فهرست مطالب

مهندسی متالورژی - پیاپی 64 (زمستان 1395)

مجله مهندسی متالورژی
پیاپی 64 (زمستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/12/27
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مقاله پژوهشی
  • محسن صارمی *، زهرا نادری صفحات 232-238
    نظر به اینکه در اکثر صنایع از آب خنک کننده برای کاهش دمای تآسیسات و ماشین آلات اسفاده می کنند این قطعات چنانچه در معرض تنش باشند احتمال دچار شدن به پدیده SCC را خواهند داشت تآثیر ممانعت کنندگی سیترات سدیم بر خوردگی تحت تنش فولادکم کربن در محیط آب صنعتی در دمای 25 درجه سانتی گراد مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش نرخ کرنش آهسته در مقادیر کرنش 4-10*2 بر ثانیه انجام شد. تآثیر ممانعت کنندگی سیترات سدیم بر خوردگی تحت تنش با ثبت منحنی های تنش-کرنش، تنش–زمان و پتانسیل–زمان بعد از 45 دقیقه غوطه وری الکترود در محلول خورنده ارزیابی شد. افزودن سیترات سدیم به آب صنعتی شبیه سازی شده حاوی غلظت های مختلف از سدیم کلرید برای بررسی پدیده خوردگی تحت تنش صورت گرفته است. نتایج نشان داد که یون سیترات زمان شکست را به تآخیر می اندازد و درضمن در غلظت های بالای کلراید (1000 ppm ) سیترات موثر نبوده است. اما در غلظت 300 ppm سیترات سدیم با ppm 500 سدیم کلرید اثر مقاومت بخش یون سیترات بر افزایش زمان شکست یا مقاومت در برابر SCC کاملا مشهود است.
    کلیدواژگان: خوردگی تحت تنش، سیترات سدیم، آب خنک کننده، فولاد کم کربن، ممانعت کننده
  • معصومه سیف الهی*، زهرا اصغری، سیدمهدی عباسی، مریم مرکباتی صفحات 239-248
    در این تحقیق، ریزساختار و خواص خستگی کم چرخه دما بالای سوپر آلیاژ Nimonic 105 در حضور بور و زیرکونیم مورد بررسی قرار گرفته است. آزمون خستگی کم چرخه در شرایط کرنش کنترل (کرنش 8/0) با نرخ بارگذاری s-13-10×3 در 0=R در دمای °C 750 در اتمسفر محیط انجام شده است. نتایج نشان داد که عنصر زیرکونیم سبب تشکیل کاربیدهای ZrC در مرز دانه ها و درون دانه ها می گردد. همچنین افزودن عنصر زیرکونیم سبب کاهش اندازه دانه آلیاژ شده است. در غیاب عنصر زیرکونیم رسوبات کاربیدی عمدتا از نوع (Cr،Mo)23C6 و در مرزدانه ها یافت می شوند. عنصر بور سبب کاهش اندازه رسوبات γ می شود. با افزودن بور دوقلویی ها در ساختار افزایش چشمگیری دارد. افزودن عنصر بور تا 013/0% وزنی سبب بهبود خواص خستگی کم چرخه دما بالای آلیاژ می شود. در حضور( 013/0% وزنی) بور، شکست از نوع درون دانه ای و بین دانه ای است؛ در حالی که با افزودن عنصر زیرکونیم تا 16/0% وزنی نوع شکست کاملا بین دانه ای می باشد. تشکیل کاربیدهای سخت صفحه ای MC ناشی از افزودن Zr که یک شبکه غیر کوهرنت با زمینه و مرزدانه ها دارند، مکان های شروع و تکثیر ریزترک ها را فراهم می کند. در نتیجه در حضور عنصر زیرکونیم ترک های ثانویه افزایش و عمر خستگی آلیاژ کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ Nimonic 105، خستگی کم چرخه دما بالا (LCF)، بور، زیرکونیم
  • سپیده سادات حسینی نورآبادی، محمود نیلی احمدآبادی * صفحات 249-259
    آلیاژهای حافظه دار نیکل- تیتانیم به دلیل دارا بودن خواص حافظه داری، سوپرالاستیسیته و زیست سازگاری کاربردهای گسترده ای یافته اند. رفتار حافظه داری و سوپرالاستیسیته وابسته به ترکیب شیمیایی، دما و ساختار آلیاژ می باشد. جهت برخورداری از خاصیت حافظه داری و سوپرالاستیسیته به صورت همزمان یک کامپوزیت دو لایه استنیتی/ مارتنزیتی ساخته شد. اتصال نفوذی لایه هایی با نسبت 2 به 1 ( مارتنزیت: استنیت) در کوره تیوبی خلاء در دمای 1000 درجه سانتیگراد به مدت 3 ساعت تحت تنش فشاری 20 مگاپاسکال انجام شد. به منظور بررسی تاثیر زمان آنیل بر پهنای فصل مشترک و خواص کامپوزیت، نمونه ها در دمای 1000 درجه سانتیگراد برای زمان های 5 ساعت و 10 ساعت تحت عملیات آنیل قرار گرفتند. برای بررسی خواص ریزساختاری فصل مشترک از میکروسکوپ نوری و برای بررسی شیب غلظتی ترکیب شیمیایی در عرض فصل مشترک از آنالیز خطی به وسیله طیف سنجی پراش انرژی اشعه ایکس و برای بررسی خواص مکانیکی فصل مشترک از میکرو سختی سنجی استفاده شد. جهت بررسی رفتار حافظه داری و سوپرالاستیک کامپوزیت های دو لایه از آزمون بارگذاری - باربرداری و سیکل حرارتی درجا به وسیله اعمال جریان الکتریکی بهره برده شد. بررسی ها نشان می دهد که زمان آنیل، تاثیر بسزایی بر پهنای فصل مشترک داشته و به تبع آن یک شیب ریزساختاری در عرض کامپوزیت ایجاد شده است. با افزایش زمان آنیل کامپوزیت های دولایه می توانند به عنوان مواد تابعی عمل کرده و به دلیل کنترل پذیری بهتر، به عنوان عملگر در سیستم های الکترومکانیک استفاده شوند.
    کلیدواژگان: آلیاژ نیکل، تیتانیم، حافظه داری، سوپرالاستیسیته، اتصال نفوذی، مواد هدفمند
  • شیرین خانمحمدی، مهدی اجاقی ایلخچی *، مرتضی فرخی راد صفحات 260-272
    در سال های اخیر به دلیل ازدیاد مصرف باتری های لیتیوم-یون در تجهیزات مختلف الکتریکی و الکترونیکی، بازگردانی آنها توجه ویژه ای را به خود جلب کرده است. بازگردانی این باتری ها از دو دیدگاه زیست محیطی و منابع فلزی موجود در آنها امری ضروری تلقی شده و هدف این مقاله نیز مروری بر جایگاه فناوری های بازگردانی این باتری ها می باشد. در کنار انواع روش های بازگردانی، روش هیدرومتالورژی فرآیند تثبیت شده ای برای جداسازی و بازگردانی فلزات بوده و روند بازگردانی با این روش دارای سه مرحله پیش عملیات، لیچینگ و بازیابی نهایی می باشد. در این مقاله علاوه بر توضیح مختصر ساختار و اجزا باتری، انواع روش ها اعم از روش های شیمیایی و فیزیکی مورد استفاده در مراحل پیش عملیات، لیچینگ و بازیابی و همچنین ترکیب این روش ها توضیح داده شده است. عملیات حرارتی، التراسونیک، انحلال و روش های مکانیکی از جمله روش های رایج در پیش عملیات بوده و استخراج حلالی، رسوب دهی، تبلور و الکتروشیمیایی نیز از پرکاربردترین روش ها در بخش بازیابی به شمار می روند. در نهایت دسته بندی انواع تحقیقات انجام شده در زمینه بازگردانی این نوع باتری ها در این مقاله گزارش شده است. تقسیم بندی پژوهش ها دربرگیرنده مطالعات در زمینه بررسی و بهینه سازی هر کدام از مراحل سه گانه روش هیدرومتالورژی و همچنین سنتز الکترودهای جدید است.
    کلیدواژگان: بازگردانی، باتری یونی، لیتیومی، هیدرومتالورژی
  • حمید سازگاران * صفحات 273-284
    فلزات سلولی و فوم های فلزی که به عنوان دسته ای از مواد مهندسی جدید شناخته می شوند، دارای ویژگی های منحصر به فردی هستند و در نتیجه، می توانند در بسیاری از کاربردهای صنعتی به صورت موفقیت آمیز مورد استفاده قرار گیرند. در این پژوهش، گوی های توخالی آلومینایی به منظور ایجاد سلول ها در چدن نشکن به کار گرفته شدند. فرآیند تولید گوی های توخالی آلومینایی شامل پوشش دهی دانه های پلی استیرن به عنوان زیرلایه توسط مخلوطی از پودرهای آلومینا و سیلیکات سدیم و استفاده از عملیات حرارتی به منظور خروج پلی استیرن می باشد. سپس، به منظور تولید فوم های ترکیبی چدنی از روش ریخته گری ماسه ای استفاده گردید. بعد از تهیه قالب ، گوی های توخالی آلومینایی درون حفرات قالب جای داده شدند و در نهایت، مذاب ریزی انجام شد. نمونه های ریختگی سنگ زنی شدند و مطالعات میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی و آزمون فشار بر روی آن ها صورت گرفت. نتایج نشان می دهد که کاهش اندازه سلول ها منجر به بهبود رفتار فشاری فوم های چدنی می گردد. ریزساختار نمونه های تولیدی شامل پرلیت به همراه گرافیت های کروی احاطه شده با فریت است. در نمونه هایی که حاوی گوی های آلومینایی کوچک تر هستند، ضخامت دیواره سلول ها کاهش و بنابراین، سرعت سرد شدن افزایش می یابد. در نتیجه، سریع سرد شدن دیواره سلول ها در این نمونه ها موجب ایجاد فاز کاربید در ریزساختار می شود.
    کلیدواژگان: فوم ترکیبی، چدن نشکن، گوی های توخالی آلومینایی، فاز گرافیت
  • حسن جعفری *، احسان صنعتی زاده صفحات 285-294
    چدن خاکستری جزو معمولترین و مهمترین مواد مهندسی هستند که نقش قابل توجه و کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف، از جمله خودروسازی و ساخت ماشین آلات دارند و هنوز هم مورد توجه محققین به منظور بهبود خواص و حفظ جایگاه این فلز در میان مواد مهندسی می باشد. در این تحقیق، ریزساختار چدن خاکستری غیر آلیاژی و همچنین چدن های خاکستری محتوی 4% وزنی آلومینیوم با مقدار متغیر 1 تا 4% وزنی سیلیسیم مورد بررسی قرار گرفته و مقاومت به سایش آنها به روش پین بر روی دیسک ارزیابی شد. نتایج نشان داد که افزودن آلومینیوم به چدن خاکستری باعث تشکیل فاز فریت می گردد که کاهش سختی را به دنبال دارد. همچنین افزودن سیلیسیم تا 2% وزنی به چدن خاکستری آلومینیم دار، موجب تشدید در تشکیل فاز فریت شده و افزودن بیش از 2% وزنی، موجب تشکیل ترکیب بین فلزی Fe-Al-Si می شود. در چدن خاکستری محتوی 3% و 4% وزنی سیلیسیم، با ثابت بودن درصد آلومینیوم در 4% وزنی، به دلیل افزایش درصد فاز بین فلزی، سختی نیز افزایش می آید. نتایج حاصل از آزمون سایش با تایید نتایج ریزساختار و سختی، موید نرخ سایش کمتر در چدن های محتوی فاز بین فلزی بودند. در مقابل کمترین مقاومت سایشی در چدن آلومینیم دار محتوی 2% سیلیسیم دیده شد.
    کلیدواژگان: چدن خاکستری، آلومینیم، سیلیسیم، ریزساختار، سایش
|
  • Mohsen Saremi *, Zahra Naderi Pages 232-238
    Cooling waters are used in many industries for lowering the working temperature of the machineries or parts. Corrosion inhibitors are used to mitigate corrosion of such metallic parts in contact with cooling water. In case these machineries are under stress they may fail due to SCC. Therefore it is necessary to check the susceptibility of metallic parts to SCC in cooling water. The inhibition effect of sodium citrate on SCC of carbon steel in SCW is investigated using SSRT. The stress-strain curves and potential changes showed that citrate ions increase time to failure of carbon steel in presence of 500 ppm chloride ions. Moreover it was observed that the presence of citrate ion is not effective at high concentration of chloride ions i.e. 1000 ppm. The results showed that in presence of citrate ion the toughness was decreased probably due to the prevention of pitting which may increase the elongation.
    Keywords: SCC, sodium citrate, SSRT, SCW
  • Masumeh Seifollahi * Pages 239-248
    Microstructure and low cycle-high temperature fatigue properties of Nimonic 105 superalloys with and without B and Zr is investigated in this article. Fully reversed strain-controlled tests were performed at 750°C, R=0 and strain rate of 3×10-3 s-1. The results show that Zr cause to ZrC formation at the grain boundaries and grain interior. Also Zr is reduced the grain size of the alloys. The carbides at the absence of Zr is of the type of (Cr,Mo)23C6 at the grain boundaries. The ᵧ’ size decreased by B additions to the alloys and the number of twins increased. 0.013wt% B improves low cycle-high temperature fatigue of the alloy. At the presence of B, fracture is of the types of intragranular and intergranular but by addition of 0.16wt% Zr the only fracture type is intragranular. Hard and none coherent MC type precipitates by Zr addition are the initiation place for micrcraking and the cause of fatigue life reduction .
    Keywords: Nimonic 105 superalloy, Low Cycle, High temperature fatigue (LCF), Boron, Zirconium
  • Sepideh Sadat Hosseini Noorabadi *, Mahmoud Nili-Ahmadabadi Pages 249-259
    NiTi alloys (SMAs) are unique alloys, which have attractive properties, shape memory effect, super-elasticity and biocompatibility. Each property strongly depends on the composition, temperature and structure. To have shape memory and superelastic behavior at the same time, a bi-layer composite, austenitic (A)/martensitic (M) NiTi alloy was designed and made to investigate the properties. Layers with 2:1 ratio (M:A) were bonded under diffusion bonding process in vacuum tube furnace at 1000 ⁰C, for 3 hours under 20 MPa compressive stress. To evaluate the effect of interface zone on the properties, specimens were annealed in vacuum tube furnace at 1000 ⁰C for 5 and 10 hours. The interface was investigated by optical microscopy, and chemical composition gradient in the interface zone was analyzed using line scan analysis with energy dispersive X-ray spectroscopy. Mechanical properties of the interface zone were studied using micro-hardness measurements. The shape memory and superelastic behavior of bi-layer were investigated using loading-unloading test and in-situ thermal heating by applying electrical current. The results depicted that annealing time has significant effect on the width of interface zone, and thus a microstructural gradient has been developed, within the thickness of the specimen. It was found that the bi-layer specimens could act as a functionally graded material due to their chemical composition gradients that is desirable for better controllability in actuation applications.
    Keywords: NiTi alloy, Shape memory, Superelasticty, Diffusion bonding, FGMs
  • Shirin Khanmohammadi, Mehdi Ojaghi-Ilkhchi *, Morteza Farrokhi-Rad Pages 260-272
    During recent years recycling of lithium-ion batteries has attracted a lot of attention due to their extensive applications in various electric and electronic vehicles. Recycling of these batteries is of a great importance due to environmental issues and metal sources content, so this paper is to review the current status of these batteries’ recycling technologies. Among different recycling methods, hydrometallurgical based route is an optimized method to separate and recover metals and it has three steps as pre-treatment, leaching and deep recovery. In addition to brief description of these batteries’ structure and components, this paper has summarized the chemical, physical processes utilized in all steps of pre-treatment, leaching and metal recovery. Heat treatment, ultrasonic, dissolving and mechanical treatment are the common methods in the pre-treatment step and crystallization, solvent extraction, electrochemical and precipitation are accounted most used methods in the recovery step. Finally all investigations operated over the recycling issue also have been summarized in this paper. These categorized studies include both research and optimization into each triple step of hydrometallurgical route and new electrodes synthesis.
    Keywords: Recycling, Lithium, ion battery, Hydrometallurgy
  • Hamid Sazegaran* Pages 273-284
    Cellular metals and metallic foams as a class of new engineering materials have unique properties and thus, these materials can be successfully used in many industrial applications. In this study, hollow alumina spheres were used to create cells and cell walls in ductile iron. Alumina hollow spheres were manufactured by polystyrene beads as the substrate and using the coating the polystyrene beads by mixture of alumina powder and sodium silicate as binder. Sand casting technique was used to produce ductile iron syntactic foams. In this technique, alumina hollow spheres were placed into the mold cavity and then, the molten metal was poured. Casting specimens were grinded and then, light microscopy, scanning electron microscopy evaluations, and compression testing were carried out. The results were shown that reduced cell sizes, improved compressive behavior of casting foams. The microstructure of casting specimens consisted of pearlite and ferrite surrounded nodular graphite. In the specimens with smaller alumina hollow spheres, the thickness of the cell walls decreases and cooling rate increases. Therefore, carbide phases were formed in microstructure.
    Keywords: Syntactic foam, ductile iron, alumina hollow spheres, graphite phase
  • Hassan Jafari *, Ehsan Sanatizadeh Pages 285-294
    Gray cast iron is among the most common and important engineering material that plays a significant role and has many applications in various industries, including the automotive and machinery manufacturing. It still attracts researchers’ interest to improve its properties and maintain its position among the engineering materials. In this research, the microstructure of plain cast iron as well as those containing 4 wt% aluminum with different amounts of silicon, 1 to 4 wt%, was studied. Pin-on-disc method was used to evaluate the wear resistance of the cast irons. The results showed that the addition of aluminum to gray cast iron brings about the formation of ferrite phase, which accompanies a decrease in hardness value. In addition, the increase in silicon content in aluminum bearing cast iron up to 2wt% intensifies the formation of ferrite phase, while the further increase to 3 wt% results in emerging a Fe-Al-Si intermetallic compound. In gray cast iron with constant 4 wt% aluminum, increasing silicon content to 3 wt% and 4 wt% leads to improve the hardness value due to the increased percentage of intermetallic phase. Confirming microstructure evolution as well as hardness values, the results of wear experiment approved lower wear rate in cast irons containing intermetallic phase. In contrast, the lowest wear resistance was observed in aluminum bearing cast iron containing 2 wt% silicon.
    Keywords: Gray cast iron, Aluminum, Silicon, Microstructure, Wear