فهرست مطالب

مجله مهندسی متالورژی
پیاپی 84 (زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1402/04/29
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سعیده افشار، حسین عربی، باقر محمد صادقی*، محسن کریمی صفحات 266-275

    در این پژوهش تاثیر اندازه دانه بر روی خواص کششی و رفتار کارسختی فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 مورد بررسی قرار گرفت. به منظور دستیابی به این هدف، عملیات ترمومکانیکی با اعمال 75 درصد نورد سرد بر روی ورق اولیه فولاد زنگ نزن آستنیتی و به دنبال آن آنیل در دو دمای °C 1000 و 750 به منظور تولید ورق هایی با دو ریزساختار ریزدانه و درشت دانه انجام شد. میانگین اندازه دانه از μm 25 در نمونه اولیه به μm 93/1 در نمونه آنیل شده در دمای °C 750 و زمان min 90 (نمونه ریزدانه) کاهش یافت. همچنین  میانگین اندازه دانه در نمونه آنیل شده در دمای °C 1000 و زمان min 90 به μm 52/35 (نمونه درشت دانه) افزایش یافت. بررسی های ریزساختاری با استفاده از پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ نوری انجام شد. آزمایش کشش نیز در سه جهت صفر، 45 و 90 درجه نسبت به جهت نورد بر روی نمونه ها انجام شد. مطابق نتایج این تحقیق، مقادیر استحکام تسلیم در سه نمونه اولیه، ریزدانه و درشت دانه به ترتیب 405، 733 و MPa 305 بدست آمد. اما درصد ازدیاد طول تا شکست  از 73 درصد در نمونه اولیه به 52 درصد در نمونه ریزدانه کاهش یافت. با بررسی رفتار کارسختی این فولاد، سه مرحله کارسختی یعنی؛ افت شدید تا رسیدن به یک مقدار حداقل، افزایش بعدی تا رسیدن به یک مقدار حداکثر و در نهایت افت نهایی تا شروع گلویی شدن در هر دو نمونه ریزدانه و درشت دانه مشاهده شد. نرخ کارسختی dσ/dε نمونه درشت دانه به دلیل بالاتر بودن نرخ استحاله آستنیت به مارتنزیت در این نمونه، بیشتر از نمونه ریزدانه بدست آمد.

    کلیدواژگان: فولاد زنگ نزن آستنیتی 304، عملیات ترمومکانیکی، اندازه دانه، کارسختی، خواص کششی
  • سعید کریمی، پدرام اشتری*، مهشاد رفعتی نیا، زهرا محمد علی زاده، مریم اکبری، صمد قاسمی صفحات 276-285
    در این تحقیق، بازیافت غبار کوره فولادسازی با استفاده از فرآیند لیچینگ در اسید سولفوریک و جداسازی یون روی به روش استخراج حلالی مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به محتوی بالای یون کلرید در غبار فولادسازی، آب مورد استفاده در آزمایش ها پس از اتمام فرآیندها در چرخه اول دوباره به ابتدای فرآیند بازیافت غبار کوره فولادسازی برگردانده شد تا اثر یون کلرید بر درصد استخراج فلز روی مورد بررسی قرار گیرد. تهیه محلول آبی با انحلال غبار کوره فولادسازی در اسید سولفوریک و در ادامه رسوب دهی آهن به صورت هیدروکسیدی انجام پذیرفت. جهت جداسازی یون روی از محلول آبی از استخراج کننده D2EHPA در دمای ثابت ºC 25 و نسبت فاز آبی به آلی 1:1 استفاده شد. اثر پارامترهای pH در محدوده 5-1 و غلظت حجمی استخراج کننده 30-5 درصد حجمی بر درصد استخراج فلز روی در سه چرخه آب برگشتی بررسی شدند. طبق نتایج حاصل، با افزایش pH تا حدود 3، درصد استخراج فلز روی بشدت افزایش پیدا کرد و درصد استخراج تقریبا کامل در pHهای بالاتر از 3 حاصل شد. همچنین افزایش غلظت استخراج کننده D2EHPA باعث افزایش درصد استخراج روی شده و بهینه مقدار آن 30 درصد حجمی به دست آمد. محاسبات ترمودینامیکی نشان داد که عمده یون فعال فلز روی در محلول لیچینگ Zn2+ است و در چرخه های نخست، مکانیسم جذب توسط استخراج کننده D2EHPA را کنترل می کند. برازش داده های ترمودینامیکی برای چرخه دهم از افزایش درصد مولی گونه ZnCl+ از 05/2 درصد به 86/12 درصد حکایت دارد.
    کلیدواژگان: غبار کوره فولادسازی، بازیافت فلز روی، استخراج حلالی، جداسازی یون کلرید، محاسبات ترمودینامیکی
  • نرگس تبریزی، پوریا رییسی، علی محمد کلاگر*، محمد چراغزاده، اسلام رنجبرنوده صفحات 286-297
    حساسیت بالای سوپرآلیاژهای پایه نیکل به انواع ترک حین جوشکاری ذوبی و عملیات حرارتی پس از آن، منجر به محدودیت جوشکاری تعمیری قطعات آسیب دیده از این جنس می‏شود. ترک پیرکرنشی، یکی از انواع ترک‏های شایع در سوپرآلیاژ IN738LC در عملیات حرارتی پس از جوشکاری است که در کارهای محدودی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این پژوهش به کمک مدل‏سازی عددی، حساسیت به ترک پیرکرنشی در سوپرآلیاژ IN738LC جوشکاری شده به روش TIG بدون فلز پرکننده، بررسی شد. نتایج مربوط به مدل‏سازی حرارتی- مکانیکی و همچنین ارزیابی تجربی مقطع عرضی نمونه‏های جوش بدون فلز پرکننده پس از عملیات حرارتی پس گرم، نشان داد تنش و کرنش پلاستیک عرضی (و نه طولی) معیار اولیه مناسبی برای ارزیابی حساسیت سوپرآلیاژ به ترک پیرکرنشی است و به نظر می‏رسد در صورتی که کرنش پلاستیک عرضی بیش از %6/4 باشد، احتمال وقوع این ترک پس از عملیات حرارتی پس گرم، بسیار بالا خواهد بود.
    کلیدواژگان: ترک پیرکرنشی، سوپرآلیاژ IN738LC، جوشکاری تعمیری، مدل‏سازی المان محدود
  • حمدالله صالحی*، امین شنبدی، پیمان امیری صفحات 298-309

    در این مقاله خواص ساختاری ، الکترونی و اپتیکی کلسیم کربنات،درفازهای هگزاگونال (کلسیت)،ارتورومبیک (آراگونیت) و ارتورومبیک (واتریت) موردبررسی قرارمی گیرد. محاسبات با استفاده از روش شبه پتانسیل در چارچوب نظریه تابعی چگالی با تقریب های مختلف و با استفاده از نرم افزار کوانتوم اسپرسو صورت گرفته است. نتایج ساختار نواری برای ترکیب کلسیم کربنات در فاز هگزاگونال بیانگر گاف غیرمستقیم در راستای  ودر فاز ارتورومبیک دارای گاف نواری مستقیم است. ضریب شکست به دست آمده برای فاز هگزاگونال در راستاهای   و  به ترتیب 45/1 و 27/1 می باشند،وضریب شکست به دست آمده برای فاز ارتورومبیک در راستا های   و  به ترتیب 48/1، 45/1 و 36/1 می باشند، هم چنین مقدار گاف اپتیکی برای فاز های ارتورومبیک و هگزاگونال در راستاهای و  محاسبه شده اند. نتایج به دست آمده با دیگر داده های موجود سازگاری خوبی دارد.

    کلیدواژگان: طیف اتلاف انرژی، تابع دی الکتریک، ضریب شکست، گاف اپتیکی، کوانتوم اسپرسو، کلسیم کربنات، گاف نواری
  • گلسا موسوی، جعفر جوادپور*، بیژن افتخاری یکتا، حسن ثقفیان صفحات 310-324
    کاشتنی های دندانی جزو درمان های متداول دندانپزشکی است و تیتانیم یکی از مواد پرکاربرد در این زمینه محسوب می شود. نقره نیز به دلیل داشتن خاصیت آنتی باکتریایی و کاهش احتمال عفونت پس از جراحی، یکی از گزینه های مطلوب است. اما یک کاشتنی دندانی باید مدول یانگ کمتر و یا در محدوده استخوان فک داشته باشد تا پدیده محافظت تنشی اتفاق نیفتد. یکی از راه های کاهش مدول یانگ، ایجاد تخلخل است. هدف از این تحقیق، ساخت کاشتنی دندانی از جنس تیتانیم- نقره، به روش تف جوشی به کمک جرقه پلاسما (SPS) و با 20-25 درصد تخلخل است. برای این منظور، قطعاتی با ترکیب 1wt.% Ag-Ti و 3wt.% Ag-Ti، تحت دماهای C° 850 و C° 900 و فشار 10 مگاپاسکال و 30 مگاپاسکال ساخته شدند. نتایجXRD وSEM نشان دادکه نمونه ها دارای ریزساختار آلفا تیتانیم به همراه حفره هایی در مرز، با اندازه کمتر از 100 میکرون و با مورفولوژی کروی بودند. همچنین، نمونه ساخته شده تحت دمای C° 850 و فشار 10 مگاپاسکال دارای تخلخلی در حدود 20-25 درصد بود و نسبت به سایر نمونه ها استحکام فشاری نزدیک تری به استخوان فک داشت. داده های آماری و مدل سازی در نرم افزار Design Expert نشان داد که با کاهش دما و فشار، تخلخل افزایش می یابد؛ اما کاهش دما در ایجاد تخلخل تاثیرگذارتر است. با توجه به نمودارها می توان نتیجه گرفت که بیشترین تخلخل، با حفظ خواص مکانیکی کاشتنی، در دمای C° 850، فشار 10 مگاپاسکال و یک درصد نقره حاصل شده است. همچنین، دما و زمان ساخت کاشتنی نسبت به روش های متداول تف جوشی تیتانیم، کاهش چشمگیری داشت.
    کلیدواژگان: تیتانیم، نقره، کاشتنی دندانی، تف جوشی به کمک جرقه پلاسما
  • محمدحسین فرشیدیان فر*، سید فریبرز اشراقی، سیده فاطمه نبوی، انوشیروان فرشیدیان فر صفحات 325-342

    هدف مطالعه حاضر بیان ویژگی های روکش کاری لیزری و کاربرد آن در سه حوزه پوشش دهی، تعمیر/بازسازی و نمونه سازی است. از جمله نوآوری این پژوهش می توان مقایسه ویژگی ها و برتری های روکش کاری لیزری با سایر روش های مرسوم نظیر تیگ و... با ذکر نمونه مطالعاتی را نامبرد. همچنین، بررسی حوزه های پوشش دهی، تعمیر/بازسازی و نمونه سازی روکش کاری لیزری با ذکر مثال عینی صنعتی به جهت درک کاربرد دقیق از دیگر نوآوری های مطالعه حاضر محسوب می شود. به عبارت دیگر، نوآوری این پژوهش، ارایه ویژگی ها و کاربرد روکش کاری لیزر در سه حوزه پوشش دهی، بازسازی و نمونه سازی قطعات صنعتی در مقایسه با سایر روش ها است که در مطالعه ای بدان پرداخته نشد. در این راستا، نخست مزایای این تکنولوژی ارایه خواهندشد. جزییات فرایند پوشش دهی لیزری دیسک های ترمز بیان می شوند. نحوه تعمیر نازل سوخت توربین گازی و بازسازی بدنه موتور لوکوموتیو به روش لیزری نیز معرفی خواهندشد. مثال برجسته نمونه سازی لیزری یعنی تولید محفظه احتراق موتور هلیکوپتر نیز بررسی می شود. به جهت درک بهتری، مروری جامع و کامل بر مطالعات پیشین ارایه خواهدشد. در نهایت سرعت و توان های مورداستفاده در هر یک از سه حوزه پوشش دهی، بازسازی و نمونه سازی لیزری معرفی می شود.

    کلیدواژگان: لیزر، روکش کاری لیزری، پوشش دهی، تعمیر، نمونه سازی
|
  • Saeedeh Afshar, Hossein Arabi, Bagher Mohammad Sadeghi *, Mohsen Karimi Pages 266-275

    In this study, the effects of grain size on the tensile properties and the work-hardening behavior of 304 austenitic stainless steel was investigated. For this purpose, the thermomechanical processing was carried out by applying a 75% thickness reduction to the as-received 304 stainless steel sheet followed by annealing at two different temperatures of 750 and 1000 °C to produce sheets with two different fine- and coarse-grained microstructures. The average grain size decreased from 25 μm in the as-received matrix to 1.93 μm in the sample, which was annealed at 750 °C for 90 min (fine-grained sample). Also, the mean grain size of 35.52 μm (coarse-grained sample) was obtained after annealing at 1000 °C for 90 min. XRD and optical microscopy were used for characterizing the microstructure. The tensile tests were performed in the directions of 0°, 45°, and 90° to the rolling direction of the samples. The yield strength of as-received, fine-grained, and coarse-grained samples were obtained 405, 733, and 305 MPa, respectively. However, the total elongation decreased from 73% in the as-received sample to about 52% in the fine-grained sample. The work hardening behavior of both fine- and coarse-grained samples was observed in three stages: an initial sharp drop until a minimum value was reached, then an increase until a maximum value was reached, and finally a reduction in the work hardening rate until the beginning of necking. The work-hardening rate (dσ/dε) of the coarse-grained sample was higher than that of the fine-grained sample. This was due to the higher martensitic transformation rate in the coarse-grained sample.

    Keywords: 304 austenitic stainless steel, Thermomechanical processing, Grain size, work hardening, tensile properties
  • Saeid Karimi, Pedram Ashtari *, Mahshad Mahshad Rafatinia, Zahra Mohammad Alizadeh, Maryam Akbari, Samad Ghasemi Pages 276-285
    The recycling of steel-making dust was investigated using the leaching process in sulfuric acid and the separation of zinc ions by solvent extraction method. Due to the high chloride content of steel-making dust, the spent used in the experiments after the completion of the processes in the first cycle was returned to the beginning of the steel-making furnace dust recycling process to investigate the effect of chloride ions on the extraction of zinc metal. Aqueous solution was prepared by dissolving steel-making dust in sulfuric acid and followed by precipitation of iron in hydroxide form. To separate zinc from aqueous solution, D2EHPA agent was used at a constant temperature of 25 ºC and the ratio of aqueous to organic phase was 1:1. The effect of pH parameter in the range of 1-5 and volume concentration of extractant 5-30% on the extraction of zinc in three cycles of return spent were investigated. According to the results, an increase in pH up to about 3, the extraction of zinc increased enormousely, and the extraction was almost complete at higher than 3. Also, an increment in D2EHPA concentrationenhanced the zinc extraction and the optimum extraction was found to be 30%. Thermodynamic calculations showed that the main active ion of zinc in the leaching solution is Zn2+ and in the first cycles, it controls the absorption mechanism by the D2EHPA extractant. The fitting of thermodynamic data for the 10th cycle also showed that the molar percentage of ZnCl+ species changes from 2.05 % to 12.86%.
    Keywords: Steel-Making Dust, Zinc Recycling, Solvent Extraction (SX), Separation of chloride ion, Thermodynamic calculation
  • Narges Tabrizi, Pouria Raissi, Ali Mohammad Kolagar *, Mohammad Cheraghzadeh, Eslam Ranjbarnodeh Pages 286-297
    The nickel-based superalloys high sensitivity to various types of cracks during fusion welding and post welding heat treatment, leads to limitations in the repair welding of damaged parts of this material. Strain aging crack is a type of prevalent crack in the IN738LC superalloys that occurs during the post-weld heat treatment, which was investigated in few studies. In this study, using numerical modeling, the susceptibility to strain aging cracking in IN738LC superalloy welded by TIG method without filler metal was investigated. The results of thermal-mechanical modeling as well as experimental evaluation of cross-section of the autogenous welded samples after post-heat treatment showed that the transverse plastic strain of (rather than longitudinal) plastic is a suitable preliminary criterion for evaluating the susceptibility of superalloy to the strain aging cracking and it seems that if the plastic transverse strain is more than 4.6%, the probability of this crack occurring after post weld heat treatment will be very high.
    Keywords: Strain aging crack, IN738LC Superalloy, Finite element modeling
  • Hamdollah Salehi *, Amin Shanbedi, Payman Amiri Pages 298-309

    In this paper, the structural , electronic and optical  properties of calcium carbonate in hexagonal (calcite) ,orthorhombic (aragonite)  and orthorhombic( waterite)phases are investigated.The calculations have been performed with pseudopotential methodin the framework of the density functional theory with different approximations and using Quantum Espresso package.The band structure results for the calcium carbonate compound in the hexagonal phase indicate an indirect band gap in the  direction and the orthorhombic phase has a direct band gap.The refractive index obtained for the hexagonal phase in the and  directions are 1.45 and 1.27, respectively. The obtained refractive index for orthorhombic phase in and  directions are 1.48, 1.45 and 1.36, respectively. Also, the value of the optical gap for orthorhombic and hexagonal phases in and directions have been calculated. The obtained results are in good agreement with other available data.

    Keywords: Optical gap, Quantume Espresso, Refractive index, Dielectric function, electron energy lost spectroscopy, Band gap, Calcium Carbonate
  • Golsa Mousavi, Jafar Javadpour *, Bijan Eftekhari Yekta, Hasan Saghafian Pages 310-324
    Dental implants are one of the most common treatments in dentistry and Titanium is one of the most widely used materials to make a dental implant. Silver is also a good choice because of its antibacterial properties and reduced risk of infection after surgery. But a dental implant should have a lower Young modulus than the jawbone to prevent stress shielding. One way to reduce the Young modulus is to create porosity. The aim of this study was to make a Titanium-Silver dental implant using spark plasma sintering (SPS) method with 20-25% porosity. For this purpose, parts were made with Ti -1wt.% Ag and Ti -3wt.% Ag, under temperatures of 900 °C and 850 °C and pressures of 10 MPa and 30 MPa. Results of XRD and SEM showed that the samples had alpha-Titanium microstructure with pore size of less than 100 microns with spherical morphology. Also, the sample made at 850 °C and 10 MPa is the best sample because it has 20-25% porosity and compressive strength close to the jawbone, compared to other samples. Statistical data and modeling in Design Expert software showed that porosity increases with decreasing temperature and pressure; but decreasing temperature is more effective in creating pores. According to the three-dimensional diagrams, it can be concluded that, the highest porosity, while maintaining the mechanical properties, was obtained at a temperature of 850 °C, pressure of 10 MPa and 1% Silver.
    Keywords: titanium, Silver, Dental implants, Spark plasma sintering
  • MohammadHossein Farshidianfar *, Seyed Fariborz Eshraghi, Seyedeh Fatemeh Nabavi, Anooshiravan Farshidianfar Pages 325-342

    The aim of this study is to provide the characteristics of laser cladding and its application in three areas of coating, repair and prototyping. Among the innovations of this research, we can compare the features and advantages of laser coating with other conventional methods such as tags, etc. by mentioning sample studies. Also, the study of the areas of coating, repair / reconstruction and prototyping of laser coating with mentioning an objective industrial example in order to understand the exact application of other innovations of the present study is considered. In other words, the innovation of this research is the presentation of features and application of laser coating in three areas of coating, reconstruction and prototyping of industrial parts in comparison with other methods that were not addressed in a study. In this regard, the benefits of this technology will be presented first. Details of the laser coating process of the brake discs are given. How to repair the gas turbine fuel nozzle and rebuild the locomotive engine body by laser method will also be introduced. A prominent example of laser prototyping is the production of a helicopter engine combustion chamber. For a better understanding, a comprehensive overview of previous studies will be provided. Finally, the speed and capabilities used in each of the three areas of coating, reconstruction and laser prototyping are introduced.

    Keywords: Laser, Laser cladding, Coating, Repair, Rapidprototype