فهرست مطالب

پژوهشنامه ریخته گری
سال چهارم شماره 2 (پیاپی 13، تابستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/02/04
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محسن علی آبادی، حسن ثقفیان لاریجانی*، نیما طباطبایی رضایی صفحات 71-78
    در پژوهش حاضر، تاثیر بهسازی شیمیایی آلیاژ هایپریوتکتیک آلومینیم-سیلیسیم توسط فسفر بر کارآیی ‏عملیات حرارتی محلول سازی در اصلاح سیلیسیم های اولیه بررسی شده است. به منظور افزایش میزان اثر ‏بخشی عملیات محلولی بر شکل ذرات سیلیسیم اولیه، نمونه های بهسازی شده توسط فسفر تحت عملیات ‏محلول سازی قرار گرفتند و ریزساختار و خواص مکانیکی آن ها با نمونه های عملیات حرارتی شده بدون ‏فسفر مقایسه شد. به منظور مشخصه یابی از میکروسکوپ نوری، آزمایش کشش و میکروسکوپ الکترونی ‏روبشی استفاده شد. طبق نتایج بدست آمده، عملیات بهسازی شیمیایی فقط باعث ریزتر شدن و توزیع ‏یکنواخت تر ذرات سیلیسیم اولیه در ریزساختار می شود و تاثیری در شکل چندوجهی آن ها ندارد. همچنین ‏بدلیل افزایش نسبت سطح به حجم ذرات سیلیسیم اولیه، تاثیر عملیات حرارتی ثانویه در تغییر ‏مورفولوژی آن ها افزایش یافت. طبق نتایج بدست آمده، بر اثر عملیات محلول سازی، کرویت ذرات سیلیسیم ‏اولیه در نمونه های بهسازی نشده و بهسازی شیمیایی شده به ترتیب 32 و 47 درصد افزایش یافت. به ‏علاوه، استحکام کششی و درصد ازدیاد طول نسبی در نمونه اصلاح شیمیایی و عملیات حرارتی شده، به ‏ترتیب 32 و 33 درصد نسبت به نمونه ریخته گری شده افزایش یافتند.‏
    کلیدواژگان: آلیاژ آلومینیم- سیلیسیم هایپریوتکتیک، حرارت دهی سریع، بهسازی شیمیایی، فسفر، خواص کششی
  • الهه صفاری، رضا تقی ابادی* صفحات 79-87
    کامپوزیت های ‏Al-Mg2Si‏ به دلیل استحکام ویژه مناسب و خواص تریبولوژیکی عالی در صنایع خودروسازی و هوا-فضا مورد ‏استفاده قرار می گیرند. دست یابی به خواص برتر در این کامپوزیت ها، مستلزم کنترل صحیح مورفولوژی، ابعاد و نحوه توزیع ‏ذرات ‏Mg2Si‏ در زمینه است. در این تحقیق، تاثیر افزایش سرعت انجماد (بهسازی تبریدی) بر ساختار و اندیس کیفیت ‏کامپوزیت ‏Al-15Mg2Si‏ بررسی شده است. عملیات ریخته گری نمونه های کامپوزیتی در قالب های مختلف با سرعت انجماد ‏متوسط متفاوت (7/2، 5/5، 1/17 و ‏ 5/57 درجه سانتیگراد بر ثانیه) انجام شد. بر اساس نتایج مطالعات ریزساختاری و آنالیز تصویری، با ‏افزایش سرعت انجماد، ابعاد ذرات بین فلزی ‏Mg2Si‏ کاهش یافته و توزیع ذرات در زمینه بهبود می یابد. افزایش سرعت ‏انجماد علاوه بر این موجب افزایش سختی زمینه و کاهش اندازه دانه ها می شود به گونه ای که با افزایش سرعت انجماد از 7/2 ‏به ‏5/57 درجه سانتیگراد بر ثانیه اندازه متوسط دانه ها حدود 93 درصد کاهش می یابد. این تغییرات ساختاری موجب بهبود استحکام کششی، ‏درصد ازدیاد طول و در نتیجه اندیس کیفیت کامپوزیت می شود. اندیس کیفیت نمونه منجمد شده تحت سرعت ‏5/57 ‏ درجه سانتیگراد بر ثانیه حدود 240 درصد بیش از مقدار مربوطه در کامپوزیت منجمد شده تحت سرعت  7/2 درجه سانتیگراد بر ثانیه است. ‏
    کلیدواژگان: کامپوزیت، Al-15Mg2Si، بهسازی تبریدی، خواص کششی، اندیس کیفیت
  • مصطفی اطمینان، مریم مرکباتی*، سید مهدی قاضی میرسعید صفحات 89-98
    هدف از انجام این پژوهش، ارزیابی تاثیر دما و زمان عملیات پیرسازی بر ریزساختار و سختی سوپرآلیاژ پایه کبالت نسل جدید با ترکیب ‏ ‏Co-7Al-7W-4Ti-2Ta‎‏ است. به این منظور شمش سوپرآلیاژ پایه کبالت نسل جدید با ترکیب مذکور به کمک کوره ‏VIM‏ و ‏VAR‏ ریخته گری شد. پس ‏از آن، عملیات پیر سازی روی نمونه ها در دماهای ‏700، 800 و 900 درجه سانتیگراد طی زمان های 8، 16 و 24 ساعت انجام و سپس سرمایش در هوا ‏صورت گرفت. در ادامه، نمونه ها تحت بررسی های ریزساختاری بوسیله میکروسکوپ نوری و الکترونی و سختی سنجی قرار گرفتند. نتایج نشان ‏داد که با پیرسازی آلیاژ مورد مطالعه رسوب های ‏γʹ‏ جوانه زنی و رشد کرده که با زیاد شدن دمای پیرسازی از ‏700 تا 800 درجه سانتیگراد، کسر و اندازه این ‏رسوب ها نیز افزایش یافت. لذا حداکثر سختی برای نمونه پیرسازی شده در دمای ‏800 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت بدست آمد. با افزایش دمای ‏پیر سازی تا ‏900 درجه سانتیگراد، سختی کاهش یافت که علت آن افزایش رسوب گذاری فاز مضر β حاوی ‏Al-Co-Ti‏ و مصرف عناصر تشکیل دهنده فاز ‏γʹ‏ و ‏در نتیجه کاهش کسر سطحی این فاز مفید است.‏
    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ پایه کبالت نسل جدید، عملیات حرارتی پیرسازی، ریزساختار، سختی
  • یزدان شجری، زهرا سادات سید رئوفی، سید حسین رضوی*، مهدی نصری، آرش خیابانی صفحات 99-109

    در تحقیق حاضر، شمش اولیه سوپرآلیاژ ‏IN738LC‏ مجددا ذوب و ریخته گری شد و سپس تحت عملیات حرارتی استاندارد قرار ‏گرفت. بررسی های ریزساختاری با میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی ‏‎(FESEM)‎‏ مجهز به شناساگر عناصر با تفکیک ‏انرژی ‏‎(EDS)‎‏ نشان داد که پس از ذوب مجدد و ریخته گری کنترل شده، میزان تخلخل و اندازه رسوبات 'γ کاهش می یابد. ‏همچنین با انجام عملیات حرارتی استاندارد، رسوبات 'γ اولیه با اندازه زیر ‏‎µm‎‏1 و مورفولوژی مکعبی و رسوبات 'γ ثانویه کروی در ‏محدوده نانومتری نمایان شدند و مناطق 'γ-γ یوتکتیک به طور کامل از بین رفت. نتایج سختی سنجی ویکرز تحت بار 10 کیلوگرم ‏نشان داد که کمترین سختی به جهت حذف رسوبات مربوط به نمونه انحلال یافته است و بیشترین سختی (‏HV‎‏ 833) پس از ‏پیرسازی حاصل می شود. بر اساس نتایج آزمایش کشش در دمای محیط و 750 درجه سانتی گراد، با انجام ذوب مجدد و اعمال ‏عملیات حرارتی استاندارد به جهت اصلاح ساختار، استحکام و ازدیاد طول در هر دو دمای محیط و 750 درجه سانتی گراد افزایش ‏یافت. همچنین با اعمال عملیات حرارتی استاندارد، مکانیزم شکست سوپرآلیاژ ‏IN738LC‏ در دمای 750 درجه سانتی گراد از ‏شکست ترد درون دندریتی به شکست ترد با نشانه های کمی از شکست نرم بین دندریتی تغییر یافت.‏

    کلیدواژگان: IN738LC، ذوب مجدد، عملیات حرارتی، ریزساختار، استحکام
  • ابوالفضل رحیمی* صفحات 111-118
    در این تحقیق، آلیاژ Ag-9Pd به عنوان یک آلیاژ مناسب با میزان درخشندگی بالا برای ساخت انگشتری معرفی شده است. در ابتدا با توجه به قیمت بسیار بالای پالادیم، میزان پالادیم لازم برای داشتن صد گرم آلیاژ Ag-9Pd (سیلوادیم) به وسیله نرم افزار HSC Chemistry 5 محاسبه شد. آلیاژ تولید شده به وسیله کوره القایی و انجماد سریع تهیه شد. سپس برای صحت سنجی نتایج محاسبات بالانس جرمی، تحت آزمایش ICP قرار گرفت، که نتایج حاصله حاکی از دقت بالای محاسبات وزن و انرژی بود. ریزساختار، سختی و درخشندگی آلیاژ تولید شده با نقره خالص و آلیاژ مرسوم Ag-4Pd برای ساخت انگشتری مقایسه شد. نتایج تصاویر میکروسکوپی حاکی از آن بود که آلیاژ Ag-9Pd دارای ساختار دندریتی ظریف تر، ساختاری همگن تر و عاری از عیب است. افزایش کسر حجمی رسوبات PdCu غنی شده با فلز روی و رسوبات مبتنی بر نیکل باعث افزایش سختی بر اساس مکانیزم اوروان شد. با افزایش میزان پالادیم در آلیاژ میزان درخشش و عمر درخشش آلیاژ به جهت افزایش مقاومت در برابر اکسیداسیون افزایش یافت.
    کلیدواژگان: Ag-9Pd، محاسبات بالانس جرمی، رسوب، سختی، درخشش
  • علی یاری ده کبودی، روح الله توکلی* صفحات 119-126

    ‎در این پژوهش، طراحی حوضچه پای راهگاه در ریخته گری آلومینیم 356‏A‏ در قالب ‏های ماسه ای مورد بررسی قرار گرفت.‏‎ ‎عدم طراحی صحیح این قسمت از سیستم راهگاهی‏‏ می ‏تواند باعث ایجاد عیوبی چون ماسه شویی، حبس‎ ‎حباب های گازی و‎ ‎به دام افتادن لایه های اکسیدی ‏سطحی در مذاب شود. در این تحقیق، ابتدا طرح های پیشنهادی در مراجع مورد بررسی قرار ‏گرفتند. سپس بر اساس نتایج بدست آمده، طرح جدید سیفونی شکلی پیشنهاد شد. جهت ‏ارایه طرح بهینه از سعی و خطا روی طراحی و بررسی عملکرد توسط شبیه سازی کامپیوتری ‏استفاده شد. در نهایت، عملکرد طرح جدید توسط شبیه سازی کامپیوتری و آزمایش عملی مورد ‏بررسی قرار گرفت. در آزمون عملی از یک قالب ماسه ای استفاده شد که یک وجه آن جهت تصویربرداری با ‏شیشه شوک پذیر پوشانده شده است. الگوی پر شدن این قالب با مایع رنگی و ‏مذاب آلومینیم تصویربرداری شد. بررسی نتایج شبیه سازی و آزمون عملی عملکرد مناسب ‏طراحی پیشنهاد شده را تایید کرد. به علاوه، این بررسی نشان داد که نتایج شبیه سازی کامپیوتری و ‏آزمایش عملی تطابق خوبی با یکدیگر دارند.‏

    کلیدواژگان: طراحی بهینه، حوضچه پای راهگاه، ماسه شویی، حباب های گازی، شبیه سازی
|
  • Mohsen Aliabadi, Hassan Saghafian Larijani *, Nima Tabatabaei Rezaei Pages 71-78
    The effect of chemical modification of a hyper eutectic Al-Si alloy using phosphorus ‎on the efficiency of solutionizing heat treatment in modifying the primary Si has ‎been studied in the current paper. In order to enhance the effect of heat treatment in ‎the modification of the primary Si, the cast specimens modified by phosphorous were ‎solutionized and then microstructurally and mechanically compared with the heat treated ‎unmodified ones. To characterize the microstructure and mechanical properties, ‏optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and tensile test were ‎performed. The results revealed that chemical modification reduces the primary ‎silicon particles size without any change in Si particles shapes‏. Nevertheless, due to ‎increasing the surface to volume ratio of the particles, the influence of the post heat ‎treatment on the shape of the primary silicon particles was enhanced. Based on the ‎results, the primary silicon particles’ nodularity in the phosphorus modified ‎specimens increased from 32 to 47 percent upon heat treatment process. In addition, ‎‎32 and 33 percent increments in the ultimate tensile strength and ductility were ‎obtained, respectively, after applying the post heat treatment to the P-modified ‎specimens compared to the as cast ones.
    Keywords: Hypereutectic Al-Si alloys, Rapid heating, Chemical modification, Tension properties
  • Elaheh Saffari, Reza Taghiabadi * Pages 79-87
    Cast Al-15Mg2Si composites due to appropriate specific strength and tribological properties are ‎widely used in automotive and aerospace industries. The improved properties of these composites ‎are governed by the correct controlling of morphology, size, and distribution of primary Mg2Si ‎particles. In this study the effect of solidification cooling rate (chill modification) was investigated ‎on structure and quality index of Al-15Mg2Si composite. The casting operation was performed in ‎different molds with varying cooling rates of 2.7, 5.5, 17.1, and 57.5 °C/s. According to the ‎microstructural observation and image analysis results, increasing the solidification rate resulted in ‎refinement of primary Mg2Si particles and improvement of their distribution in the matrix. The ‎increased solidification cooling rate, moreover, refined the grains so that increasing cooling rate ‎from 2.7 to 57.5 °C/s resulted in 93% reduction in grain size. These microstructural variations ‎improved the composite tensile strength, fracture strain, and quality index. The quality index of ‎composite solidified at 2.7 °C/s was found to be lower than that of composite solidified at cooling ‎rate of 57.5 °C/s by 240%.
    Keywords: Composite, Al-Mg2Si, Chill modification, tensile properties, Quality index
  • Mostafa Etminan, Maryam Morakabati *, Seyed Mahdi Ghazi Mir Saeed Pages 89-98
    The aim of this study was to investigate the effect of temperature and time of aging on the microstructure and hardness of the novel Co-based superalloy with the composition of Co-7Al-7W-4Ti-2Ta. For this purpose, the new generation cobalt-based superalloy ingot cast by the VIM and VAR furnaces. Then aging treatment was performed at 700, 800 and 900°C for 8, 16 and 24 hours. Then, the specimens were cooled in air. Subsequently, the specimens were subjected to microstructural examinations by optical and electron microscopy and hardness test. The results showed that by increasing aging temperature from 700°C to 800°C, the γʹ precipitation and its growth occurred and its volume fraction and size increased. Therefore, the maximum hardness obtained for the specimen aged at 800°C. By increasing the temperature of aging to 900oC, the hardness decreased which was attributed to the precipitation of harmful β phase containing Co-Al-Ti and consumption of γʹ alloying elements results in reduction of the γʹ volume fraction.
    Keywords: Novel Co-base superalloy, Aging heat treatment, Microstructure, Hardness
  • Yazdan Shajari, Zahra Sadat Seyedraoufi, Seyed Hosein Razavi *, Mehdi Nasri, Arash Khiabani Pages 99-109

    In the present study, IN738LC superalloy ingot was re-melted and cast, then heat treated under ‎standard conditions. Microstructural studies with field emission scanning electron microscopy ‎‎(FESEM) equipped energy dispersive spectroscopy (EDS) showed that after re-melting and ‎controlled casting, the amount of porosity and size of γ' precipitates decreases. Also, with ‎applying the standard heat treatment cycle, the primary γ' precipitates less than 1µm in size and ‎cubic morphology and nano‏spherical‏ ‏secondary γ' precipitates appeared and eutectic γ-γˈ ‎regions were completely eliminated. Vickers hardness test results under a load of 10 Kg showed ‎that the lowest hardness is related to the solutionized sample due to remove the coarsened γ' ‎precipitates and the highest hardness (833 H.V.) is obtained after aging. According to the results ‎of the tensile test at ambient and 750◦C temperatures, by re-melting and applying the standard ‎heat treatment due to structural modification, strength and elongation increased at both ambient ‎temperature and 750◦C. Also, with applying the standard heat treatment, failure mechanism of ‎IN738LC superalloy was transferred from brittle trans-dendritic failure to brittle inter-dendritic ‎failure with little footprints of ductile fracture.‎

    Keywords: IN738LC, Re-melting, Heat treatment, Microstructure, Strength
  • Abolfazl Rahimi * Pages 111-118
    In this study, Ag-9Pd alloy is introduced as a suitable alloy with a high luminosity for the ring production process. Initially, due to the high price of it, the amount of palladium required to achieve 100 grams of Ag-9Pd (Silvadium) alloy was calculated by the HSC Chemistry 5 software. In order to verify the calculations results, the alloy developed by coagulation casting and rapid solidification was assessed by ICP. As a result, the evaluation indicated great calculations precision. Also, the microstructure, hardness, and luminosity of the produced alloy were compared with both pure silver and Ag-4Pd alloy. The results of microscopic images depicted that Ag-9Pd alloy had smaller dendritic spaces, more homogeneous structures, as well as no defects. Raising the volume fraction of zinc-enriched PdCu and nickel-based precipitates increased the hardness based on the Orvan mechanism. Therefore, as the amount of Pd rises, the luminosity and luminosity life span of the alloy increased due to the improvement in oxidation resistance.
    Keywords: Ag-Pd, Mass, Energy Balance Calculations, Precipitates, Shine
  • Ali Yari Dehkaboudi, Rouhollah Tavakoli * Pages 119-126

    The optimal design of sprue well in of aluminum sand casting process is considered ‎in the present study. The lack of is appropriate design for this component of gating ‎system could cause filling defects such as sand erosion, oxide films and gaseous ‎bubbles trap within the melt. In this study, formerly suggested designs in the ‎literature are firstly examined and then a new optimal design, based on logical try-‎and-error using computer simulation, is introduced to avoid their limitations. The ‎performance of new design is compared to former ones by means of computer ‎simulation. Finally, to validate simulation results, experimental studies are conducted ‎using water and molten metal fluid flow in side transparent sand mold. A high speed ‎camera is employed to capture the fluid flow pattern in the transparent mold. The ‎reasonable agreement between experimental results and computational ones support ‎the validity of numerical simulation and feasibility of presented new design.‎‎

    Keywords: Optimal design, Sprue well, Sand erosion, Gaseous bubbles, Simulation