فهرست مطالب

مهندسی متالورژی و مواد - سال بیست و چهارم شماره 2 (پاییز و زمستان 1392)

نشریه مهندسی متالورژی و مواد
سال بیست و چهارم شماره 2 (پاییز و زمستان 1392)

  • 86 صفحه،
  • تاریخ انتشار: 1392/10/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • حمید خرسند، حسن عبدوس، مصطفی امیرجان صفحه 1
    در این تحقیق، خواص مکانیکی و سازوکار شکست دو فولاد کم آلیاژ متالورژی پودر با باندهای نفوذی شامل Distaloy DH وDistaloy HP، مطالعه شده است. برای اینمنظور، نمونه های استاندارد در دمای C° 1120 بهمدت زمان 30 دقیقه درون محیط N2/H2 تف جوشی شدند. برای بررسی تاثیر سرعت سرمایش از دمای تف جوشی بر خواص نهایی، دو نرخ سرمایش متفاوت استفاده شد. سپس، آزمونهای چگالی سنجی، بررسی های ریزساختاری، شکست نگاری، سختیسنجی، کشش و خستگی بر روی نمونه های استاندارد انجام شدند. بررسی ها نشان داد که میزان حفره ها و مشخصات تخلخل تاثیر قابل توجهی بر خواص مکانیکی فولادهای مورد بررسی دارد، بهطوری که افزایش حدود 5/4 درصد در چگالی فولادهایDistaloy DH (با 2/0 درصد کربن) و Distaloy HP، بهترتیب منجر به بهبود استحکام کششی بهمیزان 44 و 26 درصد و بهبود استحکام خستگی بهمیزان 55 و 47 درصد در این فولادها شد. افزون بر این، یافته ها نشان دادند که نوع ریزساختار و نحوهی توزیع فازهای متالورژیکی نقش موثری بر خواص مکانیکی و بهخصوص رفتار خستگی، دارند. بهترین خواص در فولاد Distaloy HP با 5/0 درصد کربن و چگالی g/cm32/7 با سرعت سرمایش °C/sec 2/1 پس از تف جوشی، مشاهده شد. افزون بر این، مطالعات شکست-نگاری نشان دادند که سازوکارهای عمدهی شکست در نواحی رشد ترک در این فولادها عبارتند از شکست انعطافپذیر (دیمپل)، شکست ترد کلیواژ (رخبرگی) و تشکیل خطوط مواج.
    کلیدواژگان: ساز و کار شکست، خواص مکانیکی، فولادهای نیمه پیش آلیاژ شده
  • مسعود مشرفی فر، امین حکیمی زاد صفحه 15
    در این تحقیق، مادهی مرکب آلومینیم با ذرات فاز دوم از جنس نیترید بور هگزاگونال در سه حالت پودر خام، پودر پوشش داده شده با الکترولس نیکل- فسفر و پودر پوشش داده شده با نیکل- فسفر بر روی پودر آلومینیم، ت شد. ذرات پودر توسط همزن های متفاوت و با سرعت های چرخش مختلف در مذاب مخلوط شدند. آزمونهای کشش و سختیسنجی بر روی نمونه های مادهی مرکب انجام شدند و مادهی مرکبی با بهترین خواص از میان آن ها انتخاب شد. سطح پودرهای آماده-سازی شده برای ساخت مادهی مرکب، آنالیز عنصری بهوسیلهی میکروآنالیزور پراش انرژی پرتوی ایکس (EDAX) انجام شد. افزون بر این، سطح پوشش یافتهی پودر و سطح شکست مادهی مرکب بهمنظور بررسی وضعیت پودر بعد از پوشش دهی و بعد از قرار گرفتن در زمینه، توسط میکروسکپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی شدند. بررسی های انجام شده نشان دادند که پوشش دهی پودر نیترید بور بر روی ذرات درشت تر از جنس زمینه از پوشش دهی الکترولس بهتنهایی بر روی پودر موثرتر است. درصد بهینهی پودر نیترید بور برای افزودن به مذاب آلومینیم برابر با 6 درصد وزنی بهدست آمد. افزون بر این، همزن چهارپره با جریان شعاعی برای ساخت کامپوزیت آلومینیم/نیترید بور بهعنوان یک انتخاب مناسب معرفی شد. در نهایت، نشان داده شد که بر خلاف آلیاژ های تک فازی، استحکام کششی مواد مرکب با سختی آنها متناسب نیست، بهگونهای که با کاهش استحکام کششی، سختی ممکن است افزایش یابد.
    کلیدواژگان: ماده ی مرکب، نیترید بور، آلیاژ آلومینیم A356، الکترولس نیکل، فسفر
  • نرمین منتخب، حسین عربی، محمدرضا ابوطالبی، مهدی علیزاده، صدیقه صادق حسنی صفحه 25
    در این تحقیق، سل سیلیکای کلوئیدی بهروش جانشینی کاتیونی و با استفاده از رزین کاتیونی امبرلیت از محلول بازی سیلیکات سدیم (آب شیشه) تهیه شد. غلظت سل سیلیکای نهایی با ثابت در نظر گرفتن دما و نرخ تیتراسیون اسید و با تغییر مقدار pH غلظت اسید سیلیسیک و محلول بازی اولیه، تغییر کرد. توزیع اندازهی ذرات و پتانسیل زتا برای سلهای کلوئیدی با استفاده از آزمون طیفسنجی نوری دینامیکی (DLS) تعیین شد. نمونه های سنتز شده تحت آزمونهای طیفسنجی جذب اتمی (AAS)، پراش پرتوی X (XRD)، تعیین سطح ویژه و تخلخل سنجی(ASAP) قرار گرفتند و ریزساختار آنها با استفاده از میکروسکپ الکترونی روبشی (SEM) مطالعه شد. نتایج این تحقیق نشان دادند که اندازهی ذرات و پایداری سلهای سیلیکای کلوئیدی متاثر از عواملی نظیر دما، نرخ تیتراسیون اسید، pH، غلظت اسید سیلیسیک و محلول بازی اولیه است. اندازهی بهینهی ذرات سیلیکای سنتز شده در این تحقیق برابر با 26 نانومتر و سطح ویژهی ذرات برابر با m2/g 160 برای نمونهی بهینه تعیین شد.
    کلیدواژگان: سیلیکای کلوئیدی، جانشینی کاتیونی رزین، سیلیکات سدیم (آب شیشه)، اسید سیلیسیک
  • وجیهه خانی، پروین علیزاده صفحه 39
    در این پژوهش، تهیهی شیشه- سرامیک نانوبلور و شفاف میکای لیتیمی بهروش ذوب و ریخته گری بررسی شد. تاثیر دما و زمان بر روی فازهای بلورین، ریزساختار و میزان شفافیت شیشه- سرامیک مطالعه و بررسی شد. بهمنظور دست-یابی به ریزساختاری یکنواخت و نانوبلور، تعیین شرایط بهینه در مرحلهی تبلور ضروری بود. دما و زمان بهینه برای تبلور بهترتیب برابر با C 650 و 15 ساعت بهدست آمد. فازهای موجود در شیشه- سرامیک ها بهکمک پراش پرتوی ایکس (XRD) و ریزساختار آنها بهوسیلهی میکروسکپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی شدند. نتایج نشان دادند که توزیع یکنواخت نانوبلورهای لیتیم- میکا بهاندازهی کمتر از 30 نانومتر در زمینهی شیشه، باعث کسب ترکیبی از خواص مناسب در نمونه می شود.
    کلیدواژگان: شیشه سرامیک، میکای لیتیمی، شفافیت، نانوبلور
  • احمدرضا امینی، علیرضا ذاکری، حسین سرپولکی صفحه 49
    فرایند سرباره ی مصنوعی موجب کاهش درصد گوگرد و فسفر حل شده در فولاد، بهبود فرایند آخال زدایی، محافظت از فلز در برابر محیط و جلوگیری از افت دمای فلز در پاتیل می شود. در پژوهش حاضر، تاثیر افزودن Na2O و SrO به سربارهی CaO-Al2O3-SiO2 بر فرایند گوگردزدایی بررسی شده است. بهاین منظور، سرباره ها در دمای C° 1400 پیش ذوب شدند و فرایند گوگردزدایی در کوره ی القایی فرکانس بالا انجام شد. نتایج نشان دادند که مدت زمان بهینه برای انجام فرایند گوگردزدایی 15 دقیقه است و بازده فرایند گوگردزدایی برای دستگاه سه جزیی 33 درصد و برای دستگاه چهارجزیی با جزء چهارم SrO و Na2O، بهترتیب 34 و 7 میباشد. افزون بر این، بازده گوگردزدایی بهوسیله ی سرباره ی CaO-Al2O3-SiO2-SrO با استفاده از بوته ی درپوش دار تا 77 درصد افزایش یافت.
    کلیدواژگان: سرباره مصنوعی، آلومینا کلسیم، تصفیه ی فولاد، گوگردزدایی، فولاد کربنی ساده
  • زهرا جمیلی شیروان، محسن حداد سبزوار صفحه 59
    با توجه به اینکه نفوذ اکسیژن درون زمینه در طول حرارتدهی نوارهای مادهی بیشکل منجر به افت شدید خواص مغناطیسی نرم آنها می شود، در این پژوهش اکسایش سطحی آلیاژ بیشکل با ترکیب Co67Cr7Fe4Si8B14 (تهیه شده بهروش ریختهریسی نوار عریض (Planar Flow Melt Spinning) در طول فرایند بلورینگی بررسی شده است. ابتدا پایداری حرارتی آلیاژ بیشکل بهروش آنالیز حرارتی افتراقی (DTA) بررسی شد. سپس، نمونه هایی از نوار بیشکل در دماهای مختلف در محدوده دمایی ̊C350 تا ̊C650 با فاصله دمایی °C 50 بهمدت زمان نیم ساعت در محیط گاز آرگون حاوی 0.2 درصد اکسیژن تابکاری شدند. نمونه های تابکاری شده بهکمک پراش اشعهی X (XRD)، میکروسکپ الکترونی روبشی (SEM) و دستگاه آنالیز تفکیک انرژی (EDS) بررسی شدند. نتایج حاکی از تشکیل اکسید سطحی از دمای حدود °C550 بودند. اکسید تشکیل شده از نوع SiO2 با ماهیت بیشکل بود. با افزایش دما تا °C600، بر ضخامت و پیوستگی لایهی اکسیدی افزوده شد، بهگونهای که مانع از شناسایی فازهای تشکیل شده در زمینه در این دما شد. بالاتر از دمای °C600، پوستهی اکسیدی تشکیل شده ناپایدار شد و بهشکل ورقهای درآمد. در این شرایط، نفوذ اکسیژن درون زمینه و ترکیب شدن آن با کبالت و تشکیل اکسید کبالت، مشاهده شد.
    کلیدواژگان: آلیاژ بی شکل، Co67Cr7Fe4Si8B14، بلورینگی، تاب کاری هم دما، اکسایش سطحی
  • لاله رضازاده، مرتضی زند رحیمی صفحه 69
    در این تحقیق، پوشش آلیاژی نیکل- فسفر با روش رسوب دهی الکتریکی بهروش جریان مستقیم بر روی فولاد زنگنزن 304 ایجاد شد. با استفاده از روش طراحی آزمون تاگوچی، تاثیر چگالی جریان، غلظت اسید فسفرو، زمان و pH بر میزان فسفر پوشش بررسی شد. بهمنظور تعیین فازهای موجود و اندازه دانه از روش آنالیز تفرق پرتوی X، بررسی ریزساختار و مرفولوژی سطح پوشش از میکروسکپ الکترونی SEM، تعیین اندازهی ذرات بلورین در پوشش از میکروسکپ الکترونی TEM و نیز، برای بررسی رفتار حرارتی از روشDSC استفاده شد. نتایج نشان دادند که دمای تغییر ساختار در پوشش محتوی 51/2 درصد وزنی فسفر، برابر با C° 1/409 میباشد، و این نشان از پایداری بالای حرارتی پوشش است. این دما با افزایش میزان فسفر به C° 328 رسید. افزون بر این، گرمای آزاد شده حین انجام فرایند تبلور با افزایش میزان فسفر، روند صعودی از خود نشان داد.
    کلیدواژگان: پوشش آلیاژی نیکل فسفر، روش BSC، بی شکل (آمورف)، رسوب دهی الکتریکی، تاگوچی
|
  • H. Khorsand, H. Abdoos, M. Amirjan Page 1
    In the present study, the mechanical properties and fracture mechanisms of two powder metallurgy low alloy steels, i.e. Distaloy DH and Distaloy HP, were investigated. All samples were sintered at 1120 ºC for 30 min in N2/H2 atmosphere. For evaluation of the effect of cooling rate on final properties, samples were cooled from sintering temperature with two different cooling rates. In addition, density, hardness, and tensile and fatigue strengths of the samples were measured and microstructure and fractured surfaces were examined using standard methods. The results showed that pores characterizations, i.e. pores shape and distribution, have strong effects on the mechanical properties of sintered steels. For example, an increase in the density by 4.5% resulted in an increase in the tensile strength by 44% and fatigue strength by 55% for Distaloy DH steel containing 0.2% Carbon. These values for Distaloy HP steel were measured to be 26% and 47%, respectively. The results of experiments as well as those obtained from microstructural examinations for two investigated materials indicated that the type of microstructure and distribution of metallurgical phases affect the mechanical and fatigue behaviour of samples. Distalloy HP steel sample with 0.5%C and 7.2 g/cm3 density after being cooled at 1.2 ºC/sec showed the best mechanical properties among all the samples investigated. Study of fractured surfaces indicated that the major mechanisms in crack growth region of the samples are ductile fracture, brittle fracture and formation of fatigue striations.
    Keywords: Fracture mechanism, Mechanical properties, Semi Pre, alloyed steels
  • M. Moshrefifar, A.Hakimizad Page 15
    In the present investigation, a metal matrix composite consisting of A356 aluminum alloy matrix has been produced by the addition of boron nitride powder with three different conditions, i.e. raw powder, coated powder using Ni-P electroless bath and coated aluminum particles with Ni-P/BN surface composite. Moreover, parameters such as impeller shape and rotation speed have been examined in order to obtain their optimized conditions. Tensile and hardness measurement tests were carried out to choose the composite sample with superior mechanical properties. Surface of the powders were analyzed by EDAX. In addition, surface of the coated powder and the fractured surface of composite samples were examined using scanning electron microscope (SEM). The results showed the optimum value of added powder to be 6% after being coated on aluminum particles using the Ni-P electroless bath. Furthermore, the agitator of four-blade type with a radial flow was found to be a good choice for the manufacture of aluminum/boron nitride composite. It was shown that unlike single phase alloys, tensile strength of composite materials is not proportional to their hardness, e.g. a decrease in the tensile strength may cause an increase in the hardness of the composite.
    Keywords: Composite, Boron Nitride, A356 Aluminum alloy, Ni, P electroless
  • N. Montakhab, H. Arabi, M. Reza. Aboutalebi, M. Alizadeh, S.Sadegh Hassani Page 25
    This study is focused on the formation of colloidal silica by Amberlite cation exchange resin via alkaline water glass solution (Na2SiO3). Concentration of the colloidal silica and pH value of the solution was controlled by using different amounts of alkaline sodium silicate solution and silicic acid concentrations in constant temperature and titration rate of silisic acid. The colloidal silica formed at these conditions was characterized by Dynamic Light Scattering (DLS), Particle size Analysis, Zeta Potential Analyzer, Atomic Absorption Spectroscopy (AAS), Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Powder Diffraction (XRD) and Accelerated Surface Area and Porosimetry Analyzing (ASAP). The results showed that the average particle size of colloids and their stability were also influenced by above-mentioned parameters including temperature, titration rate of silicic acid, pH value, silicic acid concentration and alkaline sodium silicate solution concentration. Results also showed an average particle size of 26 nm and a fairly large BET surface area of about 160 m2/g for these colloidal dispersions.
    Keywords: Colloidal Silica, Cation Exchange Resin, Sodium Silicate (water glass), Silisic Acid
  • V. Khani, P. Alizadeh Page 39
    In this study, the preparation of transparent glass-ceramics with lithium-mica nanocrystals by melting-quenching method was investigated. The effect of heat treatment time and temperature on the crystalline phases, microstructure and transparency of the samples were studied. In order to obtain a fine microstructure, an optimum condition for heat treatment has been found to be very important in controlling the crystallization process. The optimum condition of crystallization process was obtained by heating at 655˚C for 15 hours. The crystallization process of glasses was investigated by DTA, XRD and SEM techniques. Transparent glass-ceramics in which a large amount of lithium-mica with the particle size of less than 50 nm was separated, was prepared using the optimum conditions of heat treatment.
    Keywords: Glass, ceramic, Lithium, mica, Transparency, Nanocrystal
  • A. R. Amini, A. R. Zakeri, H. Sarpoolaky Page 49
    Synthetic slag process decreases sulfur and phosphorus contents of steel, improves inclusion removal, protects steel from atmosphere and prevents temperature drop of the liquid steel in the ladle. In this study, the synthetic slags of ternary CaO-Al2O3-SiO2,and quaternary CaO-Al2O3-SiO2-Na2O and CaO-Al2O3-SiO2-SrO systems were pre-melted and then were kept in contact with the liquid steel in a high frequency induction furnace. The results showed that the optimum reaction time for desulfurization is 15 minutes and the desulfurization efficiency for ternary slag is 33% whereas for the SrO- and Na2O-containing quaternary slags are 34% and 7%, respectively. Furthermore, it was shown that the desulfurization efficiency for SrO-containing slag can be obtained more than doubled (from 34% to 77%) by employing covered crucibles.
    Keywords: Synthetic Slag, Calcium Aluminate, Steel Purification, Desulfurization, Plain Carbon Steel
  • Z. Jamili, Shirvan, M. Haddad, Sabzevar Page 59
    Deterioration of soft magnetic properties of amorphous ribbons happens when oxygen atoms diffuse in matrix during heat treatment. In this research, surface oxidation of Co67Fe4Cr7Si8B14 amorphous ribbons prepared by Planar Flow Melt Spinning (PFMS) process during crystallization was investigated. In the first step, thermal stability of the ribbons was studied by Differential Thermal Analysis (DTA). Amorphous samples were then annealed isothermally in argon atmosphere with 0.2% oxygen for 30 minutes at the temperature range of 350-650 ºC with 50 ºC interval. Heat treated samples were studied by X-Ray Diffraction (XRD) analysis, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) analysis. According to the results, surface oxidation started around 550ºC. The oxide was found to be SiO2 with amorphous structure. An increase in the temperature up to 600ºC, no crystalline phases was recognized by XRD in the sample annealed at this temperature, which can be attributed to increasing the thickness and continuity of the oxide layer. For the temperatures above 600ºC, the instability and discontinuity of the oxide layer were observed in some areas. In these areas, oxygen diffused in the matrix and combined with cobalt as CoO, was also observed.
    Keywords: Amorphous alloy, Co67Fe4Cr7Si8B14, Crystallization, Isothermal annealing, Surface oxidation
  • L. Rezazadeh, M. Zandrahimi Page 69
    In this study, nickel-phosphorus coating was prepared by electrodeposition technique on the 304 stainless steel substrate. The effects of current density, phosphorous acid concentration, time and pH on the phosphorous content was investigated using Taguchi method. A uniform amorphous-nanocrystalline structure (Ni-12%P) was obtained. SEM, EDS, TEM and XRD were used in order to study the surface morphology, chemical composition and phase structure. Based on the DSC results, the thermal behaviour of coatings with different phosphorus contents was analyzed and the relationship between the structure and temperature was determined. The results showed that at the temperature of 409.1 °C, the structure of coating (Ni-2.51%P) changed from amorphous to crystalline with a greater thermal stability. The transformation temperature decreased to 328° C by an increase in the phosphorous content.
    Keywords: Ni, P alloy coating, DSC method, Amorphous, Electrodeposition, Taguchi