فهرست مطالب

مواد نوین - سال ششم شماره 1 (پیاپی 21، پاییز 1394)

مجله مواد نوین
سال ششم شماره 1 (پیاپی 21، پاییز 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/09/16
  • تعداد عناوین: 12
|
  • محمد شیشه ساز، سعید یعقوبی صفحات 1-18
    در این پژوهش، توزیع تنش برشی گذرای ایجاد شده در اثر شکسته شدن الیاف در ماتریس و چسب موجود در اتصال چسبی بررسی شده است. تنش گذرا، پاسخ دینامیکی سیستم در اثر ایجاد ناپیوستگی در الیاف، از لحظه گسسته شدن تا لحظه رسیدن به حالت تعادل می باشد. به منظور بررسی این رفتار، معادله های حاکم بر حرکت الیاف در اتصال چسبی با ابعاد محدود در حضور گسستگی استخراج شده و تاثیر تعداد الیاف شکسته شده بر توزیع تنش برشی گذرای سازه مرکب بررسی شده است. برای استخراج معادله های جابه جایی الیاف، از مدل شیرلگ و برای حل معادله های، از روش تفاضل محدود صریح استفاده شده است. در ادامه، تاثیر تغییر جنس الیاف و ضخامت لایه چسبی بر توزیع تنش نیز بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش تعداد الیاف گسسته شده، ضریب تمرکز تنش و در نتیجه تنش برشی در سازه مرکب افزایش می یابد. افزون بر این، مقدار تنش برشی ایجاد شده در ماتریس و چسب با افزایش مدول الاستیسیته الیاف کاهش می یابد، به گونه ای که بیشینه تنش برشی در اتصال با الیاف از جنس شیشه () و گرافیت ()، به ترتیب برای ماتریس 861/0 و 463/0 و برای چسب 192/3 و 409/2 مگا پاسکال می باشد
    کلیدواژگان: مواد مرکب، الیاف، اتصال چسبی، تنش برشی، تنش گذرا
  • شمس الدین الدین شفیع نیا، شمس الدین میردامادی، حامد ثابت، سید رضا امیرآبادی زاده صفحات 19-36
    این پژوهش به منظور تعیین مقدار بهینه عنصر بور موثر بر انرژی ضربه در دماهای پایین فلز جوش فولاد ساده کربنی جوشکاری شده به روش زیرپودری انجام شده است. برای این منظور، ورق هایی از جنس فولادST37-2 به ابعاد 10×150×200 میلی متر تهیه و عملیات جوشکاری به روش زیر پودری با سیم جوشS2/50-12 به قطر 4 میلی متر انجام گردید و عنصر آلیاژی بور به صورت اکسید بور از راه افزودن به پودر فلاکس به فلز جوش انتقال داده شد. پس از جوشکاری نمونه هایی تهیه شد وسپس بررسی ریز ساختار به وسیله میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی و آزمون های ضربه و میکروسختی روی نمونه های فلز جوش انجام گردید. نتایج آنالیز شیمیایی نمونه ها حضور 20، 30، 60، 70 و 110 ppm بور را در 5 نمونه متفاوت از لحاظ مقدار بور اولیه تایید کرد. بررسی ریز ساختاری نمونه ها به کمک میکروسکوپ نوری افزایش فریت سوزنی، کاهش فریت ویدمن اشتاتن و فریت چندوجهی و فریت مرزدانه ای را در حضور ppm 20 بور مشخص کردند، در صورتی که با افزایش بور از 20 تا ppm 110 غالب ساختار از فریت های ویدمن اشتاتن و چند وجهی تشکیل شده بودند. با انجام آزمون میکروسختی مشخص گردید که نمونه حاوی ppm 20 بور با ساختار غالبا فریت سوزنی کم ترین سختی را نسبت به سایر نمونه ها داراست. نتایج آزمون ضربه بهترین مقاومت به ضربه را برای نمونه حاوی ppm 20 بور در سه دمای: محیط، صفر و 20- درجه سانتی گراد نشان داد و در باقی نمونه ها با افزایش بور کاهش انرژی ضربه نسبت به نمونه خام مشاهده گردید. هم چنین، بررسی های شکست نگاری نمونه های ضربه مشخص کرد که در دمای 20- درجه سانتی گراد سهم شکست ترد برای نمونه حاویppm 20 بور با بالاترین انرژی ضربه 10درصد و برای نمونه حاوی ppm 110 بور با کم ترین انرژی ضربه حدود 50 درصد بوده است.
    کلیدواژگان: فولاد ساده کربنی، بور، چقرمگی ضربه فلز جوش، فریت سوزنی
  • سید محمد حسین میرباقری، حسین سلطان، حامد والی صفحات 37-52
    امروزه فوم های فلزی بویژه فوم های پایه آلومینیم به عنوان مواد پیشرفته پا به عرصه صنعت گذاشته اند و روز به روز فرآورده های متنوعی از آن ها وارد بازار مصرف می شود. لذا، بهبود خواص و دانش فنی این فوم ها به وسیله پژوهشگران در حال توسعه است. از این رو، در این پژوهش سعی شده است؛ ابتدا محصول فوم آلومینیم A356 به روش ذوبی تهیه شود. سپس با آلیاژ سازی آلیاژ A356 به وسیله 4 درصد وزنی مس خالص، این آلیاژ مستعد به عملیات پیرسازی شود. آنگاه فوم دیگری با این آلیاژ A355+4%wt.Cu ساخته شود. در مرجله دوم با طراحی و انجام آزمون های متفاوت عملیات حرارتی، سیکل بهینه پیرسازی برای آلیاژ اخیر بدست آمد. نتایج نشان می دهند عملیات محلول سازی فوم فلزی یاد شده در دمای510 درجه سلسیوس به مدت زمان 12 ساعت و سپس کوئنچ آن در آب سرد و در پی آن عملیات پیر سازی در دمای 160 درجه سلسیوس به مدت 3 ساعت، بهترین خواص مکانیکی را برای فومA356+4%wt.Cu فراهم می آورد. در این شرایط استحکام تسلیم فشاری تک محوری فوم پیرسازی شده نسبت به نمونه خام تقریبا از 10 به 27 MPa تغییر یافته است که حدود 170 درصد افزایش استحکام تسلیم را نشان می دهد. هم چنین، نتایج آزمون جذب انرژی در بارگذاری فشاری تک محوری نشان می دهد نمونه پیر شده یاد شده حدود 160 درصد نسبت به نمونه خام عملیات حرارتی نشده، افزایش داشته است، اما مدول الاستیک مشخصه فوم یاد شده در مقایسه با سایر سیکل ها که زمان محلول سازی و پیرسازی آن ها کم تر بوده، تغییرات قابل ملاحظه ای نداشته و بین 10 تا GPa 11 تقریبا ثابت می ماند. بررسی ساختار سلولی فوم پیش و پس از آزمون فشار نشان می دهد حضور 4 درصد مس منجر با فاکتور کرویت نزدیک به واحد شده و ساختار سلولی فوم حاصله بسیار همگن تر از نمونه A356 تنها بوده و چروکیدگی سطح داخلی این فوم با افزودن 4 درصد مس کاملا از بین می رود.
    کلیدواژگان: فوم آلومینیم A356، مس، عملیات حرارتی پیرسازی، خواص مکانیکی، جذب انرژی
  • سید محمد کاظم فهری، سید مجتبی زبرجد، آندره آلاتزری صفحات 53-60
    در این پژوهش به بررسی اثر دو نوع جوانه زا به نام های لاک[1] و پلی دی لاکتیک اسید[2] با درصدهای وزنی متفاوت روی خواص فیزیکی، مکانیکی و حرارتی پلی لاکتیک اسید (PLA) پلاستیزه شده با ماده OLA با استفاده از آزمون های Differential Scanning Calorimetry، Dynamic Mechanical Thermal Analysis و کشش پرداخته شده است. نتایج بدست آمده نشان داد که در حضور 20 درصد وزنی از OLA کرنش تا لحظه شکست[3] به گونه قابل توجهی افزایش یافته و با این حال، باعث کاهش آنتالپی و درصد بلورینگی PLA می شود. برای مثال، در ترکیب 8/2 درصد لاک – 5 درصد پلی دی لاکتیک اسید – 20 درصد پلاستیزایزر، نرخ بلورینه شدن و آنتالپی در حدود نیمی از پلی لاکتیک خالص به ثبت رسید و برعکس با اضافه کردن عناصر جوانه زا هر دو پارامتر آنتالپی و بلورینگی به مقدار J/g 75/14 ژول بر گرم و 86/15% افزایش پیدا کردند. هم چنین پایین ترین زمان بلورینه شدن و دمای شیشه ای شدن مربوط به ترکیب 8/2 درصد لاک – 5 درصد پلی دی لاکتیک اسید – 20 درصد پلاستیزایزر با عدد 46 ثانیه بدست آمد.
    [1]- LAK [2]- PDLA [3] - Strain at break
    کلیدواژگان: پلی لاکتیک اسید، جوانه زا، نرم کننده، خواص مکانیکی، آنتالپی، نیمه عمر بلورینگی
  • مرتضی تاج بخش، محمود فرهادی نیا محمود فرهادی نیا، امین پوست دوز، امید یعقوبی زاده صفحات 61-72
    در این پژوهش، خواص پوشش Ni-P/nano PTFE ایجاد شده به وسیله محلول تجاری بر زیرلایه آلومینیومی مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور، خصوصیات ریخت شناسی، سختی، ضخامت و زبری پوشش با تغییر در غلظت و دمای محلول حاوی نانوذرات PTFE مطالعه گردید. تاثیر عملیات حرارتی بر سختی و ساختار پوشش نیز بررسی شد. جهت سختی سنجی از معیار میکرو ویکرز و برای سنجش مقدار زبری، معیارهای Rz و Ra اندازه گیری شد. چگونگی توزیع ذرات در پوشش با میکروسکوپ الکترونی روبشی و ترکیب پوشش با آنالیز تفکیک انرژی و طیف سنج پراش اشعه ایکس مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان دادند حضور نانوذرات PTFE، سختی پوشش نیکل را از 520 ویکرز به نصف کاهش می دهد و زبری سطح (Rz) پوشش با افزایش غلظت ذرات نانو از g/l 2 تا g/l14از μm49/1 تاμm6/4 تغییر می کند. هم چنین، با افزایش دمای محلول حین پوشش دهی از 75 تا 90 درجه سانتی گراد، سختی از 125 ویکرز به 210 ویکرز ارتقا یافت. نتایج نشان دادند که انجام عملیات حرارتی در دمای 300 درجه سانتی گراد و زمان چهار ساعت به دلیل ایجاد فاز سخت Ni3P در پوشش، سختی آن را تا 375 ویکرز افزایش می دهد.
    کلیدواژگان: الکترولس، PTFE، عملیات حرارتی، میکروسختی، زبری
  • محسن جوانبخت، محمد جعفر هادیانفرد، عرفان صلاحی نژاد صفحات 73-82
    در این پژوهش، نمونه هایی از فولاد زنگ نزن آستنیتی بدون نیکل و نانوساختار با ترکیب ASTM F2581: Fe-17Cr-10Mn-3Mo-0.4Si-0.5N-0.2C (wt%) به روش متالورژی پودر (آلیاژسازی مکانیکی و تفجوشی حالت مایع به کمک افزودنی آلیاژ یوتکتیک Mn-Si)، برای کاربردهای پزشکی تولید و سپس ساختار، سختی، ریزسختی و مقاومت سایشی آن ها بررسی گردید. برای بررسی ریخت شناسی پودرها و تعیین مکانیزم سایش نمونه های تفجوشی شده، از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شد. افزون بر این، اثر مقدار کمک سینتر بر چگالی، سختی، ریزسختی و مقاومت سایشی نمونه ها بررسی شد. با توجه به تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، ساز و کار غالب سایش این نوع فولاد سایش چسبان تشخیص داده شد. با بررسی نمونه های تولید شده در حضور 0 تا 8 درصد وزنی افزودنی، کم ترین مقدار تخلخل و بالاترین دانسیته، سختی، ریزسختی و مقاومت سایشی برای نمونه حاوی 6 درصد کمک سینتر حاصل شد. خواص مکانیکی مناسب این نمونه در قیاس با سایرین، با داشتن کم ترین مقدار تخلخل (حدود 10%)، ساختار بلوری نانومتری و وجود نیتروژن و کربن در ساختار توضیح داده شد. در حضور این مقدار افزودنی، تفجوشی فاز مایع به خوبی فعال شد و با نفوذ افزودنی و زمینه در یکدیگر خواص مکانیکی بهبود نسبتا زیادی نسبت به نمونه بدون افزودنی پیدا کرد.
    کلیدواژگان: تفجوشی فاز مایع، سایش، سختی، کاشتنی فولاد زنگ نزن
  • مرتضی داوری، سیدعلی صدوق ونینی، غلام علی آشوری صفحات 83-96
    تحلیل شکست های ناشی از خستگی، یکی از مسایل مهم در صنایعی همچون نفت، گاز و پتروشیمی بشمار می رود. از سوی دیگر جوشکاری یکی از روش های متداول و اجتناب ناپذیر در اتصال قطعات بوده و به دلیل عیوب ذاتی موجود در این اتصالات، خطرات ناشی از شکست های خستگی، بیش از سایر نقاط، متوجه آن هاست. یکی از منابع ترک و به دنبال آن شکست در جوش، ناحیه پنجه جوش است که حاوی مکان های تمرکز تنش و تنش پسماند زیان بار کششی است. راه های متفاوتی جهت بهبود عملکرد این مناطق مورداستفاده قرار می گیرند؛ ازجمله روش های کوبش، ذوب دوباره و سنگ زنی که به عملیات پس از جوشکاری موسوم اند. یکی از روش های نوین و درحال پیشرفت، روش عملیات ضربه فراصوتی است که می تواند عمر خستگی سازه های جوشکاری شده را به صورت قابل توجه افزایش دهد. از سوی دیگر، این روش می تواند تاثیرهای مثبتی بر مقاومت به خوردگی فلزات نیز داشته باشد. در این مقاله به بررسی تاثیر عملیات ضربه فراصوتی بر عمر خستگی خوردگی (خستگی در محیط خورنده) لوله های فولادی A106-B پرداخته شده است. هم چنین، تاثیر این عملیات پس از جوشکاری با استفاده از آزمون های ریز سختی سنجی، تحلیل تنش پسماند و اندازه گیری هندسه جوش به عنوان آزمون های تکمیلی، مورد بررسی قرار گرفته اند. اعمال عملیات ضربات فراصوتی به طور میانگین موجب افزایش 4/99 درصدی عمر خستگی شد. هم چنین، استحکام خستگی در 20000 چرخه را به مقدار 8/19 درصد بهبود بخشید.
    کلیدواژگان: عمر خستگی خوردگی، اتصالات جوشی لب به لب، عملیات ضربه فراصوتی، لوله فولادی A106، B
  • امیرحسین یقطین، سیروس جوادپور، محمدحسین شریعت صفحات 97-108
    در این پژوهش رفتار اکسیداسیون چرخه ای و خوردگی داغ پوشش های CoNiCrAlYSi نانوساختار اعمالی به روش پاشش حرارتی HVOF مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، پودر اولیه CoNiCrAlYSi برای رسیدن به ابعاد نانو مورد آسیاب کاری برودتی قرار گرفته و با استفاده از روش HVOF پوشش نانوساختار ایجاد شد. به کمک آزمون های اکسیداسیون چرخه ای و خوردگی داغ، مقاومت پوشش ها مورد ارزیابی قرار گرفت. هم چنین، تغییرات ریزساختار و آنالیز فازی پوشش ها حین آزمون ها به وسیله SEM و XRD بررسی شد. عمر مفید پوشش در آزمون های اکسیداسیون چرخه ای و خوردگی داغ به ترتیب 115 دوره و 700 ساعت تعیین شد. افزایش عمر پوشش های نانوساختار نسبت به پوشش های معمول به دلیل حضور ذرات اکسیدی α-Al2O3 در پودر آسیاب کاری برودتی شده و افزایش نفوذ آلومینیم از میان مرز دانه ی پوشش بوده که شرایط مساعدی را جهت تشکیل لایه پیوسته و محافظ α-Al2O3روی سطح پوشش فراهم می آورد.
    کلیدواژگان: CoNiCrAlYSi، آسیاب کاری برودتی، اکسیداسیون چرخه ای، خوردگی داغ، HVOF
  • شیما سلطانی نژاد، رضا ابراهیمی صفحات 109-120
    انتخاب مواد مناسب برای واحدهای پتروشیمی و صنایع نفت و گاز از جمله موردهای مهم تلقی می گردد. در انتخاب ماده مناسب، مقاومت به خوردگی، قابلیت نصب و جوشکاری باید مد نظر قرار گیرد. فولادهای زنگ نزن آستنیتی به عنوان مواد مهندسی با مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون عالی، کاربرد شایان توجهی در صنایع گوناگون دارند. در این پژوهش، مقاومت به اکسیداسیون خط جوش فولاد زنگ نزن آستنیتی 321 AISI با فلز پرکننده 347 AISI، در دمای C̊ 1050 و محیط خشک اکسید کننده، با استفاده از روش وزن سنجی حرارتی مورد ارزیابی قرار گرفت. ریخت شناسی و ساختار لایه اکسید نیز با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. مکانیزم واکنش و پارامترهای سینیتیکی فرآیند اکسیداسیون با استفاده از تحلیل نمودارهای وزن سنجی بدست آمد. نتایج بدست آمده حاکی ازآن است که فرآیند اکسیداسیون در آلیاژ پایه برخلاف آلیاژ پرکننده طی دو مرحله انجام شده و روی سطح آلیاژ پایه و پرکننده یک لایه اکسید نامحافظ تشکیل شده است. لایه اکسید تشکیل شده روی آلیاژ پایه اکسید دو تایی غنی از آهن و بر روی آلیاژ پرکننده یک لایه اکسید متخلخل کروم شکل گرفته است. هم چنین، فرآیند اکسیداسیون در خط جوش پیچیده است و از رفتار سنیتیک اکسیداسیون سهمی پیروی می کند. سرعت اکسیداسیون آلیاژ پایه در مقایسه با آلیاژ پر کننده بیش تر است. در نتیجه، با توجه به پایین بودن مقاومت به اکسیداسیون این خط جوش پیشنهاد می شود در این شرایط دمایی از این آلیاژ استفاده نشود.
    کلیدواژگان: فولاد زنگ نزن آستنیتی، اکسیداسیون، سینتیک، جوشکاری
  • حسین مظاهری، علیرضا اعلایی، محمود فاضل صفحات 121-136
    در این پژوهش امکان ایجاد لایه کامپوزیتی حاوی ذرات کاربید سیلیسیوم بر روی فولاد ASTM A106 با استفاده از فرآیند جوشکاری قوسی تنگستن- گاز مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور ذرات کاربید سیلیسیوم با درصد حجمی مشخص، روی سطح فولاد مورد نظر به صورت پیش نشست قرار داده شد و در ادامه عملیات ذوب سطحی با استفاده از فرآیند جوشکاری قوسی تنگستن- گاز انجام گرفت. مطالعه ریز ساختار پوشش ایجاد شده به وسیله میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) همراه با آنالیز نقطه ای و بررسی های فاز شناسی توسط پراش پرتو ایکس (XRD) انجام گرفت. نتایج نشان داد که پوشش حاصله ساختار دندریتی همراه با تقویت کننده کاربید سیلیسیوم را دارا است. افزایش سختی سطحی و بهبود رفتار سایشی پوشش ایجاد شده به تشکیل این ساختار مربوط گردید. ارزیابی خواص مکانیکی لایه های سطحی نیز به وسیله آزمون های ریز سختی سنجی و سایش به صورت رفت و برگشتی صورت پذیرفت. مشاهده شد که به واسطه حضور فاز SiC در لایه های سطحی، سختی پوشش های ایجاد شده بین 650 تا 1200 ویکرز به نسبت مقدار ذرات وارد شده در نوسان است که نسبت به نمونه بدون پوشش با سختی حدود 200 ویکرز افزایش بالایی را نشان داد. یافته های آزمون های سایش نیز نشان داد که مقاومت به سایش پوشش های ایجاد شده در مقایسه با نمونه بدون پوشش به مقدار قابل توجهی بهبود یافته است.
    کلیدواژگان: جوشکاری قوسی تنگستن، گاز، سختی، مقاومت به سایش، کامپوزیت فولاد، کاربید سیلیسیوم
  • محمد جواد محمودی، محمدکاظم حسن زاده اقدم صفحات 137-160
    در این مقاله، یک مدل میکرومکانیکی سه بعدی برای مطالعه اثر آرایش اتفاقی الیاف در زمینه بر مشخصه های مکانیکی مواد مرکب الیافی تک جهته ارائه می شود. المان حجمی نماینده مورد استفاده در مدل از r×c سلول تشکیل شده است که سلول های الیاف به گونه اتفاقی در سلول های زمینه توزیع شده اند. این تحلیل عمومی بوده و می تواند جهت استخراج خواص انعطاف پذیری تحت بارگذاری مکانیکی عمودی و برشی و بارگذاری حرارتی و هم چنین بررسی شروع خرابی پلاستیک شدن زمینه انجام شود. جهت بررسی چگونگی آرایش الیاف، مدل های گوناگون آماری توزیع، شامل توزیع نرمال، یکنواخت و بتا مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از مدل برای خواص الاستیک که الیاف به گونه اتفاقی توزیع شده است، تطابق خوبی با داده های تجربی و مدل های موجود در دسترس نشان می دهد. با اعمال آزمون فرض و براساس قضیه حد مرکزی، تحلیل آماری وابستگی خواص انعطاف پذیری و استحکامی به آرایش الیاف در زمینه در هر یک از توزیع های نرمال، یکنواخت و بتا انجام گرفته و در هر مورد با توجه به نتایج عددی بدست آمده، تفسیر لازم انجام شده است. نتایج عددی اعمال آزمون فرض نشان داده است که خواص انعطاف پذیری ماده مرکب چندان تحت تاثیر آرایش الیاف نیست. این در حالی است که خواص استحکامی ماده مرکب بسیار تحت تاثیر آرایش الیاف درون زمینه است.
    کلیدواژگان: مواد مرکب الیافی، میکرومکانیک، توزیع اتفاقی، آزمون فرض
  • میثم امینی، رسول امینی، محمد مهدی سروگلوی حقیقی فرد، مرتضی علیزاده، محمد علی زارع، زهرا نعمتی صفحات 161-176
    در این مقاله، ترکیبات نانو شبه بلوری آلومینیوم-نیکل-کروم به وسیله آسیا کاری مکانیکی پس از عملیات حرارتی و کوئنچینگ متعاقب، با موفقیت ساخته شدند. اثر دمای عملیات حرارتی بر تشکیل فازهای بلوری و شبه بلوری به وسیله پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ تونلی روبشی مطالعه شد. اندازه بلور فاز شبه بلوری به وسیله میکروسکوپ الکترونی عبوری در بزرگنمایی بالا بررسی شد. افزون بر این، رفتار خوردگی ترکیبات تولید شده، به وسیله آزمون پلاریزاسیون با استفاده از پتانسیواستات 3-الکتروده در دو محلول سولفات سدیم یک مولار و کلرور سدیم %5/3 وزنی، ارزیابی شد. مشخص شد که ساختار ترکیبات آلیاژی، به گونه قابل ملاحظه ای متاثر از دمای عملیات حرارتی می باشد به این ترتیب که فاز شبه بلوری فقط در دماهای عملیات حرارتی نسبتا بالا قابل تولید است. بر این اساس، فاز سه تایی ζ (با ساختار هگزاگونال)، دو فاز دوتایی 2γ و δ (به ترتیب با ساختارهای رومبوهدرال و هگزاگونال) و فاز شبه بلوری ده وجهی D3 به ترتیب در دماهای 900، 1000 و 1100 درجه سانتی گراد، تشکیل شدند و مشاهده شد که فاز شبه بلوری در مقیاس نانو می باشد. هم چنین، مشخص شد که فاز شبه بلوری می تواند مقاومت به خوردگی نمونه های تولید شده را در هر دو محلول کلرور سدیم و سولفات سدیم، به گونه چشمگیری بهبود بخشد.
    کلیدواژگان: نانو شبه بلور، فازهای بلوری، آسیا کاری مکانیکی، میکروسکوپ تونلی روبشی، آزمون پلاریزاسیون، محلول سولفات سدیم یک مولار و محلول کلرور سدیم %5، 3
|
  • M. Shishehsaz, S. Yaghoubi Pages 1-18
    In this research, the transient shear stress distribution in an adhesive joint due to fiber breakage has been investigated. Transient stress is a dynamic response of the joint to the fiber discontinuities till their static equilibrium state. To study this behavior, equations governing the motion of fibers in the matrix, due to their breakage, are derived and the effect of number of broken fibers is studied on transient response of the structure. Shear lag model is used to extract fiber displacement. The equilibrium equations are solved using the explicit finite difference method. The effect of fiber materials and adhesive thickness is also studied on stress distribution. Results show that for an increase in the number of broken fibers, the stress concentration in the composite structure increases. Moreover, the shear stress created in the matrix and the adhesive layer is reduced with an increase in fiber elastic modulus, such that for glass and graphite fibers (E=74 and 130 GPa respectively), the maximum shear stresses in the adhesive are 0.861 and 0.461 MPa, while in the adherends, they are equal to 3.192 and 2.409 MPa respectively.
    Keywords: Composite Materials, Fibers, Adhesive Joint, Shear Stress, Transient Stress
  • Sh Shafinia, Sh Mirdamadi, H. Sabet, S. R. Amirabadizade Pages 19-36
    This study was carried out to determine the optimum of boron quantity affect on low temperature impact energy of the mild steel weld metals fabricated by submerge arc welding (SAW). For this reason some plates of ST 37 in 10× 150 × 200 mm dimensions prepared and welded by SAW. Boron as the oxide powder، added and mixed with flux powder. After welding the OM، SEM، impact and micro hardness tests were carried out for different samples of the weld metals. The results of the chemical analysis of different samples confirmed presence of 20، 30، 60، 70 and 110 ppm boron in weld metals. The OM result shows that in sample containing 20ppm boron، acicular ferrite was increased and polygonal ferrite، grainboundary and widmenstatten ferrite was decreased. Relative to original samples by increasing of the boron from 20 to 110ppm often polygonal، grainboundary and widmenstatten ferrite were formed. The microhardness test result showed that sample contained 20 ppm boron has the highest hardness compared to other samples. The impact test results showed that the high impact energy for sample contains 20 ppm boron at the three ambient، zero and -20 °C. The fractography result showed that، brittle fracture share for sample contains 20 ppm boron with the highest impact energy was 10 percent and for sample contains 110 ppm boron with the lower impact energy about 50 percent.
    Keywords: Low Carbon Steel, Boron, Weld Metal Toughness, Acicular Ferrite
  • S.M.H. Mirbagher, H. Soltani, H. Valie Pages 37-52
    Metal foams as an advanced material show many interesting properties which is the reason for their wide use in industries. The properties and technology of metal foams are developing and improving. In this investigation aluminum-A356 foam was produced by melting process at first step and then it was prepared for aging process by making an alloy of 4%wt. Cu. The results were shown that, solution process at 510 °C for 12 hours and then quenching in cold water, carrying on the process by aging at 160 °C for 3 hours gave rise to best mechanical properties for A356-4%wt.Cu. The yield strength of the A356-4%wt.Cu and the aged A356-4%wt.Cu were compared which presented a change from 10 to 27 MPa, about 170% yield strength increase. The energy absorption, was measured by uniaxial compressive loading, it was shown an increase of about 185% for the aged alloy in comparison to non-heat-treated specimen. Elastic modulus characteristic for the above mentioned alloy had not considerably changed in comparison to other cycles with lower solution and aging time and was between 10 to 11 GPa. Comparison of foam cell structure before and after the compression test was shown that 4% Cu was contribute to make spherical factor to be almost equal to 1 and also the cell structure was more homogeneous rather than the A356 foam. As a final result the internal surface shrinkage was disappearing by adding 4%wt.Cu
    Keywords: A356 Aluminum Foam, Absorption Energy, Mechanical Properties, Aging Heat Treatment, Copper
  • S. M. K. Fehri, S. M. Zebarjad, A. Lazzeri Pages 53-60
    The role of a kind of plasticizer (OLA8) and two types of nucleating agents (LAK301 and PDLA) on the physical, mechanical and thermal behaviors of poly-lactic acid (PLA) were studied by differential scanning calorimetry (DSC), dynamic mechanical thermal analysis (DMTA) and tensile test. The results show that the OLA8 is an efficient plasticizer for PLA. this is because in the presence of 20wt% of OLA8 the elongation at break of PLA promoted. Also adding plasticizer to PLA causes to drop down both enthalpy and crystallinity unlike the presence of nucleating agent. For example the enthalpy and crystallization of a sample with composition of 20% OLA8-5%PDLA-2.8%LAK is half of than that of pure PLA. At constant plasticizer content, addition nucleating agents in different types and quantities causes to promote a little bit in enthalpy and crystallinity. in the presence of both plasticizer and nucleating agent (20%OLA8-5%PDLA-2.8%LAK) half time crystallization as 0.46″ min was recorded. In the same composition the glass transition temperature reduces 10˚C relation to pure PLA.
    Keywords: Nucleating Agent, Plasticizer, Poly(Lactic Acid), Properties
  • M. Tajbakhsh, M. Farhadinia, A. Poustdouz, O. Yaghobi Zadeh Pages 61-72
    In this study, properties of Ni-P/nano PTFE coating deposited on aluminum substrate using commercial electroless nickel bath were studied.To carry out the research, micro hardness, thickness, roughness and morphological properties of the coating due to different PTFE solution densities and temperatures were studied. Effects of heat treatment on micro hardness and morphology of the obtained coating was investigated also. Vickers micro hardness and Rz and Ra parameters were measured for hardness and roughness, respectively.Particle distribution and chemical composition of the nanocomposite coatings were evaluated using SEM/EDS and XRD techniques. results showed that presence of nanoPTFE particles in the solution decreased the micro hardness ofNi-P from 520 HV to 250 HV and increased the roughness (Rz) from 1.49 to 4.6µm by changing the PTFE content from 2 to 14 g/l. Increasing the solution temperature from 75 to 90°C leaded to increase the hardness from 125 to 210 HV.Also it was found that heat treatment at 300°C for 4h increased the coatinghardness to 375 HV because of formationof Ni3P phases.
    Keywords: Electroless, PTFE, Heat Treatment, Micro Hardness, Roughness
  • M. Javanbakht, M. J. Hadianfard, E. Salahinejad Pages 73-82
    In this research, nickel-free austenitic stainless steel samples with the chemical composition of ASTM F2581 were produced by powder metallurgy (mechanical alloying and liquid-phase sintering by a Mn-Si eutectic alloy additive) for medical applications. Afterwards, their structure, hardness and wear behavior were investigated. The structure of the powders and sintered samples was studied by scanning electron microscopy, optical microscopy, image analyzer method, density measurements and ferritometry. Also, the effect of the sintering aid content on density, hardness and wear behavior was focused on. By investigating the samples with 0 to 8 % additive, the lowest porosity level and the highest hardness and wear resistance were obtained for the sample having 6 % sintering aid. The optimum mechanical properties of this sample, in comparison with the others, are attributed to the lowest porosity level (about 10%), the nanocrystalline structure and the presence of nitrogen and carbon in the structure. In the presence of this amount additive, liquid-phase sintering was activated, the mechanical properties were improved compared to the additive-free sample.
    Keywords: Hardness, Liquid, Phase Sintering, Stainless Steel Implant, Wear
  • M. Daavari, S. A. Sadoughvanini, Gh. A. Ashouri Pages 83-96
    Fatigue failure analysis is one of the most important issues in different industries such as oil, gas, and petrochemical. On the other hand welding operation is a prevalent and inevitable method for connecting elements and components. Because of presence of inherent defects in these welded joints, fatigue cracks originate and propagate, and failures occur in these zones more than others. Weld toe region is one of the crack and fracture source in welded structures due to stress concentrations and high residual stresses zones. Different methods can be used to improve mechanical behavior of welded structures; such as: peening, dressing and grinding methods, which are known as post weld treatments. Ultrasonic impact treatment is one of the modern and promising technologies which can enhance fatigue behavior of structures by residual stress and geometry effects. It also has some positive effects on corrosion resistance of metals. In this paper, effect of ultrasonic impact treatment on corrosion fatigue life of A106-B carbon steel pipes has been investigated. Evaluation of effect of this post-weld treatment bymicro-hardness test, residual stresses analysis, and weld geometry measurement have been studied as supplementary tests. Improvement in fatigue life due to ultrasonic impact treatment was 99.4 percent. Also fatigue strength has increased by 19.8 percent at 20000 cycles.
    Keywords: Corrosion Fatigue Life, SMAW butt Welded Joints, Ultrasonic Impact Treatment, A106, B Steel Pipes
  • A.H. Yaghtin, S. Javadpour, M.H. Shariat Pages 97-108
    In this research, cyclic oxidation and hot corrosion behavior of nanostructure CoNiCrAlYSi coatings, deposited by HVOF thermal spray process, have been investigated. To achieve nanosized particles, the initial CoNiCrAlYSi powder was cryomilled and then HVOF sprayed to form a nanostructure coating. The coating’s performance has been evaluated via cyclic oxidation and hot corrosion tests. Microstructure changes and phase analysis of the coatings during tests have been studied. The coatings endured on the substrate for 115 cycles and 700 hours during cyclic oxidation and hot corrosion tests, respectively. The increased lifetime of nanostructure coatings with respect to conventional coatings is attributed to some α-Al2O3 particles dispersed in the structure, created by cryomilling, and high-diffusivity paths as a result of nanocrystallization, which favors the formation of a continuous and protective α-Al2O3 barrier layer on the top of the coating.
    Keywords: CoNiCrAlYSi, Cryo Milling, Cyclic Oxidation, Hot Corrosion, HVOF
  • Sh. Soltaninzhad, R. Ebrahimi Pages 109-120
    Industries. Resistance to corrosion and welding should be taken into consideration. Austenitic stainless steels AISI321 are greatly employed in various industries because of their great resistance to corrosion and oxidation. In the present study, resistance to corrosion and oxidation in welding lines in Austenitic stainless steel AISI321 AND AISI347 in an oxidizing dried condition in 1050°C was investigated. The resistance was analyzed by the resistance was analyzed by applying a thermogravimetry and scanning electron microscope. The results revealed that oxidation in base metal occurred in two phases formed an un-protective oxide layer on base and filler metal. The formed layer on the base metal was an Iron oxide layer, while there was a porous oxide layer on the filler metal. Oxidation in welding line is very complicated. The oxidation speed in the base metal is more than the filler metal. Therefore, the resistance of oxidation of this welding line is low.
    Keywords: Oxidation, Austenitic Stainless Steel, Welding, Kinetic
  • H. Mazaheri, A.R. Alaei, M. Fazel Pages 121-136
    In this work, production of composite layer contains silicon carbide particles in ASTMA106 with GTAW(gas tungsten arc welding)was investigated.Deffrent valume fractions of silicon carbide was deposit on the surface of steel slab which was melted upon the contact with GTAM gases. The structure of layer produced was investigated with (OM),(SEM) and the phases was determined with (XRD). The coating has dendritic structure with silicon carbide reinforcement which improved hardness and wear behaviors. It was observed that presence of sic increased the hardness of samples from 650 to 1200 Vickers) and also improved wear resistance drastically.
    Keywords: Gas Tungsten Arc Welding, Hardness, Resistance to Wear, Steel, Silicon Carbide Composite
  • M. J. Mahmoodi, M. K. Hassanzadeh Aghdam Pages 137-160
    In this paper, a 3D micromechanical model is presented to study the effect of randomly distributed fiber within the matrix on the mechanical characterizations of unidirectional fiber reinforced composites. The Representative Volume Element (RVE) of the model consists of r×c unit cells in which fibers are distributed randomly within the matrix cells. The presented model is general and can be used to extract the stiffness properties of a fibrous composite subjected to thermal and mechanical, normal and shear loading and also to investigate the initiation of matrix plastic deformation. Different statistical distribution models including normal, uniform and beta distribution are used to study the fiber arrangement. The obtained results for the elastic properties in which fiber distributed at random show good agreement with both experimental data and available models. Statistical analysis of dependency of stiffness and strength properties with fiber array within the matrix is carried out by applying hypothesis testing based on the central limit theorem in each normal, uniform and beta distribution. According to the obtained numerical results, the necessary interpretation is done in each case. Numerical results of hypothesis testing show that fiber distribution has no effect on the stiffness properties of a fiber composite, while the strength properties of the composites are highly affected by the fiber arrangement.
    Keywords: Fibrous Composites, Micromechanics, Random Distribution, Hypothesis Testing
  • M. Amini, R. Amini, M. Haghighi, M. Alizadeh, M.A. Zareh, Z. Nemati Pages 161-176
    In the present effort, the nano quasicrystalline Al-Ni-Cr compounds were successfully synthesized by mechanical alloying and subsequent annealing and quenching. The effect of annealing temperature on the formation of crystalline and quasicrystalline phases was studied by an X-ray diffractometer and a scanning tunneling microscope. The crystallite size of quasicrystalline phase was investigated by high resolution transmission electron microscopy (HRTEM). Furthermore, the corrosion behavior of the produced compounds was evaluated by using 3-electrode potentiodynamic polarization test in both Na2SO4 1M and NaCl 3.5% solutions. It was found that, the structure of the compounds is affected significantly by the annealing temperature in which the quasicrystalline phase can only be created at considerably high annealing temperatures. Accordingly, the ternary ζ-phase (with hexagonal structure), two binary phases designated γ2 and δ (with rhombohedral and hexagonal structures, respectively) and D3 decagonal quasicrystalline phase were formed at 900 ̊C, 1000 ̊C and 1100 ̊C, respectively and it was observed that the nano-quasicrystalline phase developed. It was also found that, the quasicrystalline phase can be improved significantly the corrosion resistance of the produced samples in both NaCl and Na2SO4 solutions.
    Keywords: Nano Quasicrystalline, Mechanical Alloying, Scanning Tunneling Microscope, Polarization Test, Na2SO4 1M, NaCl 3.5%