فهرست مطالب

مهندسی متالورژی - پیاپی 74 (تابستان 1398)

مجله مهندسی متالورژی
پیاپی 74 (تابستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/05/15
  • تعداد عناوین: 7
|
  • فائزه درویشیان حقیقی، سحر ملازاده بیدختی*، سمانه صاحبیان سقی، زهرا طیرانی نجاران صفحات 84-95

    وقوع آسیب های استخوانی مانند شکستگی های بزرگ استخوان در اثر عوامل متعدد غیرقابل انکار است. در این موارد به داربستی نیاز است تا به کمک آن، منطقه آسیب دیده ترمیم شود. هدف از این پژوهش، ساخت و بررسی خواص مکانیکی داربست های کلسیم فسفات/ ژلاتین- نشاسته است. بدین منظور پس از سنتز ذرات کلسیم فسفات به روش سل ژل، از سه روش مختلف برای ساخت داربست کامپوزیتی کلسیم فسفات-ژلاتین استفاده شد. درنهایت روشی که دارای ریزساختار کاملا متخلخل و مطلوب بود، به عنوان روش بهینه جهت ساخت داربست های کلسیم فسفات/ ژلاتین- نشاسته انتخاب گردید. در ساخت کامپوزیت ها از 4 درصد وزنی مختلف نشاسته در محلول ژلاتین استفاده و تاثیر پوشش ژلاتینی دارای اتصالات عرضی با گلوتارآلدهید نیز بررسی گردید. طبق نتایج حاصل از آزمون مکانیکی، نمونه حاوی 60درصد ژلاتین و 40درصد نشاسته، دارای استحکام خمشی بهینه بوده که مقدار آن، 2.3 مگاپاسکال برای نمونه بدون پوشش و 4.5 مگاپاسکال مربوط به نمونه دارای پوشش است. همچنین نتایج حاصل از تصویربرداری با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، وجود شبکه کاملا متخلخل با حفرات به هم پیوسته را در سطح نمونه های پوشش داده شده و حضور تخلخل های موضعی در ساختار متراکم را در قسمت های داخلی آن نشان می دهد.نتایج کشت سلولهای بنیادی پالپ دندان عقل نیز زیست سازگاری و وجود قابلیت چسبندگی و تکثیر سلولهای بنیادی برروی داربست را اثبات میکند.

    کلیدواژگان: داربست، ژلاتین، نشاسته، ذرات کلسیم فسفات، استحکام خمشی
  • محمدرضا ابوطالبی*، مجید صانعی، جواد مقدم صفحات 96-103

    فرآیند استخراج حلالی فلزات از محلولهای آبی حاوی ناخالصی ها همواره مورد توجه محققان مختلفی بوده است. در تحقیق حاضر جدایش روی از محلول‎های حاصل از شستشوی فیلترکیک واحدهای فروشویی ماده معدنی روی در حضور ناخالصی منیزیم توسط استخراج کننده دی 2- اتیل هگزیل فسفریک اسید (D2EHPA) رقیق شده در کروسین موردبررسی قرار گرفت. آزمایش های متعددی به منظور بررسی اثر پارامترهای اصلی بر جدایش وبازدهی استخراج روی از محلول سولفاتی روی طراحی وانجام گرفت. تاثیر پارامترهای مختلف بر فرآیند استخراج شامل pH، غلظتD2EHPA، دمای واکنش و نسبت فاز آلی به آبی مورد ارزیابی واقع شد. بر اساس نتایج به دست آمده در شرایط بهینه 3-5/2=pH، 20 20 20درصدحجمی= [D2EHPA] و در دمای40 درجه سانتی گراد، درصد استخراج یون های روی و منیزیم به ترتیب برابر 95درصد و 10درصد بوده درحالی که∆ pH0.5 (Zn-Mg) در شرایط 20 درصد حجمی D2EHPA بیش از1/5 به دست آمده است. همچنین در نسبت فاز آبی به آلی 1:1/O = A فاکتور جدایش روی از ناخالصی منیزیم در شرایط بهینه معادل 5010 بدست آمد.

    کلیدواژگان: استخراج حلالی روی، D2EHPA، فیلترکیک روی، منیزیم
  • مهدی اکبرزاده مقدم*، مرتضی زندرحیمی، احسان مرادپور صفحات 104-115

    دی سولفید مولیبدن (MoS2) یکی از رایج ترین پوشش های روانکار جامد است که تاکنون با استفاده از روش های مختلفی، روی سطوح تحت سایش اعمال شده است. این پوشش به علت حساسیت بالا به رطوبت کارایی مناسبی در شرایط محیطی ندارد. یک روش برای کاهش حساسیت آن به رطوبت و اکسیژن هم رسوبی MoS2 با عناصر است. در این تحقیق پوشش های MoSx/Ti- به روش کندوپاش مغناطیسی جریان مستقیم، روی فولاد اعمال شد. نسبت تیتانیوم در پوشش با استفاده از تارگت های مختلف کنترل گردید. نتایج نشان داد که ضخامت و سختی پوشش های ایجاد شده به ترتیب 4-6 میکرومتر و 850-1400 ویکرز بود. میزان کریستالی ساختار با افزایش میزان تیتانیوم کاهش می یابد. حضور تیتانیوم در پوشش MoSx باعث بهبود چسبندگی و افزایش سختی پوشش می گردد. مقدار بهینه افزودن تیتانیوم برای ایجاد بهترین خواص سایشی پوشش MoSx (کمترین مقادیر ضریب اصطکاک و نرخ سایش) 5 درصد اتمی تعیین گردید. سایش ورقه ای و تریبوشیمی و خراشان با مکانیزم خیش ریز به عنوان مهم ترین مکانیزم های حاکم در سایش پوشش تعیین شد.

    کلیدواژگان: سولفید مولیبدن، پوشش روانکار، رسوب فیزیکی بخار، رفتار سایشی، ضریب اصطکاک
  • یوسف پاینده*، بهمن میرزاخانی، نوید نظام آبادی، حسین مومنی صفحات 116-123
    شناخت مکانیزم های نرم شدن آلیاژهای نوردی آلومینیوم در طی شکل دهی داغ به منظور کنترل ساختار و ریزساختار و پیش بینی تنش سیلان جهت شبیه سازی صحیح فرآیند شکل دهی از اهمیت بالایی برخوردار است. در پژوهش حاضر، آزمایش فشار داغ جهت شناخت رفتار شکل دهی داغ آلیاژ آلومینیوم 5456 و تاثیر پارامتر های دما، کرنش و نرخ کرنش بر تنش سیلان آن ها انجام گرفت. نمونه های استوانه ای شکل از آلیاژ مذکور به قطر mm10 و ارتفاع mm15 در دماهای 400،350، 450، 500، C550 و نرخ کرنش های 1، 1/0، 01/0، 1-s 001/0 تا کرنش 7/0 تغییر شکل داده شده و بلافاصله پس از پایان تغییر شکل داغ به منظور مطالعه ریزساختاری در آب کوینچ شدند. بررسی منحنی های سیلان آلیاژ مذکور با استفاده از نتایج آزمایش فشار داغ نشان می دهد که با افزایش دمای تغییر شکل و کاهش نرخ کرنش، تنش سیلان کاهش یافته و به دیل انرژی نقص در چیده شدن بالای آلومینیوم تمایل به بازیابی دینامیکی بیش از تبلورمجدد دینامیکی است. به کمک معادلات ساختاری، روابط لازم برای محاسبه تنش قله این آلیاژ در شرایط مختلف دما و نرخ کرنش بیان گردید و انرژی فعال سازی تغییر شکل داغ این آلیاژ KJ.mol-1 182 محاسبه شد.
    کلیدواژگان: آلیاژ آلومینیوم 5456، تغییر شکل داغ، تبلورمجدد دینامیکی، بازیابی دینامیکی، معادلات ساختاری
  • مسعود مهرابی مهدی آبادی*، مهدی طالبی پور صفحات 124-134
    جوشکاری پرتو الکترونی (EBW) یک روش جوشکاری با بازدهی و دقت بالا است که کاربرد آن در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، هواپیمایی و هوافضا به شدت رو به افزایش است. شبیه‏ سازی فرآیند جوشکاری پرتو الکترونی با هدف پیشبینی تنش باقی‏مانده در قطعه کار و آنالیز پروفیل‏ های دمایی و تنشی حین فرآیند جوشکاری، به جهت امکان مهندسی جوش و پیشبینی شرایط بهینه، همواره مورد توجه محققین بوده است. در این پژوهش مدل المان محدود جوشکاری پرتو الکترونی به صورت سه‏ بعدی آماده شده و بر روی نرم افزار Abaqus بارگذاری شده است. این مدل شامل برهمکنش های حرارتی، مکانیکی و پدیده های متالورژیکی است. آنالیز حرارتی به صورت یکطرفه با آنالیز مکانیکی کوپل شده است. منبع حرارتی مورد استفاده، منبع حرارتی ترکیبی است که با استفاده از سابروتین و کدنویسی به زبان فورترن به آباکوس متصل شده است. جوشکاری در محیط خلاء بوده و اتلاف حرارت ناشی از هدایت حرارتی و تابش، در قسمت های مختلف بعنوان شرایط مرزی بر مدل اعمال شده است. قطعه کار از جنس آلیاژ Ti-6Al-4V بوده و خواص حرارتی و مکانیکی وابسته به دما تعریف شده است. تغییرات دمایی حین جوشکاری و تنش باقی‏مانده فلز پایه که از شبیه سازی عددی بدست آمده است با نتایج ثبت شده در بررسی های عملی قابل مقایسه بوده و تطابق قابل قبول حاصل شده که دقت مدل منبع حرارتی ترکیبی مورد استفاده در این پژوهش جهت مدل‏سازی جوشکاری پرتو الکترونی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: شبیه‏ سازی، جوشکاری پرتو الکترونی (EBW)، مدلسازی منبع حرارتی
  • محمدعمار مفید*، حمید نعیمیان صفحات 135-143

    اتصال آلیاژ آلومینیوم 5083 و آلیاژ منیزیم 31 AZ به دو روش جوشکاری نفوذی و جوشکاری همزن اصطکاکی (FSW) انجام شد. برای نمونه FSW از سرعت چرخش rpm400 و سرعت حرکت خطی mm/min50 استفاده شد. دمای اندازه گیری شده در این نمونه تا بیشینه °C435 در اطراف سمت پیشرونده ابزار افزایش یافت. چرخه دمایی نمونه FSW نشانگر یک ترازشدگی در دمای حدود °C430 بود که در حدود 8 ثانیه ادامه دارد. وجود این ترازشدگی دمایی، مبین آن است که با عبور پین از روی هر دماسنج، دما در آن دماسنج، ثابت باقی می ماند. این موضوع می تواند مبین آن باشد که احتمالا یک واکنش یوتکتیک اتفاق افتاده و همین موضوع سبب ثابت ماندن دما درلحظه عبور پین از روی دماسنج شده است. جوشکاری نفوذی در بیشینه دمایی که در هنگام FSW تجربه می شود (°C435) و مدت زمان اتصال دهی 60 دقیقه انجام شد. جوش دارای یک شکل نامتعارف در مرکز جوش اتصال نفوذی بود که سختی متفاوتی نسبت به دو فلز پایه از خود نشان داد. ناحیه دارای شکل نامتعارف در جوش نفوذی و فصل مشترک Mg و Alدر جوش همزن اصطکاکی، هردو حاوی حجم زیادی از ترکیبات بین فلزی Al12Mg17 بوده و سختی کاملا بالاتری در مرکز جوش از خود نشان دادند. در تحقیق حاضر این نظریه مطرح شده که ذوب قانونمند و نفوذ در حالت جامد در فصل مشترک، باعث تشکیل ترکیب بین فلزی Al12Mg17 به ترتیب در مرکز جوش نفوذی و جوش همزن اصطکاکی شده است و همین امر باعث افزایش سختی در ناحیه جوش گشته است.

    کلیدواژگان: اتصال نفوذی، جوش همزن اصطکاکی، پروفیل دمایی، آلیاژ منیزیم، ریز ساختار فصل مشترک
  • علیرضا صادقی*، ساحل محمدی صفحات 144-160

    در دو دهه اخیر تلاش های گسترده ای به منظور افزایش استفاده از منیزیم و یافتن راه حل های مناسب برای مقابله با محدودیت های آن صورت گرفته است. در این راستا تولید و تقاضا آلیاژهای منیزیم نیز در بازارهای بین المللی با رشد قابل توجهی همراه بوده است. در ایران نیز توجه به تولید و به کار-گیری این فلز گسترش یافته است. در تحقیق حاضر تلاش شده است در ابتدا روش های تولید منیزیم به طور مختصر معرفی و سپس با بررسی ویژگی-های هر روش، مزیت های نسبی ایران در تولید منیزیم گردآوری و ارایه شود. علی رغم وجود مزیت های مهم از جمله فراوانی مواد اولیه، در دسترس بودن انرژی و نیروی کار ارزان، تولید منیزیم با تهدیدات بالقوه ای همراه می باشد. در ادامه این مقاله به تهدیدات صنعت تولید منیزیم اولیه مانند موانع تامین مواد اولیه مناسب و سرمایه در گردش در کشور پرداخته شده است. در نهایت ضمن بررسی سوابق تولید، عرضه و تقاضای منیزیم در ایران کاربردهای اصلی متالورژیکی و سازه ای منیزیم در صنایع ایران معرفی شده اند. بررسی های فنی و اقتصادی نشان می دهد که با توجه به مزایای رقابتی ایران برای تولید و استفاده از این فلز، صنعت منیزیم در کشور با توسعه قابل ملاحظه ای همراه خواهد بود.

    کلیدواژگان: تولید منیزیم، عرضه و تقاضای منیزیم در ایران، احیا سیلیکوترمی، تولید فلزات اولیه، فروسیلیسیم
|
  • Faezeh Darvishian Haghighi, Sahar Mollazadeh Beidokhti *, Samaneh Sahebian Saghi, Zahra Tayarani Najaran Pages 84-95

    There are plenty of bone damages due to different reasons these days. In order to heal of damaged area, utilizing of the scaffold is necessary. The main aim of this research is fabrication and investigation of Calcium Phosphate/Gelatin-Starch composite scaffolds. After synthesizing the Calcium Phosphate particles via sol gel route, three different methods were used to manufacture Calcium Phosphate/ Gelatin scaffolds. The method which has the porous structure was selected as the main method for fabricating Calcium Phosphate/ Gelatin-Starch scaffolds. Weight percentage ofstarch and applying the Gelatin-Glutaraldehyde coating were chosen as two variations. According to mechanical properties results, the sample with 60 weight percentage of Gelatin and 40 weight percentage of Starch has the highest final flexural strength which are 4.5 and 2.3 MPa for samples with and without Gelatin-Glutaraldehyde coating respectively. The SEM results show the completely porous structure with interconnected pores on the surface of coated samples and some local pores in internal parts of the scaffolds.According to the result of cell culture, these scaffolds provide surfaces that facilitate the response of stem cells related to attachment, survival, and proliferation.

    Keywords: Scaffold, Gelatin, Starch, Calcium Phosphate Particles, Flexural Strength
  • MohammadReza Abutalebi *, Majid Saneie, Javad Moghaddam Pages 96-103

    The solvent extraction process of metals from aqueous solution containing impurities has been the subjects of numerous studies. In the present work, separation of zinc from the solution of filter-cake leaching unit in the presence of Mg impurity was investigated using the D2-ethyl hexyl phosphoric acid (D2EHPA) extractant diluted in kerosene. Different experiments were carried out to evaluate the effects of main parameters on recovery and separation of zinc from the sulphate solution. Parameters affecting the extraction process such as pH, D2EHPA concentration, temperature, and organic to aqueous ratio were evaluated. Based on the results obtained at optimal conditions, the pH =2.5-3, [D2EHPA]=20%(vol/vol) and at 40 ° C, the extraction efficiency of zinc and magnesium ions were 95% and 10%, respectively, while the value of ΔpH0.5(Zn-Mg) factor was obtained more than 5.1 under the condition of [D2EHPA]= 20%(v/v). Also for the aqueous to the organic phase ratio (A/O) of 1: 1, an optimum zinc separation factor of 5010 was calculated.

    Keywords: Zinc Solvent Extraction, D2EHPA, Zinc Filter Cake, Magnesium
  • Mahdi Akbarzadeh *, Morteza Zandrahimi, Ehsan Moradpoor Pages 104-115

    Molybdenum disulfide (MoS2) is one of the most widely used solid lubricants applied in different ways on the surfaces under friction. these coatings are very sensitive to water vapor and not suitable for applications in moist environments.. One way to improve the durability of a MoS2 film and also to reduce the deleterious effects of humidity and oxidation on its tribological performance is to co-sputter it with a metal in this study Ti-MoSx composite coatings were deposited onto AISI 1045 steel substrates by direct-current magnetron sputtering. The MoS2/Ni ratio in the coatings was controlled by sputtering the composite targets. The coatings were characterized X-ray diffraction (XRD), scanning electron miTioscopy (SEM), energy dispersive X-ray analysis (EDX), and nano-indentation and nano-sTiatch techniques. The tribological behavior of the coatings were investigated using the pin-on-disc test at room temperature. The results showed that the thickness, and the hardness of the coating were 4-6 µm, 850-1400 HV, respectively. The degree of Tiystallization of the composite coatings inTieased with inTieasing doped contents. The incorporation of Ti to MoSx coatings resulted in a considerable improvement of coating adhesion and hardness. The optimum doping level for Ti-MoSx coatings to show the best tribological properties,) with both the lowest friction coefficient and wear rate (was 5 atomic percent. The main wear mechanism of coating were delamination tribochemical and abrasive miTioTiacking.

    Keywords: Molybdenum disulfide, Lubricant coating, Physical vapor deposition. Wear behavior, Friction coefficient
  • Yousef Payandeh *, Bahman Mirzakhani, Navid Nezamabadi, Hossein Momeni Pages 116-123
    Understanding softening mechanisms of wrought aluminum alloy during hot deformation processes is important in order to control microstructure and to predict flow stress accurately in simulation. In this paper, hot compression tests have been done to study the hot deformation behavior of an A5456 aluminum alloy. The effect of temperature, strain and strain rate on flow behavior of the alloy has been studied as well. For this meaning, several cylindrical samples with respectively 10 and 15 mm in diameter and length have been subjected to the test at 350, 400, 450, 500 and 550 °C, strain rates of 0.001, 0.01, 0.1, 1 s-1 and strain of 0.7. The samples where then immediately quenched in water in order to study the microstructure. Analysis of the strain – strain curves at different deformation conditions show that the flow stress decreases with increasing the test temperature and decreasing the strain rate. Because of high stacking fault energy of aluminum alloy, the dominant softening mechanism in this alloy is dynamic recovery. From experimental results, the equations governing the hot deformation behavior of the material have been determined at peak stress and activation energy of 182 KJ/mol for hot deformation process has been obtained.
    Keywords: A5456 aluminum alloy, Hot deformation, Dynamic recrystallization, dynamic recovery, Constitutive equations
  • Masoud Mehrabi Mehdiabadi *, Mahdi Talebipour Pages 124-134
    Electron Beam Welding (EBW) is a high-efficiency, high-precision welding method that its application is increasing rapidly in various industries, including car manufacturing, aviation and aerospace. The simulation of the electron beam welding process with the aim of predicting the residual stress in the work piece and analyzing the temperature and stress profiles during the welding process has always been of interest to the researchers for the purpose of welding engineering and prediction of optimal conditions. In this research, the Finite Element Method (FEM) model of electron beam welding was prepared in 3D and loaded on the Abaqus software. This model includes thermal and mechanical interaction, and metallurgical phenomena. The thermal analysis is unilaterally coupled with mechanical analysis. The heat source that is used is a combined heat source that is attached to Abaqus using the subroutine and the Fortran coding. Welding is in a vacuum environment and the thermal dissipation due to thermal conductivity and radiation is applied in different parts as boundary conditions on the model. The workpiece is made of Ti-6Al-4V alloy and has thermal and mechanical properties which are defined dependent on temperature. The temperature variations during welding and the residual stress of the base metal which is obtained from the numerical simulation are comparable to the results recorded in the practical studies and an acceptable adaptation was made that shows the accuracy of the combined heat source model used in this research for modeling of electron beam welding.
    Keywords: Simulation, electron beam welding (EBW), heat source modeling
  • MohammadAmmar Mofid *, Hamid Naeimian Pages 135-143

    Dissimilar joining of Al5083 to MgAZ31 was performed through friction stir welding (FSW) and diffusion bonding (DB). A constant tool rotation rate of 400 rpm and travel speed of 50 mm/min was used for FSW. The peak temperature of this specimen was raised to maximum of 435°C at the advancing side of the FS weld. Thermal cycle of the FSW specimen showed a distinct plateau at about 430 °C, lasting for about 8 s. At the travel speed of 50 mm/min, the distance corresponding to 8 s is about7mm, which is the pin diameter. The presence of the temperature plateau indicates that the temperature at each thermocouple remained constant as the pin passed it. It further indicates that a eutectic reaction probably occurred, and kept the temperature constant as the pin passed by. The weld had an irregular shaped region in the weld center of DB weld and, having a different microstructure and hardness from the two base materials. The irregular shaped region in DB weld, contained a large volume of intermetallic compound Al12Mg17. The present study suggests that constitutional liquation and solid state diffusion at the interface resulted in the intermetallic compound formation in the weld center.

    Keywords: Friction stir weld, Diffusion bond, Temperature profile, Mg alloy, Interface microstructure
  • Alireza Sadeghi *, Sahel Mohammadi Pages 144-160

    In the last two decades, efforts for increasing Magnesium (Mg) applications and finding solutions for overcoming its limitations have increased. At the same time, production and demand for Mg alloys have also increased significantly in the international markets. In response to the international trends, attention to Mg production and its consumption has also grown in Iran. In the present paper different technologies of Mg production has been briefly introduced and local opportunities in Mg production are summarized and elaborated. Despite the existence of important opportunities in local Mg production, including easy access to low cost and clean energy, raw material and workforce, Mg production features high potential important threats. Different threats to local Mg production including limitation in access to appropriate raw material and access to large working capital are further discussed in this paper. At the end, amongst investigating the history of Mg production, supply and demand in Iran, main structural and metallurgical applications of Mg in local industries are described. Technical and financial feasibility studies indicate that Iran has major advantages in production and consumption of Mg and this industrial sector will experience major growth in the future.

    Keywords: Mg Production, Supply, demand of Mg in Iran, Silicothermic reduction, Primary metal production, Ferrosilicon