فهرست مطالب
مجله مهندسی متالورژی
پیاپی 83 (پاییز 1400)
- تاریخ انتشار: 1401/08/21
- تعداد عناوین: 7
-
-
صفحات 170-181
در این مقاله ویژگی های ساختاری، الکترونی، اپتیکی، دینامیکی و ترمودینامیکی ترکیب CuSbTe2 با استفاده از بسته محاسباتی کوانتوم اسپرسو با تقریب های LSDA و GGA در چارچوب نظریه تابعی چگالی انجام شده است. چگالی حالت های الکترونی سطح فرمی را قطع می کند که نشان دهنده رفتار فلزی این ترکیب است. قله هایی که در نمودار چگالی حالت ها در بازه انرژی از صفر تا 2 الکترون ولت وجود دارد ناشی از همپوشانی اربیتال های p اتم تلوریم و اربیتال s اتم آنتیموان است. برای ترکیب CuSbTe2 خواص دینامیکی مانند نمودار پاشندگی فونونی و چگالی حالت های فونونی و ویژگی های ترمودینامیکی مانند ظرفیت گرمایی ویژه در حجم ثابت و آنتروپی محاسبه شده اند. ظرفیت گرمایی در حدود دمای اتاق به R48 می رسد و در دماهای بالا ثابت است که سازگاری خوبی با تجربه دارد. عدم وجود بسامد های فونونی منفی نشان دهنده پایداری این ترکیب است. در نمودار سهم موهومی تابع CuSbTe2 مشاهده می شود در راستاهای x، y و z سهم موهومی تابع دی الکتریک فاقد گاف اپتیکی است و در انرژی صفر مقدار گاف اپتیکی صفر نبوده و دارای مقادیر 2، 5 و 4 به ترتیب در راستاهای x، y و z است. همچنین خواص ترموالکتریکی مانند ضریب سیبک برای این ترکیب بر حسب دما محاسبه شده است که در دمای اتاق (K 300) مقدار آن 5/5 میکروولت بر کلوین است.هیچ داده نظری و تجربی برای مقایسه خواص مختلف این ترکیب در دسترس نیست.
کلیدواژگان: نظریه تابعی چگالی، CuSbTe2، خواص ترموالکتریکی، ظرفیت گرمایی، بسامدهای فونونی، ضریب سیبک -
صفحات 182-194هدف از این پژوهش مطالعه بررسی رفتار کارداغ فولاد خوش تراش 60SPb20 در شرایط آزمایش فشاری دمای بالا و یافتن روابط کمی تنش سیلان با پارامترهایی مثل نرخ کرنش و دما بر پایه مدل آرنیوسی است. بدین منظور آزمایش های فشار روی نمونه های استاندارد از آلیاژ، در بازه دمایی 800 تا oC 1050 و در نرخ کرنش 001/0 تا s-1 1 انجام شد. در آزمایشات فشار ضمن استفاده از روانکار دمای بالا، اثر اصطکاک بر تنش سیلان به کمک مدل اصلاحی حذف و منحنی های سیلان بدست آمده برای محاسبات مورد استفاده قرار گرفت. نتایج بدست آمده از منحنی های حاصل از آزمایش فشار داغ و بررسی های ریزساختاری نشان داد مکانیزم تبلور مجدد دینامیک باعث رخ دادن پدیده نرم شدن در دمای های بالا برای این فولاد است. در ضمن معادلات بنیادین فشار داغ با استفاده از پارامتر زنر- هولمن برای این فولاد تعیین شد. نتایج تغییرات تنش سیلان بر حسب دما در نرخ کرنشهای مختلف نشان داد انرژی فعال سازی تغییر شکل داغ برای فولاد خوش تراش 60SPb20، حدود kJ/mol 434 است. تفاوت بین این مقدار بدست آمده با فولادهای دیگری همچون فولاهای کم کربن و کربن متوسط و فولادهای ابزار و غیره تحلیل شد. نهایتا با محاسبه ثوابت لازم برای آلیاژ مذکور، رابطه تنش سیلان با پارامتر زنر- هولمن که برای پیش بینی رفتار تغییر شکل داغ در نرخ کرنش های بالاتر مورد استفاده است، تعیین شد.کلیدواژگان: فولاد خوش تراش 60SPb20، رفتار فشار داغ، پارامتر زنر- هولمن، تبلور مجدد دینامیکی
-
صفحات 195-205در تحقیق حاضر، ذرات کاربید تیتانیم با استفاده از نمک مذاب KCl-LiCl و واکنشگرهای تیتانیم عنصری و کربن سیاه سنتز شد. بررسی تاثیر دماهای oC 815، 880 و 950 بر سنتز کاربید تیتانیم با استفاده از آنالیز پراش پرتوی ایکس نشان داد ترکیبهای مختلفی در حین گرمایش نمونهها تشکیل میشود که از آن جمله میتوان به اکسید تیتانیم، کلرید تیتانیم و کاربید تیتانیم غیرموازنهای اشاره کرد. با توجه به آنالیز وزن سنجی گرمایی (Thermogravimetric analysis) از نمونه شامل پودر تیتانیم مشخص میشود اکسیداسیون بخشی از تیتانیم از دمای oC 557 حتی در محیط شامل گاز آرگون آغاز شده که امری اجتناب ناپذیر است. در حضور یون کلر و کربن، اکسید تیتانیم تشکیل شده احیا میشود و در نهایت در دمای oC 950 اثری از اکسید تیتانیم در الگوی پراش وجود ندارد. آنالیز کمی روی الگوهای پراش نشان میدهد که خلوص فاز کاربید تیتانیم سنتز شده بیش از 99 درصد است. کلرید تیتانیم به عنوان یک ترکیب میانی در دماهای بالا وجود ندارد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (Scanning electron microscopy) به همراه طیف سنجی پراش انرژی پرتوی ایکس (Energy dispersive X-ray spectroscopy) و همچنین الگوهای پراش نشان داد قبل از تشکیل کاربید تیتانیم موازنهای ابتدا ترکیب غیرموازنهای کاربید تیتانیم تشکیل میشود. بررسی تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (Transmission electron microscopy) از محصول نهایی و مقایسه آن با شکل واکنشگرهای اولیه نشان داد که سازوکار سنتز به صورت رشد الگودار است.کلیدواژگان: نمک مذاب، کاربید تیتانیم، سازوکار سنتز، رشد الگودار، کاربید تیتانیم غیر موازنه ای
-
صفحات 206-215
در این تحقیق به بررسی تاثیر مس بر ریزساختار و خواص مکانیکی بیوآلیاژZn-Cuپرداخته شده است.عملیات ترمومکانیکی اکستروژن به منظور بهبود ریزساختار و خواص مکانیکی بر آلیاژهای با درصدهای مختلف مس صورت گرفت. فرآیند اکستروژن با سرعت2 میلیمتر بر دقیقه و در دمای°C240 و با نسبت اکستروژن 5 به 1 انجام شد. به منظور بررسی تاثیر مس بر خواص کششی آلیاژ مذکور نظیر استحکام تسلیم، استحکام کشش و درصد ازدیاد طول نسبی، نمونه های اکسترود شده تحت آزمایش کشش تک محور در دمای اتاق قرار گرفتند. نتایج آزمایش کشش نشان داد که بیشترین مقدار استحکام تسلیم MPa215، استحکام نهاییMPa 234 و ازدیاد طول نسبی% 46 مربوط به آلیاژ Zn-3.5Cu بوده است که معیارهای طراحی کلی برای استنت های قلبی عروقی را برآورده می کند. تصاویر ریز ساختار حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که با افزایش غلظت مس، فازCuZn5 بیشتری رسوب کرده است. مطالعات ریزساختاری حاکی از آن است که با افزایش درصد مس توزیع فازثانویه در زمینه بیشتر شده و حین فرآیند اکسترود فازهای ثانویه خرد شده و در جهت اکسترود کشیده شده اند و همین امر سبب افزایش تنش تسلیم و استحکام کششی در آلیاژ با درصد مس بیشتر می شود.
کلیدواژگان: آلیاژ Zn-Cu، غلظت مس، اکستروژن، خواص مکانیکی، استنت قلبی عروقی -
صفحات 216-227در پژوهش حاضر، رفتار سودوالاستیک آلیاژ Fe-10Ni-7Mn (wt.%) قبل و بعد از اعمال فرایند پیچش تحت فشار بالا مورد ارزیابی قرار گرفت. بررسی های ریزساختاری و آنالیز فازی نشان داد که پس از اعمال فرایند پیچش تحت فشار بالا به میزان 15 دور بر روی نمونه اولیه در شرایط آنیل محلولی، کسر کوچکی از فاز آستنیت فوق ریزدانه با چگالی بالایی از نابجایی ها در ساختار زمینه مارتنزیتی ایجاد شده و اندازه دانه مارتنزیت به شدت کاهش یافت. در ادامه انجام عملیات حرارتی آنیل همدما در دمای °C 590 در منطقه دو فازی آستنیت-فریت (a+g) و به مدت ks 8/1 بر روی نمونه اولیه و نمونه تغییرشکل شدید یافته، منجر به تشکیل فاز آستنیت برگشتی با میانگین اندازه دانه های mm 5/6 در ریزساختار نمونه اولیه و nm 360 در ریزساختار نمونه تغییرشکل شدید یافته شد. تشکیل آستنیت برگشتی ریزدانه پس از اعمال فرایند آنیل همدما بر روی نمونه پیچش یافته تحت فشار بالا موجب ایجاد سختی و استحکام نسبتا بالا در ماده گردید. بررسی آزمون کشش سیکلی بر روی آلیاژ در شرایط مختلف نشان داد که آستنیت ایجاد شده در اثر اعمال فرایند پیچش تحت فشار بالا و نیز آستنیت برگشتی ایجاد شده پس از انجام فرایند آنیل همدمای نمونه تغییر شکل شدید یافته، رفتار سودوالاستیک از خود نشان دادند. بیشترین درصد سودوالاستیسیته نمونه پیچش یافته تحت فشار بالا قبل و بعد از انجام عملیات آنیل همدما بترتیب حدود 65% و 45% بدست آمد.کلیدواژگان: آلیاژ مارتنزیتی Fe-Ni-Mn، ارزیابی ریزساختار، فرایند پیچش تحت فشار بالا، آستنیت برگشتی، رفتار سودوالاستیسیته
-
صفحات 228-235در این مقاله با توجه به قابلیت های منحصر به فرد نانومواد نظیر همگنی در اختلاط و نسبت سطح به حجم زیاد، سنتز و مشخصه یابی نانوذرات زیرکونیوم و بررسی مدت زمان آسیاکاری بر توزیع اندازه نانوذرات تهیه شده، مورد بررسی قرار گرفته است. برای تهیه نانوذرات زیرکونیوم دی اکساید، از روش سل-ژل به عنوان روش پایه سنتز و از پیش ماده زیرکونیوم تتراکلراید استفاده شده است. سنتز پودر خالص زیرکونیوم، با استفاده از روش احیا دو مرحله ای از سنتز نانوذرات ZrO2 در جو نیتروژن انجام شد. در مرحله اول سنتز، پودر ZrO2 به همراه پودر فلزی منیزیم پس از آسیا کاری، در کوره حرارتی تا دمای 800 درجه سانتی گراد کلسینه شد. سپس در مرحله نهایی سنتز برای تصفیه بیشتر پودر حین آسیاکاری، از فلز کلسیم استفاده شد. نتایج آنالیزهای EDX در هر مرحله از سنتز نشان می دهد، پس از اضافه کردن مقدار کمی از فلز کلسیم، غلظت اکسیژن با موفقیت به حدود 043/0 درصد وزنی کاهش یافت که مطابق با مشخصات استاندارد اسفنج زیرکونیوم (ASTM B349/ B349M-16) است. همچنین نتایج آنالیز DLS نشان می دهد، زمان بهینه آسیاب شدن نانوذرات، 12 ساعت می باشد. این پژوهش، فرآیند جدیدی را برای تولید نانوپودر زیرکونیوم فلزی با خلوص بالا با قابلیت جایگزینی برای فرآیند مرسوم صنعتی ارایه می دهد.کلیدواژگان: نانوذرات زیرکونیوم، زیرکونیوم دی اکساید، توزیع اندازه ذرات، سل-ژل، آسیاب سیاره ای
-
صفحات 236-259در سال های اخیر، استفاده از مواد دو بعدی به دلیل ویژگی های منحصر به فرد از قبیل سطح ویژه بسیار بالا مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. در بین مواد دو بعدی گوناگون مطرح شده، همانند گرافن و دی سولفیدها، مکسین ها طیف جدیدی از مواد هستند که با استفاده از فازهای ماکس به دست می آیند. این مواد معمولا دارای یک عنصر فلزی از فلزات عناصر واسطه، عموما تیتانیوم و یا کروم، به همراه کربن و یا نیتروژن و یک گروه عاملی همانند فلویور، اکسیژن و یا هیدروکسیدی هستند. با در نظر گرفتن زمینه های کاربردی وسیع این مواد که روز به روز نیز در حال افزایش است، و هم چنین با توجه به نو و جدید بودن آن ها، درک بهتر ساختار و روش های سنتز مکسین ها منجر به بهینه سازی، بهبود خواص آنها و استفاده مناسب تر از آنها در زمینه های متفاوت می شود. همچنین با استفاده از فازهای ماکس متفاوت، می توان مکسین های بیشتری با ساختارهای منحصربه فرد سنتز کرد. در پژوهش پیش رو سعی شده است که تاریخچه مختصری از این مواد بیان کرده و سپس به توضیح خواص، روش های سنتز و کاربردهای این مواد پرداخته شود.کلیدواژگان: مواد دو بعدی، مکسین، گرافن، فاز ماکس، فلزات عناصر واسطه
-
Pages 170-181
In this paper we investigated the structural, electronic, optical, dynamic and thermodynamic properties of CuSbTe2 compound by using quantum espresso computational package within density functional theory framework with GGA and mBJ approximations. Density of states crosses the fermi surface that illustrates the metal behavior of this compound. For CuSbTe2 compound the dynamic properties such as phonon dispersion and phonon density of states curves are calculated. Specific heat capacity at constant volume at room temperature reached 48R and at high temperatures is constant which have a good compatibility with experience. The absence of negative phonon frequencies shows the stability of this compound. Thermoelectric properties such as seeback coefficient for CuSbTe2 compound at room temperature (300K) are calculated and its value is 5.5μV/K.
Keywords: density functional theory, Optical Properties, phonon frequencies, CuSbTe2 -
Pages 182-194The aim of this study was to investigate the behavior of 60SPb20 free-cutting steel at high-temperature compression tests and to find the relationships of flow stress with strain rate and temperature based on the Arrhenius model. For this purpose, compression tests were performed on standard samples of the alloy in the temperature range of 800 to 1050 °C and at a strain rate of 0.001 to 1 s-1. In addition to the use of high-temperature lubricant, the effect of friction on flow stress was eliminated by a modification model and obtained flow curves were applied for further calculations. The compression curves and microstructural studies showed that the dynamic recrystallization mechanism was responsible for softening of the alloys at high temperatures. Moreover, the constitutive equations of hot deformation were determined using the Zener-Hollomon parameter for this steel. The results of changing the flow stress versus temperature at different strain rates showed that the activation energy of hot deformation of 60SPb20 free-cutting steel was about 434 kJ/mol. The difference between this value and values of other steels such as low and medium carbon steels, tool steels, etc. was discussed. Finally, after calculating the required constants for the alloy, the relation of flow stress versus the Zener-Hollomon parameter was determined which can be used to predict hot deformation behavior at higher strain rates.Keywords: 60SPb20 Free-cutting steel, Hot deformation behavior, Zener-Hollomon parameter, Dynamic recrystallization
-
Pages 195-205In the present study, TiC particles were synthesized using KCl-LiCl molten salt and elemental Ti and carbon black reactants. The effect of three temperatures at 815, 880 and, 950 oC on the TiC synthesis using X-ray diffraction analysis showed that various compounds were formed during heating of the samples; such as TiO2, TiClx, and non-stoichiometric TiC. According to the thermogravimetric analysis (TG) from Ti powder, it was determined that oxidation of Ti from 557 oC was inevitable even in an environment containing argon gas. In the presence of chlorine ions and carbon, the formed TiO2 was reduced and, finally at 950 oC, there was no trace of TiO2 in the diffraction pattern. The quantitative analysis of diffraction patterns showed that the purity of the synthesized TiC phase was more than 99%. TiClx as an intermediate compound was not present at high temperatures. Scanning electron microscopy (SEM) images along with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) as well as diffraction patterns showed that before stoichiometric TiC formation, a non-stoichiometric TiC was formed. Examination of transmission electron microscopy (TEM) image from the final product and comparing with the reactants morphology showed that the synthesis mechanism was "template growth".Keywords: Molten salt, TiC, Synthesis mechanism, Template growth, non-stoichiometric TiC
-
Pages 206-215
In this study, the effect of copper on the microstructure and mechanical properties of the Zn-xCu (x= 1,2 and 3.5 Wt.%) bioalloy were investigated. The extrusion was performed on Zn-xCu alloys with speed of 2 mm/min at a temperature of 240 °C to improve microstructure and mechanical properties. The extrusion ratio was considered to be 5 to 1. In order to investigate the effect of copper on the mechanical properties of this alloy such as yield strength, tensile strength and relative elongation percentage, the extruded specimens were subjected to uniaxial tensile test at room temperature. The results of tensile test showed that the highest yield strength, ultimate strength and elongation were obtained by Zn-3.5Cu alloy which is 215MPa, 234 MPa and 46%, respectively, which meets the general design criteria for cardiovascular stents. Scanning Electron Microscope images showed that as the Cu content increases, more CuZn5precipitates were formed. Microstructural studies show that with increasing the copper content, the secondary phase distribution in the matrix increases and during the extrusion process, the secondary phases are crushed and stretched in the extrusion direction, which increases the yield stress and tensile strength of the alloy with higher copper content.
Keywords: Zn-Cu alloy, copper content, extrusion, Mechanical properties, cardiovascular stent -
Pages 216-227In the present research, the pseudoelastic behavior of an Fe-10Ni-7Mn (wt.%) alloy was investigated before and after high pressure torsion (HPT) processing. Microstructural examination and phase analysis confirmed that the HPT processing of the solution-annealed initial specimen for 15 turns led to form a small fraction of the fine grained strain-induced austenite with a high density of dislocations and reduced the grain size of martensite. Then, isothermal annealing treatment on the initial and HPT-processed specimens at 590 °C in dual phase (a+g) region for 1.8 ks introduced the reversed austenite with average grain sizes of 6.5 mm in the microstructure of the initial specimen and 360 nm in the HPT-processed one. Forming the fine-grained reversed austenite in the microstructure of the HPT-processed specimen after isothermal annealing led to obtain a relatively high hardness and strength. In addition, cyclic tensile testing revealed pseudoelastic behavior of the reversed austenite in the HPT-processed specimen before and after isothermal annealing. Maximum pseudoelasticity values of about 65% and 45% were obtained for HPT-processed specimens before and after isothermal annealing, respectively.Keywords: Fe-Ni-Mn martensitic steel, Microstructure evolution, High-pressure torsion, Reversed austenite, Pseudoelastic behavior
-
Pages 228-235In this paper, due to the unique capabilities of nanomaterials such as homogeneity in mixing and surface - to - volume ratio, the synthesis and characterization of Zr nanoparticles and the investigation of the milling time on size distribution of the prepared nanoparticles have been investigated. To prepare zirconium dioxide nanoparticles, sol-gel method was used as the basic synthesis method and zirconium tetrachloride precursor was used. The synthesis of pure zirconium powder was carried out using the two-step reduction method of the synthesis of ZrO2 nanoparticles in nitrogen atmosphere. In the first stage of synthesis, ZrO2 powder was calcined with magnesium metal powder after milling in a thermal furnace at 800 . Then, in the final stage of synthesis, calcium metal was used for further refining the powder during milling. The results of EDX analysis at each stage of synthesis show that, after adding a small amount of Ca metal, the oxygen concentration was successfully reduced to about 0.043% by weight, which is in accordance with the standard specifications of zirconium sponge (ASTM B349 / B349M-16). Also, the results of DLS analysis show that the optimal milling time of nanoparticles is 12 hours. This research presents a new process for the production of high-purity metal zirconium nanopowder with the ability to replace the conventional industrial process.Keywords: Zirconium nanoparticles, Zirconium dioxide, Particle size distribution, Sol-gel, Ball mill
-
Pages 236-259In recent years, utilizing two-dimensional materials has attracted much attention due to the exclusive features like high specific area and high surface activity. Among the diverse 2D materials like graphene and disulfides, Mxene is a newly developed material that could be achieved from MAX phases. These materials contain a metallic element mainly from transitional metals like titanium, molybdenum, niobium, or chromium, with carbon or nitrogen and groups like fluoride, oxygen, or hydroxide. Considering their unique properties, the range of applications of the Mxene is developing. Therefore, it is essential to understand better these newly developed two dimensional materials, their structures, synthesis methods and the parameters that could optimize the achieved properties. Furthermore, more Mxenes could be achieved by designing and synthesizing more MAX phases, which could be used in more applications. In this study, we tried to introduce a history of the Mxene and emphasize its features, synthesis methods, and application.Keywords: Tow-Dimensional Materials, MXene, Graphene, MAX Phases, Transitional Metals
©2000-2024 magiran.com All Rights Reserved.