فهرست مطالب

مواد نوین - سال دوازدهم شماره 2 (پیاپی 44، تابستان 1400)

مجله مواد نوین
سال دوازدهم شماره 2 (پیاپی 44، تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/09/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مهدی کبیری لقب، مجید بلباسی*، محمدعمار مفید صفحات 1-12

    در این تحقیق اثر شدت جریان بر مقاومت به خوردگی مقطع جوش آلیاژ Ti-6Al-4V جوشکاری شده به روش تنگستن-گاز خنثی (TIG) مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، نمونه های به ابعاد mm 50×40×3 تهیه و پس از آماده سازی سطوح به صورت دوتایی و به حالت لب به لب و تک پاس دوطرفه در محفظه تحت خلاء همراه با گاز بی اثر آرگون با شدت جریان های 70 ، 80 و 90 آمپر جوشکاری شدند. بررسی های ریزساختار منطقه فلز پایه (BM)، منطقه جوش (FZ) و منطقه متاثر از حرارت (HAZ)، با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) انجام شد. سپس به منظور بررسی خوردگی مقطع جوش نمونه های جوشکاری شده آلیاژ Ti-6Al-4V، ریشه محدوده جوش نمونه ها به روش پلاریزاسیون با دستگاه پتانسیواستات در محلول های آب دریا و NaCl % 5/3 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بررسی ها نشان داد با افزایش شدت جریان جوشکاری از 70 به 80 آمپر، اندازه دانه ها در ناحیه جوش و همچنین نرخ خوردگی ناحیه جوش در آلیاژ Ti-6Al-4V افزایش یافت. با تغییر شدت جریان از 80 به 90 آمپر، نرخ خوردگی و اندازه دانه ناحیه جوش تغییر محسوسی نداشت. با بررسی نرخ خوردگی ناحیه جوش آلیاژ Ti-6Al-4V در محلولNaCl % 5/3 نسبت به محیط آب دریا مشخص شد نرخ خوردگی آلیاژ در محلول NaCl % 5/3 بیشتر از نرخ خوردگی آن در محیط آب دریا می باشد.

    کلیدواژگان: آلیاژ Ti-6Al-4V، مقاومت به خوردگی، جوشکاری TIG، NaCl 3.5%، آب دریا
  • آرمان حسنی* صفحات 13-28

    مدل خطوط سیلان به عنوان یکی از کارآمدترین مدلها در تحلیل فرآیند فشردن در کانال های هم مقطع زاویه دار(ECAP) بر مبنای توابعی استوار است که مسیر سیلان پلاستیک مواد درون قالب را تجزیه و تحلیل می کنند. در بین توابع سیلان مختلف ، تابع جامع سیلان از بالاترین توانایی در تحلیل فرآیند ECAP برخوردار است. کلیه پارامترهای موجود در این تابع تا کنون به صورت پارامترهای ثابت در محاسبه میدان های سرعت و گرادیان سرعت درنظر گرفته شده اند. مطالعات پیشین ارتباط نسبتا خطی بین توان موجود در این تابع و موقعیت اولیه خطوط سیلان را نشان داده اند. بر این اساس در کار حاضر میدان های مذکور بر مبنای توان متغیر محاسبه گردیده و جهت بررسی تاثیر آن، نتایج تجربی به دست آمده از فرآیند ECAP با زاویه 90 درجه آلیاژ آلومینیوم AA2124 مورد استفاده قرار گرفته است. خطوط سیلان تجربی به منظور دستیابی به ارتباط خطی بین توان تابع سیلان و موقعیت اولیه خطوط، تجزیه و تحلیل گردید. متعاقبا شبیه سازی تحولات بافت کریستالی آلیاژ مذکور با استفاده از تابع جامع سیلان در دو حالت توان ثابت و متغیر انجام گرفت. مقایسه بافت های شبیه سازی شده با نتایج تجربی عملکرد بسیار مناسبتر حالت توان متغیر را نشان داد؛ به گونه ای که در مقایسه با حالت توان ثابت، انحراف در موقعیت اجزای بافت شبیه سازی شده در حالت توان متغیر در حد قابل ملاحظه ای پایین تر می باشد. با این حال تغییر در حالت توان تابع تاثیر قابل ملاحظه ای بر شدت نسبی بافت کریستالی شبیه سازی شده از خود نشان نداد.

    کلیدواژگان: فشردن در کانال های هم مقطع زاویه دار، شبیه سازی، بافت کریستالی، تابع سیلان
  • شیما پشنگه*، مرتضی علیزاده، رسول امینی صفحات 29-40

    در پژوهش حاضر نانوذرات شبه بلور پایه آلومینیومی Al72Cr17Fe11 با استفاده از روش آلیاژسازی مکانیکی و عملیات حرارتی بعدی ساخته شد. بررسی های فازی نشان دهنده ی تشکیل ساختار شبه بلور دکاگونال با اندازه نانومتر بود. در ادامه کامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویت شده با 3 درصد وزنی نانوذرات شبه بلور با استفاده از روش اتصال نوردی تجمعی (ARB) تولید گردید. بررسی های ریزساختاری و خواص مکانیکی به ترتیب با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و آزمون های ریزسختی سنجی و کشش مورد ارزیابی قرار گرفت. بررسی های ریزساختاری نشان داد که بهبود در توزیع فاز تقویت کننده ی شبه بلور در زمینه آلومینیومی کامپوزیت و همچنین بهبود اتصال بین لایه ها با افزایش سیکل های فرآیند اتصال نوردی تجمعی از 1 تا 8 سیکل فرآیند، رخ داده است. بررسی تغییرات ریزسختی نشان دهنده ی افزایش سختی با افزودن فاز تقویت-کننده نسبت به آلومینیوم خالص در محدوده ی 5/74 تا 8/105 ویکرز پس از انجام 8 سیکل فرآیند بود. منحنی های تنش-کرنش نمونه های کامپوزیتی نشان داد که استحکام کششی نمونه های کامپوزیتی و نیز انعطاف پذیری آن ها با افزایش سیکل های فرآیند اتصال نوردی تجمعی به طور پیوسته افزایش می یابد. استحکام کششی با افزایش سیکل های فرآیند از 2 تا 8 سیکل از 165 به 250 مگاپاسکال افزایش یافت. بیشینه چقرمگی (2/30 (انرژی/حجم (مگاپاسکال))) پس از سیکل 8 در نمونه ی کامپوزیتی حاصل شد.

    کلیدواژگان: فرآیند اتصال نوردی تجمعی، تغییر شکل پلاستیک شدید، نانوذرات شبه بلور، کامپوزیت زمینه آلومینیومی، خواص مکانیکی
  • فاطمه سلیمانی، ماندانا عادلی*، منصور سلطانیه، حسن ثقفیان صفحات 41-52

    در این تحقیق کامپوزیت با زمینه ترکیب بین فلزی NiAl-TiC-TiB2 با مقادیر مختلف فاز تقویت کننده سرامیکی TiC+TiB2 به صورت درجا و با استفاده از روش سنتز احتراقی خود پیش رونده (SHS) تحت فشار از مخلوط پودری فشرده نیکل، آلومینیوم، تیتانیم و کاربید بور (B4C) تولید شد. با استفاده از گرمایش سریع القایی، سنتز نمونه ها انجام شده و از الگوهای پراش اشعه ایکس (XRD) و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) همراه با آنالیز طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس (EDS) در تشخیص فازهای تشکیل شده و مورفولوژی آن ها در کامپوزیت ها استفاده شد. بررسی های میکروسکوپی نشان داد که ذرات سرامیکی TiC-TiB2 بصورت یکنواخت در زمینه ای همگن از NiAl توزیع شده است. با افزایش درصد TiC-TiB2، میزان تخلخل کامپوزیت حاصله به دلیل بهبود سینتیک تشکیل فازهای سرامیکی محصول و شدت بالای واکنش افزایش یافت و از 24 درصد حجمی برای نمونه بدون عامل تقویت کننده به 39 درصد برای نمونه دارای 15 درصد فاز سرامیکی رسید. ارزیابی خواص تریبولوژی و میکروسختی کامپوزیت تولید شده نشان می دهد که حضور توزیع مناسبی از ذرات تقویت کننده در زمینه NiAl علیرغم اثر مخرب بوجود آمدن تخلخل های ساختاری با بالارفتن درصد فازهای سرامیکی، باعث بهبود خواص مکانیکی و تریبولوژیکی می گردد. حضور فازهای TiC-TiB2 در زمینه باعث افت قابل توجه در میزان کاهش وزن در آزمون پین روی دیسک شده، همچنین میزان سختی از 497 ویکرز برای نمونه NiAl بدون ذرات سرامیکی، به 1015 ویکرز برای نمونه حاوی 15 درصد ذرات تقویت کننده افزایش یافت.

    کلیدواژگان: خواص تریبولوژی، سنتز احتراقی، سنتز خودپیشرونده دما بالا، کامپوزیت زمینه بین فلزی
  • زهرا حسینی*، آذین بابایی صفحات 53-64

    کربن یک عنصر فراوان در طبیعت و نسبتا ارزان قیمت است که می تواند هزینه ساخت سلول خورشیدی را بطور قابل توجهی کاهش دهد. در سال های اخیر ترکیبات کربنی بطور ویژه جهت استفاده در سلول خورشیدی پروسکایت مورد توجه و بررسی قرار گرفته اند. در این تحقیق، نقاط کوانتومی اکسید گرافن در سلول خورشیدی پروسکایت مسطح مورد استفاده قرار گرفته اند. بدین منظور، نقاط کوانتومی اکسید گرافن به روش هیدروترمال سنتز شده اند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری از این ذرات نشان می دهد که اندازه نقاط کوانتومی اکسید گرافن کوچکتر از 10 نانومتر می باشد. این نقاط کوانتومی سپس جهت ساخت سلول خورشیدی با ساختار ITO/GOQD/MAPbI3/Spiro-OMETAD/Ag، به روش لایه نشانی چرخشی بر روی زیرلایه اکسید قلع-ایندیوم (ITO) لایه نشانی می شوند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی و آنالیز پراش پرتو ایکس از لایه پروسکایت نشان می دهند که این لایه با ساختار کریستالی مناسب، به صورت یکنواخت و پیوسته بر روی لایه نقاط کوانتومی اکسید گرافن لایه نشانی شده است. همچنین، بررسی شدت نورتابی لایه پروسکایت لایه نشانی شده بر روی نقاط کوانتومی اکسید گرافن، در مقایسه با شدت نورتابی لایه پروسکایت بر روی ITO نشان می دهد که انتقال الکترون از لایه پروسکایت به نقاط کوانتومی اکسید گرافن بطور موثری اتفاق می افتد و در نتیجه نورتابی لایه پروسکایت در حالت مجاورت با لایه نقاط کوانتومی اکسید گرافن به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. سلول خورشیدی پروسکایت مسطح ساخته شده، عملکرد بسیار مناسبی با مشخصات جریان اتصال کوتاه (Jsc) mA/cm2 9/21، ولتاژ مدار باز (Voc) V 02/1، ضریب پرشدگی (FF) 67/0 و بازده تبدیل توان (PCE) % 15 نشان می دهد. این نتایج بیانگر ویژگی مناسب نقاط کوانتومی اکسید گرافن به عنوان ماده انتقال دهنده الکترون در سلول خورشیدی پروسکایت می باشد.

    کلیدواژگان: پروسکایت، سلول خورشیدی، اکسید گرافن، نقاط کوانتومی، ساختار مسطح
  • فاطمه همایونی، نادر ستوده*، عباس محصل، فاطمه حیدری، محمد سجادنژاد صفحات 65-82

    در این پژوهش تاثیر عوامل فلزی مانند منیزیم، آلومینیم و مخلوط منیزیم-روی بر احیاکربوترمیک دی اکسیدتیتانیم در شرایط آسیاکاری مکانیکی بررسی شد. آزمونهای آسیاکاری مکانیکی در یک آسیای سیاره ای در زمانهای گوناگون انجام شد. مخلوط های استوکیومتری از دی اکسیدتیتانیم-منیزیم-کربن، دی اکسیدتیتانیم-منیزیم-روی-کربن و دی اکسیدتیتانیم-آلومینیم-کربن بر اساس نسبت های استوکیومتری مرتبط به هر واکنش تهیه شدند. پس از پایان آسیاکاری مکانیکی هر کدام از نمونه ها، فرآیند اسیدشویی با محلول اسیدکلریدریک 2 نرمال برای از بین بردن فازهای قابل حل انجام شد. عملیات گرمایش همدما برای باقی مانده های جامد پس از اسیدشویی، در اتمسفر آرگن در دمای 1000 درجه سانتیگراد به مدت یک ساعت انجام شد. آنالیز محصولات و فازها به روش XRD و ارزیابی ریزساختار نمونه ها با میکروسکوپ SEM انجام شد. نتایج نشان داد با افزودن عامل فلزی، واکنش بین دی اکسیدتیتانیم-کربن به شدت گرمازا می شود. در مخلوط دی اکسیدتیتانیم-آلومینیم-کربن واکنش به صورت (MSR) در شرایط آسیاکاری پیش رفت و محصولات واکنش در مخلوط 5 ساعت آسیاکاری، کاربیدتیتانیم و اکسیدآلومینیم بود. اما در مخلوط های دی اکسیدتیتانیم-منیزیم-کربن و دی اکسیدتیتانیم-منیزیم-روی-کربن، واکنش احیا در نمونه های آسیاکاری از طریق اکسیدمیانی تیتانیم انجام شد. پس از گرمایش همدما نمونه های آسیاکاری از مخلوط های دی اکسیدتیتانیم-منیزیم-کربن و دی اکسیدتیتانیم-منیزیم-روی-کربن در اتمسفر آرگن، نشانه های کاربیدتیتانیم و اکسیدمیانی تیتانیم از نوع Ti2O3 دیده شد. وجود نشانه های فاز Ti2O3 نشان می هد واکنش احیای دی اکسیدتیتانیم هنگام استفاده از عامل فلزی منیزیم و یا مخلوط منیزیم-روی پس از 10 ساعت آسیاکاری کامل نمی شود.

    کلیدواژگان: آناتار، آسیاکاری مکانیکی، روتیل، کاربید تیتانیم، واکنش MSR
  • محسن مهدیزاده، حسن فرهنگی * صفحات 83-102

    تغییرات ریزساختاری و خواص مکانیکی سوپرآلیاژ IN617 کارکرده در دمای °C750 و زمان 105000 ساعت مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی از آزمایشهای متالوگرافی، SEM، TEM، استخراج فازها از زمینه، XRD و خواص مکانیکی استفاده شد. در اثر کارکرد طولانی مدت در بیشتر مرزدانه‌ها کاربیدهای پیوسته تشکیل شده و در درون دانه‌ها و مرزهای دوقلویی نیز کاربیدهای درشت تشکیل شده است. کسر سطحی کاربیدها از 5/0 درصد در نمونه‌ی کارنکرده به 5/6 درصد در نمونه‌ی کارکرده افزایش یافت. علاوه بر سه ترکیب اصلی M6C، M23C6 و Ti(C,N) در ساختار فاز γ' و به مقدار ناچیز فاز مضر دلتا شناسایی گردید. وجود فاز γ' پس از زمان کارکرد 105000 ساعت نشان دهنده پایداری خواص سوپرآلیاژ 617 است. بر اساس ابعاد ذرات γ' (4-10 نانومتر) و هم چنین مورفولوژی آنها، این فاز در مرحله انحلال قرار دارد. از 5/6 درصد کسر سطحی کاربیدها، 2/2 درصد به کاربید M6C اختصاص دارد؛ براساس بررسی ریزساختاری و نتایج آنالیز عنصری این کاربید در مرحله استحاله به کاربید M23C6 و فاز γ' قرار داشته و درصد کمی از ترکیب Ti(C,N) نیز به کاربید تبدیل شده است. وجود کاربیدهای M23C6 با ابعاد کمتر از 200 نانومتر در داخل دانه‌ها نشان‌دهنده ادامه فرایند جوانه‌زنی کاربیدها، هر چند کم است. بیش از 90 درصد مورفولوژی کاربیدها به شکل‌های شبه‌کروی و بی‌شکل بوده و باقیمانده به شکل‌های صفحه‌ای و میله‌ای شکل می‌باشند. مورفولوژی و ابعاد کاربیدهای مرزدانه‌ای و درون‌دانه‌ای نشان می‌دهند که آنها در مرحله ادغام و توده‌ای‌شدن قرار دارند. استحکام و سختی آلیاژ کارکرده بهتر از نمونه‌ی کارنکرده است؛ اما به دلیل تشکیل کاربیدهای درشت مرزدانه‌ای انرژی ضربه بیش از 75 درصد کاهش یافت. نتایج آزمایشها و ارزیابی نشان داد که سوپرآلیاژ 617 ماده مناسبی برای محدوده‌ی دمایی 800-700 درجه و زمان‌های طولانی مدت است.

    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ IN617، کارکرد طولانی مدت، تغییرات ریزساختاری، خواص مکانیکی
|
  • Mehdi Kabiri Laghab, Majid Belbasi *, Mohamadamar Mofid Pages 1-12

    In this research, the effect of current intensity on the corrosion resistance of Ti-6Al-4V alloy welded by Tungsten-inert Gas (TIG) method was investigated. For this purpose, 3 × 50 × 40 mm specimens were prepared and after preparing the surfaces, in a way but joint two-way single pass in vacuum chamber with inert argon with a flow rate of 70, 80 and 90 A were welded. Microstructural studies of base metal (BM), fusion zone (FZ) and heat affected zone (HAZ) were performed using optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). Then, in order to investigate the corrosion resistance of Ti-6Al-4V welded cross sections, the roots of the welded specimens were examined by potentiostatic polarization in seawater and 3.5% NaCl. The results showed that by increasing the welding current intensity from 70 to 80A, the grain size in the weld area as well as the corrosion rate of the weld area in Ti-6Al-4V alloy increased. By varying the flow intensity from 80 to 90A, the corrosion rate and grain size of the weld zone did not change significantly. The corrosion rate of Ti-6Al-4V alloy in 3.5% NaCl solution compared to seawater revealed that the corrosion rate of alloy in 3.5% NaCl solution is higher than its corrosion rate in seawater.

    Keywords: Ti-6Al-4V alloy, Corrosion Resistance, TiG welding, 3.5% NaCl, seawater
  • Arman HASANI * Pages 13-28

    Flow line model as an efficient model in ECAP process analysis is based on functions that evaluate the material plastic flow inside the die. Among the various flow functions, the general flow function has the highest ability in analyzing of ECAP process. All parameters of this function have so far been considered as fixed parameters in calculating velocity and velocity gradient fields. Previous studies have shown a relatively linear relationship between the power in the function and the initial position of the flow lines. Accordingly, in the present work, the mentioned fields have been calculated based on the variable power and in order to investigate its effect, the experimental results of the ECAP process with an angle of 90 degree of aluminum alloy AA2124 have been used. The experimental flow lines were analyzed to find the linear relationship between the function’s power and the initial position of the flow lines. Simulations of the texture evolution were carried out subsequently using the general flow function in both constant and variable power conditions. Comparison of the simulated textures with the experimental results showed a much better performance of the variable power mode; in such a way that compared to the constant power condition, the deviation in the position of the simulated texture components in the variable power mode is significantly lower. However, the change in the power mode of the function did not show a significant effect on the intensity of the simulated texture.

    Keywords: ECAP, Simulation, Texture, flow function
  • Shima Pashangeh *, Morteza Alizadeh, Rasool Amini Pages 29-40

    In the present study, the Al72Cr17Fe11 quasicrystal nano-powder was synthesized through mechanical alloying. Phase investigation revealed the formation of decagonal quasicrystal structure on a nanometer scale. After that, the aluminum matrix composites reinforced by 3 wt.% of produced quasicrystal powder were fabricated by using the accumulative roll bonding process. Microstructural and mechanical properties were evaluated using scanning electron microscopy and microhardness and tensile tests, respectively. Microstructural studies showed that there was an improvement in the distribution of the quasicrystalline reinforcement phase in the aluminum metal matrix composite as well as an improvement in the bonding between the layers by increasing the cycles of the accumulative roll bonding process. Investigation of microhardness changes showed an increase in hardness value by adding a reinforcing phase in comparison to pure aluminum in the range of 74.5 to 105.8 Vickers after 8 cycles. Stress-strain curves of composite specimens showed that the tensile strength of composite specimens and their elongation increase continuously with increasing cycles of the accumulative roll bonding process. Tensile strength increased between 165 to 250 MPa with increasing rolling cycles from 2 to 8. The maximum toughness (30.2 (energy/volume (MPa)) was obtained after 8 cycles.

    Keywords: Accumulative roll bonding process, Severe plastic deformation, Quasicrystal nano-particles, Aluminum matrix composite, mechanical properties
  • Mandana Adeli *, Fatemeh Soleimani, Mansour Soltanieh, Hassan Saghafian Pages 41-52

    In this research, NiAl-TiC-TiB2 composites with different contents of TiC-TiB2 were produced via the self-propagating high-temperature synthesis (SHS) process using the exothermic reactions in compressed mixtures of Ni, Al, Ti, and B4C. The synthesis of composites was performed using induction assisted heating, and the formation of phases and the morphology of reinforcing particles were studied by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) techniques, respectively. Results indicate that the TiC-TiB2 ceramic phases were successfully synthesized and dispersed throughout a NiAl matrix. By increasing the TiC-TiB2 content, the porosity in the structure gets a rising trend due to the enhancement of reaction kinetics and intensity of the reaction, and reaches from 24 Vol.% in the sample without reinforcement phases to 39% in the sample with 15% of ceramic reinforcements. Evaluation of mechanical and tribological properties of the fabricated ceramic samples shows that - although the addition of TiC-TiB2 increases the volume fraction of voids which cause destructive effects - a desirable distribution of ceramic particles within the NiAl matrix leads to improved properties for the composite. The distribution of TiC-TiB2 particles throughout the matrix results in a remarkable decrease in sample weight loss in the pin-on-disk wear test. Also, the microhardness mean values increase from 497 HV for the unreinforced NiAl sample to values up to 1015 HV for the composite sample containing 15% of reinforcing particles.

    Keywords: Combustion Synthesis, Intermetallic-matrix composites, Self-propagating high-temperature synthesis, Tribological behavior
  • Zahra Hosseini *, Azin Babaei Pages 53-64

    Carbon is cheap and abundant in nature which can significantly reduce the cost of solar cell fabrication. In recent years, carbon nanostructures have gained special attention for application in perovskite solar cells. In this research, graphene oxide quantum dots (GOQDs) have been used in a planar perovskite solar cell. For this purpose, GOQDs with sizes smaller than 10 nm were synthesized by the hydrothermal method. The GOQDs were spin coated on ITO to make a planar n-i-p perovskite solar cell with the structure ITO/GOQD/MAPbI3/Spiro-OMETAD/Ag. The absorption spectrum of the GOQDs shows no overlap with absorption band of the MAPbI3 perovskite layer. Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analysis show that a uniform film of crystalline MAPbI3 perovskite has been formed on the GOQD layer. The best device performance achieved in this research for the planar perovskite solar cell is as follows: Jsc=21.9 mA/cm2, Voc=1.02 V, FF=0.67 and PCE=15%.

    Keywords: Perovskite, Solar Cell, Graphene oxide, Quantum Dot, Planar Structure
  • Fatemeh Homayooni, Nader Setoudeh *, Abbas Mohassel, Fatemeh Heidari, Mohammad Sajjadnejad Pages 65-82

    The effect of metallic agents such as aluminium, magnesium and mixture of magnesium-zinc was studied on the carbothermic reduction of titanium dioxide in this research under mechanical milling. The mechanical milling runs were done in a planetary ball mill in different times. The stoichiometric mixtures of TiO2-Mg-C, TiO2-Mg-Zn-C and TiO2-Al-C were prepared based on stoichiometric ratios for each reaction. The acid washing process using 2 N HCl solution was done to remove the soluble phases after finishing mechanical milling of each sample. The isothermal heating was done at temperature of 1000 ºC for one hour for solid residues of acid washing under flowing of argon atmosphere. The analysis of products and phases was done using XRD and the microstructure of samples studied by SEM. The results showed the reaction between titanium dioxide and carbon would be exothermic after the adding metallic agent. The reaction progresses via MSR mode for the mixture of TiO2-Al-C in milling conditions and the products were titanium carbide and alumina in the 5 h milled sample. The reduction reaction however progressed via intermediate titanium dioxide in the milled samples for mixtures of TiO2-Mg-C and TiO2-Mg-Zn-C. The signs of titanium carbide and intermediate titanium oxide such as Ti2O3 were observed in the milled mixtures of TiO2-Mg-C and TiO2-Mg-Zn-C after isothermal heating under argon atmosphere. The signs of Ti2O3 phase reveal that the reduction reaction of titanium dioxide does not complete after 10 h milling when metallic agents such as magnesium and/or magnesium-zinc mixture are used.

    Keywords: Anatase, Mechanical milling, MSR reaction, Rutile, Titanium Carbide
  • mohsen mehdizadeh, Hasan Farhangi * Pages 83-102

    The microstructural evolutions and mechanical properties of the IN617 superalloy aged at 750°C for 105000 hours were investigated. Microstructural examinations were carried out by optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD). Microstructural evaluations shows that continuous carbides have been formed in all grain boundaries and large carbides have been formed within the grains and twin boundaries, due to long-term aging at high temperature. The volume fraction of carbides increases from 0.5% in the as-received plate to 6.5% in the aged sample. In addition to the three main compounds of M6C, M23C6 and Ti(C,N), the γ' phase and a small amount of harmful δ phase have been identified in the aged specimen. The stability of mechanical properties at high temperature is attributed to the presence of γ' phase after 105000 hours of aging. Based on γ' particles sizes (4-10 nm) as well as their morphology, this phase is in the dissolution stage after 105000 hours. Furthermore, M6C is in the transformation stage to M23C6 carbide and γ' phase, and a small amount of Ti(C,N) has been transformed to carbide. The presence of M23C6 carbides with dimensions less than 200 nm inside the grains indicates that the nucleation process of carbides continues. More than 90% of the carbides have spherical, quasi-spherical and irregular morphologies, and the rest are plate-like and rod-shaped. The morphology and size of the carbides formed at grain boundaries and intragranular regionsindicate that they are in the process of dissolution and agglomeration. The strength and hardness of the aged alloy is better than the as-received plate; However, due to the formation of large carbides in the grain boundaries, the impact energy of the aged alloy has been reduced by more than 75% as compared to the as-received plate. The results shows that IN617 is a suitable alloy for the long-term services at temperature range of 700-800°C .

    Keywords: IN617 superalloy, Long-term service, Microstructural characteristics, Mechanical properties