دکتر احد صمدی
-
سوپرآلیاژ U-500 یک سوپرآلیاژ پایه نیکل است که علاوه بر نیکل مقادیر قابل توجهی کبالت و کروم دارد. با توجه به ارزش اقتصادی و استراتژیک این فلزات، بازیابی آن ها از سوپرآلیاژهای مستعمل از اهمیت به سزایی برخوردار است. روش هیدرومتالورژی یک روش اقتصادی و موثر برای بازیابی فلزات با ارزش (نظیر نیکل، کبالت و کروم) از قراضه های سوپرآلیاژها محسوب می شود. بر این اساس، رفتار انحلال عناصر نیکل، کبالت و کروم موجود در قراضه سوپرآلیاژ U-500 به روش الکترولیچینگ، و تاثیر پارامترهای مختلف عملیات شامل غلظت اسید سولفوریک، ولتاژ، دما، هم زدن و فاصله الکترودها) بر انحلال عناصر مذکور بررسی شده است. نتایج حاکی از آن است که با افزایش غلظت اسید سولفوریک در الکترولیت، ولتاژ اعمالی و دما، انحلال بهتری صورت می گیرد. همچنین کم شدن فاصله آند و کاتد سبب بهبود واکنش حل شدن می گردد ولی هم زدن الکترولیت تاثیر قابل توجهی در افزایش انحلال آندی سوپرآلیاژ ندارد. با مقایسه نتایج، شرایط بهینه الکترولیچینگ سوپرآلیاژ U-500 در الکترولیت اسید سولفوریک، غلظت اسید 125 گرم بر لیتر، ولتاژ اعمالی 4 ولت، سرعت همزدن 300 دور بر دقیقه و فاصله آند تا کاتد 3 سانتیمتر بدون کنترل دما تعیین شد. به طوریکه در این شرایط حدود 75% نیکل، 84% کبالت و 67% کروم موجود در سوپرآلیاژ در مدت 25 دقیقه به طور آندی حل شدند.
کلید واژگان: بازیافت، سوپرآلیاژ U-500، هیدرومتالورژی، انحلال آندی، نیکل، کبالت، کرومU-500 is a nickel-based superalloy which has significant amounts of some precious elements such as cobalt and chromium. Due to the economic and strategic value of these metals, their recovery from the used superalloys is of great importance. Hydrometallurgy is an economical and effective method for recovering these valuable metals from the superalloy scraps. So in this investigation, the dissolution behavior of nickel, cobalt and chromium elements from the used U-500 superalloy in the electro leaching process as well as the effect of different process parameters (such as: sulfuric acid concentration, applied voltage, process temperature, stirring and cathode-anode distance) on the dissolution of these elements are studied in details. The results show clearly that by increasing the concentration of sulfuric acid in the electrolyte, the applied voltage, and temperature, as well as decreasing the cathode-anode distance, the anodic dissolution of the superalloy U-500 is improved. Electrolyte stirring has no significant effect on increasing the anodic dissolution of the superalloy. The optimum conditions for the anodic dissolution of superalloy U-500 in sulfuric acid electrolyte was determined as acid concentration of 125 g/L, applied voltage of 4 V, stirring speed of 300 rpm, and cathode-anode distance of 3 cm without temperature control (starting with ambient temperature as the initial temperature(. Under these conditions, about 75% nickel, 84% cobalt and 67% chromium were durnig 25 minutes.
Keywords: recycling, U-500 superalloy, Hydrometallurgy, Anodic dissolution, Nickel, Cobalt, Chromium -
اسفند ماه 1397 در گورستان چالادیم روستای شال خلخال اردبیل طی یک کاوش باستان شناسی تعداد زیادی لوازم و ابزارهای فلزی نظیر ابزارآلات جنگی از دو گور مکشوفه آن منطقه بدست آمد که با توجه به تشابهات موجود با آثار دوره مانایی، به نظر می رسد که مربوط به این دوره باشد. یکی از لوازم کشف شده از این گورستان یک جام فلزی کمر باریک منحصر به فردی است که شناسایی جنس و روش فراوری آن به منظور درک سطح دانش، فن، هنر و فرهنگ بومیان آن منظقه حایز اهمیت است. بر این اساس، در این مقاله ضمن ارزیابی اولیه ترکیب شیمیایی اثر با روش طیف سنجی توزیع انرژی اشعه X (EDS) ریز ساختار اثر نیز با استفاده از میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی مورد مطالعه و ارزیابی قرار گرفت. نتایج بررسی ها نشان می دهند که اثر یاد شده از جنس آلیاژ پایه نقره حاوی مقدار مس همراه با سایر عناصر می باشد که با توجه به مشاهده مرز دانه های ناقص و ناتمام و علایم کشیدگی دانه ها و نیز آخال ها یا اینکلوژن ها در ریزساختار به نظر می رسد که این جام با چکش کاری مداوم گرم (و البته نه چکش کاری داغ) در دمای نه چندان بالا فراوری شده است به طوری که دمای پایین چکش کاری فرصت لازم برای باز تبلور کامل دانه ها را فراهم ننموده است. با وجود این، اظهار نظر در خصوص منشا یابی سنگ معدن اولیه اثر نیاز به بررسی های بیشتر و دقیق تری دارد که می تواند موضوع پژوهش آتی در مورد این اثر باشد.
کلید واژگان: جام نقره ای، چالادئم شال خلخال، دوره مانایی، چکش کاری گرم، باز تبلور ناقص -
برای ارزیابی تاثیر مقدار منیزیم بر ایجاد ریزساختار و سختی مدرج در کامپوزیت های Al-Si-Mg در روش ریخته گری گریز از مرکز، سه استوانه با ترکیب شیمیایی Al-20Si-XMg (X= 6, 9, 12) (بر حسب درصد وزنی) ریخته گری شد. سپس ریزساختار و سختی مقاطع شعاعی مختلف آنها به ترتیب با استفاده از میکروسکوپ های نوری و SEM مجهز به سیستم میکرو آنالیز (EDS) و سختی سنجی برینل مورد بررسی قرار گرفت. برای تحلیل نتایج از نرم افزارهای Thermo-Calc و JMat Pro به ترتیب برای رسم نمودارهای فازی تعادلی آلیاژها، کسر جرمی و چگالی فازهای درجای تشکیل شده حین انجماد استفاده شد. نتایج نشان می دهند که با افزایش مقدار منیزیم آلیاژ، علیرغم اینکه ذرات Mg2Si اولیه درشت تری در ریزساختار شکل می گیرد اما بواسطه چگالی پایین این ذرات، جدایش مرکز گرای آنها به همراه ذرات Si اولیه طبق قانون استوکس در مکانیک سیالات افزایش می یابد. به گونه ای که با افزایش مقدار Mg آلیاژها از 6% به 9% و سپس 12% وزنی، کسر حجمی ذرات Mg2Si در لایه داخلی استوانه های ریختگی از مقادیر کمتر از 7 % به حدود 28 % و اندازه متوسط آنها از مقادیر کمتر از 54 میکرون به حدود 166 میکرون افزایش می یابد. اما به خاطر نرم بودن ذرات Mg2Si نسبت به Si، با افزایش کسر حجمی ذرات Mg2Siدر لایه های داخلی استوانه ها سختی این لایه ها به ترتیب از 86 به 81 و سپس 78 برینل کاهش می یابد.
کلید واژگان: ریخته گری گریز از مرکز، کامپوزیت مدرج، آلیاژهای Al-Si-Mg، جدایش فازی، ریزساختار هیبریدیTo evaluate the effect of magnesium content on the microstructure and hardness of the Al-Si-Mg composites in the centrifugal casting method, three cylinders with the chemical composition of Al-20Si-XMg (X = 6, 9, 12) (as weight percent) were cast. Then the microstructure and hardness of the different radial sections were studied by optical microscope, SEM equipped with a micro-analysis system (EDS), and standard brinell hardness testing method, respectively. The phase diagram of Al-20Si-XMg system was plotted as a function of Mg% using Thermo-Calc software. Also JMat Pro software was employed to plot the variation of the mass fraction and density of the in situ formed phases during the solidification of the alloys. The results show clearly that while the coarse Mg2Si particles are formed in high Mg content alloys; however, these particles along with the primary Si particles, both, due to the low density, based on Stokes' law in fluid mechanics, are centripetally segregated towards the inner layers of the cylinders. In addition, by increasing the Mg content of the alloys from 6% to 9% then 12% the volume fraction and average size of the Mg2Si particles in inner layer of the cylinders, both, increase respectively from less than 7% to about 28% and from less than 54 microns to about 166 microns. But, since Mg2Si particles are softer than Si particles, by increasing the volume fraction of the Mg2Si particles, the hardness of the inner layers of the cylinders reduces from 86 to 81 and then 78 brinell.
Keywords: centrifugal casting, functionally graded composites, Al-Si-Mg alloys, particle segregation, hybrid microstructure -
در این پژوهش از ریخته گری گریز از مرکز برای تولید کامپوزیت هایپر یوتکتیک Al-Mg2Siبا ریزساختار هیبریدی و سختی مدرج استفاده شد. به این منظور به روش گریز از مرکز عمودی، دو استوانه با ترکیب Al-20Si و Al-20Si-9Mg (بر حسب درصد وزنی) ریخته گری شد. سپس ریزساختار و سختی مقاطع شعاعی مختلف آنها به ترتیب با استفاده از میکروسکوپ های نوری و SEM مجهز به سیستم میکروآنالیز فازی ( EDS ) و سختی سنجی برینل مورد بررسی قرار گرفت. همچنین از نرم افزارهای Thermo-Calc و JMat Pro به ترتیب برای رسم نمودارهای فازی تعادلی آلیاژها، کسر جرمی و چگالی فازهای درجای تشکیل شده حین انجماد استفاده شد. نتایج بدست آمده نشان می دهند که با افزودن 9 درصد منیزیم به آلیاژ Al-20Si ، لایه های داخلی استوانه دارای یک ریزساختار هیبریدی متشکل از ذرات اولیه سیلیسیم و Mg2Si در زمینه یوتکتیکیAl (α) -Si-Mg2Si بوده و لایه خارجی فقط شامل یک ریزساختار یوتکتیک سه تایی ظریف Al (α) -Si-Mg2Si است. به تبع این تغییرات ریزساختاری در راستای شعاعی استوانه ها، نه تنها سختی هر دو استوانه از جداره خارجی با شیب ملایمی به سمت جداره داخلی افزایش می یابد بلکه استوانه Al-20Si-9Mg در تمامی مقاطع شعاعی خود در مقایسه با استوانه دیگر حدود 18 برینل افزایش سختی نشان می دهد.کلید واژگان: ریخته گری گریز از مرکز، مواد مدرج، آلیاژهای Al-Si-Mg، جدایش فازی، ریزساختار هیبریدیIn this study, centrifugal casting method was used to produce a hyper-eutectic composite Al-Mg2Si with hybrid microstructure and graded hardness. For this purpose, two cylinders with a chemical composition of Al-20Si and Al-20Si-9Mg (weight percent) were cast using a vertical centrifugal casting machine. Then the microstructure and hardness of the cast cylinders were studied along the radial direction by optical and scanning electron microscopes and brinell method, respectively. The results show that in Al-20Si cast cylinder; in contrary to the outer layer which shows only a binary eutectic Al-Si microstructure, the inner layer contains a high volume fraction of in situ segregated primary silicon particles inside the eutectic matrix. By addition of 9% Mg to Al-20Si alloy, the inner layer of the cast cylinder form a hybrid microstructure containing of both Si and Mg2Si particles inside the eutectic matrix, while the outer layer shows only a ternary eutectic Al-Si-Mg2Si microstructure. As a result of these microstructure changes along the radial direction of the cylinders, not only the hardness of both cylinders are smoothly increased from the outer towards the inner layers, but also all radial sections of the Al-20Si-9Mg cylinder in compared with the other one, indicate higher hardness (about 18 brinell).Keywords: Centrifugal casting, Functionally graded materials, Al-Si-Mg alloys, Phase segregation, Hybrid microstructure
-