فهرست مطالب

مهندسی متالورژی - پیاپی 76 (زمستان 1398)

مجله مهندسی متالورژی
پیاپی 76 (زمستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/11/16
  • تعداد عناوین: 7
|
  • نیما ناظری، شهرام رایگان*، مهدی پورعبدلی صفحات 244-253

    مطالعات نشان داده اند که ترکیبات پایه منیزیم می توانند در ذخیره سازی هیدروژن در حالت جامد استفاده شوند. در این پژوهش ترکیب بین فلزی Al3Mg2 به روش ریخته گری تهیه گردید. سپس نمونه هایی از این ترکیب تحت اتمسفر هیدروژن و در زمان های مختلف آسیا کاری شدند. نتایج حاصل از آزمایش گرماسنجی جرمی و پراش اشعه ایکس نشان داد که بیشترین میزان ذخیره سازی هیدروژن پس از 2 ساعت آسیا کاری در محیط این گاز بوده و کاهش وزن حدود 4/2 درصد در اثر دفع هیدروژن از نمونه مذکور حاصل شد. این میزان کاهش در طی سه مرحله در محدوده دمایی 150، 220 و360 درجه سانتی گراد اتفاق افتاد. در مرحله بعدی Al3Mg2 حاصل از ریخته گری تحت اتمسفر هیدروژن و با حضور TiO2 به عنوان کاتالیزور در زمان های مختلف آسیا کاری شد. نتایج حاصل از آزمایش گرماسنجی جرمی و پراش اشعه ایکس نشان داد که بیشترین میزان ذخیره سازی هیدروژن در این ترکیب پس از 2 ساعت در محیط هیدروژن بوده و کاهش وزن حدود 6/2 درصد وزنی در اثر دفع هیدروژن حاصل شد که نزدیک به مقدار تیوری است.

    کلیدواژگان: آلیاژهای فلزی پیچیده، Al3Mg2، هیدرید منیزیم، ذخیره سازی هیدروژ
  • سیروس ریزه وندی، محمود سلیمی*، علی اکبر نصیری صفحات 254-266
    در پژوهش حاضر تغییرات اندازه دانه و نحوه توزیع دانه‌ها و اثر عوامل مختلف از جمله ضریب اصطکاک، سرعت چرخشی ابزار، سرعت خطی ابزار، نرخ سرد شدن، هندسه ابزار و عمق نفوذ ابزار بر میزان تغییرات دما و اندازه دانه در حین فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی ورق آلیاژی آلومینیوم 2024-AA با ضخامت 8/7 میلیمتر بررسی شده است. به منظور شبیه‌سازی مدل اجزای محدود جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی از نرم افزار D3 DEFORM استفاده شده است. ابزار به صورت جسم صلب و ورق به ‌صورت یک ماده پلاستیک قابل تغییرفرم در نظر گرفته شده است. ضریب اصطکاک بین ورق و تمامی سطوح که با ورق در تماس هستند برابر فرض شده اند. به‌منظور صحه‌سنجی، مقایسه‌ای بین داده‌های شبیه‌سازی با نتایج تجربی انجام شده است. اثر عوامل موثر بر دمای حاصل از جوشکاری و میزان تغییرات اندازه دانه در مقطع عرضی خط جوش مورد بحث و بررسی قرار گرفته‌اند. از بین متغیرهای مورد مطالعه، افزایش نرخ سردکنندگی و سرعت خطی ابزار موجب کاهش دما و اندازه دانه شده و با افزایش سایر متغیرها، دما و اندازه دانه افزایش می‌یابند. نتایج نشان می‌دهند که با روش ارایه شده در این مقاله می‌توان پیش‌بینی دقیقی از اثر تغییرات متغیر موثر بر دما و اندازه دانه بدست آورد. در ادامه از این نتایج می‌توان برای تعیین شرایط مطلوب انجام فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی استفاده کرد.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، پدیده تبلور مجدد دینامیکی، المان محدود، تغییرات اندازه دانه، آلیاژ 2024-AA
  • حامد ثابت*، فرهاد عبدی، محمد عطارها صفحات 267-280
    در تحقیق حاضر ورق های فولادی ساده کربنی از جنسA516-Gr70 ASTM با استفاده از الکترود فولاد زنگ نزن E410 و E309 توسط فرآیند جوشکاری قوس الکتریک با الکترود روکش دار (SMAW) با تعداد پاس‌‌‌های مختلف جوشکاری روکش کاری شد. به منظور بررسی کیفیت روکش ایجاد شده، آزمون های متالوگرافی، سختی، سایش و بررسی سطح سایش با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. نتایج آزمون متالوگرافی نشان داد که کلیه نمونه ها از فازهای مارتنزیت و فریت تشکیل شده اما درصد این فازها در نمونه های مختلف متفاوت بود. همچنین مشخص شد که نمونه های روکش داده شده با تعداد پاس های بیشتر، درصد فاز مارتنزیت بیشتری داشتند. نتایج آزمون سختی نشان داد که با افزایش تعداد لایه های روکش، سختی افزایش یافت. نتایج آزمون سایش نشان داد که بر خلاف انتظار، برخی از نمونه هایی که سختی بیشتری داشتند، مقاومت به سایش کمتری از خود نشان دادند. بررسی سطوح سایش نشان داد که مکانیزم سایش نمونه های روکش کاری شده بدون لایه واسط و با الکترود E410، خراشان به همراه اکسیداسیون بوده است. همچنین مکانیزم سایش نمونه های روکش کاری شده با لایه واسط الکترود E309 و سپس الکترود E410، خراشان به همراه اکسیداسیون و کندگی بوده است.
    کلیدواژگان: روکش کاری، فولاد زنگ نزن مارتنزیتی، ریزساختار، مقاومت به سایش، SMAW
  • رضا سعیدی، مسعود مصلایی پور*، علیرضا مشرقی، سید صادق قاسمی بنادکوکی صفحات 281-289
    در پژوهش حاضر تاثیر عنصر کاربیدزای کروم بر ریزساختار، سختی و خواص سایشی روکش جوشی راسب شده بر زیرلایه DIN-25CrMo4 مورد پژوهش واقع شد. بدین منظور سه دسته الکترود روکش‌کاری با مقادیر مختلف کروم (wt%13-0~) ساخته و عملیات روکش‌کاری توسط فرآیند قوس الکترود دستی(SMAW) انجام شد. مطالعات ریزساختاری نوری و روبشی (SEM)، همراه با آنالیزهای فازی XRD نشان داد که با افزایش میزان کروم، ریزساختار روکش از یک زمینه فریتی با مورفولوژیهای سوزنی و چند وجهی به یک زمینه آستنیتی غنی از فازهای کاربیدی از قبیل (FeCr)7C3 تغییر می‌یابد. ارزیابی خصوصیات نمونه‌های روکش‌کاری شده نشان داد با افزایش میزان کروم در روکش، سختی روکش حدود 350% افزایش می‌یابد (سختی روکش غنی از کروم و سختی فلزپایه به ترتیب HV5±875 و HV5±200 اندازه‌گیری شد). بررسی رفتار سایشی نمونه‌ها حاکی از بهبود چشمگیر مقاومت به سایش روکش غنی از کروم (کاهش 80% ضریب اصطکاک و کاهش 90% مقدار وزن از دست رفته نسبت به خواص سایشی فلزپایه) می‌باشد. مطالعه SEM سطوح ساییده شده دلالت بر تغییر مکانیزم سایش از سایش خراشان دو جسمی به مکانیزم برش ریز با افزایش کسر حجمی ترکیبات کاربیدی در نمونه‌های با مقدار کروم بالاتر دارد.
    کلیدواژگان: روکش‌کاری، کروم، ریزساختار، سایش
  • محمدجواد سهرابی، حامد میرزاده * صفحات 290-295

    ریزساختار سوپرآلیاژ اینکونل 718 در حالت های ریخته شده (ذوب مجدد در قوس الکتریکی تحت خلاء و انجماد در قالب مسی آبگرد) و همگن سازی شده مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. جهت مطالعه ریزساختار و تجزیه و تحلیل عنصری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و روش طیف سنجی پراکندگی انرژی استفاده شد. حضور ساختار یوتکتیک آستنیت / فاز لاوه و کاربیدها بر اساس نمودار فازی و ریزجدایش عناصر نیوبیوم و مولیبدن بین بازوهای دندریتی زمینه ی آستنیتی مورد بحث قرار گرفت. در ساختار یوتکتیکی مقدار عنصر نیوبیوم بر حسب درصد وزنی برابر با 20 تخمین زده شد که بسیار بالاتر از مقدار متناظر آن در ترکیب شیمیایی آلیاژ پایه یعنی 5 می باشد. بر اساس تجزیه و تحلیل عنصری، فاز لاوه Ni2Nb و کاربید MC مشخصه یابی شدند. همچنین انحلال فاز لاوه و ناپدید شدن ساختار دندریتی به عنوان نتیجه ی عملیات همگن سازی دمای بالا بحث شد و مشخص شد که پس از عملیات همگن سازی، با انحلال فاز لاوه و ناپدید شدن ساختار دندریتی، کاربیدها در ریزساختار باقی می مانند.

    کلیدواژگان: سوپرآلیاژها، ریزساختار، ریزجدایش، عملیات حرارتی همگن سازی
  • حمید نوربخش *، سید علی حسن زاده تبریزی صفحات 296-306

    در این تحقیق، پودر فریت کبالت (CoFe2O4) و کامپوزیت فریت کبالت-هیدروکسی آپاتیت به روش هم رسوبی سه مرحله ای سنتز شد. پودرهای سنتز شده با استفاده از روش های مشخصه یابی پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) و طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) مشخصه یابی شدند. نتایج پراش پرتو ایکس تشکیل فاز هیدروکسی آپاتیت در کنار پیک های فریت کبالت را تایید می کند. طیف FTIR نشان دهنده تشکیل پیوند های فسفاتی در ترکیب بود که تایید کننده تشکیل هیدروکسی آپاتیت در کنار فاز فریت کبالت بود. نتایج آزمایشات جذب رنگ متیلن بلو ذرات نانو کامپوزیتی سنتز شده نشان داد با افزایش pH مقدار جذب رنگ افزایش داشت. همچنین مقادیر بهینه جذب با استفاده از 03/0 گرم از جاذب در غلظت 10 میلی گرم بر لیتر از متیلن بلو و 9=pH در زمان 45 دقیقه در حدود 100 درصد به دست آمد. همچنین در نتایج به دست آمده مشاهده شد که میزان جذب متیلن بلو بر روی کامپوزیت سنتز شده بسیار بالاتر از فریت کبالت بود و نیز نسبت به هیدروکسی آپاتیت خالص در زمان پایین تری جذب انجام گرفت.

    کلیدواژگان: فریت کبالت، هیدروکسی آپاتیت، کامپوزیت، جذب رنگ، متیلن بلو
  • سروش بخشی*، علیرضا میرک صفحات 307-316

    امروزه استفاده از فولادهای فوق مستحکم به دلیل استحکام ویژه ی بالا (نسبت استحکام به وزن) در صنایع حساس و استراتژیک کشور مانند صنایع دفاعی، هسته ای، هوافضا و خودروسازی کاربرد فراوانی پیدا کرده است. از میان فولادهای فوق مستحکم، کاربرد فولادهای فوق مستحکم کم آلیاژ کربن متوسط که در سازه های حساس نظیر مخازن تحت فشار، پوسته ی موتور موشک سوخت جامد، برخی از اجزای پمپ ها، ارابه ی فرود هواپیما، چرخ دنده ها و اتصالات استفاده می شوند، به دلیل دارا بودن مزایایی مانند جوش پذیری و شکل پذیری مناسب، هزینه ی تولید نسبتا کم و قابلیت دسترسی آسان، در حال گسترش می باشد. مهمترین محدودیت کاربردی این فولادها، درصد ازدیاد طول، انرژی ضربه و چقرمگی شکست پایین در مقادیر استحکام تسلیم بالاتر از MPa1300 می باشد. ریزساختارهای دو فازی بینیت پایینی/مارتنزیت، قابلیت ترکیب همزمان استحکام و درصد ازدیاد طول بالا را در این فولادها دارند. لذا در تحقیق حاضر، تحولات ریزساختاری ناشی از عملیات حرارتی آستمپرینگ دما پایین بر خواص مکانیکی کششی و انرژی ضربه ی ورق فولاد پرکاربرد AISI 4340 پرداخته شده است. پس از ارزیابی تحولات ریزساختاری، خواص مکانیکی کششی و انرژی ضربه ی نمونه های آستمپرینگ شده و تحلیل داده های بدست آمده، نمونه ی 4 دقیقه آستمپرینگ شده با مقادیر استحکام تسلیم، استحکام کششی نهایی، درصد ازدیاد طول، انرژی ضربه و چقرمگی شکست محاسبه شده به ترتیب MPa1403، MPa1523، 11.85 درصد، 52 ژول و MPa√m102 به عنوان نمونه ی بهینه از نظر خواص مکانیکی کششی و چقرمگی شکست انتخاب گردید.

    کلیدواژگان: فولاد فوق مستحکم، آستمپرینگ، خواص مکانیکی کششی، AISI 4340، تحولات ریزساختاری
|
  • Nima Nazeri, Shahram Raygan*, Mehdi Pourabdoli Pages 244-253

    Studies have shown that magnesium-based compounds can be used as solid state hydrogen storage materials. In this study, the Al3Mg2 intermetallic compound was prepared by casting method. Then samples of this compound were ball milled under hydrogen atmosphere at different times. Results of thermo-gravimetry and X-ray diffraction analyses showed that the highest amount of hydrogen storage was achieved after 2 h of ball milling under hydrogen atmosphere. A weight loss of about 2.4% was achieved from mentioned sample that is the highest among the samples. This weight loss occurred during three steps at temperatures of 150, 220 and 360 °C. In the next step, Al3Mg2 ingot along with TiO2 (as catalyst) was ball milled at different times under hydrogen atmosphere. The results of thermo-gravimetry and x-ray diffraction tests showed that the highest amount of hydrogen storage in this sample was achieved after 2 hours hydrogenation and a weight loss of about 2.6% by weight was obtained due to hydrogen desorption, which is close to the theoretical value.

    Keywords: Complex metallic alloys, Al3Mg2, Magnesium hydride, Hydrogen storage
  • Sirous Rizehvandy, Mahmoud Salimi *, Ali Akbar Nasiri Pages 254-266
    In this research, grain size variation and grain distribution and the effect of different factors such as friction, tool rotational speed, linear velocity of the tool, cooling rate, tool geometry and tool penetration depth on the temperature change and grain size during the friction stir welding process of the aluminum alloy Al-2024 sheet with a thickness of 7.8 mm has been investigated. In order to simulate the model of finite element friction stir welding, the Deform 3D software has been used. The tool is a rigid body and a sheet is considered as a formable plastic material. In order to validate, a comparison between simulation data and experimental results was performed. The effect of effective factors on the temperature of the welding and the amount of grain size variation in the cross section of the weld line have been discussed. Among the variables studied, increasing the cooling rate and the linear velocity of the tool reduce the temperature and grain size, and increase the temperature and grain size with increasing other variables. The results show that with the method presented in this paper, precise prediction of the effect of variation of the variables affecting temperature and grain size can be obtained. In the following, these results can be used to determine the optimum conditions for the friction stir welding process
    Keywords: Friction stir welding, Dynamic recrystallization phenomenon, finite element method, Grain size variation, Al-2024 alloy
  • Hamed Sabet *, Farhad Abdi, Mohammad Atarha Pages 267-280
    In the present study, ASTM A516-Grade 70 steel sheets were coated using E410 and E309 electrodes via Shielded Metal Arc Welding (SMAW) process in different number of welding passes. To evaluate the microstructure and properties of the clad layer, metallographic examinations, hardness test, wear test and scanning electron microscope (SEM) from the worn surfaces were used. Microstructural examinations revealed that, all the samples contain ferrite and martensite in the microstructure with different volume fraction. The results showed that, the volume fraction of martensite increased by increasing the number of welding passes. Also, the results of hardness test revealed an increase in the hardness by increasing the number of the number of welding passes. Wear test results showed that, for some samples with higher hardness value, wear resistancewas decreased. Evaluation of the worn surfaces revealed that, in the case of the sample welded using E410 electrode without interlayer, abrasive and oxidative wear mechanisms were dominated. In the case of the sample welded using E309 electrode interlayer and E410 overlay, abrasive, oxidative and galling were observed.
    Keywords: Cladding, Martensitic stainless steel, Microstructure, Wear resistance, SMAW
  • Reza Saeedi, Masoud Mosallaee *, Ali Reza Mashreghi, Seyed Sadegh Ghasemi Banadkoki Pages 281-289
    In the present study, the effect of chromium carbide element on microstructure, hardness and abrasive properties of welded coating on the DIN-25CrMo4 substrate was investigated. For this purpose, three groups of roughing electrodes with different chromium content (0-13 wt%) were made and roughing operation was performed by hand electrode arc process (SMAW). Optical and scanning microstructural studies (SEM) along with XRD fuzzy analyzes showed that with increasing chromium content the microstructure of the coating is varied from a ferritic field with needle and morphology morphologies into a rich austenite field of carbide phases such as (FeCr) 7C3. The evaluation of the characteristics of roughened samples showed that the coating hardness increased by about 350% with increasing chromium content (the hardness of the chromium-plated coating and the hardness of the metal substrate were 875 ± 5HV and 200 ± 5HV respectively). Examining the wear behavior of the samples indicates a significant improvement in the wear resistance of the chromium-rich coating (an 80% reduction in the coefficient of friction and a 90% reduction in the amount of lost weight relative to the metal-tensile properties) The SEM study of washed surfaces implying a change in the wear mechanism from the two-body scrubbing wear to the cutting mechanism by increasing the volume fraction of carbide compounds in higher-chromium specimens.
    Keywords: Clading, Chrome, SMAW, Microstructure, Wear
  • Mohammad Javad Sohrabi, Hamed Mirzadeh * Pages 290-295

    The microstructure of Inconel 718 superalloy in the as-cast (vacuum arc remelted and cast in a water-cooled copper mold) and homogenized conditions was studied. Scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) were used for microstructural studies and elemental analysis, respectively. The presence of austenite/Laves eutectic constituent and carbides was discussed based on the phase diagram and the microsegregation of niobium and molybdenum between dendrite arms of the austenite matrix. In the eutectic structure, the amount of Nb was estimated to be ~ 20 wt%, which is much higher than the corresponding value of ~ 5 wt% in the original chemical composition of the alloy. Based on the elemental analysis, the Laves phase and carbides were characterized as Ni2Nb and MC, respectively. The dissolution of the Laves phase and the disappearance of the dendritic structure as a result of the elevated temperatures homogenization were also studied and it was revealed that the carbide particles remain in the microstructure after homogenization.

    Keywords: Superalloys, Microstructure, Microsegregation, Homogenization heat treatment
  • Hamid Nourbakhsh *, Ali Hassanzadeh-Tabrizi Pages 296-306

    In this study, cobalt ferrite powder (CoFe2O4) and cobalt ferrite-hydroxyapatite composite were synthesized by three-step co-deposition method. The synthesized powders were characterized by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FESEM) and infrared spectroscopy (FTIR) techniques. The XRD results confirm the formation of the hydroxyapatite phase along the cobalt ferrite peaks. The FTIR spectra showed the formation of phosphate bonds in the compound, confirming the formation of hydroxyapatite along the cobalt ferrite phase. The results of the dye adsorption experiments on the synthesized nanocomposite methylene blue showed that with increasing pH the amount of dye adsorption increased. Also, optimum adsorption values were obtained using 0.03 g of adsorbent at concentration of 10 mg/L of methylene blue and pH=9 at about 100% for 45 min. The results also showed that the adsorption of methylene blue on the synthesized composite was much higher than that of cobalt ferrite and also at lower adsorption time than pure hydroxyapatite.

    Keywords: Cobalt ferrite, Hydroxyapatite, Composite, Color Adsorption, Methylene blue
  • soroush bakhshi *, alireza mirak Pages 307-316

    Nowadays, the use of ultra high strength steels has been used extensively in the country’s sensitive and strategic industries such as defense, nuclear, aerospace and automotive industries due to it’s high special strength (strength to weight ratio). Among the ultra high strength steels, the use of ultra high medium carbon low alloy steels in sensitive structures such as pressure vessels, solid fuel rocket motor shell, some component of pumps, landing gear, gears and fittings are expanding because of their advantages such as weldability and proper formability, relatively low production costs and easy accessibility. The most important limitations of these steels are elongation, impact energy and low fracture toughness in yield strength higher than 1300MPa. Lower bainite/martensite two phase microstructures have the ability to simultaneously combine strength and high elongation in these steels. Therefore, in the present study, the microstructural evolution of low temperature austempering heat treatment on tensile mechanical properties and impact energy of AISI 4340 steel sheet has been investigated. After evaluation and analysis parameters such as microstructural evolutions, tensile mechanical properties and impact energy of heat treated samples, the sample with 30 minutes transformation time, due to the mixed structure of martensite and lower bainite and having the yield strength, ultimate tensile strength, elongation, impact energy and calculated fracture toughness, 1380MPa, 1490MPa, 12.5%, 52J and 118MPa√m respectively, was selected as the optimum sample in terms of mechanical properties and fracture toughness.

    Keywords: Ultra high strength steel, Austempering, tensile mechanical properties, AISI 4340, Microstructural evolution