فهرست مطالب

پژوهشنامه ریخته گری
پیاپی 3 (زمستان 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/12/25
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علی ده حقی، مهدی دیواندری * صفحات 133-148

    نرم افزارهای شبیه سازی، قادر نیستند طراحی کنند و فقط می توانند جنبه های مختلف نتایج طراحی پیشنهاد شده توسط طراح سیستم راهگاهی را نشان دهند. در این مقاله طراحی سیستم راهگاهی با تغییر زمان های بارریزی (در محدوده 5 -20 ثانیه) برای قطعه استوانه ای توخالی با وزن تقریبی56کیلوگرم و بر اساس روش محاسبه تنگه انجام گردید. تعداد راهبارهای استفاده شده در طراحی 4،2و6 راهباره انتخاب شد و نوع و محل اتصال های متفاوتی در نظر گرفته شد. طراحی و زمان بارریزی بهینه بدست آمده در این تحقیق، مذاب رسانی و شرایط تغذیه پراکنده را بهبود بخشیده و امکان کنترل سرعت خطی مذاب بر اساس معیار رعایت سرعت بحرانی و الگوی پرشدن قالب را امکان پذیر می کند. بیشینه سرعت میانگین در راهباره از〖m∙s〗^(-1)2 به 〖m∙s〗^(-1)17/0 کاهش یافته و در ادامه با تغییر نرخ سرمایش، مذاب رسانی بهبود یافته و کشیدگی های انقباضی و احتمال تشکیل آن 41 درصد کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: شبیه سازی، زمان بارریزی، طراحی سیستم راهگاهی، مذاب رسانی، عیب کشیدگی انقباضی
  • مجتبی جواهری، مجید عباسی * صفحات 149-160

    در این تحقیق از روش غیرمخرب جریان گردابی برای ارزیابی و تشخیص ریزساختار و سختی یک فولاد ریختگی بعد از انجام عملیات حرارتی، استفاده شد. به این منظور هشت نمونه شاهد یکسان از شمش فولاد ریختگی هایپریوتکتوئیدی کم آلیاژ موسوم به FMU-226 تهیه شده و سپس تحت سیکل های مختلف عملیات حرارتی نظیر آنیل کامل، کوئنچ و کوئنچ-تمپر قرار گرفتند. مطالعات ریزساختاری با میکروسکپ الکترونی روبشی، میکروسکپ نوری و سختی سنجی به روش ویکرز به عنوان آزمون های مخرب انجام شد. در ادامه با استفاده از یک دستگاه جریان گردابی به صورت غیرمخرب، ریزساختار و سختی نمونه ها در فرکانس های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. قابلیت شاخص های مختلف جریان گردابی از جمله مقاومت اهمی، مقاومت القایی، امپدانس و نسبت مقاومت اهمی به امپدانس برای توسعه یک مدل ریاضی با سختی و برای تحلیل ریزساختار مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که می توان با استفاده از روش جریان گردابی به صورت غیرمخرب و سریع، این قطعات فولادی را بر حسب ریزساختار و سختی از یکدیگر شناسایی و تفکیک کرد. مشخص شد که شاخص های جریان گردابی تابعی از فرکانس جریان، تغییرات میزان آستنیت باقیمانده، نوع ریزساختار زمینه و مورفولوژی کاربیدها است. با استفاده از نقشه امپدانسی دستگاه جریان گردابی در فرکانس kHz20، به صورت گرافیکی می توان نوع ریزساختار زمینه را تشخیص داد. همچنین امپدانس سیم پیچ (Z) در این فرکانس، مناسب ترین شاخص جریان گردابی برای سختی سنجی شناسایی شد و رابطه ای اختصاصی آن برای کنترل کیفیت قطعات عملیات حرارتی شده از این فولاد ارائه شده است.

    کلیدواژگان: جریان گردابی، ارزیابی غیرمخرب، کنترل کیفیت، ریزساختار، سختی
  • محمدامین شاهرخیان دهکردی، مجید کریمیان، حسن شریفی *، مهدی مقیمی دهکردی صفحات 161-170

    در تحقیق حاضر اثر متغیرها در خروج گاز از قالب در ریخته گری توپر آلیاژ آلومینیم A356 مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور از یک مدل فومی پلکانی با پنج ضخامت مختلف استفاده شد. متغیرها شامل پوشان در گرانروی های 15، 20 و 25 پاسکال ثانیه، ماسه با میانگین اندازه ذرات AFS 20، 50 و 80 و ارتعاش در زمان های 60، 90، 120 و 180 ثانیه بود که تاثیر این متغیرها بر عیوب ظاهری، تخلخل و زبری سطح مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مهم ترین عامل در پر نشدن قالب، حبس شدن گاز در قالب به فشردگی ماسه ها و یا افزایش ضخامت پوشان در اثر انتخاب نادرست اندازه ماسه و گرانروی پوشان بوده است. همچنین مشخص شد که زمان ارتعاش نیز بر میزان پر شدن قالب و زبری سطحی نمونه موثر است. کمترین مقدار عیوب ظاهری، پایین ترین درصد تخلخل (7/3 %) و زبری سطح (μm 18) مربوط به ترکیب گرانروی پوشان 20 پاسکال ثانیه به همراه اندازه ماسه AFS 50 با زمان ارتعاش 60 ثانیه بوده است.

    کلیدواژگان: تخلخل، ریخته گری توپر، زمان ارتعاش، اندازه ماسه، صافی سطح
  • سعید محمدیاری *، روح الله توکلی صفحات 171-180

    هدف از تحقیق حاضر، تولید لحیم های نرم نانوکامپوزیتی بدون سرب پایه قلع تقویت شده با نانو ذرات به روش انجماد سریع و مقایسه خواص مکانیکی، الکتریکی و حرارتی آنها با لحیم معمولی (SAC(Sn-3.8Ag-0.7Cu است. در این راستا، چهار آلیاژ لحیم نرم بدون سرب (x=0، 0.25، 0.5، 1) Sn-3.8Ag-0.7Cu-xAlبا استفاده از کوره ذوب مجدد قوس الکتریکی تحت خلاء (VAR) آلیاژسازی شد. سپس توسط تکنیک انجماد سریع مذاب ریسی با دیسک مبرد، ریبون های لحیم های نرم بدون سرب نانوکامپوزیتی تقویت شده با نانو ذرات ترکیبات بین فلزی Cu6Sn5 و Ag3Sn به روش درجا تولید شد. خواص ریزساختاری، مکانیکی، الکتریکی و حرارتی این لحیم های نانوکامپوزیتی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی، پراش پرتو ایکس، آزمون های میکروسختی سنجی، مقاومت سنج پروب 4 نقطه ای و گرماسنجی روبشی افتراقی (DSC) بررسی شد. نتایج بدست آمده حاکی از توزیع یکنواخت نانو ذرات ترکیبات بین فلزی Cu6Sn5 و Ag3Sn در زمینه لحیم و افزایش قابل توجه 30 درصدی میکروسختی، عدم تغییر مقاومت الکتریکی ویژه و افزایش حداکثر 3 درجه ای دمای ذوب لحیم های نانوکامپوزیتی جدید نسبت به لحیم های معمولی SAC است.

    کلیدواژگان: لحیم نرم، بدون سرب، نانوکامپوزیت، انجماد سریع، مذاب ریسی
  • سعید فراهانی * صفحات 181-191

    در این تحقیق با استفاده از آنالیز حرارتی منحنی سرد شدن و نیز کوئنچ منقطع، تاثیر متقابل بیسموت و استرنسیم بر روی مشخصه های تخلخل در آلیاژ مرسوم مورد استفاده در صنعت (Al-7Si-0.4Mg) مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس منحنی سرد شدن بدست آمده و رسم منحنی های مشتق اول و مشتق دوم آن، فرآیند انجماد آلیاژ مورد بررسی قرار گرفت. با محاسبه منحنی کسر جامد، دماهای متناظر با تشکیل 20، 45 و 80 درصد کسر جامد برای آلیاژهای حاوی نسبت های مختلف Sr/Bi یعنی 1/0، 34/0 و 46/0 به طور دقیق تعیین شد. سپس آلیاژها در مقادیر یکسان کسرجامد به سرعت در دماهای مشخص شده کوئنچ شدند. مشخصه های تخلخل شامل اندازه، مساحت و چگالی با استفاده از میکروسکوپ نوری مجهز به نرم افزار آنالیزگر تصویر مورد اندازه گیری قرار گرفتند. نتایج نشان داد که اندازه، مساحت و چگالی تخلخل ها متاثر از نسبت Sr/Bi و درصد کسر جامد است. با افزایش نسبت Sr/Bi از 1/0 به 46/0، مساحت و اندازه تخلخل ها به ترتیب به میزان 75 و 141 درصد افزایش یافت. کسر جامد بحرانی جوانه زنی تخلخل ها و کسر جامد بحرانی رشد تخلخل ها در حضور هم زمان بیسموت و استرنسیم در آلیاژهای فوق به ترتیب 70 و 80 درصد تعیین شد.

    کلیدواژگان: آلومینیم، آنالیز حرارتی، تخلخل، بیسموت، استرنسیم
  • لیلا آبادی مرند، سید صدرا یوسفی بناب، حسین آقاجانی *، میر سعید صفایی، سید رضا دامادی صفحات 193-200

    مهم‫ترین عیب ریخته‫گری آلیاژ Al-5Cu-1Ag ترک گرم است. برای حل این مشکل در تولید این آلیاژ استفاده از روش‫های نوین ریخته‫گری از جمله روش‫های ریخته‫گری نیمه جامد مد نظر است. در این پژوهش بعد از فرآیند آلیاژسازی نمونه هایی به روش متداول و نیمه جامد ریخته‫گری شدند. این نمونه ها به مدت 18 ساعت در دمای 150 درجه سانتی‫گراد تحت فرآیند پیرسازی قرار گرفتند. مطالعات ریزساختاری به وسیله میکروسکوپ‫های نوری و الکترونی روبشی و ‫بررسی های EDS به منظور آنالیز عنصری انجام و همچنین از نرم‫افزار CLEMEX برای آنالیز تصویری استفاده شد. خواص مکانیکی به وسیله نتایج سختی سنجی برینل و استحکام کششی مورد مطالعه قرار گرفت. مطالعه رفتار نیمه جامد و تعیین کسر جامد بهینه به وسیله نرم افزار Thermo Calc انجام گرفت. نتایج نشان داد که ساختار کاملا دندریتی در ریخته‫گری به روش متداول به ساختار 78% کروی با قطر 48 میکرومتر در ریخته‫گری نیمه جامد تبدیل شد. سختی تا 50% و استحکام کششی تا 20 درصد و افزایش طول تا 77 درصد افزایش یافتند. براساس نتایج مدل‫سازی ترمودینامیکی بازه دمایی بهینه برای فرآیند رئوکستینگ این آلیاژ 545 تا 612 درجه سانتی‫گراد است.

    کلیدواژگان: آلیاژ Al-5Cu-1Ag، ترک گرم، رئوکستینگ، خواص مکانیکی، ریزساختار
|
  • Ali Dehhaghi, Mehdi Divandari * Pages 133-148

    Simulation softwares are not able to design and can only show various aspects of the suggested design by the running system designer. In this paper, the design of running system with the variation of pouring time (in the range of 5 -20 seconds) for a hollow cylinder component weighing approximately 56 kg was carried out based on the choke calculation method. The number of gates used in the design were 2, 4 and 6 and different types and locations of the ingates were considered. The optimal design and pouring time achieved in this work improves the filling and feeding conditions, allowing the control of the linear velocity based on critical gate velocity criteria and a nonturbulent filling pattern of the mold cavity. The maximum average velocity in the gate was decreased from 2 m. s -1 to 0,17 m. s -1 followed by the control of the cooling rate, improved filling conditions, lowering the shrinkage and the likelihood of its formation has decreased by 41%.

    Keywords: Simulation, pouring time, running system design, melt filling, shrinkage defect
  • Mojtaba Javahery, Majid Abbasi * Pages 149-160

    In this paper, the nondestructive eddy current method was used for evaluation of microstructure and hardness of the heat treated cast steel. For this purpose, eight reference samples in same sizes were prepared from the cast block of hypereutectoid low alloy steel called FMU-226 and then the samples were heat treated under different cycles such as full annealing, quenching and quench-tempering. The microstructural studies were performed using scanning electron microscope (SEM), optical microscope and Vickers hardness (HV) instrument as destructive tests. Then, the microstructure and hardness of the samples were evaluated nondestructively by an eddy current test device at different frequencies. The capacities of different eddy current characters such as resistivity, inductive reactance, impedance and resistivity to impedance ratio were examined for developing a mathematical model to hardness measuring and microstructural recognitions. The results showed that the eddy current method can be nondestructively recognized and separated the steel parts according to their microstructure and hardness, rapidly. It was recognized that the eddy current characters were related to the current frequency, variation of retained austenite content in matrix, type of matrix microstructure and carbides morphologies. By using of impedance plane in the eddy current test at 20 kHz, it can be visually detected the microstructure of the heat treated steel. In addition, the impedance (Z) at this frequency was recognized as proper eddy current character for hardness measuring and the special equation for quality control of the heat treated steel was presented.

    Keywords: Eddy current, Nondestructive evaluation, quality control, Microstructure, Hardness
  • Mohammad Amin Shahrokhian Dehkordi, Majid Karimian, Hassan Sharifi *, Mehdi Moghimi Dehkordi Pages 161-170

    The impact of the viscosity of the coating, sand grade, and vibration time was investigated on the exhaust of the gaseous products in the lost-foam casting of an A356 aluminum alloy. In this regard, a foam stepwise model with five different thicknesses was used. Three coatings of different viscosities (15, 20, and 25 Pas.sec), three grades of sand (20, 50, 80 AFS), and different vibration times (60, 90, 120, and 180 sec) were considered in the study. To analyze these parameters, their impact on the defects, porosities, and the surface roughness was evaluated. The results showed that the most important defects to be mentioned include being unable to completely fill the mold cavity, the increased porosity in the casting as a result of the excessively thick coating, and the compression of the sand (which blocks the porosities in the mold) due to the wrong choice of refractory coating, sand grade, and vibration time. A coating with a viscosity of 20 Pas.sec, along with 50 AFS grade sand, and a vibration time of 60 sec yielded the best result in terms of defects, porosity (3.7 %) and surface roughness (18 µm).

    Keywords: Porosity, Lost foam casting, Vibration time, Grades of sand, Surface roughness
  • Saeid Mohamammadyari *, Rouhollah Tavakoli Pages 171-180

    The aim of the present study is to produce Sn base lead-free nanocomposite solders reinforced by nanoparticles with rapid solidification technique and compare their mechanical, electrical and thermal properties with conventional SAC (Sn-3.8Ag-0.7Cu) solder. Therefore, four lead-free soldering alloys Sn-3.8Ag-0.7Cu-XAl (X = 0, 0.25, 0.5, 1) were alloyed using a vacuum arc remelting (VAR) furnace. Then with melt spinning technique ribbons of nanocomposite solders reinforced with Cu6Sn5 and Ag3Sn intermetallic compounds nanoparticle were manufactured. The microstructural, mechanical, electrical and thermal properties of these nanocomposite solders were investigated using scanning electron microscopy, X-ray diffraction, Vickers hardness method, four-point resistance measurement method and differential scanning calorimetry (DSC). The results showed the uniform distribution of nanoparticles intermetallic compounds Cu6Sn5 and Ag3Sn in the solder matrix and a 30% significant increase of micro-hardness, negligible variation in the specific electrical resistance, and a 3 degrees increase in the melting temperature of the new nanocomposite solder compared to conventional SAC solder.

    Keywords: Solder, Lead, free, Nanocomposite, Rapid solidification, Melt spinning
  • Saeed Farahany * Pages 181-191

    In this research, cooling curve thermal analysis and interrupted quenching technique were employed to examine interactive effect of Sr-Bi on porosity characteristics of the Al-7Si-0.4Mg alloy commonly used in industry. Based on obtained cooling curve profile and plotting the first and second derivative curves, solidification process of the alloy was studied. Solid fraction curves were calculated and corresponding exact temperatures for precipitation of 20, 45 and 80% solid for alloys with different Sr/Bi ratios, namely 0.1, 0.34 and 0.46 were determined. Subsequently, alloys were quenched rapidly at determined temperatures in the same solid fraction. Porosity characteristics consist of size, area and density were measured using an optical microscope equipped with image analyzer software. Results show that the size, area and density of porosity were affected by Sr/Bi ratio and solid fraction percentage. Area percentage and size of porosity increased by 75% and 141% respectively with increase of Sr/Bi ratio from 0.1 to 0.46. Critical solid fraction for the nucleation and growth of porosity in the alloys were determined at 70% and 80%respectively while Sr and Bi co-existed.

    Keywords: Aluminium, Thermal analysis, Porosity, Bismuth, Strontium
  • Leila Abadi Marand, Seyyed Sadra Yousefi Bonab, Hossein Aghajani *, Mir Saeed Safaei, Seyyed Reza Damadi Pages 193-200

    The common defect in Al-5Cu-1Ag alloy is hot tear; so it is necessary to solve it. Thixocasting and rheocasting are semi-solid casting methods that could be useful for hot tear decreasing in the alloys with wide solidification range. In this research after alloying process, casted in direct casting (DC) and semi solid casting (SC). Samples were aged for 18 hours in 150 °C and microstructure studies by optical and scanning electron microscope were performed. EDX was used for analysis and image analyzing done by CLEMEX software. Brinell hardness and tensile strength measurement were used to investigate mechanical properties. Semi-solid behavior and optimum solid fraction during the process were studied by Thermo Calc. software. Results shows that the dendritic structure in DC mode samples could change to a spherical structure with 48 μm diameter and 0.78 sphericity grains in SC method. Thus, hardness increased up to %50; tensile strength and elongation also increased 20 % and 77 %, respectively. According to thermodynamic simulation results the optimum temperature range for Al-5Cu-1Ag alloy rheocasting process is 545-612 °C.

    Keywords: Al, 5Cu, 1Ag alloy, Hot tear, Rheocasting, Mechanical properties, Microstructure