فهرست مطالب

مهندسی ساخت و تولید ایران - سال نهم شماره 6 (شهریور 1401)

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال نهم شماره 6 (شهریور 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/09/14
  • تعداد عناوین: 6
|
  • الهه منصوری، حمید خرسند* صفحات 1-10
    برخی از آلیاژهای مدرن، مانند آلیاژهای با آنتروپی بالا (HEAs)، به دلیل طیف وسیعی از خواص و کاربردهایشان، با شتاب بیشتری در حال پیشرفت هستند. آلیاژهای انتروپی بالا را می توان بوسیله عملیات متالورژی متنوع تهیه کرد، اما آلیاژسازی مکانیکی به دلیل افزایش حلالیت جامد، ساختار نانو کریستالی، همگنی بیشتر و انجام فرآیند در دمای اتاق یکی از ساده ترین، مقرون به صرفه ترین روش ها در نظر گرفته می شود. در این پژوهش از روش سنتز آلیاژسازی مکانیکی استفاده شده و با در نظر گرفتن روابط ترمودینامیکی، محصول آلیاژسازی مکانیکی صحت سنجی شده است. محصولات آسیاب شده و فازهای محلول جامد، شناسایی و بوسیله میکروسکپ الکترونی روبشی پراکندگی عناصر در نقاط مختلف بوسیله تصاویرمیکروسکپی نشان داده شده است. همچنین آنالیز پراش اشعه ایکس در کلیه مراحل آلیاژسازی مکانیکی تا 50 ساعت با استفاده از عامل کنترل کننده فرآیند مایع، نشان می دهد که آلیاژ سازی در زمان 20 ساعت بوقوع پیوسته است. اندازه کریستالی با استفاده از رابطه شرر محاسبه و کرنش شبکه اندازه گیری شده که به ترتیب 5 نانومتر و 1.9درصد براورد شده است.
    کلیدواژگان: آلیاژهای آنتروپی بالا، آلیاژسازی مکانیکی، نانوساختار، عامل کنترل فرآیند
  • مصطفی حسینی واجاری، حسین مرادی نسب، مرتضی بهزادنسب*، محمود نیکخواه شهمیرزادی، مجید سلطانی صفحات 11-23
    ساختارهای سلول باز، ساختارهای سلولی معماری شده ای با یک هندسه تناوبی تعیین شده می باشند. پیله کرم ابریشم می تواند به عنوان یک ساختار طبیعی جهت طراحی سلولهای ساختار باز مورد استفاده قرار گیرد.پیله ابریشم از یک ساختار سلسه مراتبی با عملکرد چندگانه تشکیل شده است که طی میلیون ها سال جهت ایجاد شرایط بهینه برای دگردیسی و حفظ جان حشره در مقابل شکارچیان تکامل یافته است. در این مقاله با الهام گیری از ساختار حلقه اینفینیتی که توسط کرم ابریشم در ساخت پیله بکار می رود، ساختارهایی سلول باز، جهت بررسی خواص مکانیکی طراحی شد. به این منظور براساس فرمول ماکسول در طراحی ساختارهای سلول باز میله ای، نمونه های مختلف تشکیل شده از میله های مستقیم و یا ساختار دارای حلقه اینفینتی با پارامترهای متفاوت با استفاده از روش چاپ FDM ساخته شد. پس از ساخت قطعات، آزمون تنش کششی محوری بر روی نمونه ها انجام گرفت. نتایج بدست آمده نشان داد که ساختارهای سلولی طراحی شده براساس حلقه های بکار رفته در پیله کرم ابریشم بصورت تک لایه غیر ایزوتروپیک بوده و رفتار مکانیکی متفاوتی در جهات مختلف از خود نشان می دهند. اگرچه ساختارهای سلولی اینفنیتی از مدول کششی و استحکام کمتری برخوردارند اما کرنش الاستیک بزرگتر و روند تدریجی شکست و در نتیجه تبدیل مدول کششی به خمشی در این ساختار از مزایای مهم آنها به حساب می آید که در کاربردهای مختلف مانند ساندویچ پنل های ساختمانی که وظیفه تحمل بار را ندارند، می توانند مورد توجه قرار بگیرند.
    کلیدواژگان: ساختار سلولی، ساندویچ پنل، ساختار اینفینیتی، چاپ سه بعدی، خواص مکانیکی
  • رضا برازنده، محمد عمار مفید*، مجید بلباسی، مصطفی جعفرزادگان، حسن فدایی صفحات 24-35

    کاربرد روش لحیم کاری نفوذی جهت اتصال دهی سوپرآلیاژ نایمونیک 105 با اسنفاده از لایه واسط BNi-2 مورد بررسی قرارگرفت. فازهای ایجاد شده طی فرایند لحیم کاری در ناحیه متاثر از نفوذ، ناحیه انجماد همدما و ناحیه انجماد غیردمایی مورد مطالعه قرارگرفت. رسوبات مشاهده شده در ناحیه متاثر از نفوذ عمدتا از جنس بورایدهای غنی از Ni-Cr-Mo بودند. در ناحیه انجماد همدما، محلول جامد γ عاری از رسوبات یا فازهای ثانویه تشکیل شد. در ناحیه انجماد غیردمایی، علاوه بر محلول جامد γ، بورایدهای غنی از نیکل و نیز ترکیبات بین فلزی غنی از کروم تشکیل شد. نتایج سختی سنجی حاکی از آن بود که در زمان های لحیم کاری طولانی تر (60 و 240 دقیقه)، به واسطه انحلال و کنترل تشکیل ترکیبات مضر بین فلزی، فصل مشترک همگن تری حاصل می گردد. بالاترین میزان استحکام و درصد ازدیاد طول، به ترتیب MPa 5/92 و %19 برای نمونه ای به دست آمد که زمان لحیم کاری آن 60 دقیقه بود. این استحکام و درصد ازدیاد طول بالا، به خاطر عدم تشکیل ترکیبات و فازهای مضر در ناحیه انجماد غیردمایی و در عین حال عدم وجود فرصت کافی برای رشد دانه ها حاصل گردید.

    کلیدواژگان: لحیم کاری سخت، نایمونیک 105، سوپرآلیاژ، ریزساختار، استحکام برشی
  • علیرضا باقری بمی، فرهنگ هنرور* صفحات 36-48
    در کاربردهای پزشکی و صنعتی اطلاع از خواص مکانیکی قطعات از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از موثرترین روش ها برای اندازه گیری خواص الاستیک قطعات روش آزمون غیرمخرب فراصوتی است. در این مقاله، اندازه گیری خواص الاستیک قطعاتی که با فرایند ساخت افزایشی ذوب رسوبی ساخته شده اند، با استفاده از آزمون فراصوتی انجام خواهد شد. بدین منظور قطعه ای با هندسه ای خاص از جنس پلیمر PLA به روش ساخت رشته رسوبی (FFF) ساخته می شود و سرعت موج در جهت های مختلف این قطعه اندازه گیری می شود. با فرض اینکه نوع ناهمسانگردی در این قطعه ساختار اورتوتروپیک با نه ثابت الاستیک است، ضرایب الاستیک قطعه بر اساس سرعت های اندازه گیری شده محاسبه می شود. سپس با وارون سازی تانسور الاستیک، ضرایب الاستیک مهندسی از جمله مدول یانگ، نسبت پواسون و مدول برشی قطعه نیز به دست می آیند. با بررسی دقیق ضرایب الاستیک اندازه گیری معلوم شد که نوع ناهمسانگردی ساده تر از ساختار اورتوتروپیک است و بدین جهت ناهمسانگردی شش وجهی (همسانگردی عرضی) با پنج ثابت الاستیک روی آن بررسی شد. نتایج نشان داد که ناهمسانگردی قطعه ساختار شش وجهی است. آزمون کشش نیز روی نمونه هایی از این ماده در جهت های مختلف انجام و نتایج آن با نتایج آزمون فراصوتی مقایسه و نشان داد که نتایج آزمون های فراصوتی و کشش تطابق دارند. برای تکمیل بحث، خواص دیگر آکوستیکی قطعه، از جمله تضیعف و امپدانس صوتی نیز در جهت های مختلف اندازه گیری و ارزیابی شد. روش فراصوتی معرفی شده در این مقاله می تواند برای تعیین اندازه گیری خواص الاستیک قطعات ناهمسانگرد ساخت افزایشی به کار رود و تغییرات احتمالی به وجود آمده در خواص الاستیک این قطعات را با دقت تشخیص دهد.
    کلیدواژگان: ساخت افزایشی، ساخت رشته ذوبی، امواج فراصوتی، تانسور الاستیسیته، تضعیف موج
  • مجید بلباسی* صفحات 49-58

    آلیاژهای حافظه دار NiTiHf برای کاربردهای صنعتی در دمای بالا بدلیل دمای استحاله بالا و پایداری حرارتی و قیمت پایین تر، بسیار مورد توجه می باشد. البته خواص حافظه داری آنها از آلیاژهای دوتایی NiTi کمتر می باشد. راه حل این مشکل افزایش استحکام آلیاژ جهت جلوگیری از وقوع تغییرشکل پلاستیکی ناشی از لغزش می باشد. یکی از راه های بهبود خواص حافظه داری انجام عملیات ترمومکانیکی می باشد. در این پژوهش آلیاژ Ni50Ti40Hf10 در کوره قوس تحت خلا آلیاژسازی و ریخته گری شد. سپس آزمون کشش گرم بر روی نمونه ها با نرخ کرنش s-1 0.01 در دماهای 800، 900، 1000 و 1100 درجه سانتیگراد انجام شد. همچنین نمونه ها در دمای 1000 درجه سانتیگراد با کاهش ضخامت های 10، 15، 20 و 30 درصد نورد گرم شدند. جهت بررسی خواص حافظه داری و تعیین میزان کرنش بازیابی و نسبت بازیابی با استفاده از آزمون خمش کرنش های اعمالی 2.6 تا 6به روی نمونه ها اعمال شد. نتایج آزمون کشش گرم نشان داد که دمای 1000 درجه سانتیگراد به دلیل مناسب بودن میزان شکل پذیری آلیاژ برای انجام نورد گرم قابل قبول می باشد. حداکثر کرنش بازیابی در نمونه ریختگی 5.7 با نسبت بازیابی 88 درصد بود. با اعمال 10 درصد نورد گرم، میزان کرنش بازیابی و نسبت بازیابی به 5.8 و 92 افزایش یافت و در ادامه با اعمال20 درصد نورد این مقادیر به 5.9 و 94 افزایش یافت. تشکیل دانه های یکنواخت و هم محور در ریزساختار نمونه-ها حاکی از وقوع تبلور مجدد دینامیکی می باشد که منجر به افزایش میزان کرنش بازیابی گردید.

    کلیدواژگان: آلیاژهای حافظه دار NiTiHf، نورد گرم، کشش گرم، کرنش بازیابی، نسبت بازیابی
  • امین صفرآبادی، وحید طهماسبی*، امین سوسن آبادی فراهانی، مجتبی ذوالفقاری صفحات 59-69
    کامپوزیت های زمینه فلزی (MMC) دارای مدول الاستیک، چقرمگی و شکل پذیری بالاتری نسبت به فلز پایه هستند و کاربرد فراوانی در بسیاری از صنایع مختلف، دارند. این مواد دارای ویژگی های عالی مانند وزن سبک، نسبت مقاومت به وزن زیاد، سختی خاص بالا، هدایت حرارتی بالا و مقاومت در برابر سایش خوب هستند. به دلیل سختی بالا، ماشین کاری این مواد توسط فرآیندهای معمول ماشین کاری بسیار دشوار است. ماشین کاری تخلیه الکتریکی (EDM) یکی از فرآیندهای ماشین کاری پیشرفته است که می توان از آن برای ماشین کاری کامپوزیت های زمینه فلزی استفاده کرد. آزمایش های مربوط به تحقیق حاضر با استفاده از روش طراحی آزمایش ها (DOE) و روش سطح پاسخ (RSM) مدل سازی گردیده و اثر پارامترهای شدت جریان تخلیه، زمان روشنی پالس و زمان خاموشی پالس در فرآیند براده برداری ماشین کاری تخلیه الکتریکی ماتریس زمینه فلزی آلیاژ AZ91 منیزیم تقویت شده با 5 درصد ذرات کاربید سیلیسیوم پودری، بر روی نرخ براده برداری و صافی سطح قطعه کار، مورد مطالعه قرار گرفته و بهینه سازی شده است. جریان پیک تخلیه، تنها فاکتور موثر بر روی نرخ براده برداری است و بیشترین نرخ براده برداری در زمان روشنی پالس 300 میکرو ثانیه، جریان 17.5 آمپر و زمان خاموشی پالس 40 میکرو ثانیه به اندازه 542 میلی گرم بر دقیقه، قابل دست یابی است. پارامترهای زمان روشنی پالس، جریان تخلیه و اثر متقابل زمان روشنی پالس و جریان پیک تخلیه از فاکتورهای موثر بر زبری سطح قطعه کار هستند. کمترین میزان زبری سطح قطعه کار، در زمان روشنی پالس 100 میکرو ثانیه و جریان پیک تخلیه 5 آمپر به اندازه 9.55 میکرون متر است.
    کلیدواژگان: ماشین کاری تخلیه الکتریکی، کامپوزیت زمینه منیزیومی، نرخ براده برداری، زبری سطح
|
  • Elahe Mansouri, Hamid Khorsand * Pages 1-10
    Some modern alloys, such as high entropy alloys (HEAs), are rapidly emerging due to their wide range of properties and applications. HEAs can be prepared from many metallurgical operations, but mechanical alloying is one of the simplest, most economical, and popular due to the increase in solid solubility, nanocrystalline structure, greater homogeneity, and performing the process at room temperature. The most suitable methods are considered. The method of synthesis of this category of alloys in this research is mechanical alloying, and using thermodynamic relations, the product of mechanical alloying has been validated. Milled products and solid solution phases, identified and by scanning electron microscope, the distribution of elements at different points is shown by MAP images. Also, XRD analysis in all stages of mechanical alloying up to 50 hours using liquid process controller shows that alloying is continuous in 20 hours. The crystal size was calculated using Scherer's relationship and the measured lattice strain was estimated to be 5 nm and 1.9%, respectively.
    Keywords: High-entropy alloys, mechanical alloying, Nanostructures, PCA
  • Mostafa Hosseini Vajari, Hossein Moradi Nasab, Morteza Behzadnasab *, Mahmoud Nikkhah Shahmirzadi, Majid Soltani Pages 11-23
    Open cell structures are architectural cell structures with a determined periodic geometry that can be designed parametrically based on mathematical models or simulations of nature. The silkworm cocoon can be used as a natural structure to design open structure cells. The silk cocoon consists of a hierarchical structure with multiple functions, which have evolved over millions of years to create optimal conditions for metamorphosis and preserving the life of the insect against Predators. In this article, inspired by the infinite loop structure used by silkworms in making cocoons, open cell structures were designed to investigate mechanical properties. For this purpose, based on Maxwell's formula in the design of rod open cell structures, different samples consisting of straight rods or infinity ring structures with different parameters were made using FDM 3D printing method. After manufacturing the parts, the axial tensile stress test was performed on the samples. The obtained results showed that the cell structures designed based on the rings used in the silkworm cocoon are non-isotropic single layers. Although the infinite cell structures have a lower tensile modulus and strength, the larger elastic strain and the gradual process of failure, and as a result, the conversion of the tensile modulus to bending in this structure, is considered one of their important advantages, which are used in various applications such as building sandwich panels that bear the duty They don't have the burden, they can be noticed.
    Keywords: Cellular structure, Sandwich Panel, infinity structure, 3D Printing, Mechanical properties
  • Reza Barazandeh, Mohammad Ammar Mofid *, Majid Belbasi, Mostafa Jafarzadegan, Hasan Fadaei Pages 24-35

    The applicability of the diffusion brazing technique for joining Nimonic105 superalloy using a BNi-2 interlayer was assessed. The phases formed during the brazing process in the isothermally solidified zone (ISZ), athermally solidified zone (ASZ) and diffusion affected zone (DAZ) were studied. The formation of Ni-Cr-Mo boride precipitates in DAZ was determined in this region. The ISZ was a precipitation-free zone, mainly consisting of gamma solid solution. ASZ contains the matrix solid solution of gamma-nickel, Ni-rich boride, and Cr-rich boride and Cr-rich intermetallic compounds. The investigation confirms higher bonding time (60 and 240 min) led to a more uniform hardness profile across the joint and a more homogenous interface region via dissolution of intermetallic phases. The highest shear strength and ductility of the brazed joint can be up to 92.2 MPa and 19%, respectively for the bonding time of 60 min. This high strength and ductility can be attributed to the control of formation of deleterious intermetallic compounds in ASZ and at the same time limited time for grain growth.

    Keywords: Brazing, Nimonic105, Super alloy, Microstructure, Shear strength
  • Alireza Bagheri-Bami, Farhang Honarvar * Pages 36-48
    Mechanical properties of engineering components are of importance in medical and industrial applications. Ultrasonic nondestructive testing is one of the most effective methods for assessing the elastic properties of materials. The purpose of this paper is to evaluate the elastic properties of components made by fused filament fabrication (FFF) additive manufacturing process by using ultrasonic waves. This is accomplished by fabricating a test specimen with a predetermined geometry from PLA polymer by FFF process. The ultrasonic wave velocity is then measured in this test specimen along different directions. The elastic coefficients of the specimen are then calculated from the measured wave velocities by assuming orthotropic structure for the specimen. The engineering elastic coefficients, such as Young's modulus, Poisson's ratio, and shear modulus are also found by inversing the elastic tensor. Considering that some of the measured elastic constants of this material were almost identical, the hexagonal that was simpler than orthotropic. Based on the results, it can be concluded that the sample has hexagonal anisotropy. The tensile testing results obtained from tensile samples made from the same material were compared with ultrasonic test results and were in agreement. Other acoustic properties of this material such as sound attenuation and acoustic impedance were also measured and discussed. It is concluded that the ultrasonic method is very efficient in measuring the elastic properties of polymer components manufactured by FFF process and can be used for determination of changes in elastic properties of the material due to variations in the process parameters.
    Keywords: Additive Manufacturing, Fuses Filament Fabrication (FFF), Ultrasonic waves, Elasticity tensor, wave attenuation
  • Majid Belbasi * Pages 49-58

    NiTiHf high temperature shape memory alloys are highly popular for high temperature industrial applications due to their high transformation temperature, thermal stability and lower cost. However, they have weaker shape memory properties than NiTi binary alloys. The solution to this problem is to increase the strength of the alloy in order to prevent plastic deformation caused by slipping. Thermomechanical treatment is a method to improve the recovery strain. In this research, the Ni50Ti40Hf10 shape memory alloy was cast by vacuum arc melting and then the hot tensile test was performed on the samples with a strain rate of 0.01 s-1 at 800, 900, 1000 and 1100 C, also specimens were hot- rolled at 1000 C with a reduction of thicknesses by 10, 15, 20 and 30%. To determine the amount of recovery strain and recovery ratio by bending test strains of 2.6 to 6 were applied to the samples. The results of the hot tensile test showed that the temperature of 1000 C is acceptable for hot rolling due to the suitable ductility of the alloy. The maximum recovery strain in the cast sample was 5.7 with a recovery ratio of 88%. By applying 10% of hot rolling, the recovery strain and recovery ratio increased to 5.8 and 92 respectively, while after 20% of rolling, these values increased to 5.9 and 94. The formation of uniform and coaxial grains in the microstructure of the samples indicated the occurrence of dynamic recrystallization, which led to an increase in the recovery strain.

    Keywords: NiTiHf shape memory alloys, hot rolling, hot tensile, Recovery strain, recovery ratio
  • Amin Safarabady, Vahid Tahmasbi *, Amin Sousanabadi Farahani, Mojtaba Zolfaghari Pages 59-69
    Metal matrix composites (MMCs) have higher modulus of elasticity, toughness and ductility than base metal and are widely used in many different industries. These materials have excellent properties such as light weight, high resistance to weight ratio, high specific hardness, high thermal conductivity and good abrasion resistance. Due to the high hardness, machining of these materials by conventional machining processes is very difficult. Electrical discharge machining (EDM) is an advanced machining process can be used to machining metal matrix composite. Experiments related to the present study were modeled using Design Of Experiments (DOE) and Response Surface Methodology (RSM) and the effect of parameters of discharge current intensity, pulse on time and pulse off time in the machining process of electric discharge machining of AZ91 alloy metal matrix composite Magnesium reinforced with 5% silicon carbide powdered particles has been studied and optimized on the material removal rate and surface roughness of the workpiece. The discharge peak current is the only factor affecting the material removal rate and the highest material removal rate can be achieved at pulse on time 300 µs, discharge peak current 17.5 A and pulse off time 40 µs as much as 542 mg/min. the parameters of pulse on time, discharge peak current and Interaction effect of pulse on time and discharge peak current are the factors affecting the surface roughness of the workpiece. The minimum surface roughness of the work piece is 9.55 µm in the pulse on time 100 µs and discharge peak current 5 A.
    Keywords: Electrical Discharge Machining, Metal matrix composites magnesium, Material removal rate, Surface roughness