فهرست مطالب

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد - پیاپی 50 (پاییز 1398)
  • پیاپی 50 (پاییز 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/08/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • هومن هادیان*، محسن حداد سبزوار، محمد مزینانی صفحات 1-16
    تولید قطعات صنعتی به روش های نیمه جامد، امروزه به عنوان روش نوینی مطرح است. به دلیل زمان بر بودن فرآیند تهیه دوغاب در این روش ها، روش های مختلفی به منظور تولید قطعات با ساختار غیر دندریتی در کوتاهترین زمان ممکن ابداع شده است. به عنوان نمونه، روش مواد مبادله گر آنتالپی (EEM) یکی از متداولترین فرایندها میباشد که ناشی از مجاورت دو ماده با آنتالپی بالا و پایین می باشد. در این تحقیق تاثیر اضافه نمودن براده بر ساختار قطعات ریخته گری شده دایکاست بروی آلیاژ آلومینیوم A380 مورد بررسی قرار گرفته است و امکان پذیری تغییر ساختار در شرایط دمای متفاوت بررسی گردیده است. ریزساختار قطعات از دندریتی به گلوبولار تغییر یافته است و ریزساختار عمدتا شامل دانه های فاز آلفا، یوتکتیک و ترکیبات بین فلزی بوده و مطابق نتایج SEM توزیع عناصر مس و آهن در مرزهای دانه های آلفای آلومینیوم مشاهده شده است. همچنین مقدار کسر وزنی جامد با استفاده از نتایج آزمون حرارتی محاسبه شد و با تصاویر میکروسکوپی تصدیق گردید.
    کلیدواژگان: ریخته گری نیمه جامد، ریزساختار، کسر جامد، براده، انجماد
  • سیدامیر آذرمهر، کوروش شیروانی جوزدانی* صفحات 17-32
    در این مقاله اثر اضافه شدن مقدار کم پلاتین به پوشش های سیلیسیم-آلومیناید دوغابی حاوی سیلیسیم کمتر از مقدار لازم برای ایجاد حفاظت کامل در این پوشش ها بررسی شده است. ضمن بررسی ریزساختار پوشش های حاصل، نقش پلاتین بر رفتار خوردگی داغ نوع II پوشش ها نیز مورد بحث قرار گرفته است. برای ایجاد پوشش های سیلیسیم و (پلاتین، سیلیسیم)-آلومیناید از روش سیلیکوآلومینایزنیگ دوغابی بر روی نمونه های از جنس سوپر آلیاژ پایه نیکل GTD-111 که قبلا بر روی برخی از آنها لایه ای پلاتین با ضخامت 2 میکرومتر آبکاری شده بود، استفاده شد. مقدار سیلیسیم در دوغاب معادل 10 درصد وزنی نسبت به کل جامد دوغاب انتخاب شد تا مقدار سیلیسیم در پوشش حاصل کمتر از مقدار بحرانی لازم برای حفاظت کامل باشد. آزمون خوردگی داغ نوع II به روش کوره ای با استفاده رسوب نمکی با ترکیب Na2SO4-60mol%V2O5 در دمای 700 درجه سانتیگراد انجام شد. پس از 20 ساعت خوردگی داغ، اکسید محافظ Al2O3 و اکسید غیرمحافظ NiAl2O4 به ترتیب در پوشش های سیلیسیم-آلومیناید با و بدون پلاتین شناسایی شد. در عدم حضور پلاتین، فاز Ni3V2O8 نیز تشخیص داده شد که محصول انحلال NiO و NiAl2O4 در شرایط خوردگی داغ می باشد. در پایان 80 ساعت خوردگی داغ، برخلاف پوشش سیلسیم-آلومیناید، هنوز سیلیسیم در ساختار پوشش (پلاتین، سیلیسیم)-آلومیناید باقیمانده وجود داشت.
    کلیدواژگان: پوشش های سیلیسیم-آلومیناید، پلاتین، خوردگی داغ نوع II، انحلال اسیدی، سوپرآلیاژ GTD-111
  • محمدعلی بوترابی*، علی دادو، شهرام خیراندیش صفحات 33-48
    در این پژوهش، ریزساختار حاصل از ذوب سطحی فولاد AISI H13 با لیزر پالسی Nd:YAG مطالعه شد. سپس با آلیاژسازی سطح با پودر TiC، اثر اندازه ذرات و غلظت پودر بر ریزساختار کامپوزیت سطحی بررسی شد. برای این هدف پودر TiC با اندازه ذرات 1 و 45 میکرومتر به صورت لایه هایی با ضخامت های مختلف بر روی سطح فولاد H13 پیش نشانده و سپس فرآیند آلیاژسازی با لیزر انجام شد. نتایج نشان داد که در اثر عملیات ذوب سطحی، یک ساختار متناوب سلولی/دندریتی از عمق به سطح حوضچه مذاب توسعه یافت و شبکه ای غنی تر از عناصر آلیاژی در مناطق مرزی سلول/دندریت ها تشکیل شد. سرعت سرد شدن در شرایط آزمایش از مرتبه یک میلیون کلوین بر ثانیه تخمین زده شد. با آلیاژسازی سطحی، ذرات پودر اولیه TiC به صورت کامل (پودر 1 میکرومتر) یا جزئی (پودر 45 میکرومتر) در حوضچه مذاب حل شدند و در هنگام سرد شدن، کاربیدهای MC بر پایه کاربید تیتانیم از مذاب رسوب کردند. افزایش ضخامت لایه پیش نشانده موجب متنوع تر شدن مورفولوژی رسوب های کاربیدی شد. در غلظت های کمتر TiC در مذاب، اندازه کاربیدهای MC در نمونه آلیاژسازی شده با پودر 45 میکرومتر ظریف تر بود. با افزایش تعداد رسوب ها، ساختارهای سلولی/دندریتی فولاد زمینه به دانه های هم محور و شبکه پیوسته مرز سلول/دندریت ها نیز به شبکه ای ناپیوسته در مرزدانه ها تبدیل شد.
    کلیدواژگان: ذوب سطحی با لیزر، آلیاژسازی سطحی با لیزر، پوشش کامپوزیتی، کاربید MC، مورفولوژی رشد
  • حسین ابراهیم زاده*، حسن فرهنگی، سیدعلی اصغر اکبری موسوی صفحات 49-63
    ببه وسیله مدل های فیزیکی ارتباط بین متغیرهای جوشکاری و ترک گرم بر قرار می شود. این مدل ها در مقیاس های میکرو، میانه و ماکرو موجود هستند. در این پژوهش ورقی از جنس آلومینیوم 6061 به وسیله یک دستگاه لیزر پالسی Nd:YAG مورد جوشکاری قرار گرفت. برای اولین بار قطر بازوهای دندریتی در جوش لیزر آلومینیوم اندازه گیری و نتایج با مدل های انجمادی مقایسه شد. بر خلاف پیش بینی مدل های ایجاد ترک گرم افزایش قطر بازوهای دندریتی، کاهش سرعت انجماد و کاهش نرخ کرنش باعث کاهش ترک های گرم نشد. اگرچه بر اساس مدل های موجود پیش گرم می بایست از مقدار ترک های گرم بکاهد ولی برعکس مقدار ترک ها را به شدت افزایش داد. تصاویر دوربین های سرعت بالا و بررسی های سطح ترک به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که ایجاد ترک در جوشکاری لیزر پالسی سه مرحله ای است: 1) شروع ترک، 2) رشد ترک مرحله اول 3) رشد ترک مرحله دوم. رشد ترک در مرحله دوم در مرزدانه های ضعیف ولی منجمد شده انجام می گیرد. آنچه در نهایت به عنوان ترک در جوش ایجاد می شود مجموعه ای از ترک گرم و ترک دمای بالا است و بنابراین مدل هایی که برای جوشکاری پیوسته در نظر گرفته می شوند نیاز به اصلاح بر اساس شرایط ذوب و انجماد پالسی دارند و باید شکست مرزدانه های ضعیف بعد از انجماد نیز در نظر گرفته شوند.
    کلیدواژگان: مدل های فیزیکی ایجاد ترک گرم، آلیاژهای آلومینیوم، جوشکاری لیزر پالسی، دوربین های سرعت بالا، شکست مرزدانه های ضعیف
  • ماندانا عادلی*، رسول عبدالله پور، منصور سلطانیه صفحات 65-79

    در پژوهش حاضر تاثیر اندازه ذرات نیکل و چگالی نسبی نمونه های خام برفازهای تشکیل شده، زمان افروزش، میزان تخلخل و توزیع آن در نمونه های کامپوزیتی NiAl-TiB2-TiC تولید شده به روش سنتز احتراقی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور پودرهای واکنش-گر طبق استوکیومتری Ni+Al+x(3Ti+B4C) توزین و مخلوط شدند. نمونه های خام به شکل استوانه فشرده شدند و اشتعال آن ها با استفاده از گرمایش سریع درکوره القایی با نرخ حرارت دهی ثابت و تحت جریان گاز آرگون انجام گرفت. میزان تخلخل های باز، بسته و کل با در نظر داشتن چگالی های تئوری NiAl، TiB2 و TiC و با کمک روش ارشمیدس، و نحوه ی توزیع آن ها به کمک نرم افزار آنالیز تصاویر مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با کاهش اندازه متوسط ذرات نیکل از 87 میکرون به 3 میکرون، به جهت افزایش سطوح تماس، زمان افروزش نمونه ها کاهش یافته و واکنش در نمونه ها با شدت بیشتری رخ می دهد. ضمنا استفاده از پودر نیکل ریزدانه کاهشی در حدود 10% در تخلخل کل ایجاد نمود. نمودار تغییرات زمان افروزش با چگالی نسبی دارای نقطه ی کمینه در چگالی نسبی 85% بود، افزایش چگالی نسبی خام، میزان تخلخل های باز ثانویه را کاهش داد، به طوری که میزان تخلخل های نمونه هایی با چگالی نسبی 65% و 95% بعد از سنتز به ترتیب 58.8 % و 26.9% بود.

    کلیدواژگان: سنتز احتراقی، کامپوزیت زمینه بین فلزی، کامپوزیت NiAl-TiB2-TiC، مخلوط گرمازا
  • محمد خدایی*، پیام اسلامیان، محمود مرآتیان، سید محمد مهدی هادوی صفحات 81-89
    بیومواد فلزی مانند فولاد زنگ نزن، تانتالیوم، تیتانیوم، کبالت و آلیاژهای آنها به طور گسترده در کاشتنی های پزشکی جهت کمک به ترمیم دندان و استخوان استفاده می شوند. تحقیقات نشان می‏دهد فلزاتی نظیر کبالت، کروم، نیکل، آلومینیوم و وانادیوم در بدن یون آزاد می‏کنند که این آزادشدن یون، بدن را مستعد آلرژی و پس زدن کاشتنی می‏کند. زیست سازگاری تیتانیوم و عدم آزادسازی یون سمی، آن را به گزینه ای مناسی برای کاشت در بدن تبدیل می کند، در حالی که بهتر است که استحکام و زیست فعالی آن افزایش یابد. تیتانیوم خالص نانوساختار، راه و ایده ی جدید برای افزایش استحکام محسوب می شود. در این تحقیق پارامترهای موثر در تغییرشکل شدید تیتانیوم مانند تعداد پاس‏های فشردن در کانال های هم مقطع زاویه-دار (ECAP) و دمای شکل‏دهی، مورد بررسی قرار گرفت. پس از انجام فرآیند پرس بر روی تیتانیوم خالص، خواص مکانیکی، ریزساختاری و زیستی نمونه ها به کمک آزمون‏های استاندارد بررسی شد. نتایج نشان می دهد با اعمال فرآیند پرس و کاهش اندازه دانه از 14 میکرون به 440 نانومتر، خواص مکانیکی و زیستی تیتانیوم بهبود یافت. نتایج زیست سازگاری نشان داد که دمای فرایند 240 درجه سانتیگراد، زیست سازگاری بسیار خوبی با سلول های بنیادی ASCs ایجاد می کند، و افزایش تعداد پاس های فرایند پرس به بهبود زیست سازگاری کمک می کند. تیتانیوم فرآوری شده در دمای 240 درجه سانتیگراد طی 4 مرحله پرس به عنوان بهترین گزینه در بین تمامی گروه های دیگر برای ساخت انواع محصولات زیست پزشکی مانند کاشتنی های استخوانی و دندانی پیشنهاد می گردد.
    کلیدواژگان: تیتانیوم، تغییر شکل پلاستیک شدید، زیست سازگاری، کاشتنی دندانی
|
  • Hooman Hadian *, Mohsen Haddad Sabzvar, Mohammad Mazinani Pages 1-16
    Nowadays, the production of industrial components by semi-solid methods is considered as a new method. These methods are time consumable due to slurry preparation process, leading to the development of methods that allow the creation of non-dendritic structures in the shortest possible time. For example, the method of enthalpy exchange Material (EEM) is one of the most common processes that results from the proximity of two materials with high and low enthalpy. In this research, the effect of adding swarf on the structure of die casting parts has been studied on aluminum alloy A380 and the possibility of structural changes in different temperature conditions has been investigated. The microstructure of the parts has changed from dendrites to globular and the microstructure consists mainly of alpha phase, eutectic and intermetallic compounds. SEM results showed that the distribution of copper and iron elements is in grain boundaries of aluminum alpha particles. Also, the solid weight fraction was calculated using the thermal analyze results and confirmed by microscopic images.
    Keywords: Semi-solid casting, micro structure, solid fraction, swarf, solidification
  • Seyed Amir Azarmehr, Kourosh Shirvani Jozdani * Pages 17-32
    In this paper, the effect of adding a low amount of platinum to slurry Si-modified aluminide coatings containing silicon less than the amount required to provide complete protection in these coatings is investigated. In addition to the coatings characterization, the role of platinum on the type II hot corrosion behavior of coatings has been discussed. To create silicon and silicon-platinum aluminide coatings, a slurry silicoaluminzing method was applied to samples of Ni-base superalloy GTD-111 specimens, which was previously Pt-electroplated on some of them with a thickness of 2 μm. The amount of silicon in the slurry was 10% by weight relative to total solid of the slurry, so that the amount of silicon in the coating is less than the critical amount required for complete protection. The type II hot corrosion test was carried out using a furnace method with Na2SO4-60mol% V2O5 at 700 °C. After 20 hours of hot corrosion, Al2O3 protective oxide and non-protective oxide NiAl2O4 were detected in silicon-platinum- and silicon-aluminide coatings, respectively. In the absence of platinum, the Ni3V2O8 phase was also found to be a product of NiO and NiAl2O4 dissolution in type-II hot corrosion condition. At the end of the 80-hour hot corrosion, unlike the silicon-aluminide coating, silicon remained in the silicon-platinum-aluminide coating structure.
    Keywords: Silicon-aluminide coating, Platinum, Type II hot corrosion, acidic fluxing, Superalloy GTD-111
  • Ali Dadoo, Shahram Kheirandish Pages 33-48
    In this research, the microstructure of the pulsed laser surface melted AISI H13 tool steel was studied. Then, by laser surface alloying with TiC powder, the effect of particle size and powder concentration on superficial composite microstructure was investigated. For this purpose, TiC powders with particle sizes of 1 micrometer and 45 micrometers in layers of different thicknesses were pre-placed on the surface of H13 steel and then subjected to pulsed laser operation. The results showed that in the surface melting, an intermittent cell/dendritic structure developed from the depth to the surface of the molten pool with a higher concentration of alloying elements in the boundary network. With the selected laser parameters, the cooling rate was estimated at one million K/s. In the surface alloying process, the preplaced TiC particles were completely (fine powders) or a partially (coarse powders) dissolved in the melt pool. During subsequent cooling, TiC-type MC carbides precipitated from the melt. Increasing the thickness of the preplaced layer caused the morphology of carbides to be more diverse. The size of precipitated MC carbides was reduced by decreasing the concentration of TiC powder in the melt pool and increasing the particle size of preplaced TiC powder. As the number of MC carbides increased, the cellular/dendritic structures of the steel matrix replaced by coaxial grains.
    Keywords: Laser surface melting, Laser surface alloying, Composite coating, MC carbide, Growth morphology
  • Hossain Ebrahimzadeh *, Hassan Farhangi, Seyed Ali Asghar Akbari Mousavi Pages 49-63
    It is necessary to use a physical model for the relationship between welding parameters and hot cracks. These models are available in micro, meso, and macro-scale. In this research, a sheet of 6061 aluminum alloy was welded by a Nd:YAG laser machine. For the first time, the diameter of the dendritic arm spacing in the aluminum laser weld was measured and the results were compared with the solidification models. Contrary to the prediction of hot crack models, increasing the dendritic arm spacing, decreasing the solidification rate, and the reduction of the strain rate did not reduce hot cracking. However, based on the pre-existing models, preheating should reduce hot cracks, but inversely increases the amount of cracks. The images of high speed cameras and the assessment of crack surface by a field emission scanning electron microscopy showed that in pulsed laser welding, hot cracks will be created in three steps: 1) initiation 2) the first step of propagation 3) the second step of propagation. Propagation in the second step will occur in the newly solidified weak grain boundary of the weld metal. What is finally seen as a crack in the weld seam is the solidification and high temperature cracks and therefore, the models that are considered for continuous fusion welding are required to be modified based on the conditions of the pulsed solidification and melting and the fracture of weak grain boundaries after solidification should also be taken into account.
    Keywords: Hot Crack Physical Models, Aluminum Alloys, Pulsed Laser Welding, High Speed Camera, Fracture of Weak Grain Boundaries
  • Mandana Adeli *, Rasoul Abdollahpour, Mansour Soltanieh Pages 65-79

    In this study, the effect of nickel particle size and green density on the formed phases, ignition time, and porosity distribution in NiAl-TiB2-TiC composite produced by combustion synthesis method was investigated. For this purpose, reactive powders were weighed and mixed to form a mixture of Ni + Al + x (3Ti + B4C). The green mixture was compressed in the form of a cylinder. The samples were synthesized using an induction furnace which the sample with a constant heating rate. The reaction was ignited in a quartz tube under a flow of argon gas. The microstructure of the products was examined using Scanning Electron Microscopy (SEM), and the phases were determined using X-ray diffraction (XRD). The amount of open, closed and total porosity was measured using Archimedes method, and the distribution of porosity was analyzed by using image analysis software. The results showed that by decreasing the average particle size of nickel from 87µm to 3µm, due to increase in contact surfaces, there was a decrease in ignition time of the samples, and more intensive reactions were encountered. Using finer nickel resulted in a ca. 10% decrease in the porosity of products. The minimum ignition time was obtained at green density of 85%. Increase in the relative density of green sample reduced the amount of secondary open pores; the porosity of the samples with a relative density of 65% and 95% was 58.8% and 26.9% after synthesis, respectively.

    Keywords: Combustion Synthesis, Intermetallic Matrix Composite, NiAl-TiB2-TiC composite, Exothermic mixture
  • Payam Eslamian, Mahmood Meratian, Mahdi Hadavi Pages 81-89
    Biometals such as stainless steels, tantalum, titanium, cobalt and their alloys are widely used for medical implants for bone and dental healing. Researches indicates that metals such as cobalt, chromium, nickel, aluminum and vanadium, release ion in vivo, which make the human body sensitive to the allergy and so implant lessening. The biocompatibility and non-toxic ion release of titanium is suitable for human body implantation, but it is needed to improve its strength. Nano-structured pure titanium is a newly developed method to increase the strength of implants, and increase their efficiency. In this research some parameters of Equal Chanel Angular Pressing (ECAP) like number of passes and temperature were investigated. After ECAP processing on pure titanium, the mechanical, metallurgical and biological properties of the products were investigated using standard tests. Results indicated that using ECAP process and reducing the titanium grain size from 14 micron to 440 nanometer, its mechanical and biological properties improved. Results of biocompatibility measurement indicated that the processing temperature of 240 ◦C make a very good biocompatibility with Adipose-derived stem cells (ASCs). Also the biocompatibility of titanium increased by increasing the number of the ECAP passes. The processed titanium at 240 ◦C for 4 passes, could be introduced as the choice during the other candidates.
    Keywords: Titanium, Sever plastic deformation, Biocompatibility, Dental implant