فهرست مطالب

مهندسی متالورژی و مواد - سال بیست و هشتم شماره 1 (پاییز و زمستان 1395)

نشریه مهندسی متالورژی و مواد
سال بیست و هشتم شماره 1 (پاییز و زمستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/12/23
  • تعداد عناوین: 9
|
  • علمی و پژوهشی
  • احمد رحیمی، شمس الدین میردامادی، سید حسین رضوی، سید مهدی عباسی صفحات 1-12
    هدف از تحقیق حاضر بررسی اثر عملیات حرارتی شامل عملیات انحلالی و پیرسازی بر ریزساختار سوپرآلیاژ پایه نیکل ریختگی IN100 شامل اندازه، کسر حجمی و مورفولوژی فازγ^ˎ اولیه و انواع کاربیدها می باشد. بدین منظور عملیات حرارتی با سیکل های انحلالی متفاوت و پیرسازی ثابت روی نمونه های شمش ریختگی این سوپرآلیاژ انجام گرفت و ریزساختار نمونه ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و نوری بررسی شد. نتایج نشان داد نمونه ای که سیکل عملیات انحلالی کامل در 2 ساعت و 1210 درجه سانتیگراد را قبل از انحلال جزئی در 4 ساعت و 1080 درجه سانتیگراد و پیرسازی در 10 ساعت و 900 درجه سانتیگراد طی کرده است، ریزساختار مناسبی از نظر مورفولوژی، کسر حجمی و اندازهγ^ˎ را دارا می باشد. در این نمونه مورفولوژی فاز رسوبی/ اولیه به حالت مناسب مکعبی رسیده و همچنین درصد حجمی این فاز حدود 45 درصد است که در مقایسه با دیگر نمونه ها افزایش قابل توجهی دارد. کاربیدهای مرزدانه ای در طی این سیکل به صورت منقطع تشکیل و کاربیدهای MC مورفولوژی مناسب کروی را بدست می آورند. همچنین، نتایج نشان داد در بین دماهای مختلفی که در این تحقیق برای انحلال فاز رسوبی در زمان ثابت 2 ساعت مورد بررسی قرار گرفت، دمای 1210 درجه سانتیگراد ریزساختار مناسب از نظر اندازه و مورفولوژی فازγ^ˎ اولیه را به همراه دارد.
    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ پایه نیکل ریختگی IN100، عملیات حرارتی انحلالی، γ^، اولیه، کاربیدها، دمای انحلال
  • سعید مجیدی، شهرام خیراندیش، مجید عباسی صفحات 13-22
    در این مقاله اثر افزودن 3/2 درصد وزنی آلومینیم بر تغییرات ریزساختار و خواص کششی فولاد پرمنگنز آستنیتی با ترکیب Fe-18Mn-0.6C بررسی شد. به این منظور، نمونه ها به صورت شمش به روش ریخته گری دقیق تولید شدند و پس از همگن سازی، نورد گرم انجام شد. آزمون کشش در دمای محیط انجام شد. همچنین مطالعات میکروسکوپی به وسیله میکروسکپ های نوری و الکترونی روبشی روی ریزساختار و سطوح شکست انجام شد. نتایج نشان داد که آلومینیم سبب بزرگ تر شدن دانه های آستنیت می شود. همچنین افزودن 3/2 درصد وزنی آلومینیم باعث افزایش استحکام تسلیم و تغییر طول مومسان، کاهش حد نهایی کشش شده و پدیده دندانه ای شدن حین تغییرشکل مومسان را حذف می کند.
    کلیدواژگان: فولاد TWIP، آلومینیم، انرژی نقص در چیده شدن، دوقلویی مکانیکی
  • سمیرا مرتضایی، علیرضا مشرقی صفحات 23-36
    در این تحقیق فولادهای آلیاژی با سختی های متفاوت مورد آزمایش خستگی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که حد خستگی با افزایش سختی تا 400 ویکرز افزایش و در مقادیر بیش از 400 ویکرز دچار افت می گردد. مشاهدات سطح شکست نمونه های فوق توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که در اکثر نمونه ها، ناخالصی های غیر فلزی منشا شروع شکست خستگی می باشند. با پیش بینی شدت تنش آستانه kth∆ و مطابقت آن با مشاهدات میکروسکوپ الکترونی روبشی ناشی از سطح شکست نهایی و مقایسه با حد خستگی فولاد، می توان توجیه مناسبی بر تاثیر سختی زمینه بر رفتار خستگی فولاد و رابطه ای بین آن دو ارائه کرد.
    کلیدواژگان: استحکام خستگی، ناخالصی های غیر فلزی، ضریب شدت تنش
  • منصوره طاهری، محمدرضا ابوطالبی، سید حسین سیدین، باقر محمدصادقی صفحات 37-50
    یکی از مهم ترین فرایندهای تغییرشکل پلاستیک شدید، فشردن در کانال های هم مقطع زاویه دار است. این روش دارای مزایای زیادی از جمله ریزدانگی بسیار شدید است. در این پژوهش، فرایند فشردن در کانال های هم مقطع زاویه دار آلیاژ آلومینیوم 6061 توسط نرم افزار آباکوس شبیه سازی و توزیع کرنش در نمونه استخراج شد. سپس ریز ساختار نمونه آنیل شده پس از فشردن در کانال های هم مقطع زاویه دار، توسط روش مونت کارلو، در محیط نرم افزار متلب، شبیه سازی و متوسط اندازه دانه نهایی پیش بینی گردید. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که با افزایش ناهمگنی توزیع کرنش در سطح نمونه فشرده شده در کانال های هم مقطع زاویه دار، ناهمگنی اندازه دانه ها در ریز ساختار نهایی پس از آنیل نیز بیشتر خواهد شد. همچنین، با افزایش زاویه کانال قالب، متوسط اندازه دانه نهایی پس از آنیل افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: آلیاژ آلومینیوم 6061، فرایند فشردن در کانال های هم مقطع زاویه دار، اجزاء محدود، مونت کارلو، اندازه دانه
  • محمدحسن عوض کننده قراول، محسن حداد سبزوار صفحات 51-72
    در این تحقیق جدایش میکروسکوپی در آلیاژهای دوتایی آلومینیوم- مس حاوی 2/2، 7/3 و 8/4 درصد وزنی مس با استفاده از آنالیز حرارتی تفاضلی و مدل سازی عددی بررسی شد. آلیاژهای مورد نظر با استفاده از یک کوره آنالیز حرارتی تفاضلی با قابلیت کوینچ نمونه ها ذوب و با سرعت های 008/0 و 083/0 درجه بر ثانیه منجمد و از دماهای معینی در حین انجماد کوینچ شدند. شکل گیری ریزساختار و جدایش میکروسکوپی با در نظر گرفتن و بدون در نظر گرفتن تهی جاهای اضافی به صورت عددی مدل سازی شد و مشخص گردید که در نظر گرفتن تهی جاهای اضافی در مدل سازی منجر به توافق بهتر نتایج مدل سازی با نتایج تجربی می شود.
    کلیدواژگان: آلیاژهای آلومینیوم- مس، جدایش میکروسکوپی، آنالیز حرارتی، تهی جاهای اضافی
  • پژمان صارمی، مسعود کثیری صفحات 77-86
    با توجه به ویژگی های منحصربفرد تیتانیوم نظیرخواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی عالی و کاربرد روزافزون آن در صنایع مختلف، امروزه اتصال این دسته از آلیاژها به دیگر مواد و بخصوص فولادها بسیار مورد توجه قرار گرفته است. طبق دیاگرام فازی دوتایی Fe-Ti، این دو عنصر در یکدیگر حلالیت کامل ندارند؛ از این رو اتصال این دو آلیاژ با روش های جوشکاری ذوبی بسیار مشکل می باشد. لحیم کاری سخت یکی از بهترین روش ها برای اتصال آلیاژهای غیرمشابه می باشد. در این تحقیق خواص متالورژیکی و مکانیکی لحیم کاری سخت اتصال لب روی لب فولاد به تیتانیوم توسط فلزات پرکننده ی تجاری BAg-8 در محدوده ی زمانی و دمایی مختلف بررسی شد. بررسی ریزساختار فصل مشترک مشخص می کند شکل گیری لایه های شیمیایی نزدیک به قسمت تیتانیوم رخ می دهد در حالیکه در سمت فولاد هیچ لایه شیمیایی با آلیاژ لحیم کاری نقره وجود ندارد. ساختار درشت دانه در مرز فولاد با آلیاژ لحیم کاری نقره شکل می گیرد. این ساختار حاصل از رشد نفوذی همراه با تبلور مجدد زیر لایه فولاد در دمای بالاست. همچنین بررسی های انجام شده توسط میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و انجام آزمایش مکانیکی برش نشان می دهد که با افزایش دما و همچنین زمان لحیم کاری، به دلیل افزایش ضخامت لایه میانی، استحکام برشی میانگین کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: تیتانیوم خالص تجاری، فولاد زنگ نزن 304 کم کربن، لحیم کاری سخت، ریزساختار، خواص مکانیکی
  • امیر کبریایی، حسن ثقفیان، شمس الدین میردامادی صفحات 87-98
    آلیاژ AA8090 از جمله آلیاژهای فوق سبک و کارپذیر آلومینیوم حاوی لیتیم بوده که با توجه به مدول الاستیک بیشتر و وزن مخصوص کمتر جایگزین برخی از آلیاژهای هوایی مثل گروه های 2000 و 7000 شده اند. در این پژوهش کامپوزیت های پایه AA8090 با درصدهای حجمی 3، 6 و 9 درصد SiC به روش اصلاح شده ی گردابی تولید شده و مورد عملیات اکستروژن داغ قرار گرفتند. در ادامه عملیات حرارتی رسوب سختی (T-6) پس از کوئنچ جهتدار در دمای 190 درجه سانتیگراد روی آنها صورت پذیرفت. سپس آزمون سایش به روش پین روی دیسک با اعمال بارهای 10، 20 و 30 نیوتن بر روی نمونه های بدون عملیات حرارتی و تحت عملیات حرارتی کوئنچ جهت دار در زمان مربوط به پیک سختی انجام شد. نتایج سایشی در بارهای 10 و 20 نیوتن برای کلیه نمونه ها، سایش ملایم را نشان داد ولی از بار 20 به 30 نیوتن یک انتقال از سایش ملایم به شدید مشاهده شد. افزایش کسر حجمی ذرات کاربید سیلسیم در زمینه آلیاژ AA8090 باعث کاهش نرخ سایش گردید. همچنین در اثر عملیات حرارتی رسوب سختی پس از کوئنچ جهت دار در بارهای سایشی 10 و 20 نیوتن، نرخ سایش نسبت به نمونه های بدون عملیات حرارتی کاهش یافت ولی در بار 30 نیوتن بدلیل تغییر مکانیزم سایش به نوع چسبان و کاهش فرم پذیری پس از رسوب سختی، نرخ سایش افزایش یافت.
    کلیدواژگان: آلیاژ آلومینیوم 8090، کامپوزیت، رسوب سختی، کوئنچ جهت دار، سایش
  • آسیه سادات موسوی محولاتی، سید صادق قاسمی بنادکوکی، مهدی کلانتر صفحات 99-108
    در این پژوهش، جزئیات ریزساختارها و تحولات فازی آستنیت در یک فولاد کم کربنی میکروآلیاژی حاوی Tiو Nb در شرایط سرد شدن پیوسته به روش های دیلاتومتری، متالوگرافی و سختی سنجی بررسی شده است. نتایج نشان می دهند وقتی که سرعت سرد شدن بیش از C/s◦1 است، منحنی دیلاتومتری فقط یک مرحله تغییرات ابعادی پیوسته در دماهای نسبتا پایین از خود نشان می دهد که متناسب با محدوده دمای تحول مارتنزیتی است. همچنین برای سرعت سرد شدن بین C/s◦ 2/0-8/0، منحنی دیلاتومتری تغییرات ابعادی یکنواخت و پیوسته یک مرحله ای در محدوده دمای تحولات فازی بینایتی و مارتنزیتی نشان می دهد در حالیکه درسرعت های سرد شدن آهسته تر از C/s◦2/0، تغییرات ابعادی کاملا متفاوت دومرحله ای در منحنی دیلاتومتری آشکار شده است که مربوط به تحولات فازی فریتی و بینایتی است. بر اساس این نتایج پیشنهاد می گردد بینایت و مارتنزیت با مکانیزم برشی مشابه تحول می یابند، درحالی که فریت با مکانیزم نفوذی کاملا متفاوت از بینایت و مارتنزیت تحول می یابد.
    کلیدواژگان: فولاد کم کربنی کم آلیاژ، سرد شدن پیوسته، دیلاتومتری، متالوگرافی، فریت، بینایت، مارتنزیت
  • سارا احمدی، بیژن افتخاری یکتا، حسین سرپولکی، علیرضا آقایی صفحات 109-118
    قطعات شیشه اکسی نیتریدی با ترکیب شیمیایی مختلف در سیستم SiO2-Al2O3-B2O3 به روش سل-ژل سنتز شد. پس از خشک شدن ژل های سنتز شده به صورت یکپارچه، به منظور ورود نیتروژن به شبکه ژل متخلخل و واکنش با شبکه سازهای موجود، گرمایش آن ها در اتمسفر آمونیاک در دما و زمان های مختلف انجام شد. بررسی میزان نیتریده شدن توسط آنالیزگر اکسیژن- نیتروژن و طیف سنجی مادون قرمز صورت پذیرفت. به منظور بررسی دمای انتقال به شیشه، دمای نرم شوندگی و ضریب انبساط حرارتی شیشه های سنتز شده از آزمون دیلاتومتری و برای بررسی تبلور از پراش پرتو ایکس استفاده شد. همچنین، سختی شیشه های سنتز شده با سختی سنج ویکرز ارزیابی شد. نتایج نشان داد که پس از عملیات حرارتی ژل خشک شده در اتمسفر آمونیاک، این ماده با کاتیون های شبکه ساز شیشه واکنش داده و وارد ساختار شیشه شده است. از سوی دیگر با افزایش زمان عملیات نیتریده کردن از 2 به 15 ساعت و همچنین افزایش مقدار اکسید بور و آلومینیوم در ترکیب شیشه، میزان نیتروژن وارد شده در ساختار شیشه اکسی نیتریدی تا 8/3 درصد وزنی افزایش یافت. نیتریده شدن در دماهایی که ساختار ژل کاملا متخلخل است بهتر صورت گرفته و ورود نیتروژن به شبکه باعث افزایش دمای نرم شوندگی دیلاتومتری در حدود 25 درجه سانتیگراد، رسیدن عدد سختی به 89/10 گیگاپاسکال و کاهش ضریب انبساط حرارتی آن از 6-1088/3 به 6-1039/3 در ترکیب بهینه شد. نتایج پراش پرتو ایکس نشان داد که نیتروژن همواره در شیشه باقی مانده و وارد فاز مولایت تبلور یافته از شیشه نمی شود.
    کلیدواژگان: سل-ژل، اتمسفر آمونیاک، نیتریده کردن ژل، شیشه اکسی نیتریدی
|
  • Ahmad Rahimi, Shamsodin Mirdamadi, Seyed Hosseyn Razavi, Seyed Mehdi Abbasi Pages 1-12
    The purpose of this study was to investigate the effect of heat treatment including solution treatment and aging on the microstructure of cast nickel-based IN100 superalloy including size, volume fraction and morphology of primary γ' and different kinds of carbides. For this purpose, different solution heat treatment cycles and a constant aging cycle were implemented on cast ingot samples and the microstructure of the samples were analyzed by scanning electron microscopy and optical microscopy. It was found that, the alloy in the full partial aging treated condition had the optimal combination of γ' morphology, volume fraction and size. In this condition, the alloy possesses a cubic primary γ' with 45% volume fraction which is a significant increase as compared to other cycles. Discrete M_23 C_6 carbides were formed at the grain boundaries and the morphology of the cubic MC carbide was changed to the spherical shape.
    Keywords: Ni-based IN100superalloy, Solutioning Treatment, Primaryγ^ˎ Carbides, Solution Temperature
  • Saeed Majidi, Shahram Kheirandish, Majid Abbasi Pages 13-22
    In this research, the effect of 2.3 wt.% aluminum addition on the microstructure and tensile properties of high manganese austenitic steel Fe-18Mn-0.6C was studied. For this purpose, the samples were investment cast, homogenized and hot rolled. Tensile testing was carried out at ambient temperature. Microstructural investigations and fractography on the steel samples were carried out using an optical microscope and a scanning electron microscope. The results showed that the aluminum addition increases the austenite grain size. In addition, 2.3 wt.% aluminum addition increases the yield strength and plastic strain, decreases the ultimate tensile strength and eliminates the serrated flow during plastic deformation.
    Keywords: TWIP steel, Aluminum, Stacking fault energy, Mechanical twinning
  • Samira Mortezayi, Alireza Mashreghi Pages 23-36
    In this study, the fatigue behavior of alloy steels with different hardness values was tested. Results showed that the fatigue limit increases by the increment of hardness up to 400 Vickers whereas it drops when the hardness value exceeds 400 Vickers. Fractographic observations using scanning electron microscopy revealed non-metallic inclusions as the dominant fatigue crack initiation sites. By predicting the threshold stress intensity, with the aid of scanning electron microscope observations of the fracture surface and comparing the fatigue limit of the steels, the appropriate effect of hardness on the fatigue behavior of the steel can be presented. Finally, simple and accurate models were proposed for the estimation of the fatigue limit by means of hardness.
    Keywords: Fatigue Strength, Non, metallic inclusion, Stress intensity factor
  • Mansoureh Taheri, Mohamadreza Abuotalebi, Seyed Hossein Seyedein, Bagher Mohammad Sadeghi Pages 37-50
    Equal channel angular pressing (ECAP) is one the most important severe plastic deformation techniques with many privileges such as extensive grain refinement. In the present study, the ECAP process of AA6061 is simulated using ABAQUS software and the strain distribution is evaluated. The microstructure of the pressed sample after annealing is predicted and the average grain size is calculated using Monte Carlo algorithm with the aid of MATLAB software. The results indicate that as the strain inhomogeneity increases, the grain structure uniformity after annealing treatment reduces. Moreover, as the channel intersection angle increases, the average grain size is enhanced.
    Keywords: AA6061, ECAP, Monte Carlo, Grain size, FEA
  • Mohammad Hasan Avazkonandeh Gharavol, Mohsen Haddad Sbzevar Pages 51-72
    The micro-segregation in binary Al-Cu alloys containing 2.2, 3.7, and 4.8 wt.% copper was investigated by differential thermal analysis (DTA) and numerical modeling. For this purpose, the alloys were melted using a DTA furnace with the capability of quenching samples during solidification. The melted samples were cooled at 0.008 and 0.083 K/s and subsequently quenched from predetermined temperatures during cooling. The evolution of the microstructure and micro-segregation was modeled with and without considering excess vacancies formed during solidification. It was found that the experimental and modeling results show a better correlation when excess vacancies are considered
    Keywords: Al-Cu Binary Alloys, Micro-Segregation, Thermal Analysis, Excess Vacancy
  • Pezhman Saremi, Masoud Kasiri Pages 77-86
    Joining of titanium alloys to other materials especially steels has attracted much attention in recent years due to the exceptional properties of titanium such as excellent corrosion resistance and mechanical properties and its increasing application in various industries. According to the Fe-Ti binary phase diagram, these two elements do not have complete solubility. This leads to difficulties during fusion welding of these two alloy. One of the best methods for joining dissimilar alloys is brazing. In this research, the metallurgical and mechanical properties of brazing lap joints of steel to commercially pure titanium using a commercial filler metal (BAg-8) made under different time and temperature conditions were investigated. The study of the microstructure interface shows the formation of a chemical layer close to the titanium side of the joint, while no chemical compounds were created on the steel side. A coarse structure is formed at the interface between the steel and silver solder alloy. The observed coarse grain structure is related to the grain growth along with recrystallization in the steel substrate at high temperatures. Analysis of the joints was carried out by optical microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and hardness measurements. The results show that with increasing temperature, as well as brazing time, the average shear strength decreases due to the increased thickness of the intermediate layer.
    Keywords: Commercially Pure Titanium, Stainless Steel 304L, Brazing, Microstructure, Mechanical Properties
  • Amir Kebriyaei, Hassan Saghafian, Shamseddin Mirdamadi Pages 87-98
    AA8090 is an extra light and deformable group of lithium containing aluminum alloys which have recently replaced some aerospace aluminum alloys, such as 2000 and 7000 series, due to their higher elastic modulus and lower specific weight. In this study, AA8090 matrix composites containing 3, 6 and 9 vol.% SiC were cast using a modified stir casting method. The casting billets were deformed though a hot extrusion operation, followed by a precipitation hardening treatment (T6) with directional quenching and aging at 190 °C. Wear tests were conducted before and after the precipitation hardening (at the peak hardness aging time) using the pin-on-disc method at loads of 10, 20 and 30 N. All samples exhibited a mild wear at 10 and 20 N wear loads, which turned into a sever wear at 30 N. It was shown that increasing the SiC content in the composite samples reduces the wear rate. Also, the wear results after precipitation hardening indicated a decrease in the wear rate only at the wear loads of 10 and 20 N. At the wear load of 30 N, the wear rate increased after precipitation hardening. This behavior was attributed to a transition in the wear mechanism from abrasive to adhesive by increasing the load.
    Keywords: AA8090, Composite, Age Hardening, directional Quenching, Wear
  • Asiye Sadat Mousavi Mahvelati, Seyed Sadegh Ghasemi Banadkouki, Mahdi Kalantar Pages 99-108
    In this investigation, continuous cooling transformations and microstructures have been studied in detail in a low carbon Ti-Nb bearing microalloyed steel by means of dilatometry, metallography and hardness measurements. The results indicate that when the cooling rate is greater than 1˚C/s, the dilatation curve is associated with a major dilatation at relatively low transformation temperatures, which is consistent with the martensitic phase transformation. For a cooling rate between 0.2-0.8˚C/s, the dilatation curve is also characterized with a uniform single transformation over the martensitic and bainitic phase transformation temperature range. However, as the cooling rate is reduced to less than 0.2˚C/s, the dilation curve is characterized with a quite variable double stage transformation which is associated with the ferrite and bainite transformation products. These results suggest that the bainitic and martensitic phase transformations are developed with a similar displacive mechanism, while ferrite is formed by a diffusional mechanism.
    Keywords: Low Carbon Low Alloy Steel, Continuous Cooling, Dilatometry, Metallography, Ferrite, Bainite, Martensite
  • Sara Ahmadi, Bijhan Eftekhariyekta, Hossein Sarpoolaky, Alireza Aghaei Pages 109-118
    The monolithic oxynitride glasses in SiO2-Al2O3-B2O3 system were synthesized using sol-gel method. The porous, dried gels were heated in flowing ammonia for different times and varying temperatures. The nitrogen content of the oxynitride glasses was determined using an oxygen-nitrogen analyzer. The chemical bonding state and properties of glasses were investigated by means of Fourier transform infrared spectroscopy, dilatometry, and Vickers hardness methods. The crystallization behavior of glasses was studied with X-ray diffraction. Spectroscopic evidence indicated that nitrogen was chemically dissolved in the glass network. The results showed that the chemical composition of the glass has an effect on the nitridation processes. The nitrogen content of the glasses was increased to 3.8% wt. by increasing the soaking time of nitridation from 2 to 15h. The dilatometric softening point temperature of the glasses was increased approximately 25°C, the micro-hardness value reached 10.89 GPa and thermal expansion coefficient was decreased from 3.88×10-6 to 3.39×10-6 after the nitridation process at optimal composition. The X-ray diffraction pattern of the glasses confirmed that nitrogen does not enter the crystalline phase.
    Keywords: Sol-Gel, Ammonia Atmosphere, Nitridation of Gel, Oxynitride Glass