فهرست مطالب

مهندسی متالورژی و مواد - سال بیست و سوم شماره 2 (پاییز و زمستان 1391)

نشریه مهندسی متالورژی و مواد
سال بیست و سوم شماره 2 (پاییز و زمستان 1391)

  • 82 صفحه،
  • تاریخ انتشار: 1391/09/15
  • تعداد عناوین: 7
|
  • رضا بختیاری، علی جزایری قره باغ، مهدی کیانی، بهزاد بینش صفحه 1
    تنشهای پسماند ناشی از سرد شدن سریع مذاب در فرایند مذاب ریسی (Melt Spinning) را میتوان با انجام عملیات حرارتی آرامش ساختاری در دماهایی پایین تر از دمای تبلور حذف کرد و خواص مغناطیسی را بهبود داد. در این تحقیق، ابتدا نوار بیشکل Fe78Si9B13 (با نام تجاری Metglas2605S2 مورد استفاده در هستهی ترانسفورماتورها) بهروش مذاب ریسی با دیسک مبرد و با ضخامت μm 26 تولید شد و دمای شروع تبلور در آن بهروش DTA و با نرخ گرمایش K/min 20 برابر با °C535 تعیین شد. عملیات حرارتی نوارهای بیشکل درون گاز محافظ و در محدوده دمای °C 560-300 و بهمدت زمانهای 15 تا 60 دقیقه انجام شد. نتایج XRD نشاندهندهی بیشکل بودن ساختار همهی نمونه ها بهغیر از نوارهای تابکاری شده در دماهای °C 500 و °C 560 بودند. در این نمونه ها، فازهای بلوری –Feα، Fe2B و Fe3B شناسایی شدند. اندازه-گیری خواص مغناطیسی با استفاده از دستگاه پسماندنگار نشان داد که القای اشباع آلیاژ با افزایش دما یا زمان عملیات حرارتی افزایش می یابد. ترکیب مناسبی از خواص مغناطیسی در نمونه های بررسی شده با انجام عملیات حرارتی در دمای °C 400 بهمدت زمان 15 دقیقه بهدست آمد.
    کلیدواژگان: بیشکل، مذابریسی، انجماد سریع، Fe78Si9B13، عملیات حرارتی، تابکاری، خواص مغناطیسی، تبلور
  • حمیدرضا سعادتی فر، مهدی میرزایی، سید حسین رضوی، سید محمدعلی بوترابی صفحه 11
    بر روی سطح مذاب آلیاژهای منیزیم بهدلیل داشتن نرخ بالای اکسایش، بهسرعت یک لایهی اکسیدی تشکیل میشود. لایه های اکسیدی در نتیجهی تلاطم سطحی وارد مذاب میشوند، و بهدلیل فصل مشترک ناپیوستهاشان، درون قطعه باقی مانده و بر خواص مکانیکی و اعتمادپذیری قطعات ریختگی تاثیر منفی میگذارند. در این پژوهش، تاثیر سرعت بحرانی و دو سرعت بالاتر از آن بر چقرمگی شکست بررسی شده است. نتایج نشان دادند که افزایش سرعت از میزان بحرانی آن موجب کاهش چقرمگی شکست قطعات میشود، بهطوریکه افزایش سرعت از m/s4/0 (سرعت بحرانی) به m/s0/3 چقرمگی شکست را تا حدود 40 درصد کاهش داد. افزون بر این، با افزایش سرعت ورود مذاب درون قالب تا m/s 0/1 و m/s 0/3، مدول ویبول از میزان 34/13 بهترتیب به مقادیر 28/7 و 93/4 کاهش یافته و پراکندگی نتایج بیشتر شد. تصویرهای SEM نشان دادند که با افزایش سرعت از حد سرعت بحرانی، مقدار و اندازهی لایه های اکسیدی بهشدت افزایش مییابند. افزون بر این، در سرعتهای بالاتر از سرعت بحرانی لایه های دوتایی در سطح مشاهده شدند، و این بهدلیل تلاطم سطحی بسیار بالای مذاب در سرعت های بالاتر بوده است. بررسی سطح مقطع شکست نشان داد که فرایند شکست در نمونهی ریختهگری شده با سرعت بالاتر از سرعت بحرانی از نوع ترد است، درحالیکه سازوکار شکست در سرعت بحرانی از نوع نرم بوده است
    کلیدواژگان: بحرانی، تلاطم سطحی، لایهی اکسیدی، آلیاژ منیزیم AZ91، چقرمگی شکست
  • بهزاد نایبی، مهدی دیواندری، سید امیر آذرمهر صفحه 21
    فلز آلومینیم نسبت به واکنش اکسایش بسیار حساس است، بهگونه ای که هر گاه سطح مذاب آن در معرض هوا قرار گیرد بهسرعت اکسید شده و یک لایهی اکسیدی بر روی آن تشکیل می شود. لایهی اکسیدی تشکیل شده در زمان بارریزی دارای ضخامتی کم و سطوحی چینخورده است. در نتیجهی تلاطم مذاب و تاخوردن لایهی اکسیدی بر روی آن، لایهی اکسیدی دوتایی تشکیل می شود. ورود لایه های اکسیدی دوتایی درون مذاب یکی از مهمترین عوامل تشکیل عیوب ریخته گری است. در پژوهش حاضر، شرایط تشکیل لایهی اکسیدی دوتایی بهروش ساندویچ اکسید- فلز- اکسید بررسی شده است. سطوح تماس حبابهایی که حین انجام آزمایش درون مذاب به دام افتاده اند، برای مطالعهی خواص لایهی اکسیدی جدید بهوسیلهی SEM بررسی شدند. اندازه گیری ضخامت چین خوردگی لایه های اکسیدی در آلومینیم خالص نشان داد که ضخامت لایهی اکسیدی زمان کوتاه در آلومینیم خالص کمتر از 100 نانومتر است.
    کلیدواژگان: لایهی اکسیدی، آلومینیم خالص، اکسایش زمان کوتاه، ساندویچ اکسید، فلز، اکسید، تاخوردگی، چروکیدگی
  • نسیبه ولی بیگلو، رسول آذری خسروشاهی صفحه 33
    با گسترش فناوری نانو و کاهش اندازهی ذرات تقویت کنندهی سرامیکی تا مقیاس نانومتری، خواص مکانیکی مواد مرکب بهمیزان چشمگیری افزایش یافته است. بهدلیل پایین بودن هزینهی تولید، سادگی فرایند تولید و سهولت کنترل ساختار زمینه، ریخته گری مواد مرکب زمینه آلومینیمی مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق، رفتار پیرسختی نانومادهی مرکب حاوی میزانهای متفاوت از ذرات Al2O3 (5/1، 3 و 5 درصد حجمی) بررسی شده است. برای تولید مادهی مرکب با زمینهی آلیاژ Al-4.5wt.%Cu تقویت شده با نانوذرات آلومینا، پس از آسیاکاری مکانیکی مخلوط پودرهای میکرونی آلومینیم و نانوذرات آلومینا و تهیهی پودر ترکیبی، از روش ریخته گری گردابی استفاده شد. با بررسی ریزساختاری نمونه ها، توزیع یکنواخت فاز تقویت کننده و ریزدانگی زمینه بهاثبات رسید. تاثیر ذرات بر خواص مکانیکی مادهی مرکب از قبیل خواص فشاری و سختی، چگالی و سینتیک عملیات حرارتی بررسی شد. نتایج نشان دادند که حضور ذرات آلومینا بهبود قابل توجه خواص را بهدنبال دارد. افزودن ذرات آلومینا به آلیاژ بهعنوان عامل تقویت کننده، رفتار پیرسختی آلیاژ را نیز تغییر داده و با تسریع فرایند پیرسختی منجر به افزایش بیشینهی سختی آن شد.
    کلیدواژگان: نانومادهی مرکب زمینه فلزی، ریخته گری گردابی Al2O3، آلیاژ Al، 4، 5wt، %Cu، عملیات حرارتی پیرسختی
  • سید محمد میرکاظمی، سمیرا گل زردی، واهاک مارقوسیان، علی بیت اللهی، فائزه صدوقی صفحه 45
    در این تحقیق، تاثیر جوانهزای اکسید بیسموت بر جدایش فازی مایع- مایع، رفتارتبلور و خواص دیالکتریک شیشه سرامیکهای سیستم PbO-TiO2-B2O3-SiO2 که بهروش تبلور و تفجوشی پودر شیشه آماده شدهاند، با انجام مطالعات SEM، XRD، DTA و LCR بررسی شده است. نتایج مطالعات ریزساختاری نشان دادند که افزودن اکسید بیسموت باعث جدایش فازی مایع – مایع از نوع تجزیهی اسپینودال است، و این تاثیر زیادی بر فرایند جوانهزنی و رشد فاز نهایی داشته است. نمونه های شیشه در دماهای C 557 تا C 630 بهمدت زمانهای مختلف عملیات حرارتی شدند. نتایج نشان دادند که در حضور اکسید بیسموت، میزان تبلور فاز PbTiO3 افزایش مییابد. در همهی نمونه ها، εr با افزایش زمان عملیات حرارتی افزایش یافت، ولی در نمونهی حاوی جوانهزا که بهمدت 5 ساعت عملیات حرارتی شده بود، میزان εr کاهش یافت. دلیل این رفتار تشکیل احتمالی محلول جامد PT-Bi2O3 ذکر شد. میزان ثابت دیالکتریک و تلفات دیالکتریک شیشه سرامیکها بهترتیب در محدودهی 33 تا 61 و 0.007 تا 0.02 بهدست آمد.
    کلیدواژگان: شیشه، سرامیک، فروالکتریک، تفجوشی پودر شیشه، جدایش فازی مایع، مایع Bi2O3
  • علی فرنیا، شهرام رایگان، حسین عبدی زاده، کاظم حنایی صفحه 59
    در این تحقیق، بازیافت پره های مستعمل توربین از جنس اینکنل 738 بهروش ESR درون یک قالب مسی با آبگرد بررسی شده است. با استفاده از سربارهی مناسب و افزودن آلومینیم فلزی، ترکیب اصلی آلیاژ بدون تغییر حفظ شد، و میزان گازهای اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن در حد قابل قبولی قرار گرفت. برای بررسی تاثیر ذوب مجدد با سربارهی الکتریکی بر ریزساختار، خواص کششی و رفتار پیرسختی آلیاژ، نمونه ها تغییر شکل گرم شدند و سپس عملیات حرارتی انحلالی در دمای °C 1120و پیرسختی در دمای °C 845 برای نمونه های کار شده و ریختگی بهمدت زمانهای مختلف انجام شد. نتایج نشان دادند که ریزساختار، خواص کششی و رفتار پیرسختی آلیاژ در نتیجهی ذوب مجدد با سربارهی الکتریکی مشابه با حالت استاندارد این آلیاژ هستند، و بهاین ترتیب از روش ذوب مجدد با سربارهی الکتریکی میتوان برای بازیافت قراضه های سوپرآلیاژ اینکنل 738 استفاده کرد.
    کلیدواژگان: بازیافت ESR، اینکنل 738، استحکام، پیرسختی
  • مسعود مشرفی فر، امین حکیمی زاد صفحه 67
    ایجاد پوششی از نیکل بر روی سطح ذرات پودری نیترید بر هگزاگونال می تواند مشکل عدم ترشوندگی آنها در ساخت مادهی مرکب را برطرف کند. در این پژوهش، با تغییر شرایط در مراحل آماده سازی یعنی اکسایش، حساس سازی و فعال سازی، تاثیر آنها بر ایجاد رسوب نیکل بر روی سطح ذرات نیترید بر بررسی شده است. مطالعات انجام شده با میکروسکپ الکترونی مجهز به EDS و X-Ray map نشان دادند که انجام عملیات آماده سازی بر روی ذرات BN نقش بسیار مهمی در نشاندن لایهی نیکل بر روی آنها دارد. چرخهی آماده سازی شامل اکسایش در دمای C200 بهمدت یک ساعت، حساس سازی در محلولی شامل g/Lit SnCl210 و ml/Lit HCl30 بهمدت 15 دقیقه و فعال سازی در یک محلول آبی شامل g/Lit PdCl225/0 و ml/Lit HCl30، بهترین شرایط را ایجاد کرد.
    کلیدواژگان: نیترید بر هگزاگونال BN(h)، الکترولس Ni، P، پیش عملیات
|
  • R. Bakhtiari, A. Jazayeri Gharehbagh, M. Kiani, B. Binesh Page 1
    Residual stresses resulting from rapid quenching of molten metal in melt spinning process can be removed by structural relaxation of samples at temperatures lower than the crystallization temperature in order to improve the magnetic properties. In this research, amorphous Fe78Si9B13 ribbons (Metglas 2605S2 used in transformer cores) with the thickness of 26 µm were prepared by chill block melt spinning. DTA measurements on the ribbons heated with the rate of 20 K/min showed that the starting crystallization temperature is 535 °C. The ribbons were then heat treated in a protective gas for 15 to 60 minutes at temperatures in the range of 300-560 °C. XRD results revealed an amorphous structure for all the heat treated samples except for the samples annealed at 500 and 560 °C in which the structure were consisted of three crystalline phases of α-Fe, Fe2B and Fe3B. The measurement of magnetic properties by Hysteresisgraph indicated that the saturation induction increases by an increase in the annealing time and/or annealing temperature. The best combination of magnetic properties was obtained after annealing at 400 °C for 15 minutes.
    Keywords: Amorphous, Melt spinning, Rapid solidification, Fe78Si9B13, Heat treatment, Annealing, Magnetic properties, Crystallization
  • H.R. Saadatifar, M. Mirzaei, S.H. Razavi, S. M. A. Boutorabi Page 11
    Magnesium alloys in liquid-phase condition form surface oxide films due to their high rate of oxidation. Oxide films enter the melt as a result of surface turbulence, and remain inside the workpiece after solidification. The incoherent nature of their interface causes decreases in mechanical properties and reliability of castings. The effect of critical velocity and greater velocities of entering the melt into the die cavity on fracture toughness has been studied in this research. Results indicated that an increase in the velocity decreases the fracture toughness, e.g. an increase of the velocity from 0.4 m/s (critical gate velocity of magnesium alloys) to 3.0 m/s decreases the fracture toughness for about 40%. Furthermore, increasing the velocity of melt entering the mold from 0.4 m/s to 1.0 and 3.0 m/s resulted in a decrease in the Weibull modulus from 13.34 to 7.28 and 4.93, respectively, and consequently, caused the results to be more scattered. SEM micrographs showed that increasing the velocity beyond the critical value increases significantly the quantity and size of the oxide films. Moreover, for the case of speeds greater than the critical value, double-layer films are observable due to considerable surface turbulence of the melt. Analysis of the fractured surfaces also showed that the failure mode of specimens produced using velocities greater than the critical value is of brittle type, whereas it was found to be ductile for the case of critical velocity.
    Keywords: critical velocity, surface turbulence, oxide film, magnesium alloy AZ91, fracture toughness
  • B. Naebi, M. Divandari, S. A. Azarmehr Page 21
    Aluminum is very sensitive to oxidation reactions. If a fresh surface of melt is exposed to air, it oxidizes quickly and an oxide layer covers the melt surface. New oxide films formed in a very short time during casting are thin and folded. The metal surface can be folded and create a double-oxide film as a result of the melt turbulence. The entrance of this double-oxide film into the melt is one of the most important reasons for the formation of crack-like defects during casting. In this work, the characteristics of these new oxide films have been investigated based on the oxide-metal-oxide sandwich technique. To study the futures of new oxide film, the contact area between two adjacent and entrapped bubbles have been examined using scanning electron microscope (SEM). Results showed that the short time oxide films formed in pure aluminum have a thickness less than 100 nanometer.
    Keywords: Oxide film, Pure aluminum, Short time oxidation, Oxide, metal, oxide sandwich, Folded, Wrinkled
  • N. Valibeygloo, R.A. Khosroshahi Page 33
    Using the nanotechnology and decreasing the dimension of reinforcement particles to nanometer, outstanding mechanical properties are achieved in aluminum matrix nanocomposites. Fabrication of aluminum matrix nanocomposites by casting is of great importance because of its simplicity, low cost and ease of the control of matrix microstructure. In this study, the aging behavior of nanocomposite samples with different volume percents nano-particles, i.e. 1.5, 3 and 5%, have been investigated. For production of composite samples with Al2O3 nano-particles using the Al-4.5%wt.Cu alloy as its matrix, mixtures of Al powders (with the particle size of about 35 m) and suitable amounts of alumina powders (about 50 nm in size) were prepared by mechanical alloying process to be used in casting process. Microstructural studies showed a uniform distribution of reinforcements in Al-4.5wt.%Cu matrix in the samples with a considerable grain refining effect on the matrix. The effects of reinforcement particles on compressive properties, hardness, and density of composite samples as well as the kinetics of heat treatment were also investigated. Addition of Al2O3 particles as the reinforcement component to the matrix changed the aging behavior of the samples. The results showed that the addition of nano-sized alumina particles to the matrix accelerates the aging process of the matrix and results in higher peak hardness values.
    Keywords: Metal matrix nanocomposites, Stir casting, Al2O3, Al, 4.5wt.%Cu alloy, Precipitation hardening treatment
  • S. M. Mirkazemi, S. Golezardi, V.K. Marghussian, A. Beitollahi, F. Sadooghi Page 45
    In this study, an attempt has been made to study the effect of Bi2O3 addition as nucleating agent on the liquid-liquid phase separation, crystallization and dielectric properties of samples prepared by sintering and crystallization of powdered glass in PbO-TiO2-B2O3-SiO2 glass-ceramic system using DTA, XRD, SEM and LCR techniques. The results showed that the addition of Bi2O3 resulted in a quite distinct liquid-liquid phase separation, i.e. spinodal decomposition, in as-quenched glass samples with significant effects on the nucleation and crystallization process. Glass ribbons were heat treated at 630-557 C for different lengths of time. Based on the results obtained, it was shown that the addition of Bi2O3 promotes the crystallization of PbTiO3. The dielectric constant (εr) increased in all heat-treated samples with increasing time except for the sample heat treated for 5 hr for which εr, decreased. This behavior was attributed to the formation of PT-Bi2O3 solid solution. The dielectric constant and dissipation factors for the glass-ceramic samples were obtained in the ranges of 33-61 and 0.007-0.02, respectively.
    Keywords: Glass, ceramic, Ferroelectric, Sintering of powdered glass, liquid, liquid phase separation, Bi2O3
  • A. Farnia, S. Raygan, H. Abdizadeh, K. Hanaei Page 59
    In this study, attempts were made to recovery the used turbine blades made up of INCONEL738 by Electro Slag Remelting (ESR) method. Using an appropriate slag and addition of metallic aluminum, the original composition was maintained and the amount of oxygen, hydrogen and nitrogen remained in the acceptable level. In order to explore the effect of remelting with ESR on the microstructure, tensile properties and age hardening behavior of the investigated alloy, the as-cast and wrought samples were solution treated at 1120 °C and aged at 845 °C for different lengths of time. The results showed that the microstructure, tensile properties and age hardening behavior of ESR melted INCONEL738 are similar to corresponding standard values and hence, the ESR method was found appropriate to be used to recovery the INCONEL738 alloy from the used turbine blades.
    Keywords: Recovery, ESR, INCONEL738, Strength, Aging
  • M. Moshrefifar, A. Hakimizad Page 67
    Applying a Ni-P electroless coat on the surface of BN(h) particles has a beneficial effect on their wettability in vortex technique during composite manufacturing. In this investigation, different preliminary treatments consisting of different combinations of surface oxidation, sensitization and activation have been investigated. The results obtained from scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) showed that the preliminary treatment has an important role in deposition of Ni-P on the surface of BN(h) powder. A preliminary treatment consisting of oxidation in 200 ºC for 1 hour, sensitization in 10g/l SnCl2+30ml/l HCl solution for 15 minutes and then, activation in 0.25 g/l PdCl2 +30ml/l HCl solution resulted in the best results.
    Keywords: Hexagonal Boron Nitride (BN(h)), Ni, P Electroless, Pre, Treatment