فهرست مطالب

پژوهشنامه ریخته گری
پیاپی 2 (پاییز 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/09/30
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سید محمد علی بوترابی * صفحه 1
    توسعه علمی و صنعتی کشور مستلزم ارائه گزارش صحیح و منطقی از تحقیقاتی است که در دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی در حال انجام است. فرایند گذر از مفاهیم به گزاره های صنعتی و در نهایت به متون علمی (نظیر مقاله های علمی پژوهشی)، منجر به خلق الگوریتم ذهنی صحیح و برخورد زنده و پویای مدیران صنعت، مهندسین و تکنسین ها، در خلق یک جامعه علمی، صنعتی و فرهنگی خواهد شد.
    در نشریه پژوهش نامه ریخته گری تمامی مسئولان مجله، در پی آن هستند که در فرایند فوق، نقش مسئولانه و موثری داشته باشند. امید است که جوامع شریف دانشگاهی، تحقیقاتی و صنعتی ایران بتوانند از این مجله بهره برده و در تحقق یک کشور علمی، صنعتی و فرهنگی موفق باشند.
    با احترام
    سید محمدعلی بوترابی
    سردبیر پژوهش نامه ریخته گری
  • فاطمه یوسفی، رضا تقی ابادی*، سعید باغشاهی صفحات 69-78
    در این تحقیق تاثیر افزودن منگنز (2 و 4 درصد وزنی) بر ریز ساختار و قابلیت ریخته گری آلیاژ هیپویوتکتیک Al-2Ni مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج به دست آمده، افزودن منگنز موجب شکل گیری رسوبات بین فلزی غنی از منگنز (و نیکل) در ریزساختار آلیاژ می شود. این رسوبات در آلیاژ Al-2Ni-2Mn عمدتا به صورت بین دندریتی شکل می گیرند اما در آلیاژ Al-2Ni-4Mn علاوه بر رسوبات غنی از منگنز بین دندریتی، ترکیبات اولیه و درشت غنی از منگنز با مورفولوژی صفحه ای، چند وجهی و دندریتی نیز در ریزساختار مشاهده می شوند. بر اساس نتایج آزمون سیالیت، افزودن 2 و 4 درصد وزنی منگنز به ترکیب آلیاژ Al-2Ni، موجب ترغیب انجماد خمیری شده و سیالیت آلیاژ را به ترتیب 7 و 30 درصد کاهش می دهد. با توجه به نتایج بررسی های ریزساختاری و آنالیز حرارتی مذاب، افت سیالیت پس از افزودن منگنز را می توان ناشی از شکل گیری ترکیبات بین فلزی اولیه غنی از منگنز، پیش از توسعه دندریت های α-Al دانست. افزایش غلظت منگنز همچنین تاثیر منفی بر مقاومت به پارگی گرم آلیاژ دارد به گونه ای که شاخص حساسیت به پارگی گرم آلیاژ Al-2Ni-4Mn به ترتیب 5 و 12 برابر بیشتر از شاخص مذکور در دو آلیاژ Al-2Ni-2Mn و Al-2Ni است. بررسی میکروسکوپی سطوح شکست ترک های پارگی گرم و حضور دندریت های آزاد و ترکیبات اولیه غنی از منگنز در این سطوح، حاکی از نقش موثر فازهای درشت و صفحه ای شکل غنی از منگنز در پیدایش این ترک ها است.
    کلیدواژگان: Al-2Ni، منگنز، قابلیت ریخته گری، سیالیت، پارگی گرم
  • شهرام خیراندیش*، سید محمد علی بوترابی، اشکان یزدی صفحات 79-87
    در این تحقیق، تاثیر زمان و دمای عملیات حرارتی آستمپرینگ بر ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد پرسیلیسم مورد بررسی قرار گرفت. آلیاژ مذکور در کوره القایی فرکانس متوسط با ظرفیت 20 کیلوگرم و در قالب وای بلوک ریخته گری شد. قطعات پس از برش به مدت 2 ساعت در دمای 1150 درجه سانتیگراد آستنیته شده و در دو دمای 250 و 300 درجه سانتیگراد و در پنج زمان مختلف بین 2 تا 72 ساعت تحت عملیات حرارتی آستمپرینگ قرار گرفت. مطالعات ریزساختاری توسط میکروسکوپ الکترونی گسیل میدان و میکروسکوپ نوری بررسی شد. نتایج ساختاری بدست آمده نشان دهنده وجود لایه های فریت بینیتی نانومتری و آستنیت باقی مانده بین آن ها بود. همچنین با افزایش زمان عملیات آستمپرینگ، به میزان فریت بینیتی اضافه شد. میزان فریت بینیتی در نمونه ی آستمپر شده در 250 درجه سانتیگراد برابر 84 درصد بود و در بیشترین حالت به حدود 91 درصد رسید. بیشترین سختی در این دما و زمان 72 ساعت، برابر 611 ویکرز بود.
    کلیدواژگان: سوپربینیت، آستمپرینگ، فولاد سیلیسیم دار، فریت بینیتی
  • سیف الله آقازاده، احد صمدی*، ابراهیم آقازاده صفحات 89-97
    در این پژوهش، تاثیر مقدار سیلیسیم بر درجه بندی ریزساختار آلیاژهای Al-Si ریخته شده به روش گریز از مرکز مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور دو استوانه به ترتیب با ترکیب شیمیایی Al-11.9wt.% Si (آلیاژ هیپو یوتکتیک) و Al-20wt.% Si (آلیاژ هایپریوتکتیک) به روش گریز از مرکز عمودی ریخته گری شد و سپس ریزساختار و سختی مقاطع شعاعی آنها با استفاده از میکروسکوپ نوری/ الکترونی روبشی و سختی سنجی برینل مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج بدست آمده، آلیاژهای هیپو و هایپریوتکتیک آلومینیم-سیلیسیم، دو الگوی متفاوتی از توزیع درجه بندی شده سیلیسیم در راستای شعاعی استوانه ها و در نتیجه تغییرات سختی از خود نشان می دهند. در استوانه هیپویوتکتیک به خاطر جدایش فاز سنگین و نرم Al-α اولیه در جهت نیروی گریز از مرکز، جداره خارجی و داخلی به ترتیب ریزساختار هیپویوتکتیک و یوتکتیک مشاهده می شود. در حالی که در استوانه هایپریوتکتیک به واسطه جدایش ذرات سبک و سخت سیلیسیم اولیه در خلاف جهت نیروی گریز از مرکز، لایه خارجی ریزساختار یوتکتیکی و لایه داخلی ریزساختار هایپریوتکتیکی از خود نشان می دهند. به واسطه این تغییرات پیوسته و تدریجی ریزساختار در امتداد شعاعی استوانه ها، سختی استوانه هایپریوتکتیک در تمامی مقاطع شعاعی حدود 10 برینل بیشتر از استوانه هیپویوتکتیک است. همچنین جداره داخلی استوانه هیپو و جداره خارجی استوانه هایپریوتکتیک هر دو با ریزساختار یوتکتیکی، سختی مشابهی نشان می دهند. به علاوه، سختی هر دو استوانه از سمت جداره خارجی به سمت جداره داخلی با شیب ملایمی افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: ریخته گری گریز از مرکز، درجه بندی هدفمند، آلیاژهای Al-Si، جدایش
  • یزدان شجری، سید حسین رضوی*، زهراسادات سید رئوفی صفحات 99-108
    سوپرآلیاژهای پایه نیکل به جهت داشتن خواص منحصر به فردشان در ساخت اجزاء مختلف توربین های گازی زمینی و هوایی مورد استفاده قرار می گیرند. در تحقیق حاضر سوپرآلیاژ IN738LC در بازه دمایی °C1090 تا °C1200 و در زمان های 30 تا 120 دقیقه محلول سازی شد. نمونه ها پس از محلول سازی در دمای °C850 به مدت 24 ساعت پیرسازی شدند. قبل و بعد از پیرسازی میکروساختار نمونه ها توسط میکروسکوپ های نوری (OM)، الکترونی روبشی (SEM) و الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) بررسی شد. نتایج نشان داد که افزایش دما و زمان عملیات حرارتی انحلال، درصد حجمی و اندازه رسوبات گاما پرایم را کاهش می دهد، در حالی که درصد حجمی رسوبات گاما پرایم پس از پیرسازی افزایش و اندازه آنها کاهش می یابد. بررسی های ریزسختی سنجی نیز نشان دادند که سختی سوپرآلیاژ شدیدا تحت تاثیر مشخصات رسوبات می یاشد. با افزایش زمان محلول سازی و کاهش درصد حجمی رسوبات گاما پرایم، سختی کاهش و پس از پیرسازی افزایش یافت.
    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ IN738LC، عملیات حرارتی انحلالی، رسوبات گاماپرایم، پیرسازی
  • پرستو فلاح *، امیر کبریایی، ناصر ورهرام صفحات 109-120
    سوپرآلیاژ پایه نیکل GTD-111 به دلیل مقاومت به خوردگی داغ و اکسیداسیون عالی و استحکام مکانیکی مناسب در دمای بالا در ساخت پره های ردیف اول توربین های گازی نیروگاهی کاربرد دارد. در این تحقیق تاثیر عملیات همگن سازی، انحلال جزئی با دو نرخ سرمایش (آب و هوا) و پیرسازی بر ساختار و سختی سوپرآلیاژ جهت دار شده GTD-111 بررسی شد. به این منظور نمونه استوانه ای با دانه بندی جهت دار به قطر 10 میلیمتر و ارتفاع 40 میلیمتر به روش بریجمن با سرعت کشش قالب 6 میلیمتر بر دقیقه تهیه شد. مشاهدات درشت ساختاری نمونه جهت دار، حضور دانه های کشیده شده در راستای طولی نمونه را به علت اعمال گرادیان دمایی در مذاب تایید کرد. همچنین بررسی های ریزساختاری نشان داد که عملیات همگن سازی باعث انحلال بخشی از رسوبات گاماپرایم اولیه در زمینه شد. بعلاوه، رسوبات گاماپرایم اولیه در نمونه سرد شده در آب از دمای انحلال جزئی دارای مورفولوژی کروی و مکعبی با گوشه های پخ دار و در نمونه سرد شده در هوا بصورت مکعبی گوشه دار بود. عملیات پیرسازی نیز به دلیل فوق اشباعیت زمینه از عناصر آلیاژی در حین فرآیند همگن سازی و انحلال جزئی، تاثیر عمده ای روی جوانه زنی و رشد رسوبات گاماپرایم ثانویه داشت که این اثر برای نمونه های سرد شده در آب از مرحله انحلال جزئی چشم گیرتر بود. نتایج سختی سنجی کاهش میزان سختی را پس از عملیات همگن سازی نشان داد. بعد از فرآیند پیرسازی نیز به دلیل بهبود مورفولوژی، اندازه و توزیع رسوبات افزایش سختی در نمونه ها ملاحظه شد.
    کلیدواژگان: انجماد جهت دار، سوپرآلیاژ پایه نیکل، روش بریجمن، انحلال جزئی، گاماپرایم
  • سید امین ترابی، کامران امینی * صفحات 121-132
    در این پژوهش به بررسی تاثیر عملیات ساچمه کوبی بر رفتار سایشی دو نوع فولاد پر منگنز آستنیتی با ترکیب اسمی Fe-7Mn-0.6Si-1.2C و Fe-17Mn-0.6Si-1.2C پرداخته شد. به این منظور دو نمونه یکی با 7 درصد وزنی منگنز و دیگری با 17 درصد وزنی منگنز ریخته گری شدند. عملیات آنیل انحلالی در دمای 1100 درجه سانتیگراد و به مدت 2 ساعت برای دستیابی به ساختار یکنواخت آستنیتی روی نمونه ها انجام شد. سپس آزمون های سختی سنجی، کشش و سایش به روش چرخ ساینده- ماسه خشک بر روی نمونه های عملیات حرارتی شده انجام پذیرفت. عملیات کار سختی سطحی توسط دستگاه ساچمه کوبی به مدت 15 و 30 دقیقه بر روی نمونه ها صورت گرفت. نتایج نشان از بهبود 27 و 10 درصدی سختی و استحکام کششی به واسطه افزایش درصد عنصرمنگنز از 7 به 17 درصد در نمونه های عملیات حرارتی شده داشت. اعمال کار سختی سطحی توسط عملیات ساچمه کوبی موجب افزایش سختی در سطح هر دو نمونه پر منگنز آستنیتی شد، به طوری که بالاترین میزان سختی در نمونه های 30 دقیقه ساچمه کوبی شده مشاهده گردید. ولیکن بالاترین سختی و مقاومت سایشی در نمونه محتوی 7 درصد وزنی منگنز مشاهده گردید. دلیل این موضوع پایداری کمتر آستنیت در نمونه حاوی 7 درصد منگنز است که باعث تاثیر بیشتر عملیات کار سختی توسط ساچمه کوبی بر افزایش درصد مارتنزیت و وقوع کار سختی بیشتر می گردد. بررسی سطوح سایش نشان از خراشان بودن مکانیزم سایش داشت، هم چنین با افزایش سختی از تعداد و عمق شیارها در سطح سایش کاسته شد.
    کلیدواژگان: فولاد پر منگنز آستنیتی، ساچمه کوبی، استحکام، کار سختی سطحی، سختی، مقاومت به سایش
|
  • Seyed Mohammad Ali Boutorabi * Page 1
  • Fatemeh Yousefi, Reza Taghiabadi *, Saeed Baghshahi Pages 69-78
    The effect of Mn addition (2 and 4 wt%) on the microstructure and castability of hypoeutectic Al-2Ni alloy was investigated. According to the results, Mn promotes the formation of Mn(Ni)-rich intermetallics in the microstructure. In the case of Al-2Ni-2Mn alloy the intermetallic compounds are interdendritic type whilst in Al-2Ni-4Mn alloy in addition to interdendritic intermetallics, the large and primary Mn-rich compounds with platelets, polyhedral and dendritic morphologies are present. The fluidity results show that the addition of 2 and 4 wt% Mn enhances the mushy solidification of Al-2Ni alloy leading to a fluidity reduction of 7 and 30%, respectively. Based on the microstructural observations and thermal analysis results, this reduction can be attributed to the formation of primary Mn-rich compounds in the molten alloy. Manganese addition, also, exerts negative impact on the hot tearing resistance of Al-2Ni alloy. The hot tearing susceptibility index (HTS) of Al-2Ni-4Mn alloy is 5 and 12 times higher when compared to those of Al-2Ni-2Mn and Al-2Ni alloys, respectively. SEM investigation of hot teared microcracks and the presence of free dendrites and primary Mn-rich compounds on the fractured surfaces imply on the critical role of primary compounds on the formation of hot tear microcracks.
    Keywords: Al-2Ni, Manganese, Castability, Fluidity, Hot tearing
  • Shahram Kheirandish *, Seyed Mohammad Ali Boutorabi, Ashkan Yazdi Pages 79-87
    In this research, the effect of austempering heat treatment time and temperature on the mechanical properties and microstructure of high silicon steel were investigated. The melting process of this alloy was carried out in an induction furnace with the capacity of 20 kg followed by casting in a Y-block mold cavity. After cutting, the samples were austenitized for 2 hours at 1150ºC and austempered at 250 and 300ºC temperatures for 2 to 72 hours. The achieved microstructure showed nanometer layers of bainitic-ferrite, and retained-austenite between them. Increasing the austempering time led to the increment of the amount of bainitic-ferrite. The amount of bainitic-ferrite in samples, austempered at 250ºC, was 84% and in the maximum state was about 91%. A maximum hardness value of 611 HV was obtained in samples austempered at 250ºC for 72 hours.
    Keywords: Superbainite, Austempering, Silicon steel, Bainitic-ferrite
  • Sayfolah Aghazadeh, Ahad Samadi *, Ebrahim Aghazadeh Pages 89-97
    In this study, the effect of silicon content on the graded microstructure of Al-Si alloys fabricated by centrifugal casting method was investigated. For this purpose, two cylinders with a chemical composition of Al-11.9wt.% Si (hypoeutectic alloy) and Al-20wt.% Si (hypereutectic alloy) were cast through vertical centrifugal casting method. Then the microstructure and hardness of radial sections of the cast cylinders were studied using optical/scanning electron microscopes and standard Brinell test method, respectively. According to the results, two hypo and hypereutectic Al-Si cylinders illustrate two different patterns of functionally graded microstructure thus hardness along the radial direction. In hypoeutectic cylinder, due to the segregation of the heavy and soft α-Al phase in centrifugal force direction, the outer and inner layers show hypoeutectic and eutectic microstructures, respectively. While in the hypereutectic cylinder due to the segregation of the light and hard primary Si particles in the centripetal direction, the outer and inner layers contain eutectic and hypereutectic microstructures, respectively. As a result of these continuous and gradual microstructural changes in radial direction of the cylinders; firstly: the hardness of all radial sections in hypereutectic cylinder is about 10 Brinell more than the hypoeutectic one; secondly: the inner layer of hypoeutectic and outer layer of hypereutectic cylinders both with full eutectic microstructure show similar hardness; thirdly: the hardness of both cylinders moderately increase from outer periphery towards the inner periphery of the cylinders.
    Keywords: Centrifugal casting, Functionally graded, Al-Si alloys, Segregation
  • Yazdan Shajari, Seyed Hosein Razavi *, Zahra Sadat Seyedraoufi Pages 99-108
    Nickel base superalloys are used for their unique properties in the construction of various components of ground and air gas turbines. In the present study, the IN738LC superalloy was solubilized at a temperature of 1090 ° C to 1200 ° C and at a time of 30 to 120 minutes. The samples were aged for 24 hours after solution heat treatment at 800 °C. Before and after aging, samples were examined by optical microscopes (OM), scanning electron microscopy (SEM) and field emission scanning electron microscopy (FESEM). The results showed that increasing the temperature and time of solution heat treatment reduces the volume percentage and the size of the g¢ precipitates, while the volume percentage and size of the g¢ precipitates are increased and decreased, respectively, after aging. Micro hardness tests showed that hardness of the superalloy was strongly influenced by the characteristics of sediments. By increasing the solubility time and reducing the volume percentage of g¢ precipitates, the hardness decreased and increased after aging.
    Keywords: IN738LC superalloy, Solution heat treatment, Gamma prime precipitates, Aging
  • Parastoo Fallah *, Amir Kebriyaei, Nasser Varahram Pages 109-120
    The Ni-based superalloy GTD-111 possesses excellent hot corrosion resistance, oxidation resistance and high strength at elevated temperature; accordingly, the alloy is used in manufacturing of the first stage blades of powerful gas turbines. In this study, the effect of homogenization treatment, partial dissolution with two different cooling rates (air and water) along with aging on the microstructure and micro hardness of directionally solidified GTD-111 were studied. To this end, cylindrical specimen (diameter of 10 mm and height of 40 mm) with columnar-grained structure were produced under growth rate of 6mm/min using Bridgman technique. The macro-structural studies of the DS GTD-111 specimen show that the columnar grains along the longitudinal direction of specimen were provided by temperature gradient in liquid metal. Microstructural analyses illustrate that homogenization treatment led to dissolution of a portion of primary γʹ precipitates. Furthermore, the primary γʹ precipitates in the specimen that was cooled in water after partial solution treatment, were spherical and cubic with curved corner. However, the primary γʹ precipitates were angular cubic in the specimen which was cooled in air after partial solution treatment. Since the γ matrix became supersaturated during the homogenization and partial solution treatment, aging process was effective on nucleation and growth of secondary γʹ precipitates. This was especially more substantial in the specimen which was cooled in water after partial solution. Hardness of the DS specimen was reduced after homogenization. While, aging resulted in increasing the hardness of the DS specimen due to the improvement of morphology, size and distribution of γʹ.
    Keywords: Directional Solidification, Nickel-Based Superalloy, Bridgman Technique, Partial Solution, Gamma Prime
  • Seyyed Amin Torabi, Kamran Amini * Pages 121-132
    In this research, the effect of shot-peening treatment on the wear behavior of two types of high manganese austenitic steel (Fe-7Mn-0.6Si- 1.2C and Fe-17Mn-0.6Si-1.2C) was investigated. In this regard, two samples with various manganese contents of 7 and 17 weight percent are cast, respectively. In order to achieve a uniform structure of austenite into all samples, solution-annealing process is performed at temperature of 1100°C during 2h. Micro hardness measurement and tensile testing as well as wear test according to the rubber wheel-dry sand method are conducted on all heat-treated samples. Surfacing hardening treatment by using of shot- peening equipment is done during 15 and 30 mines on all samples. The results showed that when the percentage of manganese increased from 7 to 17% in the heat-treated samples, hardness and tensile strength values are increased and improved about 27% and 10%, respectively. The surface hardness of high manganese austenite steels is increased due to the applying surface work hardening with shot-pinning treatment. Thus, the highest hardness is observed in the shot-peened sample at time of 30 min. however, the highest hardness and wear %resistance are determined in the sample containing 7%Mn. The investigation of worn surfaces showed that the wear mechanism was abrasive mechanism. Moreover, the amount of and the depth of grooves are reduced with increasing of hardness values.
    Keywords: High manganese austenitic steel, Shot-peening, Strength, Surface hard working, Hardness, Wear resistance