فهرست مطالب

مهندسی متالورژی و مواد - سال سی و چهارم شماره 2 (تابستان 1402)

نشریه مهندسی متالورژی و مواد
سال سی و چهارم شماره 2 (تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/04/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • هادی سلیمانی، عبدالحسین فریدون*، علیرضا آلبویه، محمدرضا نخعی صفحات 1-18
    در این پژوهش، خواص کششی ترکیب نانوکامپوزیت پلی پروپیلن/ لاستیک طبیعی تقویت شده با نانوذرات پرلیت تولید شده به کمک دستگاه مخلوط کن داخلی دو محوره، مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین، از مدلسازی ریاضی آنالیز واریانس با استفاده از روش سطح پاسخ برای مقایسه و تصدیق نتایج آزمون کشش تجربی استفاده شد. نقش هر یک از متغیر های موادی درصد وزنی لاستیک طبیعی و نانوذرات پرلیت بر خصوصیات مکانیکی ترکیبات جدید تولید شده بررسی شد. طبق این بررسی ها، مشاهده شد که مقادیر استحکام کششی و تغییر طول تا شکست در اثر افزایش مقدار لاستیک طبیعی از 20 به 40 درصد وزنی و ثابت بودن مقدار نانوذرات پرلیت در 3 درصد وزنی، به ترتیب 68/14 درصد کاهش (از 92/8 تا 61/7 مگاپاسکال) و 72 درصد افزایش (از 05/51 تا 81/87 درصد) یافت. نتایج بدست آمده از بهینه سازی متغیرها نشان داد، در صورت استفاده از 268/3 درصد وزنی از لاستیک طبیعی و 046/4 درصد وزنی از نانوذرات پرلیت، ماکزیمم مقادیر استحکام کششی و تغییر طول تا شکست به ترتیب 332/8 مگاپاسکال و 38/74 درصد حاصل شد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی بیانگر تاثیر مثبت افزودن نانوذرات به فاز پایه به واسطه کوچک شدن اندازه فاز الاستومری و در نتیجه افزایش استحکام کششی ماده بود. همچنین، پخش مناسب نانوذرات در زمینه پلیمری در نمونه ساخته شده با 5 درصد وزنی پرلیت و 30 درصد وزنی لاستیک طبیعی اتفاق افتاد. اما، با افزایش نانوذرات به 9 درصد وزنی، تراکم و کلوخگی نانوذرات پرلیت در فاز ترموپلاستیکی مشاهده شد.
    کلیدواژگان: پلی پروپیلن، لاستیک طبیعی، نانوذرات پرلیت، نانوکامپوزیت، ریزساختار، روش پاسخ سطح
  • لعیا دژم*، امیرهوشنگ رمضانی صفحات 19-32

    لایه های نازک اکسیدروی (ZnO) آلایش یافته با آلومنیوم و مس (CAZO) توسط کندوپاش مغناطیسی جریان مستقیم (DC) تهیه شد. ویژگی های ساختاری، اپتیکی و الکتریکی لایه های نازک آلایش یافته دوگانه با استفاده از روش های مشخصه یابی پراش اشعه ایکس(XRD) ، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، طیف سنج نوری (Spectrophotometer) و پراکندگی بازگشتی رادرفورد (RMS) مورد بررسی قرار گرفتند. لایه های نازک با ضخامت های مختلف ساختاری آمورف داشتند. نمودار توزیع ذرات نشان داد که با افزایش ضخامت، اندازه نانوذرات از 10 نانومتر به 25 نانومتر رسیده و بازه تغییرات اندازه ذرات نیز افزایش یافته است.انرژی باندگپ با افزایش ضخامت کاهش یافته اما انرژی اوربچ افزایش یافته است. لایه CAZO با ضخامت 50 نانومتر انرژی فعالسازی کمتر و غلظت حامل های دهنده بیشتری داشتند اما با افزایش ضخامت، غلظت این نوع حامل ها (نوع n) کاهش می یابد، زیرا رسانش در لایه ها کمتر شده و مقاومت در لایه های CAZO با ضخامت 150 نانومتر افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: اکسیدروی آلایش یافته دوگانه، انرژی باندگپ، انرژی اوربچ، مقاومت الکتریکی، انرژی فعالسازی
  • فاطمه زرقانی، غلامرضا ابراهیمی*، امیر مومنی، حمیدرضا عزت پور صفحات 35-50

    آلیاژ تیتانیم نزدیک آلفا Ti-811به دلیل خواصی نظیر استحکام ویژه بالا، دانسیته پایین و مقاومت به خوردگی عالی در صنایع هوافضا، خودروسازی و نظامی کاربرد گسترده ای دارد. در این پژوهش نمونه های استوانه ای با ارتفاع و قطر به ترتیب 12 و 8 میلی متر با کمک وایرکات تهیه و برای آزمون فشار گرم به کارگرفته شد. رفتار سیلان آلیاژ Ti-811 با آزمایش فشار گرم در محدوده ای از دماها (950 ، 975، 1000، 1025، 1050و°C 1075) و نرخ کرنش ها (001/0 ، 01/0، 1/0 وs-11) تحت کرنش ثابت 6/0 مورد بررسی قرار گرفته است. منحنی سیلان نشان داد که نرمی سیلان پیوسته اتفاق می افتد؛ که میزان آن در ناحیه دوفازی، در مقایسه با ناحیه تک فازی بیشتر است. تصاویر ریزساختاری گرفته شده با میکروسکوپ نوری و تحلیل های مکانیکی نشان داد که مکانیسم های نرمی در ناحیه تک فاز بتا، تبلورمجدد دینامیکی فاز بتا و در ناحیه دو فازی آلفا+بتا رنج گسترده ای از تغییرات ریزساختاری نظیر تغییر فاز دینامیکی، کروی شدن و موجی شدن آلفای لایه ای است.

    کلیدواژگان: آلیاژ نزدیک آلفا، Ti-811، تغییرشکل گرم، تبلور مجدد دینامیکی، کروی شدن
  • محمود شریفی تبار*، مهدی شفیعی آفارانی، راضیه شهریاری صفحات 51-66
    در این پژوهش با انجام آزمونهای متالورژیکی شامل کوانتومتری، آنالیز پراش اشعه ایکس (X-ray Diffraction (XRD))، بررسی های ریزساختاری با میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی (Field Emission Spectroscopy Electron Mircoscope (FESEM)) اطلاعات مربوط به ترکیب، ساختار و ریزساختار بیلت های ریخته گری و پروفیل های آلومینیومی 6063 تولیدی از قراضه های آلومینیومی در شرکت بلوچ آلومینیم زاهدان استخراج شده و تاثیر ریزساختار بر خواص مکانیکی آنها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آنالیز ترکیب شیمیایی نشان داد که درصد آهن، سیلسیم و مس بیش از حد استاندارد ترکیب آلیاژ آلومینیوم 6063 بود. تصاویر میکروسکوپ نوری درصد بالای تخلخل ها و حفرات انقباضی به ویژه در مرکز بیلتهای ریخته گری شده را نشان داد. نتایج آنالیز پراش اشعه ایکس نشان داد که علاوه بر فاز FCC زمینه، فاز  آلومیناید آهن در ریزساختار شمش تشکیل شد. تشکیل این فاز توسط آنالیز طیف سنج پراکندگی انرژی در میکروسکوپ الکترونی روبشی تایید شد. نتایج آزمون کشش نشان داد که حضور حفرات و به خصوص فاز ترد آلومیناید آهن سبب افت استحکام و شکل پذیری شد. استحکام کشش نهایی نمونه شرکت بلوچ آلومینیم در سطح بیلت در حدود 103 مگاپاسکال و در مرکز شمش 71 مگاپاسکال به دست آمد. شکست نگاری نمونه ها حاکی از درصد بالای حفرات در نمونه استخراج شده از مرکز بیلت و ترکیب شکست نرم و ترد ناشی از حضور فاز ترد آلومیناید آهن در سطح بیلت بود.
    کلیدواژگان: ریخته گری، آلیاژ آلومینیوم 6063، ریزساختار
  • علی علیزاده*، مهدی عبدالهی، محمد فولادچنگ صفحات 67-86
    در این پژوهش، اثر ذرات ZrO2 و TiO2 بر رفتار سایشی و سختی پوشش های Ni-P ایجادشده روی فولاد st37 به روش آبکاری الکترولس بررسی شد. بدین منظور ابتدا پوشش های کامپوزیتی Ni-P-ZrO2 در پنج غلظت متفاوت 1 تا 5 گرم بر لیتر ذره ZrO2 رسوب داده شد و پس از بررسی بهترین نمونه ازلحاظ سختی، تاثیر ذرات TiO2 در پنج غلظت 1 تا 5 گرم بر لیتر تقویت کننده در کنار ذرات ZrO2، بررسی گردید. تمام پوشش ها به مدت 1 ساعت در دمای 400 درجه سانتی گراد عملیات حرارتی شدند. مقاومت به سایش و ضریب اصطکاک پوشش ها با آزمون پین روی دیسک مورد ارزیابی قرار گرفت. سطح و مقطع پوشش ها و هم چنین سطوح سایش با استفاده از میکروسکوپ الکترون روبشی (SEM) مجهز به EDS موردبررسی قرار گرفت. آزمون پراش پرتوایکس (XRD) نیز برای بررسی هم نشست ذرات تقویت کننده و تغییرات فازی در پوشش انجام شد. نتایج نشان داد که عملیات حرارتی منجر به افزایش زبری پوشش می شود. مشخص شد که افزایش غلظت ذرات ZrO2 در حمام از g/l 1 به g/l 3 منجر به بهبود سختی پوشش شده و استفاده از TiO2 تا g/l 2 در کنار ZrO2 منجر به بهبود سختی پوشش Ni-P-ZrO2 خواهد شد، به طوری که سختی از 702 ویکرز در نمونه Ni-P-ZrO2(3g/l) به 813 ویکرز در نمونه Ni-P-ZrO2(3g/l)-TiO2 (2 g/l) افزایش می یابد. نتایج همچنین نشان داد که پوشش کامپوزیتی Ni-P-ZrO2(3g/l)-TiO2 (2 g/l) عملیات حرارتی شده دارای بالاترین ضریب اصطکاک می باشد.
    کلیدواژگان: الکترولس نیکل، پوشش کامپوزیتی Ni-P-ZrO2-TiO2، زیرکونیا، تیتانیا، سختی
  • محمد علی پور* صفحات 87-96
    در این تحقیق اثر افزودن Er بر خواص کششی و ریزساختار آلیاژ ریختگی Al-3Mg-2.5Cu مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که با افزودن یک درصد وزنی Er به آلیاژ ریختگی، می توان دانه ها را ریز کرده و به ساختار یکنواخت رسید. ریزساختارها و سطوح شکست نمونه های آلیاژ آلومینیوم ریختگی با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفتند. در ضمن، افزودن Er ساختار یوتکتیک را اصلاح کرده و از یک ساختار نوک تیز و صفحه مانند درشت به یک ساختار فیبری و شاخه ای ریز تبدیل کرد. خواص کششی با افزودن Er تقویت شده و استحکام کششی نهایی Mpa 310 با افزودن یک درصد وزنی Er حاصل گردید. همچنین، مطالعات شکست نگاری نشان داد که حفره های ریزشده و دندریت ها از حالت کشیده و درشت به ساختار کروی تبدیل شده اند که دلیل اصلی استحکام کششی نهایی بالا بوده است. با افزودن 1 درصد وزنی Er ، 38 درصد بهبود خواص استحکامی نسبت به آلیاژ پایه بدست آمد.
    کلیدواژگان: عناصر نادر خاکی، خواص مکانیکی، ریزساختار
|
  • Hadi Soleymani, Abdolhosein Fereidoon *, Alireza Albooyeh, Mohammadreza Nakhaee Pages 1-18
    In this research, the tensile properties of polypropylene/natural rubber composite reinforced with perlite nanoparticles were studied. The mathematical modeling of analysis of variance using the surface response method was used to confirm the experimental results. The role of each materials variable and the weight percentage of natural rubber and pearlite nanoparticles on the tensile properties of the nanocomposite samples was investigated. It was observed that the values of tensile strength and elongation at break by increasing the amount of natural rubber from 20 wt.% to 40 wt.% and the constant amount of perlite nanoparticles at 3 wt.%, decreased by 14.68% (from 8.92 to 7.61 MPa) and increased by 72% (from 51.05% to 87.81%), respectively. The results obtained from the parameters optimization showed that the maximum values of tensile strength and elongation at break are 8.332 MPa and 74.38% was obtained in the sample with 3.268 wt.% of natural rubber and 4.046 wt.% of perlite nanoparticles, respectively. The scanning electron microscope images showed the positive effect of adding nanoparticles to the polypropylene/natural rubber composite due to the reduction in the size of the elastomeric phase and as a result, the increase in the tensile strength of the composite samples. Also, the proper dispersion of nanoparticles in the polymer matrix phase occurred in the sample with 5 wt.% of perlite nanoparticles and 30 wt.% of natural rubber. However, with increasing the weight percentages of nanoparticles up to 9 wt.%, some agglomerations of pearlite nanoparticles were observed in the thermoplastic phase.
    Keywords: Polypropylene, natural rubber, pearlite nanoparticles, Nanocomposite, Microstructure, surface response method
  • Laya Dejam *, Amir Hoshang Ramezani Pages 19-32

    Co-doped ZnO thin films (CAZO) were prepared by DC magnetron sputtering. The structural, electrical and optical properties of thin films were investigated using X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), optical spectrophotometer and Raderford Back Scattering (RBS) techniques. The CAZO thin films with different thicknesses had an amorphous structure. The particle distribution diagram showed that with the increase in thickness, the size of nanoparticles reached from 10 nm to 25 nm and the range of particle size changes also increased. The bandgap energy decreased with the increase in thickness, but the Urbach energy increased. The CAZO thin film with a thickness of 50 nm had lower activation energy and a higher concentration of donor carriers, but with increasing thickness, the concentration of this type of carriers (n-type) decreases, because the conduction in the layers decreases and the resistance in CAZO thin films with a thickness of 150 nm has increased.

    Keywords: Co- doped zinc oxide, Bandgap energy, Urbach energy, Electrical resistance, Activation energy
  • Fateme Zarghani, Gholamreza Ebrahimi *, Amir Momeni, Hamid Reza Ezatpour Pages 35-50

    Titanium alloy grade Ti–8Al-1Mo-1V (Ti-811) has been widely applied for many applications such as aerospace, automotive and military industries due to their high specific strength, low density, and excellent corrosion resistance. In this work, cylindrical specimens with a height of 12 mm and diameter of 8 mm were machined for the hot compression tests. the flow stress behavior of near-α alloy Ti-811 was investigated by hot compression testing under conditions of varying temperature (between 950, 975, 1000, 1025, 1050 and 1075 ◦C), strain rates ( 0.001, 0.01, 0.1 and 1s-1) and true strain up to 0. 6. The stress–strain curves of Ti-811 alloy revealed that the continuous flow softening occurs, anyway, the flow softening amount show greater flow softening in the two phase region as compared to the single phase region. Mechanical testing and optical microscopy analyses indicate that dynamic recrystallization occurred, for single-phase β microstructure. However; a broad variety of microstructure formation mechanisms including allotropic phase transformations, platelet kinking and globularization occurred for two- phase α + β region.

    Keywords: Near- &alpha, alloy Ti-811, Hot compression, Dynamic Recrystallization, globularization
  • Mahmood Sharifitabar *, Mehdi Shafiee, Raziyeh Shariyari Pages 51-66
    In the present study, metallurgical tests including quantometry, X-ray diffraction analysis, and microstructural investigations with optical and scanning electron microscopes were emplyed to investigate the effect of composition and microstructure on the mechanical properties of the cast ingots and extruded profiles manufactured in Balouch Aluminum Company. Results showed that the concentrations of Fe, Si and Cu were higher than the standard composition of 6063 Al alloy. Optical micrographs sowed that pores were mainly observed at the center of ingots. According to XRD analysis, in addition to FCC phase, an iron aluminide intermettalic phase was identified in the structure of ingots. The formation of intermetallic phase was confirmed by energy dispersive analysis attached to the scanning electron microscope. Tensile test results illustrated that the presence of pores and the distribution of intermetallic phases declined the strength and formability of the alloy. The ultimate tensile strengths at the surface and center of the ingot were 103 and 71MPa, respectively. Fractography of samples indicated that the presence of pores and the intermetallic phase led to a combination of ductile and brittle fracture durin tensile test.
    Keywords: Casting, 6063 Aluminum Alloy, Microstructure
  • Ali Aliadeh *, Mehdi Abdollahi, Mohammad Fuoladchang Pages 67-86
    In this study, the effects of zirconia and titania particles on the abrasion behavior and hardness of Ni-P and Ni-P-ZrO2 coatings on ST37 substrate by electroless technique were investigated. For this purpose, Ni-P-ZrO2 composite coatings were precipitated at five different concentrations of 1 to 5 g/l of reinforcing particle, and then, after examining the best specimen in terms of hardness, the effect of TiO2 particles in five concentrations of 1 to 5 g/l was studied as a booster alongside ZrO2 particles. The coatings were heat-treated for 1 hour at 400 °C. Resistance to wear and friction coefficient of coatings were evaluated by pin on disk test. The surface and cross-section of coatings, as well as the abrasion lines, were examined using a scanning electron microscope (SEM) equipped with an EDS test. The X-ray diffraction (XRD) test was also used to examine the coprecipitation of the reinforcing particles and phase transformations in the coatings. The results showed that the heat treatment resulted in increased hardness. Also, increasing the concentration of ZrO2 particles in the bath from 1 g/l to 3 g/l resulted in improved hardness of the coating and the use of TiO2 up to 2 g/l along with ZrO2 resulted in improved Ni-P-ZrO2 coating hardness, so that increasing TiO2 concentration to 2 g/l resulted in an increase in the hardness from 702 HV0.1 in the Ni-P-ZrO2 (3 g/l) sample to 813 HV0.1 in the Ni-P-ZrO2 (3 g/l) -TiO2 (2 g/l) sample.
    Keywords: Electroless Nickel, composite coating of Ni-P-ZrO2 -TiO2, zirconia, Titania, Hardness
  • Mohammad Alipour * Pages 87-96
    The effects of rare earth Er additions on the microstructure and tensile properties of cast Al–3Mg–2.5Cu aluminum alloy have been investigated. The results show that by adding 1 wt.% Er grain refiner in the aluminum cast alloy, the grains can be refined to a fine degree. The microstructures and fracture surfaces of cast aluminum alloy samples were examined by scaning electron microscopy (SEM). In addition, the rare earth Er modified the eutectic structure from a coarse plate-like and acicular structure to a fine branched and fibrous one. The tensile properties were improved by the addition of rare earth Er, and good ultimate tensile strength (310 MPa) was obtained when the rare earth Er addition was 1 wt.%. Furthermore, fractographic examinations revealed that refined pore and spheroidized α-Al dendrite were responsible for the high ultimate tensile strength. Adding of 1 wt.% rare earth Er make about 38% enhancement in tensile strength compared to that of unreinforced aluminum alloy.
    Keywords: Rare earth materials, Mechanical properties, Microstructure