ريختهگري دقيق: اين روش، عمدتاً براي توليد پرههاي ثابت و متحرک توربين استفاده ميشود. به اين دسته از محصولات، "قطعات سوپرآلياژي ريختگي" (Cast Super alloy) ميگويند.

ب) روش شکلدهي: اين روش، شامل فرآيندهايي چون فورج و نورد است و محصولات آن از قبيل ديسک، ورق، ميلگرد، لوله و مفتول مي­باشد. به اين گروه از محصولات، قطعات سوپرآلياژي کارپذيرگفته ميشود.

در روش ريختهگري، مهمترين تجهيزات مورد نياز يک کورة تحت خلاء است، ولي در مورد روش شکلدهي، معمولاً تجهيزات پيچيدهتر است. البته در حال حاضر امکانات وسيع شکلدهي در سطح کشور وجود دارد و مشکل اصلي در اين بخش، ضعف در دانش فني است.

توليد قطعات سوپرآلياژي به روش ريختهگري

براي توليد يک قطعة سوپرآلياژي به روش ريختهگري بهخصوص پرة توربين که مهمترين قطعه سوپرآلياژي است، چهار مرحله بايد انجام شود:

1- مهندسي معکوس (جهت تهية نقشه و مشخصات فني(

2- ساخت قالب و ريختهگري دقيق

3- ماشينکاري قطعات ريختهشده

4- پوششدهي

اين چهار مرحله براي توليد پره، به خصوص "پرههاي متحرک" رديف اول و دوم بايد انجام شوند. البته "پرههاي ثابت" ممکن است بخش پوششدهي را نداشته باشند. همچنين پرههاي متحرک در رديفهاي سوم و بالاتر در بعضي موتورها ممکن است از طريق فرايند فورجينگ توليد شده و پوشش نداشته باشند. همچنين براي ايجاد هر صنعت، سه عامل تجهيزات، نيروي انساني ماهر و دانش فني، لازم است كه با توجه به اين سه عامل، ميتوان به بررسي وضعيت کشور در مورد مراحل چهارگانة فوق و نيز مشکلات آنها پرداخت:

1- مهندسي معکوس

در اينجا منظور از مهندسي معکوس فرايندي است که در آن از تعدادي نمونه موجود، مشخصات فني و نقشههاي مورد نياز براي توليد و ساخت نمونههاي مشابه بدست آيد.

اين فرايند شامل اندازهگيريهاي ابعادي به وسيله CMM و دستگاههاي مخصوص ديگر و سپس تهية نقشه ميباشد. تجهيزات لازم، تقريباً در کشور موجود بوده و CMM و نرمافزارهاي مورد نياز نيز موجود است. نياز اصلي به نيروي انساني متخصصي است که توانايي Surface modeling با دقت کافي را داشته باشد.

مشکلي که در توليد پرههاي توربين وجود دارد، اين است که پره، محصول نهايي نيست بلکه محصول نهايي "توربين" است و پرهها بايد طوري دقيق ساخته شوند، تا وقتي تعداد زيادي پره در توربين نصب ميشوند شرايط لازم را ايجاد نمايند. ممکن است قطعه توليد شده چيزي شبيه به پره اصلي باشد، اما رعايت تلرانسهاي مجاز، بالاخص در نقاط حساس پره، نيازمند تجربه کافي است. تلرانسهاي قسمت­هاي مختلف پره بالاخص در نقاط حساس بر توان خروجي موتور بويژه در موتورهاي هوايي تا‌ثير تعيينکنندهاي دارد.

براي حل اين مشکلات و تربيت نيروهاي ماهر، بايد انتقال دانش فني لازم انجام شود و اين دانش فني بايد از شرکتهايي انتقال يابد که داراي اعتبار بينالمللي در اين زمينه هستند. معمولاً شرکتهايي توانايي اين کار را دارند که از اطلاعات OEM بهرهمند باشند؛ يعني با طراحي موتور آشنا بوده و تلرانسها را بدانند، حساسيتها را بشناسند و با پارامترهايي که بايد از نظر ابعادي کنترل شوند، آشنايي داشته باشند.(رجوع شود به: نقد و بررسي روش انتقال تکنولوژي پره‌هاي توربين(

با توجه به مطالب بالا شايد اين تصور پيش آيد که بحث مهندسي معکوس منتفي است، چون نيازمند دانش طراحي و ساخت توربين است. اما بايد توجه کرد که در قطعات با حساسيت كم و نيز توربينهايي که قدرت پاييني دارند، براحتي ميتوان مهندسي معکوس را پياده كرد. براي قطعات بزرگ و حساس و به خصوص پره هاي هوايي اين نکات قابل چشمپوشي نيست و بايد با شرکتي که توان کافي را دارا باشد، همکاري شود. فعاليتي که در اين بخش در کشور انجام شده روي پره هاي کوچک و ساده بوده که در آنها حفره هاي خنک کننده وجود ندارد.

2- ريختهگري دقيق

در ريختهگري دقيق، ابتدا قالب موم ساخته شده و سپس قطعات از جنس تزريق شده و پس از مونتاژ روي خوشه مومي پوسته سراميک ايجاد ميشود. در مرحله بعد موم تبخير شده و پوستة سراميكي بعنوان قالب عمل كرده و ريختگري انجام ميگردد.

براي ساخت قطعات کوچک، دو کورة دوچمبره (Double chamber vim) موجود است. اما براي ساخت قطعات بزرگتر نياز به کورههايي با ظرفيت بالاتر است. در حال حاضر براي ظرفيتهاي بالا، در داخل كشور فقط دستگاه تک چمبره وجود دارد که معمولاً براي توليد شمش به صورت نيمه صنعتي بکار ميرود. تاکنون چند قطعه بصورت آزمايشگاهي ريختگري شده است. در اين راستا چند بازديد انجام شده و امکاناتي نيز وارد شده است ولي اين امکانات جهت توليد انبوه جوابگو نيست.

موضوع حايز اهميت ديگر اين است که در فرايند ريختگري پارامترهاي بسياري از جمله پارامترهاي محيطي مثل رطوبت، دما و غيره دخيل است که تجهيزات خاصي را جهت كنترل نياز دارد. در شرکتهاي معتبر اين پارامترها از طريق سيستم کنترل مرکزي تنظيم ميشوند که بايد روي اين موارد کار شود. از نظر دانش فني قلب فرايند ريختگري ساخت قالب سراميکي بويژه براي پره هاي نازک و ماهيچهخور است.

از نظر نيروي انساني، در اين 10 سال خوب عمل شده است اما از نظر دانش فني بايد روي قطعات مورد نظر با دقت کار شود، چون توليد قطعات به اين روش دشواري خاص خود را دارد.

البته براي توليد قطعات ساده و با ضخامتهاي زياد (توربينهاي قديمي و صنعتي) که از نظر تلرانسهاي ابعادي حساسيت کمتري دارند، مشکل چنداني وجود ندارد. اما در مورد قطعات نازك و قطعات ماهيچهخور و سوراخدار پيچيدگيها و حساسيتهاي خاص وجود دارد. از آنجا که در ريختهگري دقيق، دانش پاية آن موجود است، در بحث دانش فني بايد بيشتر به نکات پيچيده و ظريف توجه شود. يعني بعد از اين بايد براي کسب دانش فني قطعات نازک، قطعات پيچيده و قطعات بزرگ داراي حساسيت بيشتر، تلاش شود. قطعات پس از ريختگري معمولاً بايد تحت عمليات HIP قرار گيرند. به دليل عدم وجود تجهيزات مورد نياز در حال حاضر قطعات ريختگي در خارج از کشور HIP ميشوند.

3- ماشين‌كاري

قطعات سوپرآلياژي بعد از ريختگري بايد ماشينکاري شوند که نقشه ها و دستورالعمل هاي لازم از طريق مهندسي معکوس آماده ميشود. ماشين‌كاري سوپرآلياژها صنعت مربوط به خود را دارد. سوپرآلياژها و بخصوص آنهايي كه ريختگري مي‌شوند، بسيار سخت و محكم مي­باشند. در 10 سال گذشته براي تراشكاري‌هاي ساده، تجهيزات خوبي خريداري شده است و دانش فني آن در حال تکميل و توسعه مي‌باشد و تقريباً در تراشكاري پرة ريخته شده، مشكلي وجود ندارد.

اما تكنولوژي بعدي مورد نياز در اين قسمت، تکنولوژي سوراخكاري پره ها به روش الکتروشيميايي جهت ايجاد سوراخهاي خنک کننده هوا روي پره ها مي‌باشد. در اين بخش فعلاً دانش فني و تجهيزات لازم موجود نيست و وزارت نيرو در حال وارد كردن تكنولوژي آن است. در حال حاضر شركت‌هاي داخلي براي سوراخكاري قطعات، آنها را به خارج از كشور ارسال مي‌كنند.

4- پوشش‌دهي

براي پوشش‌دهي در كشور، دو مركز خوب موجود است. يك مركز در "صها" است كه پوشش‌دهي پره‌هاي هوايي را انجام مي‌دهد و با استانداردهاي 30 سال پيش كار مي‌كند. مشكل اين مركز، قطع ارتباط با صنعت مادر خود و عدم بهروزكردن استانداردهاي خود است. مركزي نيز در کرج وجود دارد که روي پوششدهي پره‌هاي صنعتي وزارت نيرو مشغول فعاليت است.

مطلب قابل توجه در اينجا، حرکت به سمت پوشش‌هاي جديد است. در حال حاضر قطعاتي در داخل کشور وجود دارند که با "پلاسما اسپري" تحت خلاء، پوشش داده مي‌شوند. هرچند که تجهيزات آن قبلاً خريداري شده است، ولي به طور متمرکز روي آن کاري صورت نگرفته است، لذا برنامهريزي در اين زمينه نيز ضروري است


امین و امیر وزیریان:مسئولین کارگروه متالورژی کانون دانش پژوهان طلیعه خوزستان