فهرست مطالب

نشریه مهندسی متالورژی و مواد
سال سی و دوم شماره 2 (بهار و تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/08/12
  • تعداد عناوین: 13
|
  • هادی نصیری*، احسان محمدی صفحات 1-9

    یکی از روش های نوین برای سنتز سریع و کم هزینه نانومواد، سنتز احتراقی در محلول است. در کار ارایه شده از نیترات های مس و آلومینیم با نقش اکسیدکنندگی و از اوره به عنوان سوخت و از گرافیت نیز برای ماده کمکی استفاده شد. آزمایش ها در 5درصد وزنی مختلف فاز آلومینا (5، 15، 25، 35 و 45) با نسبت سوخت به اکسیدکننده 25/1 انجام شد و نمودارهای دما برحسب زمان در حین انجام سنتز رسم شد و میزان مقاومت به سایش نمونه ها مطالعه شد. نتایج نشان داد در نسبت 25درصد وزنی فاز آلومینا میزان مقاومت به سایش زیرلایه مسی پوشش داده شده تا حدود 4برابر افزایش یافت. همچنین میکروساختار و فازهای تشکیل شده این پوشش با میکروسکوپ های SEM مجهز به EDS،TEM   و آنالیز XRD بررسی شد که نتایج تولید پوشش نانوکامپوزیتی مس آلومینا را در یک مرحله در اتمسفر هوا تایید کرد.

    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت مس آلومینا، احتراق محلولی، مقاومت به سایش، دمای احتراق
  • مصطفی جعفرزادگان، رضا احمدی*، محمد تلافی نوغانی، احمد میری صفحات 11-25

    در این پژوهش اتصال های غیرهم جنس مس به فولاد زنگ نزن 316 با روش قوسی تنگستن گاز و با استفاده از دو نوع فلز پرکننده مس و مونل و همچنین جوش هم جنس فولاد 316 بررسی شده است. ریزساختار با میکروسکوپ نوری، SEM و EDS بررسی شد. آزمون کشش و ضربه برای بررسی خواص مکانیکی اتصال ها انجام شد. به منظور بررسی تشکیل فاز سیگما، نمونه ها تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند. ریزساختار جوش های غیرهم جنس دارای فاز غنی از آهن و فاز مس یا غنی از مونل بود. پس از عملیات حرارتی، در نمونه غیرهم جنس هیچ فاز سیگمایی مشاهده نشد که به نظر می رسد وجود مس و نیکل به عنوان عناصر آستنیت زا در ساختار باعث جلوگیری از تشکیل فاز سیگما می شود.

    کلیدواژگان: اتصال غیرهم جنس، فولاد زنگ نزن316، مس خالص، خواص مکانیکی، فاز سیگما
  • احسان شاه محمدی، فرهاد گلستانی فرد، علیرضا میرحبیبی* صفحات 27-43

    در مطالعه حاضر با استفاده از روش محاسباتی به نام بررسی گروهی داده (group method of data handling) مدل موثر برای پیش بینی میزان پیشروی واکنش نیتریده کردن سیلیسیم به روش پیوند واکنشی، توسعه داده شده است. 2186 داده از آزمایش های انجام شده در این تحقیق و اطلاعات موجود در کار های گذشته استخراج شده است. تاثیرات مهم ترین پارامتر ها مثل زمان، دما، درصد گاز نیتروژن، اندازه قرص و اندازه ذره سیلیسیم اولیه بررسی شده است. واکنش نیتریده کردن سیلیسیم در دمای 1573 درجه کلوین انجام شد و نتایج آزمایش با مقادیر حاصل از مدل مقایسه و با استفاده از پارامترهای خطای آماری عملکرد مدل با خطای 96/0 تایید شد. همچنین عملکرد دقیق و موثر مدل GMDH در برابر مدل های تحلیلی قبلی مقایسه شد. با استفاده از آنالیز حساسیت، فشار نیتروژن با مقدار 27/0 موثرترین پارامتر در میزان نیتریده شدن تعیین شد.

    کلیدواژگان: الگوریتم، سرامیک، مدل سازی، سیلیسیم نیترید، برنامه نویسی، سینتیک، الگو، برازش
  • سید محمدعلی حقی، احد ضابط*، مصطفی میرجلیلی صفحات 45-55

    در این تحقیق، سازوکار احیای کنسانتره هماتیت-مگنتیت توسط مخلوط گرافیت-کربنات کلسیم در دمای °C1000 مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی ها نشان داد مراحل اولیه تا میانی احیاء (تا 63%) عمدتا تحت تاثیر انتقال حرارت داخل محفظه می باشد. در مراحل میانی تا پایانی فرآیند احیاء، نفوذ گازی به فصل مشترک FeO-Fe به همراه واکنش گازی شدن کربن کنترل کننده فرآیند احیاء می باشند. قبل از شروع واکنش گازی شدن کربن، نرخ احیاء نسبتا کند بوده و بر اساس نتایج آنالیز XRD، آهن فلزی تشکیل نمی شود. بررسی مقطع نمونه های احیاء شده نشان داد پیشروی فرآیند احیاء به صورت توالی شیمیایی وعمدتا از سطح بیرونی استوانه به سمت داخل می باشد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) نشان دهنده تشکیل آهن فلزی به صورت رشته های زینتر شده می باشد.

  • وحید مجاور، علی احمدپور، طاهره روحانی بسطامی*، وحید محمودی صفحات 58-69

    در این پژوهش، نانوذرات مغناطیسی مس فریت (CuFe2O4) با ساختار کریستالی اسپینل فریت (Spinel ferrite) به روش حلال گرمایی در محیط اتیلن گلیکول تهیه و برای حذف رنگ قرمز واکنشی (RR141) از محیط آبی به کمک فرایند جذب سطحی به کارگرفته شدند. مطالعه رفتار جذب سطحی RR141 در شرایط مختلف و با تغییر پارامترهای عملیاتی مانند pH محلول، مقدار نانوجاذب، زمان جذب، دمای محلول و غلظت اولیه آلاینده آلی انجام شد. ایزوترم های جذب سطحی در محدوده ppm 10-50 به دست آمدند و نتایج نشان دادند داده ها با ایزوترم لانگمویر مطابقت دارند. مطالعه سینتیک جذب نشان داد که سینتیک جذب RR141 روی سطح نانوذرات مس فریت از مدل هو تبعیت می کند.

    کلیدواژگان: نانوذرات مس فریت، خواص مغناطیسی، رنگ قرمز واکنشی 141، فرایند حلال گرمایی، ایزوترم لانگمویر
  • بهرام غضنفریان، کامران داداش نیا، سید ابراهیم وحدت* صفحات 71-82
    استفاده از پودرهای محافظ در جوشکاری زیرپودری یکی از روش های محافظت از حوضچه جوش است، در این پژوهش، تلاش بر آن است تا از سرباره کوره پاتیلی فولاد به عنوان جایگزینی برای پودر محافظ جوشکاری چدن نشکن استفاده شود. به همین منظور، سختی و حداکثر استحکام کششی چدن نشکن قبل و بعد از جوشکاری زیرپودری با پودرهای محافظ حاوی صفر تا 25 درصد وزنی گرافیت و 100 تا 75 درصد وزنی پودر سرباره کوره تصفیه پاتیلی فولاد مقایسه شده است. نتایج حاکی از این است که با افزایش مقدار پودر گرافیت در پودر سرباره کوره تصفیه پاتیلی فولاد، کیفیت جوش بهتر می شود، زیرا حداکثر استحکام کششی فلز جوشکاری زیرپودری شده به حداکثر استحکام کششی چدن نشکن شاهد نزدیک تر می شود. به علاوه، با افزایش مقدار پودر گرافیت در پودر سرباره کوره تصفیه پاتیلی فولاد، سختی فلز جوشکاری زیرپودری شده رابطه مستقیم با مقدار پودر گرافیت در پودر سرباره کوره تصفیه پاتیلی دارد.
    کلیدواژگان: سختی، حداکثر استحکام کششی، اتصال دهی، توسعه پایدار
  • زهرا جمیلی شیروان*، غلامرضا حیدری صفحات 83-94
    پس از تولید آلیاژ آمورف توده ای با ترکیب (Ti41Zr25Be28Fe6)93Cu7، ساختار، رفتار حرارتی و رفتار خوردگی آن در دو محلول مختلف، با استفاده از پراش پرتو X، میکروسختی سنج ویکرز، گرماسنج روبشی تفاضلی و پتانشیو استات مطالعه شد. آلیاژ فوق با پنج مرحله بلورینگی، رفتار حرارتی پیچیده ای نشان داد. محصول هر مرحله بلورینگی و سختی نمونه، پس از گرمایش پیوسته تا دمای پایان بلورینگی مشخص شد. این آلیاژ با دانسیته جریان خوردگی معادل 4/0 میکروآمپر بر سانتی متر مربع در محلول NaCl با غلظت 5/3 درصد گزینه مناسبی برای کاربردهای مهندسی و پزشکی است. با گرمایش آلیاژ در محدوده مذاب تحت تبرید، تغییرات نرخ خوردگی ناچیز بود و پس از آن با وقوع بلورینگی، کاهش در مقاومت به خوردگی مشاهده شد.
    کلیدواژگان: آلیاژ آمورف توده ای پایه تیتانیم، رفتار حرارتی، بلورینگی، رفتار خوردگی
  • سید مرتضی موسوی راد*، علی حسن زاده سلبوئی صفحات 95-113

    در مطالعه حاضر، فرآیند انعقاد الکتروشیمیایی (الکتروکواگولاسیون) در صنایع معدنی به منظور حذف یون آرسنیک از محلول لیچینگ باردار PLS)) کارخانه فرآوری مس، مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه ها حاصل از شبیه سازی فرآیند لیچینگ و با افزودن نمک آرسنیک سه ظرفیتی (NaAsO2) تهیه گردید. تاثیرات سه پارامتر مستقل مانند pH (X1)، زمان الکترولیز (X2)، چگالی جریان (X3) با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) بمنظور بررسی حذف آرسنیک از محلول PLS، بررسی شد. این طرح شامل 17 مجموعه آزمایش با استفاده از سیستم الکتروکواگولاسیون می باشد. در این تحقیق، طرح آزمایش باکس - بنکن در روش سطح پاسخ با سه عامل عددی در سه سطح برای بررسی اثر تعاملی متغیرهای فرآیند به منظور بررسی راندمان حذف آرسنیک از محلول لیچینگ با استفاده از روش الکتروکواگولاسیون، مورد بررسی قرار گرفت. شرایط بهینه برای فرآیند الکتروکواگولاسیون در 5/6pH:، زمان الکترولیز: 114 دقیقه و چگالی جریان الکتریکی A/m2 3/65، با راندمان حذف88/96٪ حاصل شد. نتایج نشان داد که قابلیت فرآیند الکتروکواگولاسیون به عنوان یک روش قابل اعتماد و قابل اطمینان به منظور حذف یون های فلزی بخصوص یون آرسنیک از پساب های صنایع معدنی به ویژه در کارخانجات فرآوری مواد معدنی بسیار مطلوب می باشد.

    کلیدواژگان: محلول لیچینگ باردار، انعقاد الکتروشیمیایی، آرسنیک، روش سطح پاسخ
  • حجت زامیاد، امیرحسین ابراهیمی، سمانه صاحبیان، جواد صفائی* صفحات 115-124
    قابلیت کاربری عملگرهای مرسوم همانند موتورها و ماهیچه های مصنوعی هیدرولیکی و پنوماتیکی به دلیل وزن زیاد، ابعاد بزرگ، صدای بیش از اندازه در بسیاری از حوزه ها محدود شده است. در همین راستا، در سال های اخیر بسیاری از محققین و دانشمندان تحقیقات گسترده ای جهت معرفی نسل جدیدی از عملگرهای هوشمند، ارزان قیمت، با ابعاد کوچک و سبک انجام داده اند. در این پژوهش ربات نرم با پاسخگویی سریع، با استفاده از کامپوزیت پلیمری با زمینه سیلیکونی و اتانول به عنوان سیال تغییر فازدهنده (فاز ثانویه) ساخته و رفتار حرکتی و پاسخ دمایی آن تحت دوره و سیکل های متعدد کاری بررسی شد. در اثر تحریک الکتریکی و بواسطه فشار داخلی ایجاد شده درون میکروکپسول های حاوی اتانول که به صورت تصادفی در زمینه کامپوزیت توزیع شده، در دمای تغییر فاز اتانول ، نیروی مکانیکی مورد نیاز جهت جابه جایی ربات نرم مهیا می گردد. بررسی رفتار حرکتی ربات نرم، بیانگر پاسخگویی مطلوب در روز اول و دوم کاری(به ترتیب 55/8 و 2/6 میلی متر جابه جایی) بود. هم چنین ثبت دمای سطحی و داخلی کامپوزیت، نشان دهنده پایداری دمایی ماده بوده، به طوریکه دمای سطح و هسته به ترتیب حداکثر به  48 و 81 درجه سانتی گراد رسید. هم چنین ماده در پایان دوره تحریک و در روز هفتم، حدود 11% کاهش وزن در اثر هدر رفت اتانول داشته که بیانگر عملکرد مطلوب کامپوزیت در خصوص انبارش و حفظ سیال تغییر فازدهنده است.
    کلیدواژگان: ربات نرم، رفتار حرکتی، سیال تغییر فازدهنده، سیلیکون، اتانول
  • حمید احمدی، حمیدرضا رضایی آشتیانی*، محمد حیدری صفحات 125-136
    مدل های رفتاری به عنوان ابزاری قدرتمند برای پیش بینی رفتار پیچیده ماده در شرایط پیچیده تغییر شکل استفاده می شوند. این معادلات می توانند رفتار شارشی مواد را با دقت مناسب در شرایط تغییر شکل مدل سازی و کنترل کنند. در این تحقیق یک مدل اصلاح شده از مدل رفتاری جانسون-کوک که در آن پارامترهای تغییر شکل دما، نرخ کرنش و کرنش در نظر گرفته شده است برای پیش بینی رفتار فولاد میکروآلیاژی L80 که دارای کاربرد گسترده در لوله های فولادی است، توسعه داده شده است. برای توسعه این مدل از داده های آزمون های فشار داغ تک محوره در دماهای 1373-1173 کلوین و نرخ های کرنش 1-001/0 بر ثانیه استفاده شده است. نتایج تحلیل ریزساختاری، رفتار شارشی ماده را به درستی توصیف می کند. بررسی نتایج نشان می دهد که مدل توسعه داده شده با درنظرگرفتن اثرات نرم شوندگی حاصل از دما و سخت شوندگی ناشی از کرنش و نرخ کرنش، پیش بینی مناسبی از رفتار کار داغ فولاد میکروآلیاژی ارایه کرده است و می توان از این مدل در شبیه سازی فرایندهای تولید این فولاد در دما بالا استفاده کرد.
    کلیدواژگان: معادله رفتاری، مدل جانسون-کوک اصلاح شده، تغییر شکل داغ، تنش شارش، ریزساختار
  • قاسم پیروزمنش، محمود شریفی تبار*، مهدی شفیعی آفارانی صفحات 137-148
    در این پژوهش دیواره آلیاژ اینکونل 625 با فرایند ساخت افزایشی مبتنی بر سیم و قوس تولید شد. سپس ریزساختار، سختی، خواص کششی در دمای محیط و دمای 700 درجه سلسیوس و استحکام خستگی در محدوده پرچرخه در دو راستای جوشکاری و رسوب دهی بررسی شد. مطالعات ریزساختاری نشان داد که دیواره حاوی دندریت های محلول جامد و فازهای بین دندریتی کاربید نیوبیوم، لاوه و دلتا (Ni3Nb) بود. با افزایش ارتفاع دیواره مقدار سختی از محدوده 380 ویکرز در نزدیکی زیرلایه تا حدود 300 ویکرز در بالای آن کاهش یافت. استحکام تسلیم و کششی دیواره تولیدی در راستای جوشکاری به ترتیب در حدود 6/6 و 6/8 درصد بالاتر و قابلیت تغییر طول 23 درصد کمتر از خواص دیواره در راستای رسوب گذاری به دست آمد. نتایج آزمون خستگی با نسبت تنش 1/0 نشان داد که میانگین تعداد سیکل منجر به شکست آلیاژ در راستای جوشکاری بالاتر از راستای رسوب گذاری بود. شکست نگاری نمونه ها جوانه زنی سطحی ترک خستگی را نشان داد و تولید دیواره های سالم و بدون عیب با فرایند ساخت افزایشی مبتنی بر سیم و قوس را تایید کرد.
    کلیدواژگان: اینکونل 625، خستگی سیکل بالا، ساخت افزایشی، کشش دمابالا
  • سید مرتضی حسینی، فائزه درویشیان حقیقی، سحر ملازاده*، علیرضا کیانی رشید صفحات 149-165

    در پژوهش حاضر، تاثیر مقدار و نوع کاتالیست بر روند تبلور فازی سیستم Al2O3-SiO2 مورد بررسی قرار گرفت. به منظور فرآوری ذرات از روش سل - ژل استفاده شد. ترکیب انتخاب شده جهت بررسی روند تبلور ترکیب شیمیایی مولایت استوکیومتری و یا 3Al2O3-2SiO2 بود. سل ابتدایی با استفاده از آلومینیوم نیترات نوناهیدرات (ANN)، تترااتیل اورتوسیلیکات(TEOS)، آب و اتانول تهیه گردید. ژل حاصل از این سل، ابتدا خشک شده و سپس با برنامه عملیات حرارتی خاص در بازه دمایی 900 الی 1550 درجه سانتی گراد مورد گرمایش قرار گرفت. به منظور تعیین نوع واکنش هایی که با افزایش دما در نمونه ها اتفاق می افتد، آنالیز حرارتی افتراقی (DSC/TG) انجام شد. آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) نیز با هدف تعیین تبلور فازی و یا ساختار آمورف ذرات انجام گرفت. مورفولوژی فازهای متبلور شده نیز توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی گردید. نتایج آنالیز XRD نشان داد که  مولایت تک فاز تنها در حضور مقادیر بهینه ای از کاتالیزور اسیدی یا بازی متبلور شده است. تصویربرداری توسط میکروسکوپ SEM نیز نشان داد نمونه های فرآوری شده در pH اسیدی مورفولوژی صفحه ای دارند در حالی که فرآوری در محیط بازی، منجر به تشکیل ذراتی با مورفولوژی کروی گردید. علاوه براین، نتایج به دست آمده نشان داد که نوع و مقدار کاتالیست، تاثیر قابل توجهی بر شروع روند تبلور فاز مولایت دارد.

    کلیدواژگان: سل-ژل، مولایت، کاتالیست
  • امیرحسین ابراهیمی، حجت زامیاد، جواد صفایی، سمانه صاحبیان صفحات 167-182

    ساخت ربات‌های نرم برای تقلید حرکات طبیعی موجودات زنده بااستفاده از تحریک خارجی قابل کنترل، غالبا به‌واسطه سیستم‌های تحریکی نظیر عملگرهای پنوماتیکی، هیدرولیکی، الکتریکی، مغناطیسی و حافظه‌دار انجام می‌پذیرد. در این پژوهش با الهام از ماهیچه‌های طبیعی، رباتی نرم با پاسخگویی سریع، به‌واسطه ساخت کامپوزیتی پلیمری با سیال تغییر فازدهنده به‌عنوان فاز ثانویه ساخته شد. عملگر ساخته‌شده قادر به جابه‌جایی به‌میزان 25% (کشش عضلات طبیعی)، با صرف توانی معادل با W12 می‌باشد. مشاهدات میکروساختاری بیانگر توزیع همگن فاز ثانویه درون میکروکپسول‌هایی با اندازه کمتر از m20µ در سراسر زمینه می‌باشد. ثبات دمای داخلی عملگر در بازه C60-70°، در حین دوره‌های تحریکی متوالی و دست‌یابی به میزان جابه‌جایی مطلوب، موجب کاربرد این ربات نرم در بسیاری از حوزه‌ها می‌گردد.

    کلیدواژگان: ربات نرم، ماهیچه مصنوعی، سیال تغییر فازدهنده، سیلیکون، اتانول
|
  • Hadi Nasiri *, Ehsan Mohammadi Pages 1-9

    Solution Combustion is a new and low costs method in order to synthesis nanomaterials. In the presented investigation, Copper and Aluminum nitrates, Urea and Graphite are used as oxidizer, fuel and auxiliary materials, respectively. All experiments categorized in five groups in terms of percentage of alumina (5, 15, 25, 35 and 45 wt. %) and fuel to oxidizer ratio of 1.25. Time- Temperature diagrams are plotted during reaction and wear tests carried out for all samples. Results showed, sample with 25 wt. % alumina can increase the wear resistance 4 times than non-coated copper substrate. Also, the coating microstructure were investigated by SEM equipped by EDS, TEM and XRD. The results proved synthesis of nanocomposite copper-alumina coating just in one-step.

    Keywords: Copper-Alumina Nanocomposite, Solution Combustion, Wear Resistance, Combustion Temperature
  • Mostafa Jafarzadegan, Reza Ahmadi *, Mohammad Talafi Noghani, Ahmad Miri Pages 11-25

    In this research, dissimilar joints between copper and stainless steel 316by gas-tungsten arc welding using copper and monel filler metals and also the similar welding of steel 316 have been investigated. The microstructure was studied by OM, SEM and EDS. Tensile and impact tests were done to evaluate the mechanical properties. In order to investigate the sigma phase formation, the specimens were heat treated. The microstructure of the dissimilar welds contained an iron rich and a copper or monel phase. After heat treatment, no sigma phase was observed in the dissimilar joint that it seems that the presence of copper and nickel as an austenite stabilizer elements in the microstructure prevents the sigma phase formation.

    Keywords: Dissimilar joint, Stainless steel 316, Pure copper, Mechanical properties, Sigma phase
  • Ehsan Shahmohamadi, Frahad Golestanifard, Ali Reza Mirhabibi * Pages 27-43

    In the present study, a soft computing method namely the group method of data handling (GMDH) is applied to develop a new and efficient predictive model for prediction of kinetics   silicon nitridation. 1186 data point is obtained from experimental results and other studies in literatures. Several effective parameters like time, temperature, nitrogen percentage, pellet size and silicon particle size are considered. The silicon nitridation was performed in 1573 k and results were evaluated against model results for validation of the model. The performance of the model is evaluated through statistical analysis. Furthermore, the performance and efficiency of the GMDH model is confirmed against the two most common analytical models. Using sensitivity analysis, nitrogen pressure with  0.27 was the most effective parameter in nitridation.

    Keywords: Ceramics, Modeling, Silicon nitriding, Programming, kinetics, pattern, Regression
  • Seyyed Mohammad Ali Haghi, Ahad Zabett *, Mostafa Mirjalili Pages 45-55

    In this study, the mechanism of reduction of hematite-magnetite concentrate (HMC) by graphite-calcium carbonate reductant mixture at 1000 °C was investigated. The initial and middle stages of the reduction process (up to 63%) are mainly affected by the heat transfer inside the crucible. In the middle and final stages of the reduction process, the gaseous diffusion to the FeO-Fe reaction interface and the carbon gasification by CO2 jointly controlled this progress. The reduction rate was relatively slow below the temperature at which the carbon gasification by CO2 commences. According to the XRD analysis, prior to the carbon gasification, the metallic iron was not found. The reduction of the HMC hollow cylinder proceeded topochemically mainly from the outer surface. The SEM micrographs indicated the formation of sintered iron whisker.

  • Vahid Mojaver, Ali Ahmadpour, Tahereh Rohani Bastami *, Vahid Mahmoodi Pages 58-69

    In this research, spinel ferrite (CuFe2O4) magnetic nanoparticles were synthesized by the solvothermal approach in the polyol media and used for the adsorptive removal of Reactive Red 141 (RR 141) as a model of organic dye. Batch adsorption studies were carried out for various pH values, nanoadsorbent loadings, contact times, temperatures, and initial concentrations of the organic pollutant. The adsorption isotherms were in the range of 10–50 ppm and the results fitted well with Langmuir isotherm. The sorption kinetic studies well-defined to Ho’s pseudo-second order model. This research suggests an effective low cost CuFe2O4 nanoadsorbent with a reasonably high efficiency for the removal of RR141 compound, which allows convenient recovery from aqueous media using a weak external magnetic field.

    Keywords: CuFe2O4 nanoparticles, Magnetic properties, Reactive Red 141 dye, Solvothermal process, Langmuir isotherm
  • Bahram Ghazanfarian, Kamran Dadashnia, Seyed Ebrahim Vahdat * Pages 71-82
    The use of protective powders in submerged arc welding (SAW) is one of the methods for protecting the Welding pool. In this research, it has been attempted to use ladle refining furnaces (LRF) slag as an alternative to a ductile cast iron shielding powder. For this purpose, the hardness and maximum tensile strength of the ductile iron before and after the SAW with protective powders including from 0 to 25 wt% of graphite and 100 to 75 wt% of the LRF slag powder have been compared. The results show that the welding quality is improved by increasing the amount of graphite powder in the powder of the LRF, because the maximum tensile strength of the welded metal is nearly the maximum tensile strength of the non-welded cast iron (control specimen). Also, the amount of graphite powder in the slag powder of the LRF has the straight relation with the hardness of the welding metal.
    Keywords: Hardness, UTS, Joining, Sustainable development
  • Zahra Jamili Shirvan *, Gholamreza Heidari Pages 83-94
    Structure, thermal and corrosion behavior of (Ti41Zr25Be28Fe6)93Cu7 bulk metallic glass in two different solutions were studied using X-ray diffraction pattern, Vickers micro hardness test, Differential Scaning Calorimetry and tafel polarization methods. The amorphous samples were heated up to the final temperature of crystallization.  It was revealed that the studied alloy has complex crystallization behavior including 5 steps of crystallization. Crystallized phases of each crystallization step and its hardness were identified. The studied alloy with corrosion current density of 0.4 μA/cm2 in 3.5wt % NaCl solution is a suitable candidate for engineering and biomedical applications. Heating the samples in super cooled region showed insignificant changes in corrosion rate. An obvious decrease in corrosion resistance was observed in samples heated in crystallization region.
    Keywords: Ti-based bulk metallic glass, Thermal behavior, Crystallization, Corrosion behavior
  • Seyed Morteza Moosavirad *, Ali Hasanzadeh-Sablouei Pages 95-113

    In the present study, the electrochemical coagulation process (electrocoagulation) in the mining industry to remove arsenic ions from the charged leaching solution of PLS (copper processing plant) has been investigated. Samples were obtained by simulating the leaching process by adding trivalent arsenic salt (NaAsO2). The effects of three independent parameters such as pH (X1), electrolysis time (X2), current density (X3) were investigated using the response surface methodology (RSM) to investigate the removal of arsenic from PLS solution. This design includes 17 sets of experiments using electrocoagulation system. In this study, the Box-Benken test design in the response surface method with three numerical factors at three levels was investigated to investigate the interactive effect of process variables to evaluate the efficiency of arsenic removal from leaching solution using electrocoagulation method. The optimal conditions for the electrocoagulation process were determined at pH 6.50, electrolysis time: 114 minutes and electric current density of 65.3 A/m2, with a removal efficiency of 96.88%. The results showed that the ability of electrocoagulation process as a reliable method to remove metal ions, especially arsenic ions from the effluents of the mining industry, especially in mineral processing plants is very desirable.

    Keywords: Pregnant leaching solution, Electrochemical coagulation, Arsenic, Response surface methodology
  • Hojat Zamyad, Amirhossein Ebrahimi, Samane Sahebian, Jvad Safaie * Pages 115-124
    The application of conventional actuators such as hydraulic and pneumatic motors and artificial muscles is limited in many areas due to their heavy weight, large dimensions, and excessive noise. In recent years, many researchers and scientists have conducted extensive research to introduce a new generation of smart, inexpensive, small, and lightweight operators. In this research, a soft robot with a fast response, using a polymer composite with silicon matrix and ethanol as a phase-changing fluid (secondary phase), was made. Its kinetic behavior and temperature response under several periods and working cycles were investigated. Due to the electrical actuation and the internal pressure created inside the microcapsules containing ethanol, which are randomly distributed in the composite matrix, at the ethanol phase change's temperature, the mechanical force required to move the soft robot is provided. The evaluation of soft robot dynamic operation showed optimal response on the first and second working days (8.55 and 6.2mm of displacement, respectively). Also, the external and internal temperature of the composite indicates the temperature stability of the material, which respectively reached a maximum of 48 and 81°C. Also, at the end of the actuation period on the seventh day, the material had about 11% weight reduction due to ethanol loss, which indicates the desirable performance of the composite in terms of storage and retention of the phase-changing fluid.
    Keywords: soft robot, dynamic operation, phase change fluid, Silicon, Ethanol
  • Hamid Ahmadi, Hamidreza Rezaei Ashtiani *, Mohamad Heidari Pages 125-136
    Constitutive models can be used as a powerful tool to predict the complex behavior of materials under different deformation conditions. These equations can model and control the flow behavior of materials with appropriate accuracy by considering the parameters affecting the behavior of the material. In this study, a modified Johnson-Cook model has been developed to predict the hot working behavior of L80 micro alloy steel at various deformation parameters such as temperature, strain rate, and strain. In order to develop this model, experimental data related to hot compression tests at a temperature range of 1173-1373 K and strain rates of 0.001-1 s-1 have been used. The results of the microstructure correctly describe the flow behavior of the material. The results show that the developed model, taking into account the softening effects of temperature as well as strain and strain rate hardening, provides a good prediction of the hot working behavior of micro-alloy steel and this developed model can be used to simulate the production processes of this steel at high temperatures.
    Keywords: Constitutive equation, Modified Johnson-Cook model, Hot Deformation, Flow stress, Microstructure
  • Ghasem Pirouzmanesh, Mahmood Sharifitabar *, Mahdi Shafiee Afarani Pages 137-148
    In the present study, Inconel 625 alloy walls were fabricated by wire arc additive manufacturing method. Microstructure, hardness, tensile properties at room temperature and 700 ˚C, and high-cycle fatigue strength in both welding and building directions of samples were evaluated. The microstructure of the wall contained dendritic Ni-based solid solution along with MC carbide, Laves, and delta inter-dendritic phases. Moreover, the Vickers hardness value decreased from 380 HV near the substrate to 300 HV in the top layer. Also, yield and tensile strengths along the welding direction were 6.6 and 8.6% higher and the elongation was 23% lower than the building direction, respectively. Furthermore, fatigue test results with the stress ratio of 0.1 showed that the number of cycles to failure was slightly higher in the welding direction. Fractography of the samples illustrated that all fatigue cracks initiated from the surface. This confirmed the soundness of the walls manufactured by this method.
    Keywords: Inconel 625, High-cycle fatigue, Additive manufacturing, High-temperature strength
  • Seyed Morteza Hosseini, Faezeh Darvishian Haghighi, Sahar Mollazadeh *, Ali Reza Kiani Rashid Pages 149-165

    The current study aims to investigate the effect of the type and amount of acid and base catalyst on the microstructural properties of mullite phase particles prepared by the sol-gel method (3Al2O3-2SiO2). Nona-hydrated aluminum nitrate (ANN), Tetraethyl orthosilicate (TEOS), ethanol, and water were used as starting materials. After the precise preparation method, obtained gels were dried in an inert atmosphere and heated with specific heat treatment (cycles or temperatures). DSC analysis was used to identify the proper (crystallization temperature of the particles). X-ray diffraction pattern (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) analyses were utilized to investigate the phase crystallization and morphology of the created phases, respectively. XRD analysis showed that mullite is crystallized in all samples with acidic or basic catalyst. However, based on the results, single-phase mullite crystallized only in the presence of the optimal amount of acidic or basic catalyst. According to the SEM results, the samples synthesized at acidic pH had plate-like morphology, while basic samples had spherical morphology. Furthermore, increasing the concentrations of the catalysts did not affect the morphology of the particles. However, the type and the concentration of the catalyst had an impressive effect on the crystallization of the mullite phase.

    Keywords: Sol-gel, Mullite, Catalyst
  • amirhossein ebrahimi, hojat zamyad, Javad safaie, Samane Sahebian Pages 167-182

    Manufacturing soft robots to mimic the natural movements of living organisms by controllable external stimuli required actuation systems like pneumatic, hydraulic, electrical, magnetic, and memory actuators. Inspired by natural muscles, a fast-responsive soft robot was fabricated by a polymer composite with a phase-change fluid as a secondary phase. The synthesis actuator can displace up to 25% (normal muscle tension), with a power equivalent to 12W. The microstructural observations show that the second phase is homogeneously distributed within microcapsules of less than 20 µm in size across the matrix. The stability of the internal temperature of the actuator in the range of 60-70°C during successive excitation cycles and the ability to achieve the desired amount of displacement allows the use of this soft robot in many areas.

    Keywords: soft robot, artificial muscle, phase change fluid, Silicon, Ethanol