فهرست مطالب

مهندسی متالورژی و مواد - سال سی و سوم شماره 3 (پاییز 1401)

نشریه مهندسی متالورژی و مواد
سال سی و سوم شماره 3 (پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/08/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • امیر هوشنگ رمضانی* صفحات 1-10
    در این پژوهش برای بمباران سطح استیل 304 از یون های آرگون با انرژی 30 کیلو الکترون ولت و جریان یونی 1017 تا 1018 یون بر سانتی متر مربع استفاده شده است. تغییرات ریخت شناسی سطح استیل بعد از بمباران یون های آرگون توسط دستگاه AFM  مشاهده و مورد بررسی قرار گرفت، تغییر در خصوصیات خوردگی سطح استیل 304 نیز توسط دستگاه تست خوردگی انجام گردید. تغییرات بر اثر بمباران یونی در زبری سطح و همچنین مقاومت در برابر خوردگی سطح استیل 304 کاملا مشهود و قابل ملاحظه بود و رابطه مستقیمی با افزایش زبری و جریان یونی بمباران یونی دارد. از مقایسه نمودار نتایج پتانسیل خوردگی و نمودار تغییرات زبری کاملا مشخص است که پتانسیل خوردگی با جریان یونی یون های آرگون نسبت معکوس داشته و با بالا رفتن جریان یونی پتانسیل خوردگی کاهش می یابد، این روند را می توان به اثر برخورد یون های آرگون به سطح نسبت داد که در مقاومت در برابر خوردگی یک نکته منفی محسوب می شود.از بررسی نمودار تغییرات جریان خوردگی به این نتیجه می رسیم که این نمودار از هیچ کدام از نمودارهای پتانسیل خوردگی و تغییرات زبری بر حسب جریان یونی پیروی نمی کند.از بررسی نمودار تغییرات جریان خوردگی به این نتیجه می رسیم در جریان یونی 1017×5 حدودا دوازده برابر کاهش در جریان خوردگی و افزایش در برابر مقاومت در برابر خوردگی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: آرگون، بمباران یونی، خوردگی، استیل
  • هادی نصیری*، مرتضی گل محمدی صفحات 11-23

    یکی از مشکلات تف جوشی مواد نانو اندازه، رشد دانه در حین این فرایند است. از آنجایی که کارایی های منحصر به فرد مواد نانو تا زمانی که در محدوده اندازه زیر 100 نانومتر باشند، وجود دارد، به منظور جلوگیری از این پدیده و کاهش سرعت رشد دانه ها راهکارهای مختلفی از جمله افزودن ذرات اکسیدی اتخاذ می شود. در این پژوهش از ذرات اکسید تیتانیوم به علت دارا بودن پایداری حرارتی مناسب به میزان ده درصد برای جلوگیری از رشد دانه های آلیاژ نانوساختار NiTi در هنگام عملیات تف جوشی استفاده شد. چگونگی تاثیر ذرات اکسید تیتانیوم توسط آزمون های پراش پرتو ایکس و گرماسنج تفاضلی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور دو گروه نمونه تهیه شدند، یک گروه از نمونه ها بدون حضور اکسید تیتانیوم و گروه دیگر در حضور این اکسید مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج بررسی سنیتیکی در شرایط هم دما و غیرهم دما بر روی هر دو گروه نمونه نشان داد، رشد دانه ها بعد از فرایند، در حضور این اکسید تا دو برابر اندازه اولیه و قبل از تف جوشی رخ داد. اما میزان رشد در عدم حضور اکسید تیتانیوم تا پنج برابر افزایش یافت. علت این مسیله، میزان انرژی فعال سازی لازم برای رشد دانه ها است. این انرژی در نمونه بدون اکسید تیتانیوم برابر 85/31 کیلوژول و در نمونه با حضور ده درصد از این اکسید برابر 96/47 کیلوژول بوده است. همچنین نتایج برای دو گروه بدون اکسید و در حضور اکسید، برای سد انرژی جوانه زنی به ترتیب برابر 93/9 و 75/7 کیلوژول و برای انرژی فعال سازی رشد دانه به ترتیب 4/13 و 4/14 کیلوژول بر اساس داده های DSC محاسبه شد.

    کلیدواژگان: رشد دانه، اکسید تیتانیوم، DSC، NiTi
  • مهران صالحی فر، حسن فرشیدی*، محمد مزینانی صفحات 25-36
    فولادهای دوفازی فریتی-مارتنزیتی به دلیل دارا بودن خواصی مکانیکی قابل توجه نظیر استحکام کششی بالا و شکل پذیری مناسب دارای کاربرد گسترده‏ در صنایع خودروسازی هستند. روشن است که خواص مکانیکی این فولادها وابسته به ویژگیهای ریز ساختاری آنها از جمله کسر حجمی فازهای مختلف و چگالی نابجایی در این فازها بوده که این مشخصه های ریز ساختاری، تابعی از تاریخچه ترمومکانیکی می‏باشند. هدف از این پژوهش، بررسی اثر ریزساختار فولاد فریتی-مارتنزیتی JIS-SAPH440 بر مشخصه های رفتار کششی این فولاد نظیر استحکام کششی و نمای حساسیت تنش سیلان به نرخ کرنش آن می‏باشد. به این منظور، پس از انجام آنیل میان بحرانی در دماهایی بین 750 الی 790 درجه سانتی گراد به مدت 30 دقیقه، رفتار سیلان فولاد مذکور توسط آزمون کشش در دمای محیط در دو نرخ کرنش متفاوت مورد بررسی قرار گرفت. همچنین تحولات ریزساختاری این فولاد توسط میکروسکوپهای نوری و الکترونی روبشی و آزمون پراش اشعه ایکس، مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزایش دمای آنیل میان بحرانی از 750 به 790 درجه سانتی گراد سبب افزایش کسرحجمی فاز مارتنزیت از 31 درصد به 45 درصد و همچنین افزایش چگالی نابجایی ها در فاز فریت از 1015 × 5 بر متر مربع به 1016 × 54/1 بر متر مربع شد. این تغییرات، سبب شد که استحکام کششی فولاد مذکور از حدود 800 مگاپاسکال به حدود 1100 مگاپاسکال افزایش یابد و در مقابل، نمای حساسیت نرخ کرنش به تنش سیلان کاهش یافته و به مقادیر ناچیز برسد.
    کلیدواژگان: فولاد دو فازی، فریتی-مارتنزیتی، رفتار کششی، چگالی نابجایی، کسر حجمی مارتنزیت
  • علی علیزاده*، مهدی عبدالهی صفحات 37-51

    کامپوزیت های واکنشی گروه جدیدی از مواد کامپوزیتی هستند که از دو یا چند ماده فلزی تشکیل شده اند؛ به طوری که در شرایط محیط قادر به اشتعال یا انفجار نیستند ولی در اثر شوک، بارهای ضربه ای شدید و افزایش دما، قابلیت آزادسازی انرژی زیادی را دارند. هدف از این تحقیق، بررسی تاثیر تغییر درصد ذرات بر ریزساختار، خواص حرارتی و مکانیکی کامپوزیت Al-Ni است. به این منظور، ترکیب Al-Ni با نسبت های مولی 2 به 1، 1 به 1 و 1 به 3 آسیاب و مخلوط شدند. سپس نمونه ها پرس سرد شده و در دمای C 400 به مدت یک ساعت تحت اتمسفر گاز خنثی زینتر شدند. ریزساختار به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) آنالیز شد. برای بررسی خواص حرارتی و مکانیکی به ترتیب از آزمون های DTA و احتراق و فشار و هاپکینسون استفاده شد. در آزمون احتراق بیشترین حرارت آزاد شده مربوط به نمونه با نسبت 1 به 1 بود که علت آن تشکیل فراروده AlNi است. در آزمون فشار و هاپکینسون بیشترین استحکام فشاری مربوط به نمونه با نسبت 1 به 1 و بترتیب MPa 7/208 و 7/309 بود. همچنین نتایج نشان داد با افزایش نرخ کرنش از s-1 01/0 (در آزمون فشار) به s-1 1000 (در آزمون هاپکینسون) استحکام فشاری افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: کامپوزیت های واکنشی، خواص فشاری، خواص حرارتی، آلیاژسازی مکانیکی
  • فائزه درویشیان حقیقی، سحر معاونی، سحر ملازاده*، سمانه صاحبیان، زهرا طیرانی نجاران صفحات 53-65

    هدف پژوهش حاضر، ساخت داربست های کامپوزیتی از طریق فرآیند انحلالی و خشکایش سرمایشی می باشد. اولین مرحله، فرآوری ذرات کلسیم فسفات به روش سل ژل و سپس، عملیات حرارتی ذرات در دمای C1100 است. طبق نتایج آنالیز تعیین اندازه ذرات و پیکنومتری، اندازه ذرات و دانسیته آن ها به ترتیب برابر با nm5±37 و g/cm306/4 می باشد. همچنین طبق نتایج حاصل از آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) و آنالیز حرارتی افتراقی (DTA-TG)، تبلور فاز فسفات کلسیم با عبور از دمای C800 آغاز گردید. پیوندهای ایجادشده در ساختار نیز توسط طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) شناسایی شد. طبق تصویربرداری توسط میکروسکوپ AFM، زبری سطح ذرات فرآوری شده nm32/ 17 است. به منظور درک رفتار مکانیکی و ریزساختاری داربست ها آزمون خمش سه نقطه و تصویربرداری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی(FESEM) انجام شد. نتایج بررسی ها نشان داد که استحکام خمشی نهایی داربست برابر با MPa3/1±15 بوده و دارای ریزساختاری کاملا متخلخل می باشد. مطالعه رفتار زیستی داربست توسط آنالیز Resazurin Red Assay نیز عدم سمیت، رشد و تکثیر مطلوب سلول های بنیادی مغز دندان عقل را در مجاورت با داربست اثبات نمود. همچنین قراردادن داربست ها در محلول شبیه سازی-شده بدن با رهایش مطلوب یون های Ca2+ ، Si4+وPO43- همراه بود. بنابراین، می توان ادعا نمود داربست های ژلاتین- فسفات کلسیم می توانند برای ترمیم بافت های آسیب دیده استخوانی مفید واقع شوند.

    کلیدواژگان: داربست کامپوزیتی، ژلاتین، کلسیم فسفات، کشت سلول بنیادی، خواص مکانیکی و زیستی
  • سید رضا باقرزاده قاضی، مهدی اجاقی ایلخچی*، احد صمدی صفحات 67-82

    سوپرآلیاژ U-500 یک سوپرآلیاژ پایه نیکل است که علاوه بر نیکل مقادیر قابل توجهی کبالت و کروم دارد. با توجه به ارزش اقتصادی و استراتژیک این فلزات، بازیابی آن ها از سوپرآلیاژهای مستعمل از اهمیت به سزایی برخوردار است. روش هیدرومتالورژی یک روش اقتصادی و موثر برای بازیابی فلزات با ارزش (نظیر نیکل، کبالت و کروم) از قراضه های سوپرآلیاژها محسوب می شود. بر این اساس، رفتار انحلال عناصر نیکل، کبالت و کروم موجود در قراضه سوپرآلیاژ U-500 به روش الکترولیچینگ، و تاثیر پارامترهای مختلف عملیات شامل غلظت اسید سولفوریک، ولتاژ، دما، هم زدن و فاصله الکترودها) بر انحلال عناصر مذکور بررسی شده است. نتایج حاکی از آن است که با افزایش غلظت اسید سولفوریک در الکترولیت، ولتاژ اعمالی و دما، انحلال بهتری صورت می گیرد. همچنین کم شدن فاصله آند و کاتد سبب بهبود واکنش حل شدن می گردد ولی هم زدن الکترولیت تاثیر قابل توجهی در افزایش انحلال آندی سوپرآلیاژ ندارد. با مقایسه نتایج، شرایط بهینه الکترولیچینگ سوپرآلیاژ U-500 در الکترولیت اسید سولفوریک، غلظت اسید 125 گرم بر لیتر، ولتاژ اعمالی 4 ولت، سرعت همزدن 300 دور بر دقیقه و فاصله آند تا کاتد 3 سانتیمتر بدون کنترل دما تعیین شد. به طوریکه در این شرایط حدود 75% نیکل، 84% کبالت و 67% کروم موجود در سوپرآلیاژ در مدت 25 دقیقه به طور آندی حل شدند.

    کلیدواژگان: بازیافت، سوپرآلیاژ U-500، هیدرومتالورژی، انحلال آندی، نیکل، کبالت، کروم
|
  • Amir Hoshang Ramezani * Pages 1-10
    The aim of this work is the study of the argon implantation on the corrosion resistance behavior of AISI 304 stainless steel substrates. The effect of ion implantation dose on morphology and corrosion properties of AISI 304 SS has been investigated.In this work, argon ions of 30 keV energy have been implanted into  AISI 304 stainless steel at different fluences ranging from to Ar/cm2.The AFM analysis of implanted samples clearly shows significant change in surface. In order to evaluate the effect of the ion bombardment on the corrosion behavior, otentiodynamic tests were performed. The results show that the corrosion resistance of the samples strongly depends on the implantation fluences.The Corrosion potential and roughness curves obviously indicate that corrosion Potential variations caused by argon ion bombardment are inversely proportional to surface roughness. Corrosion current variations show an optimal dose at ions/ cm2 in which the corrosion resistivity is 12 times higher than un-implanted sample.
    Keywords: Argon, bombardment, corrosion
  • Hadi Nasiri *, Morteza Golmohammadi Pages 11-23

    Grain growth during sintering of nanomaterial is one of the main drawback is this process. Since the nanomaterials maintain their unique performance as long as their size dos not exceed a specific size range, various strategies, including the addition of oxide particles, are adopted to prevent this phenomenon and to slow down grain growth. In this research, titanium oxide particles were used to prevent the growth of NiTi nanostructured alloy grains during sintering operations due to their suitable thermal stability with amount of 10 wt.%. The effect of titanium oxide particles was investigated by X-ray diffraction (XRD) and differential scanning calorimetry (DSC) analyses. For this purpose, two groups of samples including with and without presence of titanium oxide were prepared and studied. The results of kinetic analysis on both sample groups showed that grain growth occurred after the process, in the presence of this oxide, up to twice the initial size and before sintering. But the growth rate in the absence of titanium oxide increased up to five times. The reason for this is the amount of activation energy required for grain growth. This energy was 31.85 kJ in the sample without titanium oxide and 47.96 kJ in the sample with the presence of 10% of this oxide. Also, based on DSC data, the barrier energy were calculated as 9.93 and 7.75 kJ, and the grain growth activation energy were calculated as 13.4 and 14.4 kJ, for the samples with out and with titanium oxide respectively.

    Keywords: Grain Growth, TiO2, NiTi, DSC
  • Mehran Salehifar, Hasan Farshidi *, Mohamad Mazinani Pages 25-36
    Ferritic-Martensitic dual-phase steels are widely used in car manufacturing industries because of their attractive mechanical properties like significant tensile strength and good formability. It is clear that the mechanical properties of these steels are dependent on their microstructural characteristics like the fraction of different phases and the dislocation density of each phase, and these characteristics are affected by the thermomechanical history.  The aim of this work is to investigate the effect of the microstructure of the Ferritic-Martensitic SAPH440 steel on its tensile behavior like the tensile strength and the strain rate sensitivity of flow stress. For this purpose, the steel is subjected to inter-critical annealing at different temperatures between 750 ºC to 790 ºC and then, it is subjected to the tension test at room temperature using two different strain rates. Also, the microstructure evolutions of this steel are studied using optical microscopy, scanning electron microscopy, and X-ray diffraction. Results show that the increase of the intercritical annealing temperature from 750 ºC to 790 ºC causes an increase of the martensite fraction from 31% to 45% and the increase of dislocation density of ferrite from 5×1014 to 1.54×1016. These variations cause the increase of the tensile strength from 800 MPa to 1100 MPa while the strain rate sensitivity of the flow stress decreases to a negligible amount.
    Keywords: Dual-Phase Steel, Ferritic-Martensitic, Tensile behavior, Dislocation density, Martensite fraction
  • Ali Aliadeh *, Mehdi Abdollahi Pages 37-51

    Reactive composites are a new group of composite materials consisting of two or more metal materials that can not ignite or explode in the environment but can release a lot of energy due to shock and severe impact loads. This study aimed to investigate the effect of the ratio of constituent particles on the microstructure and thermal and mechanical properties of the Al-Ni composite. For this purpose, the Al-Ni compound with 2:1, 1:1 and 3:1 molar ratios was milled and mixed. Then the samples were cold pressed and sintered at 400 ˚C under argon atmosphere for one hour. The microstructure of samples was analyzed by microstructure field emission scanning electron microscopy (FESEM) and XRD. For the investigation of thermal and mechanical properties, DTA and ignition tests and compression and Hopkinson tests were used respectively. In the ignition test, due to the AlNi product, the highest value of heat released was related to a sample with 1:1 Al:Ni molar ratio. In the compression and Hopkinson tests, the highest values of compressive strength were 208.7 and 309.7 Mpa respectively, which belong to a 1:1 Al:Ni molar ratio. Also, the results showed that the compressive strength increased by changing the strain rate from 0.01 s-1 (in the pressure test) to 1000 s-1 (in the Hopkinson test).

    Keywords: Reactive composites, Compressive properties, Thermal properties, Mechanical alloying
  • Faezeh Darvishian Haghighi, Sahar Moaveni, Sahar Mollazadeh *, Samane Sahebian, Zahra Tayarani Najaran Pages 53-65

    The fabrication of the most similar structure to the bone with appropriate mechanical, physical, and biological characteristics is challenging. The main aim of the present research is to design, fabricate, and characterize the gelatin-calcium phosphate composite scaffolds. First, calcium phosphate particles (SCP) were synthesized through the sol-gel process. Accordingly, the prepared particles were synthesized via the sol-gel route and heat-treated at 1100℃. Then, the gelatin-calcium phosphate composite scaffolds were fabricated through solvent casting and freeze-drying methods. According to the pycnometer and particle size (PSA) analyses, the density and the particle size of the SCP particles were 4.06 g/cm3 and 37±5 nm, respectively. Based on the XRD and DTA-TG results of the particles, crystallization of the calcium phosphate phases has been started at 800℃. The functional groups of the particles have been also studied through FTIR analysis. The roughness of the particles was 17.32nm based on the AFM microscopy results. According to the three-point flexural test, the final strength of the scaffolds was 15 MPa. Field emission scanning electron microscopy (FESEM) showed that the scaffolds had a completely porous structure with interconnected pores. Resazurin Red Assay confirmed the viability of 78% of stem cells on the scaffolds after 5 days of seeding. Immersion of the scaffolds in the simulated body fluid (SBF) caused the controlled release of the Ca2+, Si4+, and PO43- ions. Altogether, the gelatin-calcium phosphate composite scaffolds have a promising role in tissue engineering applications.

    Keywords: Bone Scaffold, Gelatin, Calcium Phosphate, Stem Cell Culture, Mechanical, Biological Properties
  • Seyyed Reza Bagherzadeh Ghazi, Mehdi Ojaghi-Ilkhchi *, Ahad Samadi Pages 67-82

    U-500 is a nickel-based superalloy which has significant amounts of some precious elements such as cobalt and chromium. Due to the economic and strategic value of these metals, their recovery from the used superalloys is of great importance. Hydrometallurgy is an economical and effective method for recovering these valuable metals from the superalloy scraps. So in this investigation, the dissolution behavior of nickel, cobalt and chromium elements from the used U-500 superalloy in the electro leaching process as well as the effect of different process parameters (such as: sulfuric acid concentration, applied voltage, process temperature, stirring and cathode-anode distance) on the dissolution of these elements are studied in details. The results show clearly that by increasing the concentration of sulfuric acid in the electrolyte, the applied voltage, and temperature, as well as decreasing the cathode-anode distance, the anodic dissolution of the superalloy U-500 is improved. Electrolyte stirring has no significant effect on increasing the anodic dissolution of the superalloy. The optimum conditions for the anodic dissolution of superalloy U-500 in sulfuric acid electrolyte was determined as acid concentration of 125 g/L, applied voltage of 4 V, stirring speed of 300 rpm, and cathode-anode distance of 3 cm without temperature control (starting with ambient temperature as the initial temperature(. Under these conditions, about 75% nickel, 84% cobalt and 67% chromium were durnig 25 minutes.

    Keywords: recycling, U-500 superalloy, Hydrometallurgy, Anodic dissolution, Nickel, Cobalt, Chromium