فهرست مطالب

مهندسی متالورژی - پیاپی 75 (پاییز 1398)
  • پیاپی 75 (پاییز 1398)
  • تاریخ انتشار: 1399/04/28
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سپیده سادات حسینی نورآبادی*، محمود نیلی احمدآبادی صفحات 168-177

    آلیاژهای حافظه دار نیکل- تیتانیم به دلیل دارا بودن دو خاصیت ویژه ی حافظه داری و سوپرالاستیک بسیار مورد توجه قرار گرفته و کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف مانند پزشکی، هوافضا و به عنوان حسگر در سیستم های میکرو الکترو مکانیکی پیدا کرده اند. رفتار حافظه داری و سوپرالاستیک به شدت وابسته به ترکیب شیمیایی، دما و ساختار آلیاژ می باشد. در این پژوهش برای اولین بار تاثیر عنصر هافنیم به مقدار کم (حدود 3 درصد اتمی) بر روی ریزساختار، دماهای استحاله، خواص حافظه داری و خواص سوپرالاستیک آلیاژ نیکل تیتانیم با ترکیب اسمی Ni-47/2%at.Ti-3%at.Hf بررسی گردیده است. نتایج نشان می دهند که حضور هافنیم می تواند مکانیسم تغییر شکل حین بارگذاری را تغییر دهد و در نتیجه منجر به بروز رفتار حافظه داری دو طرفه در نمونه می گردد. رفتار حافظه داری دو طرفه در این نمونه تنها پس از 12 درصد کشش ساده دیده شد. نمونه پس از باربرداری، حین بازیابی حرارتی از خود رفتاری زنگوله ای نشان می دهد.

    کلیدواژگان: آلیاژ نیکل- تیتانیم- هافنیم، حافظه داری، سوپرالاستیسیته، هافنیم، میکروآلیاژسازی
  • مهدی یارمحمدتوسکی*، علیرضا محمدی صفحات 178-187
    ساختارهای های الیاف-فلز با نام اختصاری FML (Fiber Metal Laminates) در ساختارهای کامپوزیت شناخته می شوند. این ساختارها به دلیل خواص خوبی از جمله صرفه جویی وزنی و همچنین خواص صنعتی دیگری نظیر مقاومت در برابر آتش، حد تحمل بالا و مقاومت در برابر پایداری استاتیکی، ضربه و خوردگی به طور گسترده در صنایع هوایی کاربرد دارند. این مواد دارای خصوصیات خاصی همچون مقاومت بالا و وزن کم می باشند. بحث رفتار کمانشی یکی از مهم ترین بحث های علم مکانیک است. بنابراین، مقاوم سازی و افزایش استحکام سازه ها در برابر پایداری استاتیکی یا رفتار کمانشی ، بخش وسیعی از مطالعات پژوهشگران را تشکیل داده است. پژوهش پیش رو، به تاثیر نانوذرات رس بر روی پایداری استاتیکی یا رفتار کمانشی فلز-مواد مرکب بازالت اپوکسی به صورت تجربی می پردازد. چند لایه الیاف - فلز بازالت اپوکسی ساخته شده، از دو رویه آلومینیومی 2024 ساخته شده که بین آنها هسته نانوکامپوزیتی بازالت اپوکسی حاوی نانورس قرار گرفته است. هسته نانوکامپوزیتی شامل الیاف بازالت با وزن واحد سطح 300 گرم بر متر مربع، رزین EPR1080، سخت کننده EA1080 و نانوذرات رسی بنتونیت با درصدهای 0، 1، 3 و 5 می باشد. تمام نمونه های تحت آزمون کمانش با روش لایه چینی دستی انجام گرفته است. آزمایش های کمانش با استفاده از دستگاه تست کشش با سرعت 5/0 میلیمتر بر دقیقه انجام گرفت. نتایج حاصل از آزمایش های کمانش نشان دهنده این است که، تیر FML با 5 درصد وزنی نانورس نبست به سایر درصدهای وزنی دارای بار بحرانی به مراتب بالاتری است. همچنین با افزایش درصد وزنی نانو ذرات رس، میزان جذب انرژی افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: FML، نانو رس، کمانش، آلومینیوم 2024، الیاف بازالت
  • فاطمه نجارنیا*، سمانه صاحبیان سقی، فاطمه احمدپور صفحات 188-193
    Fe5C2 یکی از انواع کاربیدهای آهن است که در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این ماده با توجه به مغناطش اشباع بالا و خنثی بودن از لحاظ شیمیایی می تواند در حوزه های مختلف مهندسی و پزشکی کاربرد داشته باشد. یکی از مهمترین چالش ها در عمل، پایداری حرارتی نانوذرات Fe5C2 است. در این تحقیق، نانوذرات Fe5C2 توسط یک روش شیمی تر سنتز شدند. تکنیک های پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) به ترتیب برای بررسی خواص شیمیایی و مورفولوژی نمونه در دمای محیط مورد استفاده قرار گرفتند. تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری نمایانگر مورفولوژی کروی و میانگین اندازه 30 نانومتر برای نانوذرات بود. آنالیز توزین حرارتی (TGA) برای مطالعه رفتار حرارتی این کاربید مغناطیسی انجام شد. مقدار محاسبه شده برای انرژی اکتیواسیون تخریب حرارتی فاز با استفاده از روش Flynn-Wall-Ozawa، 51/139 کیلوژول است. پس از گرمایش نمونه، تست XRD مجددا تکرار شد تا تغییرات فازی در دمای بالا بررسی شود. در نهایت، الگوی پراش پرتو ایکس، تبدیل کاربید مغناطیسی آهن به آهن و مگنتیت پس از فرایند گرمایش را تایید کرد.
    کلیدواژگان: Fe5C2، پایداری حرارتی، TGA، مدل Flynn-Wall-Ozawa
  • نسیم نریمانی راد، حمیدرضا نجفی دژده منفرد*، محمدرضا افشارمقدم زنجانی صفحات 194-203
    در این پژوهش تاثیر افزودن نایوبیم و دمای آستنیته بر خواص مکانیکی و ریزساختار فولادی کم کربن پس از اعمال فرآیند مارتنزیتی مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه ها پس از ریخته گری و نورد داغ؛ در دماهای 900، 1000، 1100 و C 1200 به مدت یک ساعت آستنیته و سپس در آب کوینچ شدند که حاصل آن ریزساختار مارتنزیتی (همراه مقدار کمی فریت ویدمن اشتاتن) بود. بیشینه سختی در نمونه حاوی نایوبیم آستنیته شده در دمای C 1200 حاصل شد. سختی این نمونه 238 ویکرز و استحکام کششی آن نیز MPa 859 بود. با این حال، این نمونه افزایش طول نسبی ناچیزی در حد 1 درصد از خود نشان داد. در مرحله بعد، کاهش 50 درصدی ضخامت نمونه های بدون نایوبیم و حاوی نایوبیم به وسیله نورد سرد و آنیل آنها به مدت min 90 در دمای C 600 انجام گرفت. بررسی های ریزساختاری با میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی (SEM) نشان داد که ریزساختار نمونه بدون نایوبیم کاملا آنیل و دانه ها هم محور شده اند و تاثیر کل فرآیند مارتنزیتی در آن خنثی شده است. آزمون کشش نیز نشان دهنده مشابهت استحکام نمونه آنیل شده و نورد داغ شده بود. از طرف دیگر، در نمونه حاوی نایوبیم، ساختاری ریزدانه حاصل شد که سختی آن (در مقایسه با حالت کوینچ شده) تا حد زیادی حفظ شده بود. بررسی نتایج آزمون کشش نیز نشان داد که فرآیند مارتنزیتی در نمونه نایوبیم دار بسیار موثر بوده به گونه ای که پس از آنیل، استحکام کششی همچنان بیش از MPa 700 بود. علیرغم استحکام بالا، افزایش طول نسبی این نمونه در سطحی بیش از 15 درصد حفظ شد.
    کلیدواژگان: فرآیند مارتنزیتی، فولاد میکروآلیاژی، ریزدانگی، نورد سرد، آنیل
  • مهدی پورعبدلی*، مریم دلاوری، احمد قادری حمیدی صفحات 204-214

    در این تحقیق پودر کامپوزیتی Co3O4 حاوی 15 درصد وزنی Fe2O3 به دو روش کلی شامل الف- آسیاکاری هم زمان (0، 1 و 16 ساعت) مخلوط اکسید ها و ب- آسیاکاری جداگانه اکسید کبالت (0، 1 و 16 ساعت) و اکسید آهن (0، 5/0 و 7 ساعت) و سپس مخلوط کردن آنها، تهیه و از نظر اندازه متوسط ذرات، مورفولوژی ذرات، نحوه پخش ذرات فاز ثانویه (اکسید آهن)، آنالیز فازی و ظرفیت ذخیره انرژی حرارتی به روش های FE-SEM، XRD و ترموگراویمتری مورد مطالعه قرار گرفت. مشخص شد که روش آماده سازی تاثیر محسوسی بر اندازه ذرات ماده و ظرفیت ذخیره اکسیژن (معادل ظرفیت ذخیره انرژی حرارتی) دارد و افزودن اکسید آهن و نیز کاهش اندازه ذرات آن به عنوان فاز ثانویه موجب افزایش ظرفیت ذخیره ماده نسبت به اکسید کبالت اولیه می شود. نتایج نشان داد که به طور کلی نمونه های تهیه شده به روش الف ظرفیت ذخیره انرژی پایین تری نسبت به نمونه های تهیه شده به روش ب دارند. علاوه بر این مشخص شد که پودر کامپوزیتی تهیه شده به روش ب در زمان آسیا کاری کوتاه تر فاز زمینه (اکسید کبالت) منجر به ایجاد اندازه های ذرات کوچکتر در طی فرایندهای احیا-اکسیداسیون می شود. همچنین نتایج نشان داد که کاهش اندازه ذرات پودر کامپوزیتی الزاما هم جهت با بهبود ظرفیت ذخیره انرژی حرارتی ماده نمی تواند باشد و سایر عوامل مانند تشکیل فاز اسپینل (Fe2O3.CoO) نیز از عواملی است که تاثیر زیادی در کاهش ظرفیت ذخیره انرژی حرارتی در ماده دارد.

    کلیدواژگان: اکسید کبالت، اکسید آهن، ذخیره انرژی حرارتی، ترموشیمیایی، آسیاکاری مکانیکی
  • مهدی شبان غازانی* صفحات 215-224
    در این تحقیق تاثیر ضریب کارسختی بر روی نحوه سیلان فلز و توزیع کرنش، فاکتور تخریب و نیروی لازم برای پرس نمونه با استفاده از تحلیل المان محدود مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد در مورد ماده پلاستیک ایده آل منطقه پر نشده از فلز در محل تقاطع کانالها ایجاد نمی شود و کرنش اعمالی به ناحیه پایینی نمونه از سطح بالایی بیشتر است. در حالیکه با افزایش ضریب کارسختی اندازه ناحیه پر نشده افزایش یافته و کرنش کمتری به قسمت پایینی نمونه اعمال می شود. همچنین فاکتور تخریب در نمونه با رفتار پلاستیک ایده آل در سطح بالایی نمونه نسبت به نواحی دیگر بالا بوده و در این ناحیه تنشهای کششی نیز اعمال می شود. برعکس درمورد نمونه ای با رفتار کارسختی، بیشترین فاکتور تخریب مربوط به ناحیه نیمه پایینی نمونه است. از طرفی مشاهده شد با افزایش ضریب کارسختی میزان نیروی لازم برای پرس نمونه کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: پرس در کانالهای زاویه دار هم مقطع، تحلیل المان محدود، ضریب کارسختی، فاکتور تخریب
  • علی رضا میرک*، مرتضی رضایی منش، میثم گایینی صفحات 225-238
    در این پژوهش اثر تغییرات حرارت ورودی بر ریزساختار و خواص مکانیکی مقطع جوش ورق فولادی از گرید فوق مستحکم کم آلیاژ را در شرایط کوینچ و تمپر شده (AISI4340) بررسی می شود. جوشکاری توسط فرایند دستی GTAW و با استفاده از فیلر کم کربن و با اعمال عملیات حرارتی پیشگرم و تنش زدایی انجام شد. نتایج ماکروگرافی نشان داد که با افزایش حرارت ورودی، ضمن گسترده شدن ناحیه HAZ ، موجب رشد اندازه دانه های آستنیت اولیه می شود. ریزساختار جوش شامل فازهای مارتنزیت و فریت است و با افزایش حرارت ورودی میزان کسر حجمی فریت افزایش می یابد. بدلیل کاهش سرعت سرد شدن موفولوژی فریت به سوزنی تغییر می کند، ریزساختار مارتنزیت به همراه بینیت بلوکی شکل در منطقه HAZ مشاهده می شود. سختی منطقه HAZ با افزایش حرارت ورودی کاهش می یابد. با افزایش حرارت ورودی، استحکام کششی از MPa 1078 تا 970 کاهش می یابد. علاوه بر این، انرژی ضربه با افزایش حرارت ورودی در منطقه جوش افزایش می یابد و در HAZ کاهش می یابد. بنابراین ، برای دست یابی به خواص مکانیکی بهینه در مقاطع جوشکاری سازه های کوینچ و بازپخت شده، استفاده از فیلر کم کربن به همراه حرارت ورودی کم موثر است.
    کلیدواژگان: ورق فولاد 4340، جوشکاری TIG، حرارت ورودی، ریزساختار، خواص مکانیکی
|
  • Sepideh Sadat Hosseini Noorabadi *, Mahmoud Nili-Ahmadabadi Pages 168-177

    NiTi alloys (SMAs) are unique alloys, which have two attractive properties, shape memory effect and superelastic behaviour. Each property strongly depends on the composition, temperature and structure. The microstructure was investigated by optical microscopy, and chemical composition was analyzed using line scan analysis with energy dispersive X-ray spectroscopy. X-ray Diffraction (XRD) analysis of the bulk samples was conducted. The transformation temperatures were measured by Dilatometry. The shape memory and superelastic behavior of material were investigated using loading-unloading test and in-situ thermal cycling by applying electrical current at the end of sample and the shape changes of the bi-layers were recorded using a digital camera. The solute addition of Hf to NiTi alloy, led to a Two-way shape memory effect after tensile deformation. The Hf solute additions on NiTi alloy provides bell-curve shape memory behaviour during stress-free thermal cycling after 12 percent tensile deformation which demonstrates the acute influence of Hf additions on the material's properties.

    Keywords: NiTiHf alloy, Shape memory, Superelasticty, Solute Addition, Hafnium
  • Mehdi Yarmohammad Tooski *, Alireza Mohammadi Pages 178-187
    Fiber-metal laminate, is known as FML in the composite structures. It is widely used in the aerospace industry due to good properties, weight optimization and other industrial properties such as fire resistance, high strength limit, impact resistance and corrosion. In addition, these materials have special characteristics such as high strength and low weight. The discussion of buckling behavior is one of the most important discussions of mechanical science. The present study examines the effects of nanoparticles (nanocleys) on the mechanical characteristic (buckling) of metal/ composite materials of epoxy basalt. Multi-layer fiber-epoxy base metal is made of two-layer aluminum alloy 2024 which the between of layers is located the nanocomposite core containing epoxy with nanoclay. The nanocomposite core consists of basalt fibers with the weight to area ratio (W/A) equal to 300 gr/m2 EPR1080 resin, EA1080 hardener and bentonite clay nanoparticles with 0, 1, 3 and 5 percentages. It should be noted that, all specimens were made using VPA method. Also, buckling tests have done using a tensile test device at a speed of 0.5 mm / min. The results of the buckling experiments indicate that the buckling load of FML beam with 5% of nanoclay rather than other percentages of it has better buckling load. Also, absorbed energy enhanced by increasing weight content of nano particle.
    Keywords: FML, Nano clay, Buckling, Al 2024, Bazalt Fiber
  • Fatemeh Najar Nia *, Samaneh Sahebian Saghi, Fatemeh Ahmadpoor Pages 188-193
    Fe5C2 is a recently attentioned iron carbide with high saturation magnetization and suitable chemical inertness that is known to have applications in different fields of engineering and medicine. One of the most important challenges in usage, is thermal stability of iron carbide nanoparticles. In this research, Fe5C2 nanoparticles were synthesized through a wet chemical route. XRD and TEM techniques were used to characterize chemical and morphological features of the sample at room temperature, respectively. TEM micrograph demonstrated the spherical morphology and the average size of the nanoparticles to be 30 nm. Thermogravimetric analysis (TGA) was performed to study the thermal behavior of this magnetic carbide. The activation energy of the phase decomposition was evaluated to be 139.51 kJ utilizing Ozawa method. After heating, XRD test was repeated to investigate phase changes at high temperature. Finally, X-ray diffraction pattern proved the conversion of Hagg iron carbide to iron and magnetite after heat treatment.
    Keywords: Fe5C2, Thermal Stability, TGA, Flynn-Wall-Ozawa Method
  • Nasim Narimani-Rad, Hamidreza Najafi *, M.Reza Afshar Pages 194-203
    The effects of niobium addition (about 0.15 wt.%) and austenitizing temperature on the mechanical properties and microstructure of a low carbon steel (containing less than 0.2 wt.% carbon) after martensite process were investigated in this research. After casting and hot rolling at 1050 C, the samples were austenitized at 900, 1000, 1100 and 1200 C for one hour followed by quenching in water. The as-quenched microstructures consisted of martensite along with a small amount of widmanstatten ferrite. The maximum hardness and strength were obtained from the Nb-containing sample austenitized at 1200 °C. The hardness and tensile strength were 238 Vickers and 859 MPa, respectively. However, this sample showed an elongation of less than 1%. After 50% reduction in the thickness of the as-quenched samples by cold rolling, annealing was carried out at 600 °C for 90 min. Optical and scanning electron microscopy (SEM) showed that the microstructure of the niobium-free sample was completely annealed and the martensite process effects were eliminated. The tensile strength of this sample was approximately the same as that of the hot rolled specimen. On the other hand, the Nb-containing sample exhibited a fine-grained microstructure. In comparison with the as-quenched condition, the hardness of the microalloyed specimen was essentially preserved after martensite process. The results of the tensile test also revealed that the martensite process led to a good combination of strength and elongation in the microalloyed specimen because its tensile strength and elongation were higher than 700 MPa and 15%, respectively.
    Keywords: Martensite process, Microalloyed steel, Grain refinement, Cold rolling, Annealing
  • Mehdi Pourabdoli *, Maryam Delavari, Ahmad Ghaderi Hamidi Pages 204-214

    In this study, Co3O4-15 wt. % Fe2O3 composite powder was synthesized by two methods including: A-simultaneous milling of oxide mixtures (0, 1 and 16 h) and B-separately milling of cobalt oxide (0, 1 and 16 h) and iron oxide (0, 0.5 and 7 h) and then mixing. Average particle size, particle morphology, iron oxide distribution, phase analysis, and heat storage capacity were studied by FE-SEM, XRD and thermogravimetry methods. It was found that preparation method has a significant effect on the above-mentioned parameters. The results showed that decreasing of iron oxide particle size and addition of it to cobalt oxide, increase the heat storage capacity of the material relative to as-received cobalt oxide. It was revealed that samples prepared by method A generally had lower heat storage capacity than samples prepared by method B. In addition, it was found that small-scale particle size of the composite may not necessarily improve heat storage capacity of the material, and spinel phase formation (Fe2O3.CoO) also is a key factor that has a great effect on decreasing the heat storage capacity.

    Keywords: Cobalt oxide, Iron oxide, Heat storage, Thermochemical, Mechanical milling
  • Mehdi Shaban Ghazani * Pages 215-224
    In the present study, the effect of srain hardening exponent os material on flow characteristics, strain and damage distribution in sample and the load requred for the execution of the deformation process was investigated using finite element simulation. Results showed that the corner gap is not formed during deformation of ideally plastic material and the amount of eauivalent strain is higher in the bottom side of sample compared with other regions. However, with increassing the work hardening exponent, the size of corner gap increases and the bottom side recieves less amount of strain. Also, damage factor in the sample of idealy plastic material is higher at the top side compared with other regions and the tensile stresses are aplliyed on this area. Whereas, in the strain hardened material the higher damage factor was observed at the lower half of the sample. Finally. it was concluded that the pressing force increases with increassing the work hardening exponent.
    Keywords: Equal channel angular pressing, finite element simulation, work hardening, Damage
  • Alireza Mirak *, Morteza Rezaimanesh, Meysam Gaeeni Pages 225-238
    This research deals with the effect of heat input on microstructure and mechanical properties of a sheet welded joints made of low alloy quenched and tempered steel (AISI 4340). Samples were prepared by manual gas tungsten arc welding (GTAW) with the low carbon consumable and also pre and post-weld heat treatment has been applied. Macro etch analysis showed that as the heat input increases, the HAZ area widespread. Indeed, the primary austenite grain phase grows up. The microstructure of HAZ consists of bainite and different ferrite morphology. The martensite and ferrite can be seen in the weld section. The volume fraction of ferrite increases as heat input increases. Furthermore, the ferrite morphology changes to acicular ferrite due to reduced cooling rate in the weld. Tensile strength decreases from 1078 Mpa to 970 Mpa correlatively coarsening in the heat-affected zone. Impact energy results vary with heat input correspondingly, the toughness increases in the weld and was reduced in HAZ. However, for conclusion, improved mechanical properties of the weld joints were achieved using low heat input and low carbon consumable.
    Keywords: 4340 steel sheet, GTAW Welding, Heat input, Microstructure, Mechanical properties