فهرست مطالب

پژوهشنامه ریخته گری
سال دوم شماره 1 (پیاپی 4، بهار 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/03/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سید عباس حصاصی، مجید عباسی *، سید جمال حسینی پور صفحات 1-10

    در این پژوهش، اثر فرایند ریخته گری کوبشی بر ریزساختار انجمادی، عیوب ریختگی و سختی آلیاژ A390 مورد بررسی قرار گرفته و با روش های ریخته گری در ماسه و قالب فلزی مقایسه شده است. برای ریخته گری کوبشی از یک پرس و قالب فلزی پیش گرم شده تا 200 درجه سانتیگراد تحت فشار MPa120 استفاده شد. بررسی های ریزساختاری و سختی سنجی انجام شد. از دستگاه آنالیز حرارتی برای ارزیابی منحنی های سرد شدن مذاب و تحلیل فازی استفاده شد. نتایج نشان داد که ریزساختار این آلیاژ در شرایط ریخته گری کوبشی نسبت به روش های ریخته گری در ماسه و ریژه اصلاح و ظریف تر شده و عیب های انقباضی به شدت کاهش یافته است. در شرایط ریخته گری کوبشی، مساحت ذرات سیلیسیم اولیه و طول تیغه های سیلیسیم یوتکتیک کوچک تر و کمتر شده است. ارزیابی های کمی نشان داد که روش ریخته گری کوبشی در مقایسه با دو روش ریخته گری در ماسه سبب کاهش متوسط مساحت و نسبت طول به عرض ذرات سیلیسیم های اولیه به ترتیب به میزان های 74 و 17 درصد شده است. همچنین سختی این آلیاژ در روش ریخته گری کوبشی در مقایسه با روش های ماسه ای و قالب فلزی به ترتیب به میزان 30 و 18 درصد افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: ریخته گری کوبشی، آلیاژ A390، ریزساختار انجمادی، سختی، سیلیسیم اولیه
  • مرتضی محمدی، رضا تقی ابادی *، مریم نظری صفحات 11-25

    در این تحقیق تاثیر کلسیم، استرانسیم، منگنز و برلیم در بهسازی و بهبود اندیس کیفیت آلیاژ 356‏A‏ آلومینیم حاوی 2/1 ‏درصد وزنی ناخالصی آهن، قبل و بعد از عملیات حرارتی، بررسی شده است. بر اساس نتایج حاصل شده، استرانسیم و کلسیم موجب ‏بهسازی ذرات سیلیسیم یوتکتیک و کاهش ابعاد ترکیبات مخرب ‏β-Al5FeSi‏ می شوند به گونه ای که اندازه متوسط این فازها به ‏ترتیب 23 و 18 درصد کاهش می یابد. افزودن برلیم و منگنز تاثیری بر فاز سیلیسیم یوتکتیک ندارد اما موجب جایگزینی ‏صفحات ترد و شکننده بتا توسط ذرات آلفا (‏α-Fe‏) با مورفولوژی حروف چینی می شود. در اثر این تغییرات ریزساختاری، اندیس ‏کیفیت آلیاژهای بهسازی شده توسط کلسیم، استرانسیم، برلیم و منگنز به ترتیب 58، 32، 31 و 17 درصد افزایش می یابد. ‏انجام عملیات حرارتی 6‏T‏ ضمن استحکام دهی رسوبی آلیاژ، موجب بهسازی حرارتی سیلیسیم یوتکتیک و خردایش صفحات ‏بتا می شود اما تاثیر آن در کاهش ابعاد و کسر حجمی ترکیبات آلفا کمتر است. بیشترین میزان بهبود اندیس کیفیت در نمونه بهسازی نشده با عملیات حرارتی به میزان 36 درصد است. در حالی که این میزان در نمونه های ‏بهسازی شده توسط کلسیم، استرانسیم، برلیم و منگنز به ترتیب 6، 13، 21 و 19 درصد است. افزایش میزان تخلخل و ‏حضور ترکیبات نسبتا درشت آلفا در ریزساختار از جمله مهمترین عوامل موثر در کاهش نسبی اندیس کیفیت نمونه های بهسازی ‏شده پس از عملیات حرارتی به شمار می آیند. ‏

    کلیدواژگان: 356A، بهسازی، ترکیب بین فلزی، عناصر بهساز، اندیس کیفیت
  • سعید علی اکبری ثانی، حسین عربی *، شهرام خیراندیش، غلامرضا ابراهیمی صفحات 27-37
    تقاضا برای افزایش راندمان توربین های گازی، محرک اصلی برای توسعه نسل های جدید مواد دمای بالاست. در ‏این راستا سوپرآلیاژهای جدید پایه کبالت ‏Co-Al-W‏ حاوی فاز استحکام بخش '‏‎γ که پتانسیل مناسبی جهت ‏بکارگیری در دمای بالا دارند مورد توجه قرار گرفته اند. هدف اصلی این تحقیق بررسی فازهای ایجاد شده در یک ‏سوپرآلیاژ ریختگی چند عنصری از این خانواده، با استفاده از روش های تجربی و نرم افزار ‏JMatPro‏ است. به این ‏منظور پس از طراحی آلیاژ، عملیات ریخته گری آن در کوره ‏VIM‏ انجام شد. آلیاژ با استفاده از ‏SEM-EDS، ‏FE-SEM، ‏XRD‏ و ‏DSC‏ مورد آنالیز قرار گرفت. نتایج تجربی نشان داد که در زمینه آلیاژ ریختگی (فاز γ) ، تنها ‏فاز '‏‎γ و کاربیدهای ‏MC‏ (غنی از تیتانیم و تنگستن) حضور دارند. نتایج نرم افزار به خوبی حضور فازهای مذکور ‏و دماهای تشکیل آن ها را پیش بینی کرد. به علاوه نتایج نرم افزار نشان داد که فاز μ باید در ریزساختار آلیاژ ‏وجود داشته باشد. طبق نتایج و پیش بینی های نرم افزار، عملیات حرارتی در دمای ‏900 درجه سانتیگراد و زمان 48 ساعت ‏انجام شد و فاز غنی از تنگستن μ در ریزساختار به وجود آمد. نتایج نشان داد که از نظر ترمودینامیکی تشکیل ‏فاز μ لازم است اما تامین شرایط سینتیکی در تشکیل آن نقش مهمی دارد. ‏
    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ ریختگی Co-Al-W، نرم افزار JMatPro، پیش بینی فازهای ثانویه، فاز ?
  • اسماعیل دماوندی، سلمان نوروزی *، سید محمود ربیعی صفحات 39-53
    در پژوهش حاضر اثر دمای بارریزی، ارتعاش مکانیکی قالب، دمای قالب و گرمایش مجدد بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ هایپریوتکتیک آلومینیم-سیلیسیم مورد بررسی قرار گرفت. برای طراحی آزمایش از روش تاگوچی استفاده شد. از نسبت سیگنال به نویز و آنالیز واریانس برای تعیین مقادیر مطلوب هر متغیر و همچنین درصد مشارکت متغیرها در مقدار متغیر خروجی (پاسخ) استفاده شد. اثر گرمایش مجدد نمونه ها در سه دمای 540، 555 و °C 565 و پنج زمان نگهداری 5، 30، 60، 90 و 120 دقیقه در شرایط مطلوب مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی ریزساختار از میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نوری مجهز به سیستم آنالیز تصاویر استفاده شد. قطر متوسط، شاخص توزیع و میزان کرویت ذرات سیلیسیم اولیه و سیلیسیم یوتکتیک محاسبه شد. دو آزمون سختی سنجی برینل و کشش به منظور ارزیابی خواص مکانیکی استفاده شد. نتایج آنالیز نشان داد که شمش ریخته گری شده در دمای بارریزی °C750 درجه سانتی گراد، دمای قالب °C350 و فرکانس ارتعاش قالب Hz60 از بالاترین مقدار سختی و استحکام کششی برخوردار است. از سوی دیگر، نتایج ریزساختاری نشان داد که فرآیند گرمایش مجدد، موجب افزایش کرویت و کاهش اندازه سیلیسیم یوتکتیک شد، اما تاثیر قابل توجهی بر اندازه سیلیسیم اولیه نداشت.
    کلیدواژگان: روش تاگوچی، گرمایش مجدد، آلیاژ هایپریوتکتیک Al-A390، ریزساختار، خواص مکانیکی
  • هادی برادران مهرآباد، مهدی دیواندری *، حسن ثقفیان لاریجانی صفحات 55-69

    برای دستیابی به یک کامپوزیت جفت-فلزی قابل قبول از دو فلز، بررسی مشخصات فصل مشترک آنها ضروری به نظر می رسد. در این تحقیق اتصال بین یک نمونه فولاد ساده کربنی و آلومینیم خالص تجاری و نحوه تشکیل و رشد ترکیبات بین فلزی در فصل مشترک مورد بررسی قرار گرفت. میله های فولادی، در زمان های مختلف 5، 10، 15 و 20 دقیقه در دماهای 680، 720، 760 و 800 درجه سانتیگراد، درون مذاب آلومینیم خالص نگه داشته شده و سپس از مذاب بیرون آورده و در هوا خنک شدند. پس از نمونه گیری از مقاطع، ریزساختار فصل مشترک تشکیل شده بین زیرلایه ی فولادی و آلومینیم با میکروسکوپ نوری (OM) ، میکروسکوپ الکترونی (SEM) ، اسپکتروسکوپی اشعه ایکس (EDS) و ریزسختی سنجی ویکرز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که لایه ی بین فلزی از دوترکیب بین فلزی FeAl3 و Fe2Al5 تشکیل شده است. با افزایش دما و زمان غوطه وری نوع ترکیبات تشکیل شده بدون تغییر بوده و فقط ضخامت لایه ی بین فلزی تغییر کرده است. برای بررسی سختی فازهای تشکیل شده، تست ریزسختی سنجی ویکرز در راستای عمود بر فصل مشترک نشان داد که سختی فصل مشترک واکنشی ایجاد شده به دلیل وجود ترکیبات بین فلزی سخت و ترد، بالاتر از سختی فلزات پایه فولاد و آلومینیم است. سینیتیک تشکیل ترکیبات مورد بحث قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: کامپوزیت دو فلزی، فصل مشترک فولاد، آلومینیم، غوطه وری، ترکیبات بین فلزی
  • میلاد حیدری قلعه*، ناصر احسانی، حمیدرضا بهاروندی صفحات 71-80
    در این تحقیق، عیوب فوم در شرایط مختلف تولید فوم های آلومینیمی A356 با سلول بسته مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور فوم ها با استفاده از مواد پدیدآورنده گاز هیدرید تیتانیم (TiH2) و کربنات کلسیم (CaCO3) بطور جداگانه و بدون اضافه کردن ذرات پایدارکننده سرامیکی به مذاب، تولید شدند. فرآیند فوم شدن با استفاده از ذرات TiH2 با 2-1 درصد وزنی در دماهای 750-650 درجه سانتی گراد و در زمان های نگه داری 30 ثانیه الی 2 دقیقه انجام شد. همچنین فرایند فوم شدن توسط ذرات CaCO3 با 5/3-5/2 درصد وزنی در دمای 700 درجه سانتی گراد و در زمان های نگه داری 10 و 20 دقیقه، انجام شد. عیوب فوم شامل زهکشی، به هم پیوستگی سلول ها و توزیع اندازه سلول بر اساس بررسی های میکروسکوپی نوری و الکترونی روبشی و چگالی سنجی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با استفاده از عوامل فومی ساز TiH2 و CaCO3 و بدون استفاده از ذرات پایدارکننده سلول ها، می توان فوم با ساختار سلولی همگن از آلیاژهای Al-Si-Mg تولید نمود. تولید فوم مطلوب با استفاده از 3 درصد وزنی ترکیبات CaCO3 و یا با استفاده از 5/1 درصد وزنی TiH2بدست می آید. در هر دو روش تولید فوم با افزایش زمان نگه داری، میزان عیوب زهکشی و به هم پیوستن سلول ها افزایش می یابد. در حالی که در نمونه های فوم شده توسط TiH2 با افزایش دمای فوم شدن و در نمونه های فوم شده توسط CaCO3، با کاهش زمان هم زدن، میزان عیوب زهکشی و به هم پیوستن سلول ها افزایش می یابد.
|
  • Seyed Abbas Hasasi, Majid Abbasi *, Seyed Jamal Hosseinipour Pages 1-10

    The effects of squeeze casting process (SQC) on the as cast microstructure, casting defects and hardness of A390 aluminum alloy were investigated and compared by sand and permanent mold casting processes. The squeeze casting was performed using a hydraulic press and 200°C preheated steel die at 120MPa. The microstructural evaluations and hardness variations were measured. The thermal analyzer technique was used to determine the solidification cooling curve and solidified phases. Result exhibited that the microstructure of the alloy was refined and modified by SQC compered by the sand mold and the permanent mold casting. In addition, the shrinkage defects were severely decreased. The intermetallic phases, the primary silicon and eutectic silicon particles were refined. The quantitative analyses of microstructures showed that the squeeze casting decreased the average area of primary silicon particles and its aspect ratio in amount of 74% and 17% respectively compared with sand casting. Also by using SQC, the hardness of the alloy increased to 30 and 18% compared to sand and permanent casting methods respectively.

    Keywords: Squeeze casting, A390 alloy, Solidification microstructure, Hardness, Primary silicon
  • Morteza Mohammadi, Reza Taghiabadi *, Maryam Nazari Pages 11-25

    In this study, the effect of Ca, Sr, Mn, and Be on modification and quality index ‎improvement of A356 aluminum alloy containing 1.2 wt% Fe impurity was studied in as-‎cast and heat treated conditions. According to the results, Sr and Ca modified the eutectic Si ‎particles and decreased the size of detrimental β-Al5FeSi compounds so that their average ‎size reduced by 23 and 18%, respectively. The addition of Be and Mn did not affect the ‎eutectic Si, but converted the brittle b-platelets to the α-Fe Chinese-scripts. Due to this ‎microstructural variation, the quality index of the alloys modified by Ca, Sr, Be, and Mn has ‎increased by 58, 32, 31, and 17%, respectively. T6 heat treatment led to the precipitation ‎hardening of the alloy, thermally modified the eutectic Si particles, and fractured the b-‎particles. Although, it did not exert significant effect on the size and volume fraction of α-‎compounds. The maximum improvement of quality index in heat-treated samples (36 %) ‎was observed in non-modified base alloy whilst the amplitudes of the quality index ‎improvement in the Ca, Sr, Be and Mn modified samples were 6, 13, 21, and 19 ‎respectively. Increasing of porosity content and the remaining of rather large α-compounds ‎were found to be the most important factors responsible for the relative reduction of the ‎quality index in modified and heat treated samples.‎

    Keywords: A356, Modification, intermetallic, Modifier elements, Quality index
  • Saeed Aliakbari Sani, Hossien Arabi *, Shahram Kheirandish, Golamreza Ebrahimi Pages 27-37
    Demand for improvements of efficiency in the gas turbines is a driving force for development of ‎new materials generations. Recently, novel Co-Al-W cobalt-base superalloys containing ‎strengthening‎ γ' phase which are capable of using at high temperature have been subject of ‎intense research. The main purpose of this study is to investigate and evaluate present phases in ‎a multi-components Co-Al-W superalloy by both experimental methods and JMatPro software. ‎An alloy belong to this category was cast in VIM furnace. The samples were characterized by ‎SEM-EDS, FE-SEM, XRD and DSC instruments. In the as cast condition, it was found that the ‎matrix phase (‎γ‎) only contained gamma prime phase (‎γ') and MC carbides (riched in Ti and W ‎elements). The JMatPro software simulated precisely the present phases and their formation ‎temperature. Moreover, the software data demonstrated the ‎‏µ‏‎ phase must have presented in the ‎microstructure. According to experimental and simulation results, heat treatment at 900°C for ‎‎48 hours was carried out on the alloy which revealed the tungsten-riched ‎‏µ‏‎ phase in the ‎microstructure. It was found that the formation of the thermodynamically stable ‎‏µ‏‎ phase is ‎restricted depending on the kinetics of the reaction.‎
    Keywords: Cast Co-Al-W superalloy, JMatPro software, Prediction of second phases, µ phase
  • Esmaiel Damavandi, Salman Nourouzi *, Sayed Mahmood Rabiee Pages 39-53
    In the current research, the effect pouring temperature, mechanical vibration of mold, mold temperature and partial remelting on microstructure and mechanical properties of hypereutectic Al-Si alloy was investigated. For designing of experiment, Taguchi method is used. Signal to noise ratio and analysis of variance were used for finding optimized parameters and contribution percent of parameters on amount of output character. After finding the optimized parameters for producing primary billet, partial remelting process is carried out in three temperatures of 540, 555 and 565°C and five holding times of 5, 30, 60, 90 and 120 min. Scanning electron microscope and optical microscope have been used to evaluate the microstructure. The average particle diameter, distribution factor and sphericity of primary Si and Eutectic Si were analyzed by image analysis software. Result of analysis showed that sample with pouring temperature of 750°C, mold temperature of 350°C and frequency of vibration of 60Hz, had maximum hardness and tensile strength. On the other hand, the result of microstructure showed partial remelting process led to increase the sphericity and decrease of average particle diameter of Eutectic Si, but no slight effect on the size of primary Si.
    Keywords: Taguchi method, Partial remelting, hypereutectic Al-A390, Microstructure, Mechanical properties
  • H. Baradaran Mehrabadi, Mehdi Divandari *, Hassan Saghafian Larijani Pages 55-69

    To reach an acceptable bimetallic composite product from two metals, interface characteristics needs to be investigated. In this work joining of commercial aluminium and a plain carbon steel and the formation and growth of intermetallic compounds at the interface was investigated. Steel rods were immersed into the pure aluminium melt at temperatures of 680, 720, 760 and 800 Celsius and kept for different times of 5, 10, 15 and 20 minutes, respectively and then were taken out and cooled in the air. After cross sectioning and sampling, the microstructure of interface between steel substrate and aluminium was studied by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and Vickers hardness tests. The results showed that two intermetallic compounds, FeAl3 and Fe2Al5 are formed in the interface. Increasing the holding time and temperature changed the interface thickness and had no clear effects on the intermetallics types. Vickers hardness tests showed that the hardness of reaction interface was higher than aluminum and steel substrate due to presence of the above mentioned intermetallics. Kinetic of intermetallics formation are discussed.

    Keywords: Bimetal composite, Interface of Steel, Aluminum, Immersion, ‎ Intermetallics
  • Milad Heidari Ghaleh *, Naser Ehsani, Hamid Reza Baharvandi Pages 71-80
    In this paper, foam defects of A356 closed cell aluminum foams produced in different process were evaluated. For this purpose, the different foam samples were separately produced using two foaming agents, Titanium Hydride and Calcium Carbonate, without addition of stabilized ceramic particles into the molten metal. Foaming process using 1-2 wt.% TiH2 was performed in the temperature ranges of 650 to 750 °C, for 0.5-2 minutes holding times. Another foaming process was also performed with 2.5-3.5 wt% CaCO3 at 700 °C and for 10-20 minutes holding time. Casting defects included the drainage, the coalescence and the cell size distribution were evaluated using the optical and scanning electron microscopic images and density measurements. The results showed that the homogeneous cellular foam of Al-Si-Mg alloys can be produced using TiH2 and CaCO3 foaming agents and without using the stabilized ceramic particles. The optimal foam are produced using 3 wt.% CaCO3 or using 1.5 wt.% TiH2 additions, separately. In each of two foam productions processes, the drainage and the coalescence foam defects are increased with increasing the holding time. While the drainage and the coalescence foam defects increase with increasing the foaming temperature in TiH2 foamed specimens and with decreasing of the mixing time in CaCO3 foamed specimens.
    Keywords: Foamed Aluminium, ‎ Foam defects, ‎ Foaming agents, ‎ drainage, ‎ Coalescence.‎