فهرست مطالب

مهندسی متالورژی - پیاپی 66 (تابستان 1396)

مجله مهندسی متالورژی
پیاپی 66 (تابستان 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/06/30
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مقاله پژوهشی
  • فرساد فرقانی، محمود نیلی احمدآبادی *، رضا عباسچیان، حمید اسدی صفحات 72-78
    بخش قابل توجهی از استحکام دمای بالای سوپرآلیاژهای پایه نیکل ریختگی به تشکیل و توسعه ریزساختار منظم-نامنظم فازهای γ/γʹ مربوط می شود. از این رو شناسایی مکانیزم تشکیل، مورفولوژی و فصل مشترک فازهای γ و γʹ برای کنترل خواص مکانیکی سوپرآلیاژهای پایه نیکل بسیار حائز اهمیت می باشد. تشکیل رسوبات γʹ درون زمینه فاز γ عمدتا با مکانیزم جوانه زنی و رشد صورت می گیرد. اخیرا مواردی از تشکیل رسوبات فاز γʹ با مکانیزم تجزیه اسپینودال در برخی از سوپرآلیاژهای پایه نیکل ریختگی گزارش شده است. در پژوهش حاضر وقوع پدیده تجزیه اسپینودال از نقطه نظر ترمودینامیکی در سیستم دوتایی Ni-Al (به عنوان یک مدل آلیاژی ساده برای سوپرآلیاژهای پایه نیکل) مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور سیستم آلیاژی Ni-Al در قسمت غنی از نیکل به وسیله روش CALPHAD مورد ارزیابی قرار گرفته و انرژی آزاد گیبس فازهای γ و γʹ در این سیستم آلیاژی به کمک به کارگیری مدل دو زیرشبکه محاسبه شده است. با بررسی منحنی انرژی آزاد گیبس در دماهای مختلف احتمال وقوع پدیده تجزیه اسپینودال، از نقطه نظر ترمودینامیک مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس با توجه به نتایج مدلسازی ترمودینامیک، عملیات حرارتی مناسب برای آلیاژ Ni-18Al (درصد اتمی) طراحی شده و به کمک آنالیز سه بعدی توموگرافی اتمی مورد مشخصه یابی قرار گرفته است. با توجه به نتایج مدلسازی و بررسی های تجربی مشخص شد که تشکیل رسوبات γ′ با مکانیزم تجزیه اسپینودال در شرایط فوق اشباع بالا در این سیستم آلیاژی امکان پذیر می باشد.
    کلیدواژگان: سیستم آلیاژی Ni-Al، فازهای منظم و نامنظم، محاسبات ترمودینامیک، روش CALPHAD
  • فرشته موسوی، حمیدرضا جعفریان*، شهرام خیراندیش صفحات 83-89
    در پژوهش حاضر اثر کارسرد بر رفتار رسوب سختی سوپرآلیاژ Ni Span C902 مورد بررسی قرارگرفت. پس از همگن سازی در دمای 1000 درجه سانتی گراد، کارسرد در مقادیر30، 40 و60 درصد بر روی نمونه ها اعمال شد. سپس عملیات رسوب سختی در دماهای 450، 550، 650 و 750 درجه سانتی گراد و به مدت زمان های 1 تا 6 ساعت انجام شد. بررسی های ریزساختاری با میکروسکوپ نوری و بررسی های مربوط به رسوب سختی، توسط تست سختی سنجی ویکرز انجام شد. نتایج نشان داد که رسوب سختی در دمای 450 و 550 درجه سانتی گراد شرایط لازم برای تشکیل رسوبات استحکام دهندهγ در آلیاژ همگن شده و کار سرد نشده را فراهم نمی کند. درحالیکه تغییرات سختی در نمونه های پیرشده در دماهای 650 و 750 درجه سانتی گراد قابل توجه بوده، به طوری که سختی نمونه آنیل بعد از پیرسازی در دمای 750 درجه سانتی گراد و به مدت 5 ساعت به حداکثر سختی خود رسیده و سختی آن از 110 ویکرز به 226 ویکرز رسیده است. از طرفی، حداکثر سختی برای نمونه کارسرد نشده و نمونه 60% کارسرد شده به ترتیب در دماهای 750 و650 درجه سانتی گراد و در زمان های 3 و5 ساعت رسوب سختی حاصل شده است. مقایسه معادلات جانسون-مل-آورامی با نتایج تجربی حاصل از آزمایشات تطابق خوبی را نشان داد.
    کلیدواژگان: کارسرد، پیرسازی، سوپرآلیاژ Ni Span C902، جانسون-مل-آورامی، سختی
  • دل آرام منصوریان، اسکندر کشاورز علمداری * صفحات 90-97
    میکسر ستلرها در صنعت برای انجام فرآیند استخراج حلالی استفاده می شوند. هدف این پروژه شبیه سازی جریان سیال و بهینه سازی شرایط عملیاتی ستلر در فرآیند استخراج حلالی مس است. طراحی و مش بندی ستلر در نرم افزار گمبیت انجام شد، سپس مش بندی به منظور شبیه سازی وارد نرم افزار انسیس فلوئنت شد. ابتدا داده های تجربی با داده های شبیه سازی صحت سنجی شدند. تاثیر سرعت ورودی سیال بر جدایش فازی بررسی شد. تاثیر هندسه ی پیکت فنسها نیز بر میزان جدایش فاز آلی و آبی مطالعه شد، بدین منظور جدایش فازی در حضور چهار پیکت فنس استوانه ای، مکعب مستطیلی، پیکت فنس هایی با سطح مقطع پنج ضلعی و نیمه استوانه ای شبیه سازی شد. صفحات پیکت فنس اضافی در ورودی سیال قرار گرفتند. جدایش فازی در حضور دو و سه ردیف پیکت فنس و با نسبت های مختلف سطح بسته به باز پیکت فنسها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که با کاهش سرعت سیال ورودی، اضافه کردن دو یا سه ردیف پیکت فنس، اعمال چند صفحه پیکت فنس اضافی در جلوی ورودی و کاهش نسبت سطح بسته به باز پیکت فنس ها، جدایش فازی افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: استخراج حلالی، ستلر، پیکت فنس، شبیه سازی جریان سیال
  • زینب جراحی، شهرام رایگان*، مهدی پورعبدلی سردرود صفحات 98-108
    در این پژوهش پودر آلیاژ حافظه دار Cu-12wt%Al-4wt%Ni با عنصر آلیاژی بور و بدون آن به روش آلیاژسازی مکانیکی تهیه و سپس پودر حاصل به روش پرس-سینتر و متعاقب آن نورد-عملیات حرارتی تبدیل به نمونه بالک شد وچگالی و مقدار تخلخل نمونه ها مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا، تاثیر زمان آسیاکاری بر روی تغییرات فازی، اندازه کریستالیت و کرنش شبکه ای مطالعه گردید. نتایج نشان داد که بعد از 20 ساعت آسیاکاری با سرعت 250 دور بر دقیقه و نسبت وزنی گلوله به پودر 20:1، پیک های مربوط به عناصر خالص از بین رفته و محلول جامدی با ساختار FCC و پارامتر شبکه ای بسیار نزدیک به پارامتر شبکه مس تولید می شود. ریزساختار و مورفولوژی پودرهای آسیاکاری شده و نمونه ی نهایی توسط میکروسکوپ الکترونی و نوری مورد مطالعه قرار گرفتند. مشاهده گردید که افزودن بور باعث ریز شدن ذرات پس از آسیاکاری می گردد. نتایج نشان دادند که با افزایش زمان آسیاکاری، چگالی خام قطعه پس از پرس- سینتر کاهش ولی چگالی نهایی پس از نورد-عملیات حرارتی افزایش پیدا می کند. همچنین نشان داده شد که افزودن بور به مخلوط پودری موجب توزیع یکنواخت تر تخلخل ها پس از مرحله نورد- عملیات حرارتی می گردد.
    کلیدواژگان: سنتز، آلیاژسازی مکانیکی، آلیاژ حافظه دار، Cu-12Al-4Ni، بور
  • پیمان عمرانیان *، رامین رئیس زاده، حمیدرضا شاهوردی صفحات 109-120
    رفتار خوردگی پوشش آلومیناید آهن Fe3Al حاصل از عملیات آلیاژسازی سطحی با استفاده از روش TIG در جریان 40 آمپر روی فولاد ساده کربنی در محیط هوا مورد مطالعه قرار گرفت. آزمایش خوردگی در دماهای 700 و °C 900 و زمان های 4 تا 100 ساعت انجام شد. میکروسکوپ الکترونی روبشی و تفرق اشعه ایکس برای بررسی میکروساختار پوشش و رفتار اکسیداسیون آن مورد استفاده قرار گرفتند. داده های مربوط به افزایش وزن نمونه ها مورد تحلیل قرار گرفت و بررسی ثوابت نرخ خوردگی حاکی از برقراری قانون پارابولیکی خوردگی بود. نتایج بررسی ها روی فازهای حاصل از خوردگی نشان داد که در مراحل اولیه فاز اکسید آلومینیم θ تشکیل شده اما در زمان های طولانی تر با آلومینای پایدار α جایگزین می شود. در تصاویر SEM مشخص است که در دماها و زمان های پایین تر که فاز θ پایدار است پدیده پوسته ای شدن بیشتر مشاهده می شود اما با غلبه ی فاز α این پدیده کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: آلیاژسازی با TIG، اکسیداسیون دمای بالا، پوشش Fe3Al
  • مجتبی فکری سوستانی، رضا تقی آبادی *، مصطفی جعفرزادگان صفحات 121-131
    فرآوری اغتشاشی اصطکاکی به عنوان یک فرآیند حالت جامد، روشی نسبتا جدید و موثر برای اصلاح ریز ساختار و خواص فلزات و آلیاژها از طریق تغییر شکل پلاستیک شدید نواحی سطحی است. در تحقیق حاضر تاثیر فرآوری اغتشاشی اصطکاکی (سرعت چرخش rpm 2000-600 و سرعت پیش روی mm/min 25) بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژهای Al-0.9Ni-Fe مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج حاصله، تغییر شکل پلاستیک شدید ناشی از فرآوری اغتشاشی، ضمن کاهش قابل توجه ابعاد ذرات بین فلزی، موجب توزیع همگن این ذرات در زمینه شده و عیوب ناشی از فرآیند ریخته گری را تا حد قابل توجهی کاهش می دهد. در نتیجه ی این تغییرات ساختاری، خواص مکانیکی آلیاژ پایه به میزان قابل توجهی بهبود می یابد به گونه ای که استحکام کششی و درصد ازدیاد طول آن به ترتیب حدود 40 و 205 درصد و چقرمگی آن حدود 205 درصد افزایش می یابد ضمن آنکه سختی آلیاژ فرآوری شده حدود 24 درصد بیش از آلیاژ پایه است.
    کلیدواژگان: Al-Ni-Fe، فرآوری اغتشاشی اصطکاکی، خواص مکانیکی، ترکیب بین فلزی، آلومینیم
  • سید رحیم کیاحسینی *، محمد جاویدپور صفحات 132-141
    تعمیر لوله های انتقال گاز، یکی از معضلات کشورهای دارای منابع گاز طبیعی است. در این تحقیق سعی شد، با استفاده از کامپوزیت های پایه اپوکسی با تقویت کننده های نانو لوله کربنی تک جداره، به عنوان وصله های مورد استفاده در لوله گاز، به بررسی توزیع تنش وون میسز در آن پرداخته شود. برای این منظور ابتدا لوله ای از جنس فولاد با ضخامت mm 6 و به طول m 5/1 در نرم افزار ANSYS شبیه سازی شد و در دو سر لوله وصله های کامپوزیتی پایه اپوکسی با ذرات تقویت کننده نانو لوله کربنی تک جداره با نسبت های 01/0، 03/0، 05/0، 07/0، 1/0، 13/0 و 15/0 اعمال شد و مش بندی گردید. سپس با توجه به مقادیر حقیقی فشار درونی گاز و فشار خارجی لوله، توزیع تنش بر روی وصله بدست آمد. نتایج نشان داد که تنش وون میسز ماکزیمم در وصله های تعمیری دارای 01/0 نانولوله کربنی برابر MPa 19/0 می باشد که نسبت به تنش وون میسز ماکزیمم به وجود آمده در پوشش لوله بدون وصله که MPa 48/1 است، بسیار کمتر می باشد. همچنین مشخص گردید با افزایش درصد نانولوله کربنی به 15/0، تنش وون میسز ماکزیمم به MPa 43/0 می رسد. در نتیجه می توان بیان نمود که وصله های نانو کامپوزیتی ضمن سهولت بیشتر در تعمیرخطوط لوله انتقال گاز، می توانند باعث بهبود خواص استحکامی مناطق تعمیر شده گردند. همچنین افزایش درصد نانو لوله در ترکیب کامپوزیت، باعث افزایش تنش وون میسز ماکزیمم در آن می گردد.
    کلیدواژگان: رزین اپوکسی، تنش وون میسز، نرم افزار ANSYS
|
  • Farsad Forghani, Mahmoud Nili-Ahmadabadi *, Reza Abbaschian, Hamid Assadi Pages 72-78
    Formation and evolution of order-disorder microstructure of γ/γʹ phases plays an important role in high temperature strength of cast nickel-based superalloys. Accordingly, the characterization of formation mechanism, as well as morphology and interface of γ and γʹ phases, are very important to control the mechanical properties of nickel-based superalloys. Formation of γ' precipitates inside the γ phase matrix often occurs by classical nucleation and growth mechanism. Recently, some researches have reported the formation of γ' precipitates by spinodal decomposition mechanism in some Ni-based superalloys. In the present study, the spinodal decomposition phenomena in a Ni-Al binary system (as a simple model alloy for Ni-based superalloys) has been studied. For this purpose, the Ni-rich region of Ni-Al alloy system was assessed thermodynamically using CALPHAD method. The Gibbs free energy of γ and γʹ phases for this alloy system was calculated employing two sublattice model. Then, the possibility of spinodal decomposition was investigated from the thermodynamic point of view by the study of the Gibbs energy curves in different ranges of temperature. Due to the thermodynamic modeling results, a proper heat treatment procedure was designed for Ni-18Al (at.%) alloy and characterized by means of 3D atom probe tomography (APT) analysis. According to the modeling and experimental results, it was found that γ' precipitates were formed by spinodal decomposition under higher supersaturation conditions.
    Keywords: Ni-Al alloy system, Order, disorder phases, Thermodynamic calculation, CALPHAD method
  • Hamidreza Jafariyan * Pages 83-89
    In this study, the influence of cold work on precipitation behavior in Ni Span C902 super alloy is considered to investigate. The samples were homogenized at 1000 ᵒC, and then samples were subjected to different amount of cold work of 30, 40 and 60%. Precipitation hardening treatments were performed at 450, 550, 650 and 750 ᵒC for 1 to 6 hours. Microstructural observations were done by optical microscope and precipitation hardening behaviors were investigated by Vickers hardening test. The results indicated that precipitation hardening at the temperatures of 450 and 550 ᵒC could not provide proper conditions for formation of strengthening precipitations (γ´); while hardness increased significantly by increasing the aging temperature. The maximum hardness has been achieved for the homogenized and the 60% cold worked samples at 750 and 650 ᵒC, respectively. The results of empirical observations of the experiments in the present study are in well consistent in comparing to Johnson-Mehl-Avrami equations.
    Keywords: Cold work, Aging, Ni Span C902 Super Alloy, Johnson-Mehl-Avrami, Precipitation Hardening
  • Delaram Mansourian, Eskandar Keshavarz Alamdari * Pages 90-97
    Mixer- settlers are widely used for solvent extraction process in industry. The aims of this project are simulation of fluid flow and optimizing the operational conditions of settler in solvent extraction process. Designing and meshing of settler geometry is done by Gambit software. Then, in order to simulate the fluid flow, the meshed designed imported to Ansys Fluent software. Simulation results were verified before simulation. Effect of Inlet volumetric on phase separation investigated. The effect of geometry of picket fences was investigated by the presence of cubic, cylindrical picket fences, picket fences with 5 corner cross section and half cylindrical picket fences. A few extra plates of picket fences were located near the entrance of settler. Phase separation in presence of two and three rows of picket fences investigated. Results indicate that by reducing the inlet volumetric rate, increasing the number of rows, putting extra plates of picket fences in front of entrance and decreasing the closed to open surface ratio to 2, separation improves.
    Keywords: solvent extraction, settler, picket fence, simulation of fluid flow
  • Shahram Rayegan * Pages 98-108
    In this research Cu-12wt%Al-4wt%Ni shape memory alloy powder with and without addition of boron as alloying element was produced by using mechanical alloying method. Bulk samples were produced from the powder by press-sinter and subsequently rolling-heat treatment processes. The density and the amount of porosity of the samples were measured, subsequently. The effect of milling time on phase changes in produced powder, size of crystallites and lattice strain was also investigated. Results showed that after 20h of milling with rotating speed of 250 rpm and ball to powder mass ratio of 20:1, peaks of pure elements disappear and solid solution with FCC structure and lattice parameter close to that of copper forms. Morphology of milled powder and microstructure of bulk samples were studied by optical microscope and scanning electro-microscope. It was observed that adding boron lead to decrease in the size of particles after milling. Results showed that the density of samples after press-sinter processes decreases. However, the final density increased after rolling-heat treatment processes. It was also shown that adding boron to the powder mixture results in more homogenous distribution of porosities after rolling-heat treatment processes.
    Keywords: Synthesis, Mechanical alloying, Shape memory alloy, Cu-12Al-4Ni, Boron
  • Peiman Omranian Mohammadi *, Ramin Raiszadeh, Hmidreza Shahverdi Pages 109-120
    The isothermal high temperature corrosion behavior of an Fe3Al coating coated on plain carbon steel through tungsten inert gas (TIG) surface alloying with current of 40A was studied in the atmosphere of air. The specimens were tested at 700 and 900 °C for 4–100 h. SEM, EDS and XRD analyses were utilized to study the oxidation behavior of the iron aluminide intermetallic coating. The weight gain data determined a parabolic rate law. The results also revealed that the initial scale formed on the coating was predominately θ-Al2O3 which was substituted by α-Al2O3 after about 64 hours. The SEM observation and XRD results illustrated that at shorted times, when the θ phase was stable, spalling was more usual while with the increase in the amount of the α phase the spalling decreased significantly. The EDS results confirmed the presence of aluminum oxide at shorted times and iron oxide at longer times.
    Keywords: TIG surface alloying, high temperature oxidation, Fe3Al coating
  • Mojtaba Fekri Soostani, Reza Taghiabadi *, Mostafa Jafarzadegan Pages 121-131
    Friction stir processing as a relatively new and effective solid-state process is used for surface modification of metals and alloys in order to modify their microstructure and properties. In this study, the effect of friction stir processing on the microstructure and mechanical properties of an Al-0.9Ni-Fe alloy was investigated. The process was performed under the rotational speeds of 600-2000 rpm and the traverse speed of 25 mm/min. According to the results, the severe surface plastic deformation refined the intermetallic compounds present in the microstructure, improved their distribution within the matrix, and substantially reduced the amount of casting defects. As a result of these microstructural variations, the tensile strength and percent elongation of the base alloy are increased by almost 40 and 205%, respectively. The fracture toughness is also improved by 205%. It was also found that the hardness of processed alloy is about 24% higher as compared to the base alloy.
    Keywords: Al-Ni-Fe, Friction stir processing, mechanical properties, Intermetallic, Aluminum
  • Seyed Rahim Kiahosseini * Pages 132-141
    In the countries with natural gas, repair of gas transmission pips is a problem. In this study, the epoxy composite with single wall carbon nanotubes reinforcements as patch was used and the von Mises stress distribution was determined. For this purpose, the tubular steel with thickness and length 6 mm 1.5 m was simulated in ANSYS software at both ends of the pipe patched-epoxy composite single-walled carbon nanotubes with reinforcing particles ratios 0.01, 0.03, 0.05, 0.07, 0.1, 0.13 and 0.15 were applied. Then, according to the true values of internal pressure and external pressure, the stress of gas pipe distribution on the patch was determined. Von Mises stress results showed that, carbon nanotubes 0.01 times the maximum repair patch has 0.19 MPa von Mises stress is the maximum that occurred in the casing without patches that 1.48 Mpa is, much less. It was also found to increase the percentage of carbon nanotube to 0.15, von Mises stress to the maximum reaches 0.43 MPa. As a result, it can be stated that the nanocomposite patch greater ease in pipes, can be improved tensile properties are repaired areas. As well as increasing the percentage of nanotubes in composites, von Mises stress increases the maximum in the elderly.
    Keywords: epoxy resins, von Mises stresses, ANSYS software