فهرست مطالب
پژوهشنامه ریخته گری
سال دوم شماره 4 (پیاپی 7، زمستان 1397)
- تاریخ انتشار: 1397/12/01
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 211-226دو آلیاژ Al-Zn-Mg-Cu با مقدار زیرکونیم مساوی و اسکاندیم متفاوت (05/0 و 1/0 درصدوزنی) تحت عملیات ذوب در کوره مقاومتی و ریخته گری در قالب چدنی قرار گرفته و پس از انجام آزمایش های ICP، کوانتومتری و DSC، تحت عملیات همگن کردن، انحلال و عملیات حرارتی T6 قرار گرفتند. با استفاده از مشاهدات میکروسکپی و آنالیز DSC، دما و زمان همگن کردن نمونه های آلیاژ به ترتیب °C500 و 12 ساعت برای آلیاژ Al-Zn—Mg-Cu-0.1Sc-0.09Zr و °C490 و 12 ساعت برای آلیاژ Al-Zn-Mg-Cu-0.0.05Sc-0.09Zr به دست آمد. آلیاژها در دمای انحلال حاصل از نتایج آزمایش سختی و مشاهدات میکروسکپی توسط FESEM تحت عملیات انحلال قرار گرفته و سپس در دمای C°120 به مدت 12 ساعت تحت عملیات حرارتی T6 قرار گرفتند. بررسی های میکروسکپی نشان داد که فازهای غالب در ریزساختار ریختگی T(Al2Mg3Zn3) همراه با محلول جامد مس و فاز MgZn2 است و فاز یوتکتیک 10 درصد ریزساختار را تشکیل می دهد. بررسی ریزساختار ریختگی و همگن شده نشان داد که هیچ فاز حاوی اسکاندیم و زیرکونیمی در ریزساختار وجود ندارد. پس از انجام عملیات همگن کردن مقدار فاز یوتکتیک به 3 درصد کاهش یافت. فاز غالب مشاهده شده در ریزساختار همگن شده، فازهای حاوی آهن است. پس از عملیات انحلال، کسر حجمی فاز یوتکتیک ثابت مانده و فاز MgZn2 در زمینه حل شد. پس از انجام عملیات حرارتی T6 در دمای °C120، نانو ذراتAl3(Sc,Zr) و MgZn2 در مرزهای دانه ای و درون ریزساختار مشاهده شد.کلیدواژگان: Al-Zn-Mg-Cu، اسکاندیم، زیرکونیم، ریزساختار، عملیات حرارتی
-
صفحات 227-237کیفیت مطلوب شمش تولیدی به روش ریخته گری پیوسته همواره یکی از دغدغه های اساسی در صنعت فولاد است. قالب مسی یکی از اصلی ترین اجزای ریخته گری پیوسته فولاد است که پدیده های فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی که در منطقه نزدیک منیسک آن رخ می دهند نقش مهمی در کیفیت سطحی شمش دارند. در این مقاله چند متغیر موثر شامل اثر روانکاری سطح قالب، ایجاد منیسک و تشکیل نوع خاصی از سل گالوانیک مورد بر کیفیت شمش مورد بررسی قرار گرفته اند. با توجه به نظریه ساختار یونی مذاب و تحلیل های صورت گرفته بر سرباره متالورژیکی، می توان گفت که فاز سرباره مذاب پودر قالب، یک مایع یونی(فصل مشترک مس/ آهن) است به طوری که در پودر تولید شده توسط شرکت STOLLBERG نیرو محرکه تا 1/9 ولتی ایجاد می شود. بر اساس متغیرهای خنک کنندگی قالب مسی، مدل محاسبه سه بعدی ایجاد شد و توزیع سه بعدی درجه حرارت، تنش و کرنش حرارتی به صورت عددی با استفاده از روش المان محدود (FEM) شبیه سازی شده و حداکثر تغییر شکل قالب مسی حدودmm 0/04- ، بالاترین دمای داخلی تیوب مسی °C220 و حداکثر تنش حرارتی MPa390 بدست آمد. بر اساس نتایج بزرگ ترین اختلاف دما از بالا به پایین قالب بیش تر از 10 درجه نبوده و حداکثر تغییر شکل حرارتی قالب مسی در موقعیت 30 میلی متر پایین تر از منیسک ظاهر می شود، اما به اندازه کافی قوی نیست که باعث ایجاد ترک شود. علاوه بر این، تاثیر پودر با قلیائیت های مختلف بر خصوصیات علامت های ناشی از نوسان قالب بر روی سطح شمش در نظر گرفته شد. بر اساس تصاویر میکروسکوپی از نشانه های نوسان می توان گفت که استفاده از پودر ریخته گری اسکریولیت سبب می شود که نشانه های نوسان کوتاه تر و با عمق کم تر نسبت به استفاده از پودر ریخته گری آکوترم است. کلیدواژگان: ریخته گری پیوسته، تنش حرارتی، قالب مسی، سل گالوانیک، ناحیه منیسک
-
صفحات 239-249هدف از این مقاله، مطالعه ریزساختار، خواص سختی و مقاومت سایشی لایه های درونی، میانی و بیرونی لوله سبک از جنس آلومینیم مدرج گروه 3000 حاوی 3/2 درصد وزنی لیتیم است. به همین منظور، با استفاده از دستگاه ریخته گری گریز از مرکز افقی به صورت درجا، فلز مدرج آلومینیم-8/1 درصدوزنی سیلیسیم-2/7 درصدوزنی مس-2/3 درصدوزنی لیتیم در دمای بارریزی 750 درجه سانتیگراد و دور نهایی قالب برابر با 1000 دور بر دقیقه که تا دمای 150 درجه سانتی گراد پیش گرم شده بود، تولید شده است. ارزیابی ریزساختار با کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی VEGA2، ارزیابی سختی با روش میکروسختی سنجی ویکرز در نیروی 50 گرم و ارزیابی مقاومت به سایش با روش پین روی دیسک تحت تنش 7/6 مگاپاسکال در مسافت 1000 متر انجام شده است. نتایج حاکی از این است که از سطح بیرونی به سمت سطح درونی لوله مدرج، مقدار عناصر لیتیم، سیلیسیم و مس به تدریج زیاد شده است به طوری که مجموع فازهای موجود در زمینه مانند ترکیبات بین فلزی بتا (آلومینیم-لیتیم)، آلومینیم-سیلیسیم و آلومینیم-مس از 17 درصد حجمی به 35 درصد حجمی، افزایش یافته است. به همین دلیل، سختی سطح بیرونی از 95 ویکرز به 251 ویکرز در سطح درونی، افزایش یافته است. به تبع آن مقاومت به سایش سطح درونی نسبت به سطح بیرونی، 18 درصد افزایش داشته است.کلیدواژگان: فلز مدرج تابعی، ترکیب بین فلزی، محلول جامد، سایش
-
صفحات 251-261این پژوهش به تاثیر مقادیر مختلف آلومینیم بر ریزساختار و خواص چدن های با گرافیت کروی تولیدشده به روش منیزیم در راهگاه اختصاص دارد. به این منظور چدن با گرافیت کروی به ترتیب حاوی 3/7، 6/4 و 7/5 درصد وزنی آلومینیم به صورت Y بلوک در ماسه معمولی و به روش منیزیم در راهگاه تهیه شد. پس از آماده سازی نمونه ها بر اساس روش های متداول، ریزساختار چدن های تولیدشده با استفاده از میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. تعیین ترکیب شیمیایی نمونه ها به وسیله آنالیز عنصری کوانتومتری، طیف سنجی فلورسانس اشعه ایکس و آنالیز LECO و شناسایی فازهای رسوب کرده توسط آزمون تفرق اشعه ایکس انجام شد. نتایج بررسی ها، بیانگرتغییر مورفولوژی و افزایش میزان پرلیت رسوب کرده براثر افزایش مقدار آلومینیم. همچنین فاز پرلیت و فریت به ترتیب افزایش سختی به میزان 178 و 164 ویکرز را با افزایش آلومینیم از 3/7 به 7/5 درصد وزنی نشان می دهد. افزایش تعداد کره ها از 422 به 668 در واحد سطح، کاهش اندازه دانه و کرویت گرافیت ها به ترتیب از 13/1 به 8/8 میکرومتر و از 60 به 48 درصد، از دیگر نتایج است. شرایط بروز هرکدام از فازهای فوق مورد بحث قرارگرفته است.کلیدواژگان: چدن آلومینیم دار، روش منیزیم در راهگاه، ریزساختار، ریزسختی، گرافیت کروی
-
صفحات 263-273در این پژوهش اثر متغیرهای اصلی فرایند ریخته گری کوبشی شامل فشار کوبش، دمای فوق ذوب و مدت زمان اعمال فشار بر ریزساختار، خواص مکانیکی و مقاومت به سایش آلیاژ آلومینیمA356 مورد بررسی قرار گرفت. به همین منظور اثر متغیرهای مذکور هر کدام در سه سطح روی سختی، استحکام تسلیم، استحکام کششی نهایی، ازدیاد طول نسبی و جرم از دست رفته در اثر سایش مورد ارزیابی قرار گرفتند. ریخته گری کوبشی با استفاده از یک پرس 20 تنی با قالب فلزی با محفظه ای به شکل استوانه انجام شد. بررسی های ریزساختاری توسط میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی مورد ارزیابی قرار گرفت. آزمایش سایش به روش پین روی دیسک در شرایط ثابت تا مسافت 2000 متر بررسی شد. نتایج نشان داد که اعمال فشار کوبش موجب می شود که دندریت های فاز آلفا آلومینیم و سل های یوتکتیک در ریزساختار ظریف تر شده و عیوب ریختگی کاهش یابد. همچنین متغیرهای فشار کوبش، مدت زمان اعمال فشار و دمای فوق ذوب به ترتیب بیشترین اثر را بر خواص مکانیکی و سایش دارند. با افزایش فشار کوبش از 60 به MPa90 و بالاتر، مکانیزم سایش چسبان در مقایسه با خراشان ضعیف تر شده و نوع سایش از سایش شدید به سایش ضعیف تغییر می یابد که این موضوع موجب بهبود مقاومت به سایش می شود. فشار کوبش حداقل MPa90، مدت زمان اعمال فشار حداقل 30 ثانیه و دمای فوق ذوب در مقدار 50 تا C°100، محدوده پیشنهادی برای دستیابی به مناسبترین مقاومت به سایش و خواص مکانیکی است.کلیدواژگان: ریخته گری کوبشی، آلیاژ A356، بررسی متغیرها، سایش، خواص مکانیکی
-
صفحات 275-286فرآیندهای نیمه جامد، مشتمل بر شکل دهی مخلوطی نیمه جامد-نیمه مذاب بوده که یا با استفاده از روش های ریخته گری و یا شکل دهی مکانیکی، شکل های مختلف قطعه را می توان تولید نمود. نکته کلیدی این فرآیندهای ساخت مواد، ایجاد ساختاری غیردندریتی در مخلوط نیمه جامد است. در این تحقیق، با استفاده از یک دستگاه ارتعاش مکانیکی که قابلیت کنترل اتمسفر محیط را دارد، به بررسی تاثیر شرایط مختلف بر روی آلیاژ آلومینیم A380 پرداخته شده است. جهت تحلیل داده های آزمایش از روش آماری تاگوچی استفاده شده است تا بتوان تعداد آزمایش ها را کاهش داد. نتایج آماری نشان داد که متغیر دما بیشترین تاثیر که معادل 64 درصد است را در ریخته گری نیمه جامد آلیاژ A380 آلومینیم دارد. همچنین دمای ºC625، مناسب ترین دمای بارریزی انتخاب شد. فرکانس ارتعاش نیز با تاثیری در حدود 32 درصد در جایگاه دوم و زمان ارتعاش با تاثیری در حدود 3 درصد در جایگاه سوم قرار می گیرد که هر دو در بالاترین سطح خود بهترین عملکرد را دارند.کلیدواژگان: ریخته گری نیمه جامد، روش آماری تاگوچی، ارتعاش مکانیکی، محیط گاز آرگون
-
Pages 211-226Two alloys of Al-Zn-Mg-Cu with the same amount of zirconium and different amount of scandium (0.05 and 0.1 wt.%) were melt in the resistance furnace and cast in the cast iron mold and, after doing the tests of ICP, Spectroscopy and DSC, were put under homogenizing, solubility and T6 treatments operations. Using microscopic observations and DSC analysis, the temperature and time of homogenizing the alloys samples were 500°C and 12h and, 490°C and 12h for Al-Zn-Mg-Cu-0.1Sc-0.09Zr and Al-Zn-Mg-Cu-0.0.05Sc-0.09Zr, respectively. At the dissolution temperature obtained from the results of hardness test and microscopic observations by FESEM, the alloys were subjected to dissolution and then, were put under T6 thermal operations at 120°C for 12 hours. Microscopic investigations showed that the dominant phases in the microstructure of casting were along with T (Al2Mg3Zn3 and copper solid solution and MgZn2 phase, and the eutectic phase formed 10% of the microstructure. Also, investigation of the casting and homogenized microstructure revealed that no phase included scandium and zirconium in the microstructure. After the homogenization operation, the eutectic phase decreased to 3%. The dominant phase observed in the homogeneous microstructure was the phases containing iron. After the dissolution, the volume fraction of the eutectic phase remained constant and the MgZn2 phase. Having performed the T6 thermal operation at 120°C, Al3(Sc,Zr) and MgZn2 nanoparticles were observed at the grain boundary and inside the microstructure.Keywords: Al-Zn-Mg-Cu, Scandium, Zirconium, Microstructure, Heat treatment
-
Pages 227-237The optimal quality of continuous casting is always one of the main concerns in the steel industry. Copper mold is one of the main components of the continuous casting of steel. The physical, chemical and mechanical phenomena that occur in the near-meniscus region play an important role in the surface quality of the ingot. In this paper, several effective parameters including the effect of lubrication on the mold surface, the formation of the meniscus and the formation of a specific type of galvanic cell on the quality of the ingot have been investigated. According to the theory of molten ionic structure and analysis of metallurgical slag, it can be said that the molten slag phase of the mold powder is an ionic liquid (copper/iron), so that in the powder produced by stollberg, the force is driven to 1.9 volt. Based on the cooling parameters of the copper mold, a three dimensional calculation model was created and a three dimensional temperature, stress and thermal strain distribution was simulated numerically using the finite element method (FEM) and the maximum deformation of the copper mold was about -0.04 mm, The highest internal temperature of the copper tube is 2200°C and the maximum thermal stress of 390MPa. Based on the results, the largest difference in temperature from top to bottom of the mold is not more than 10 degrees, and the maximum thermal deformation of the copper mold appears at a position 30 mm below the meniscus, but not strong enough to cause cracking. In addition, the effect of powder with different alkalinity on the characteristics of the oscillating marks on the surface of the ingot was considered. Based on microscopic images of oscillation symptoms, it can be said that the use of Scorialit powder makes the swinging signs shorter and with a lower depth than using the Accutherm powder.Keywords: Continuous Casting, thermal stress, copper mold, Galvanic cell, meniscus area
-
Pages 239-249The purpose of this study was to investigate the microstructure, hardness and wear resistance of lightweight 3000 series Al functionally graded tube containing 2.3 wt.% Li at the inner, middle and outer layers. For this purpose, an Al-8.1 wt.% Si-2.7 wt.% copper- 2.3 wt.% Li tube fabricated at a pouring temperature of 750°C and a final rotation of mould at 1000 rpm by using a horizontal centrifugal casting machine. Mould was preheated up to 150°C. Microscopic evaluation has been carried out by using VEGA2 scanning electron microscopy; micro-hardness evaluation has done by using Vickers method at 50 gr and evaluation of wear resistance has been carried out by using a pin on disc method under a stress of 7.6 MPa in a distance of 1000 m. The results indicated that the amount of Li, Si and Cu has gradually increased from the outer surface to the inner surface of the tube. Also, the sum of the existing phases in the matrix, such as β-intermetallic compounds (ie, AlxLi, AlSi and Al2Cu) has increased from 17 vol.% to 35 vol.% at the outer surface to the inner surface of the tube. For this reason, the hardness has increased from 95 HV at the outer surface to 251 HV at the inner layer. As a result, the wear resistance of the inner surface has increased 18 percent over the outer surface.Keywords: Functionally Graded Material, Intermetallic compound, Solid Solution, Wear
-
Pages 251-261In this research, the effect of various amounts of aluminum on microstructure and matrix hardness of ductile cast irons produced by in-mold casting process is investigated. For this purpose, spherical graphite cast iron containing 3.7, 6.4 and 7.5 wt. % aluminum, respectively, were prepared in Y-block form via in-mold process. After casting, samples were prepared for microstructural studies, using conventional methods, and then were examined by optical and scanning electron microscopy. Chemical composition of samples was determined using optical emission spectrometry (OES), X-ray fluorescence (XRF), and carbon-sulfur analyzer (LECO) method. X-ray diffraction test (XRD) was used for phase identification. The results indicate changing of the precipitated pearlite morphology as the aluminum content increases. Also pearlite and ferrite hardness increases, 178 and 164 Vickers, respectively, as a result of increasing aluminum content from 3.7 to 7.5 wt. %. Increasing the number of nodular graphites from 422 to 668 per square millimeter, reducing the graphite diameter from 13.1 to 8.8 micrometers, and changing the percentage of spherical graphite from 60 to 48 percent, with increasing aluminum content, are other noteworthy results.Keywords: Al-alloyed Cast Iron, In-mold process, Microstructure, Micro-hardness, Nodular Graphite
-
Pages 263-273In this study, effects of main squeeze casting parameters, including squeezing pressure, super-heat and the duration of pressure on the microstructure, mechanical properties and wear behavior of A356 aluminum alloy were investigated. For this purpose, the parameters were evaluated in three levels on the hardness, yield strength, ultimate tensile strength, elongation and weight loss were examined. Squeeze casting process was performed using 20 Ton hydraulic press equipped with a tool steel die having cylindrical cavity. Microstructural studies were evaluated by optical and electron microscopy. The wear test was performed by a pin on disk unit to 2000m wear distance at constant condition. The results showed that the squeezing pressure causes the alpha-aluminum dendrites and eutectic cells to be finer in the microstructure and reduce the casting defects. Also, the squeezing pressure, the duration of pressure and the super heat, have the most influence on the mechanical properties and wear resistant, respectively. By increasing the pressure from 60 to 90 MPa and above, the adhesive wear- mechanism is weaker compared to the abrasive and the wear type is found to convert the low stress wear from high stress state, which improves the wear resistance. At least 90 MPa squeezing pressure, at least 30 seconds duration for applying the pressure and a super-heat of 50 to 100 °C are the recommended ranges for achieving the best wear resistance and mechanical properties.Keywords: Squeeze casting, A356 Alloy, Parametric investigation, Wear resistant, Mechanical properties
-
Pages 275-286Semi-solid processes are amongst the novel methods of producing materials. The first method of these processes is introduced around 30 years ago. These methods include forming of a semi-solid, semi-molten mixture which can be produced by using casting or mechanical forming techniques. The key point for using these fabrication processes is to create a non-dendrite structure in a semi-solid mixture. Some tools and devices have introduced in semi-solid casting until now for example cooling slopes, mechanical vibration device and melt mixers. These devices are usually used for the purpose of reducing the grain size and also increasing the mechanical properties of alloys. Also, some studies approved that using of the controlled atmosphere reduces the amount of impurities and porosities into the product. Therefore, in this paper, the effect of different conditions on A380 aluminum alloy is investigated using a mechanical vibrator that capable of controlling the atmospheric environment. In following, Taguchi statistical method was used to analyze the data and also reduce the number of experiments. The statistical results showed that the temperature parameter had the highest effect, equal to 64%, in this alloy. Also, the second level of this parameter, which is 625°C, was selected as the most appropriate level. Also, vibration frequency, with an effect of 32%, ranks the second position and vibration time with an effect of 3% is in the third place, which both perform best at their highest chosen level.Keywords: Semi-Solid Casting, Taguchi Statistical Method, Mechanical vibration, Argon gas atmosphere