فهرست مطالب

مهندسی متالورژی - پیاپی 72 (زمستان 1397)
  • پیاپی 72 (زمستان 1397)
  • تاریخ انتشار: 1397/10/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سامان مصطفی پور، مهدی ملکان*، مسعود امامی صفحات 252-263
    در این پژوهش اثر روی بر ریزساختار و رفتار انجمادی آلیاژ فوق مستحکم جدید Al-Zn-Mg-Cu مورد مطالعه قرار گرفت. به منظور مطالعات انجمادی از آنالیز حرارتی منحنی سرمایش استفاده شد. این روش رفتار انجمادی آلیاژ را با دقت مناسب و سرعت بالایی در اختیار قرار می دهد. مطالعات ریزساختاری نشان داد که افزایش در میزان روی منجر به افزایش فاصله بازوهای دندریتی، افزایش کسر حجمی فاز های ثانویه و ساختار یوتکتیک و تشکیل دندریت های خشن و درشت شده است، با این حال افزایش درمیزان روی اثری بر نوع فازهای ثانویه تشکیل شده نداشته است. در مطالعات آنالیز حرارتی، حضور روی منجر به کاهش دمای جوانه زنی شد. به کمک منحنی سرمایش، تشکیل یک فاز در مراحل میانی انجماد مشاهده شد که می تواند فاز حاوی آهن Al13Fe4 باشد. دامنه انجمادی در 8 درصد وزنی روی 175 درجه سلسیوس بود که با افزایش روی تا 25 درصد این دامنه به 190 درجه سلسیوس افزایش یافت. با مقایسه نتایج به دست آمده مشاهده شد که افزایش کسر حجمی فازهای ثانویه با افزایش روی در نتایج آنالیز حرارتی و آنالیز تصویری در تطابق بود. همچنین کسر انجماد یافته در نقطه کوهیرنسی دندریتها از 0/32 به 0/1 درصد کاهش یافت که با افزایش در میزان تخلخل از 0/09 به 0/32 در تطابق است.
    کلیدواژگان: آلیاژ Al-Zn-Mg-Cu، انجماد، آنالیز حرارتی، منحنی سرمایش، ریزساختار
  • منصور سلطانیه*، ماندانا عادلی، مرتضی فلاحی، مهدی فرهانی، کارل هاینتس اشپیتزر صفحات 264-274
    در فرآیند سرباره سازی، پرعیارسازی ایلمنیت از طریق پیش احیای گندله های ساخته شده از کنسانتره ایلمنیت به منظور احیاء اکسیدهای آهن به آهن فلزی، و سپس ذوب گندله ها جهت حصول به سرباره ای غنی از تیتانیا انجام می شود. در پژوهش حاضر پارامترهای موثر مرحله گندله سازی از جمله سرعت و زاویه چرخش گندله ساز دیسکی، میزان رطوبت و نوع و ترکیب چسب مورد استفاده بررسی شده و شرایط بهینه جهت تهیه گندله هایی با ویژگی های ابعادی و خواص مکانیکی مورد نظر تعیین شد. 5-1% وزنی بنتونیت و نیز مخلوطی از بنتونیت و سیمان آلومینوکلسیایی (فوندو) به عنوان چسب مورد استفاده قرار گرفت. آزمون های عدد سقوط و استحکام شکست بر روی گندله های خام و خشک انجام شد. زاویه ی چرخش 40 درجه نسبت به افق و سرعت چرخش rpm30 و زمان گندله سازی 60 دقیقه بهترین بازده گندله سازی را به دست دادند. میزان بهینه رطوبت در حدود 9% تعیین شد. افزایش بنتونیت در گندله روند افزایشی-کاهشی را برای استحکام و عدد سقوط نشان داد و بیشترین مقدار برای 4-3% بنتونیت به دست آمد. استفاده از مخلوط فوندو - بنتونیت در گندله روند صعودی را برای استحکام نشان داد اما برای دماهای بالا نسبت به گندله حاوی بنتونیت، استحکام کمتری بدست آمد.
    کلیدواژگان: گندله سازی، ایلمنیت، استحکام شکست، بنتونیت
  • وحید علیمحمدی، فائزه کاشانیان، سیدعلی سیدابراهیمی*، مهران حبیبی رضایی، علیرضا باقرپور صفحات 275-283
    امروزه شاهد توجه روزافزون بر اهمیت و کاربردهای نانوذرات مغناطیسی در فناوری های زیستی، پزشکی و دارورسانی از رهگذر اصلاح سطح آن ها، هستیم. ازجمله، باهدفتامین شرایط برقراری برهم کنش های آب گریز نانوذرات مزبور با ساختارهای هدف، سنتز نانو ذرات مغناطیسی مگنتیت (Fe3 O4) عاملدار شده با ماده آلکیل کننده 18 کربنی تری متوکسی اکتا دسیل سیلان(Fe3 O4@TMOS)با روش همرسوبی شیمیایی (سنتز هسته مگنتیت) و مخلوطسازی شیمیایی)عامل دار کردن هسته مگنتیت با آلکیل) انجام شد. نانو ذرات سنتز شدهبه وسیلهآنالیزهای مبتنی بر دستگاه های میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف سنجی تبدیل فوریهمادون قرمز(FT-IR)، تفرق اشعه ایکس (XRD)، مغناطیس سنج ارتعاشی (VSM) و آنالیز عناصرCHNS مشخصه یابی شدند.بنابر آنالیزVSM، مغناطیس اشباع نانوذرات Fe3 O4@TMOS سنتز شده39.7emu/g و پسماند مغناطیسی و وادارندگی مغناطیسی حدود صفر بدست آمد و درنتیجه خاصیت سوپر پارامغناطیسی نانو ذرات تائید شد. همچنین نتایج حاصل از آزمونXRD نشان داد که هسته نانوذرات سنتز شده مگنتیت استوبرمبنایتخمین توزیع اندازه توسط نرم افزار ImageJ مبتنی بر تصاویر بدست آمده از SEM، میانگین اندازه هسته و نانوذره نهائی به ترتیب 52 و 62.82 نانومتر محاسبه شد. دو آزمونCHNSوFTIRنیز موید وجود گروه های عاملی آلکیل 18 کربنه روی نانوذرات است.
    کلیدواژگان: روش هم رسوبی، نانوذرات مغناطیسیمگنتیت، آلکیل تری متوکسی اکتا دسیل سیلان (TMOS)
  • مهدی رفیعی*، مهرداد جوادی، حسین مستعان، احمد رضا عباسیان صفحات 284-291
    در این تحقیق، ترکیب بین فلزی Ni2AlSi توسط فرایند آلیاژسازی مکانیکی تولید و مکانیزم تشکیل آن در حین آلیاژسازی با ترکیب بین فلزی NiAl مقایسه شد. بدین منظور، مخلوط های پودری Ni50Al50 و Ni50Al25Si25 به مدت زمان 30 ساعت مورد عملیات آلیاژسازی مکانیکی قرار گرفتند. تغییرات فازی، ریزساختاری و مورفولوژیکی مخلوط های پودری در حین آلیاژسازی مکانیکی توسط پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفتند. همچنین رفتار حرارتی پودرها توسط آنالیز حرارتی افتراقی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که ترکیب های بین فلزی نانوکریستال NiAl و Ni2AlSi با موفقیت پس از 30 ساعت آلیاژسازی مکانیکی تولید شدند. مسیر تشکیل ترکیب بین-فلزی NiAl بصورت وقوع واکنش مستقیم بین ذرات دو عنصر نیکل و آلومینیوم در حین فرایند آلیاژسازی مکانیکی بود و هیچ گونه محلول جامدی در حین آلیاژسازی مکانیکی قبل از تشکیل ترکیب بین فلزی تشکیل نشد. همچنین در حین آلیاژسازی مکانیکی مخلوط پودری Ni-Al-Si در ابتدا ترکیب بین فلزی NiAl تشکیل شد. در ادامه با انحلال سیلیسیوم در ساختار این ترکیب، فاز بین فلزی (Ni,Si)Al ایجاد شد و در نهایت با انجام آلیاژسازی بیشتر ترکیب (Ni,Si)Al به ترکیب بین فلزی منظم (ساختار ابرشبکه) Ni2AlSi تبدیل گردید.
    کلیدواژگان: آلیاژسازی مکانیکی، ترکیب بین فلزی، پراش اشعه ایکس، آنالیز حرارتی
  • علیرضا جعفری پیرلری، مسعود امامی*، میثم نقی زاده صفحات 292-299
    در این پژوهش تغییر ریز ساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت درجای آلومینیم 5083 با مقادیر 1 و 5 درصد حجمی دی بورید تیتانیم مورد بررسی قرار گرفته است. مشخص شد که با انجام فرآیند اکستروژن داغ یکنواختی توزیع ذرات تقویت کننده دی بورید تیتانیم بیشتر شده و از کلوخه ای شدن ذرات در مقایسه با ساختار ریختگی کاسته می شود. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که این ذرات در کامپوزیت 1 درصد حجمی، تقریبا کروی شکل و هم محور و با اندازه ای حدود 0/5 میکرومتر است در حالی که این ذرات در ساختار کامپوزیت 5 درصد حجمی به شکل هگزاگونال و با اندازه ای حدود 2 میکرومتر می باشد. همچنین مشاهده شد که با افزایش ذرات دی بورید تیتانیم، اندازه دانه فاز زمینه آلومینیم 5083 کاهش می یابد. بررسی خواص مکانیکی نشان داد که با افزایش مقدار دی بورید تیتانیم، سختی، استحکام تسلیم، مدول الاستیک و استحکام کششی نهایی کامپوزیت افزایش می یابد که این موضوع به دلیل وجود ذرات سخت و مستحکم دی بورید تیتانیم و کاهش اندازه دانه، ناشی از حضور این ذرات است.
    کلیدواژگان: آلومینیم 5083، کامپوزیت درجا، دی بورید تیتانیم، خواص مکانیکی، تحول ریز ساختاری
  • حسین خوارزمی پور*، خلیل رنجبر صفحات 300-311
    این تحقیق تاثیر افزودن همزمان و جداگانه اکسیدهای نیوبیوم و کروم بر ریزساختار، پایداری فاز تتراگونال زیرکونیا و چگالی زینتر کامپوزیت آلومینا-زیرکونیا مورد مطالعه قرار گرفت. از روش متالوژی پودر برای تهیه پودر کامپوزیت های مربوطه استفاده گردید. بدین منظور از پودر های آلومینا و زیرکونیا ( با 10درصد وزنی ثابت) به عنوان مواد اصلی و از پودرهای اکسیدنیوبیوم 1 درصد وزنی و اکسیدکروم 6/0درصدوزنی به عنوان عناصر افزودنی استفاده شد. نمونه های پودری کامپوزیت ها بصورت محوری تحت فشار درون قالب قرار گرفته و سپس در دمای 1300 تا 1500 درجه سانتیگراد در محیط هوا زینتر شدند. در شناسایی فازها از پراش اشعه ایکس و برای بررسی ریزساختارها از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. چگالی زینتر، سختی، اندازه دانه و میزان فازهای زیرکونیا محاسبه گردید. بررسی ها ونتایج آزمون ها نشان داد که سختی و چگالی زینتر با افزودن اکسیدهای نیوبیوم و کروم افزایش قابل ملاحظه ای پیدا کرده است و چگالی و سختی نمونه ای که دارای 1 درصد وزنی اکسید نیوبیوم و 6/0 درصد وزنی اکسیدکروم است به ترتیب برابر با g/cm3 72/3 و HV 1263 بدست آمد. چگالی و سختی نمونه ها با افزودن اکسیدهای نیوبیوم و کروم افزایش و افزودن همزمان اکسیدهای نیوبیوم و کروم به نمونه آلومینا-زیرکونیا دمای زینتر حدود 100 درجه سانتیگراد کاهش یافت. اندازه دانه های آلومینا با افزون درصد وزنی از اکسیدهای نیوبیوم و کروم افزایش یافت. این میان تاثیر اکسید نیوبیوم بسیار شدیدتر بوده و موجب رشد دانه های زمینه آلومینا و همچنین ناپایداری فاز تتراگونال زیرکونیا نیز شده است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت آلومینا-زیرکونیا، اکسیدکروم، اکسیدنیوبیوم، زینتر، فاز تتراگونال
  • آروین تقی زاده تبریزی*، سعید شاکر، توحید سعید، مهدی مزمل صفحات 312-321
    مس و آلیاژهای آن به علت داشتن ویژگی هایی از قبیل استحکام و داکتیلیته خوب، مقاومت به خوردگی بالا و هدایت الکتریکی و حرارتی بالا در مهندسی مواد بسیار کاربرد دارند. محدودیت جوشکاری مس و برنج ها در درجه اول ناشی ضریب بالای هدایت حرارتی آن ها و در درجه دوم از تبخیر فلز روی و در مرحله بعدی جذب هیدروژن و شکننده شدن درز جوش است. لذا برای غلبه بر این مشکلات فرایند اصطکاکی اغتشاشی به همراه عملیات حرارتی آنیل و کوئنچ مواد اولیه مورد استفاده قبل از فراوری قرار گرفت. با استفاده از نرم افزار Digimiazer اندازه دانه ها در فلز پایه و دکمه جوش نمونه های جوشکاری شده محاسبه گردید. هم چنین برای بدست آوردن درصد فازی در نمونه ها از نرم افزار Clemex استفاده شد. نتایج نشان می دهد که تبخیر فلز روی اتفاق نیافتاده است و ریزتر بودن دانه های نمونه ی آنیل شده، باعث دست-یابی به ریزسختی بالاتر شده است. به علت وجود عنصر روی به عنوان عنصرآلیاژی محلول در فاز α، در برنج های تک فاز و فاز α و β در برنج دوفازی، سختی فاز α باعث ایجاد کرنش شدید در ناحیه جوش شده، محل های جوانه زنی بیشتری را در اثر تغییرشکل پلاستیک شدید بوجود آورده که باعث ریزتر شدن دانه ها در فرایند تبلور مجدد دینامیکی می گردد. ناحیه ی SZ دارای دانه های تبلور مجددیافته دینامیکی با ساختار دو فازی α وβ بوده که درصد فازα برابر 58 درصد و فازβ، 42 درصد می باشد که باتوجه به ریزساختار فلز پایه از مقدار فازβ کاسته شده و به مقدار فازα افزوده شده است.
    کلیدواژگان: عملیات حرارتی، آلیاژهای مس، تبخیر روی، فرایند اصطکاکی اغتشاشی
|
  • Saman Mostafapoor, Mehdi Malekan *, Masoud Emamy Pages 252-263
    In this study, the effect of zinc on microstructure and solidification characteristics of super high strength Al-Zn-Mg-Cu has been investigated. The solidification studies were performed using cooling curve thermal analysis. This method represents quick and accurate results of solidification path of an alloy. The microstructure studies showed increment in the amounts of zinc increases the dendrite arm spacing (DAS), fraction of second phases and eutectic structure and results in a coarse dendrite structure. However, the zinc content did not affect the present phases in this alloying system. Thermal analysis evaluations revealed decrease in nucleation temperature with zinc addition. The formation of Al13Fe4 phase was observed using by cooling curve. The solidification range in the presence of 8wt.% of zinc was 175 °C although the adding of zinc up to 25 wt.% increased it to 190 °C. Cooling curves represented the increase of the fraction of eutectic structure which was in accordance with image analysis results. The addition of zinc resulted in the decrease of the solidified fraction at dendrite coherency point from 0.32 to 0.1 which matched by increment in porosity fraction from 0.09 to 0.32.
    Keywords: Al-Zn-Mg-Cu alloy, Solidification, Thermal Analysis, Cooling curve, Microstructure
  • Mansour Soltanieh *, Mandana Adeli, Morteza Fallahi, Mehdi Farhani, K. H. Spitzer Pages 264-274
    Ilmenite can be upgraded through pre-reduction of pellets of ilmenite with the aim of reduction of iron oxides to metallic iron, and subsequent smelting of the pellets to obtain a high-titania slag. In this research, the effect of parameters such as rotation speed and rotation angle in a disk-pelletizer as well as the amounts of moisture and binder in the pellets on the pelletization process was studied. The optimum conditions to obtain pellets with required physical and mechanical properties were determined. 1-5% bentonite and a mixture of bentonite-Fundo cement were used as binder. Drop number and crushing strength standard tests were conducted on green and dry pellets. A slope of 40°, rotation speed of 30 rpm and pelletizing time of 60min yielded the highest pelletizing efficiency for the disk-pelletizer. The optimum amount of moisture was determined to be 9wt%. It was found out that an increase in the percentage of bentonite showed increasing-decreasing effect on strength and drop number, the optimum amount of bentonite addition being 3-4wt%. The use of mixtures of Fundo-bentonite in the pellets had an increasing effect on strength, but at higher temperatures the strength of pellets containing mixtures of Fundo-bentonite showed a decrease in comparison with that of the pellets containing only bentonite.
    Keywords: Pelleting, Ilmenite, Fracture strength, Bentonite
  • VAHID ALIMOHAMMADI, Faezeh Kashanian, S. A. Seyyed Ebrahimi *, Mehran Habibi Rezaei, Alireza Bagherpour Pages 275-283
    In recent decades, there has been considerable interest in magnetic nanoparticles study field, which is an applicable, high, productive, effective since it can be utilized as an agent for the wide bio, experimental, scientific and industrial applications.As the wide range of application ofsuperparamagnetism nano Fe3 O4, especially in bio fields, Magnetite and Functionalized magnetic nanoparticles composed of Fe3 O4 particles stabilised by Silane derivations prepared by the co-precipitation method. For characterization of core-shell crystallographic structure of synthesized magnetic nanoparticles, X-ray diffractometer used. Produced MNPs morphology andtheir size distribution observed by scanning electron microscopy. In order to confirm the modification of magnetite surface with alkyl Silane some physical techniques, including Fourier transform infrared spectroscopy, element analysis (CHNS), and for magnetic measurement of magnetic nanoparticles (MNPs), Vibrating Sample Magnetometer, and finally for measurement of MNPs surface’s zeta potential and hydrodynamic diameter, zetasizer and Dynamic light Scattering used respectively.Results of referred techniques indicated that all the core-shell MNPs synthesized successfully and major step of functionalization of MNPs well have done.
    Keywords: Fe3O4, co-precipitation, Alkyl, Synthesis, trimethoxy octadecyl silane
  • Mahdi Rafiei *, Mehrdad Javadi, Hossein Mostaan, Abbasian Ahmad Reza Pages 284-291
    In this research, Ni2AlSi intermetallic compound was synthesized by mechanical alloying and its formation mechanism was compared with NiAl intermetallic compound during mechanical alloying. For this purpose, Ni50Al50 and Ni50Al25Si25 powder mixtures were mechanically alloyed for 30 h. Phase, microstructural and morphological evolutions of the powder mixtures were studied by X-ray diffraction and scanning electron microscope. Also, thermal behavior of the powders was investigated by differential thermal analysis. It was found that NiAl and Ni2AlSi nanocrystalline intermetallic compounds were successfully synthesized after 30 h of mechanical alloying. The reaction pathway of Ni50Al50 powder mixture was direct reaction between Ni and Al elemental powders to produce NiAl intermetallic compound without any solid solution formation or intermediate phase during mechanical alloying. Also, during mechanical alloying of Ni50Al25Si25 powder mixture, first NiAl intermetallic compound formed. In continue, with dissolution of Si into NiAl lattice, (Ni,Si)Al intermetallic compound formed. Finally, with further mechanical alloying, (Ni,Si)Al phase transformed to ordered Ni2AlSi intermetallic compound (super lattice structure).
    Keywords: Mechanical alloying, Intermetallic Compound, X-ray diffraction, Thermal Analysis
  • Alireza Jafari Pirlari, Massoud Emamy *, Meysam Naghizadeh Pages 292-299
    Microstructural evolution and mechanical properties of in-situ Al5083 composites with 1 and 5 volume percent of TiB2 reinforcement particles were investigated. It was revealed that hot extrusion process results in a uniform, more homogeneous and less clustered structure of TiB2 particles compared with the as-cast structures. Scanning electron microscopy showed that TiB2 particles in the Al5083-1 vol.% TiB2 composite have a nearly equiaxed morphology and round shape with an average size of ~ 0.5 µm. While, the morphology of TiB2 particles in Al5083-5 vol.% TiB2 composite is hexagonal with an average size of ~ 2 µm. Also, it was found that the grain size reduces by adding TiB2 reinforcement particles to the Al5083 alloy. It was shown that the hardness, yield strength, young’s modulus, and ultimate tensile strength of the Al5083-TiB2 composites increase with increasing TiB2 content. This can be attributed to the effect of TiB2 particles as a high hardness reinforcement phase and also the smaller grain size of the matrix which was resulted by adding the TiB2 particles.
    Keywords: Al 5083, In-Situ Composite, Titanium diboride, Mechanical properties, Microstructural evolution
  • Hossein Kharazmipoor *, Khalil Ranjbar Pages 300-311
    The present research aimed to study the effects of simultaneous and separate addition of niobium oxide and chromium oxide on microstructures, the tetragonal zirconia phase stability, and sintered density of alumina-zirconia composite. The powder metallurgy method was used to prepare the powder of desired composites. To this end, alumina and zirconia powders (with a constant weight of 10%) were used as the main materials and 1% niobium oxide and 0.6% chromium oxide powders were applied as additives. Powdered composite samples were centrally pressurized into a mold and then were sintered at 1300-1500°C. The phases were identified using the X-ray diffraction and microstructures were studied by a scanning electron microscope. Sintered density, hardness, grain size, and the number of zirconia phases were also calculated. The results showed that hardness and sintered density substantially increase with the addition of niobium oxide and chromium oxide, as the density and hardness of the sample containing 1% niobium oxide and 0.6% chromium oxide powders were obtained 3.72 g/cm3 and 1263 HV, respectively. The density and hardness of samples increased with the addition of niobium oxide and chromium oxide. In addition, the simultaneous addition of niobium oxide and chromium oxide to alumina-zirconia composite reduced the sintering temperature by 100°C. The alumina grain size increased with the addition of a certain weight percent of niobium oxide and chromium oxide. However, the effects of niobium oxide were greater, as it caused the growth of alumina grains and instability of the tetragonal zirconia phase.
    Keywords: alumina-zirconia composite, Chromium oxide, niobium oxide, Tetragonal phase, sinter
  • Arvin Taghizadeh Tabrizi *, Saeid Shaker, Tohid Saeid, Mahdi Mozammel Pages 312-321
    Copper has been widely applied in many areas for its high electrical and thermal conductivities, favorable combinations of strength and ductility, and excellent resistance to corrosion. However, it’s difficult to join commercial pure copper by conventional fusion welding processes due to the influence of oxygen, hydrogen, impurity and high thermal conductivity. To overcome these difficulties, in this study, we used a friction stir processing procedure and annealed and quenched raw materials. Grain sizes in base metal and stir zone were calculated by using the Digimaizer and also the phase percent was calculated by Clemex. Results show that there was no zinc evaporation happened and due to the finer microstructure of 63BA, the higher microhardness was obtained. Due to the presence of zinc element as an alloying element, α phase in single phase and α and β phase in dual phases matrix, and also the hardness of α phase in stir zones, there are many preferred places to nucleate which formed during plastic deformation and obtained fine grain microstructure. The stir zone has the dynamic crystallized grains including two phases microstructure, α, and β where the amount of α phase is 58 % and β phase is 42 % which with considering the base metal structure, the amount of β is reduced and the amount of α phase is increased.
    Keywords: Heat treatment, Copper Alloys, Zinc Evaporation, Friction stir processing