فهرست مطالب

پژوهشنامه ریخته گری
سال ششم شماره 1 (پیاپی 19، بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/03/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • معصومه سیف اللهی*، سعید کوهی فایق دهکردی، سیدمهدی عباسی، سید مهدی قاضی میرسعید صفحات 3-8
    سوپرآلیاژ پایه نیکل Rene80 یکی از پرکاربردترین آلیاژها در تولید پره ی توربین است که به دلیل حضور عناصر گسترده در ترکیب شیمیایی، به روش ریخته گری القایی تحت خلا تولید می گردد. در این پژوهش تاثیر نوع بوته در آلیاژسازی سوپرآلیاژ پایه نیکل Rene 80 مورد بررسی قرار گرفته است. آلیاژسازی و ذوب مجدد در بوته های آلومینایی و زیرکونیایی انجام شد. پس از ذوب، آنالیز ترکیب شیمیایی، آنالیز گاز اکسیژن و نیتروژن انجام و ریزساختار با میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. عمر تنش-گسیختگی در دمای 980 درجه سانتی گراد و تنش 191 مگاپاسکال نیز اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که نوع بوته بر اندازه ی رسوبات 'γ و مورفولوژی آن بی تاثیر است ولی کسر حجمی رسوبات 'γ پس از پیرسازی نهایی در شمش تولید شده در بوته زیرکونیایی نسبت به بوته آلومینایی به میزان 3 درصد افزایش داشته است که نشان دهنده ی پایداری بیشتر بوته ی آلومینیایی است. عمر گسیختگی آلیاژ ذوب شده در بوته ی زیرکونیایی نسبت به بوته ی آلومینایی بالاتر است که به مقدار زیادی ناشی از افزایش کسر حجمی رسوبات 'γ در ریزساختار آلیاژ است.‏
    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ Rene 80، کوره VIM، بوته، رسوبات '، &gamma، تنش-گسیختگی
  • سعید فراهانی*، نور ازما نوردین، حمیدرضا قندور صفحات 9-21
    در این تحقیق تاثیر افزودن عنصر باریم با درصدهای مختلف 1/0، 2/0، 4/0، 6/0، 8/0 و 1% وزنی بر روی فازهای مختلف، خواص مکانیکی و مقاومت سایشی کامپوزیت Al-20Mg2Si مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزودن 2/0% باریم موجب بهسازی ذرات Mg2Si اولیه شد. هرچند که با افزودن بیشتر این اثر از بین رفت. ذرات Mg2Si اولیه از حالت دندریتی خشن به چند ضلعی کوچک تغییر کرد. اندازه متوسط آنها از 5/1178 میکرومتر به 1/289 میکرومتر و سطح نرمال ذرات از 1 به 7/0 کاهش یافت. نسبت ابعادی ذرات از 2/1 به 1/1 کاهش و تعداد ذرات از 9 به 41 در میلی متر مربع افزایش یافت. مکانیزم بهسازی باریم می تواند جوانه زنی غیر همگن برروی ذرات Al2Si2Ba و نیز محدود کردن رشد باشد. همچنین ساختار Mg2Si یوتکتیکی به ورقه ای ریز تبدیل شد. افزودن باریم موجب ظاهر شدن ترکیبات α-Al15Si2(Fe,Mn)3 علاوه بر β-Al5FeSi شد. هرچند که باریم تغییر خاصی در فازهای Al5Mg8Si6Cu2 و Al2Cuایجاد نکرد. ضریب کشسانی، استحکام تسلیم، استحکام کششی نهایی و درصد افزایش طول، انرژی ضربه و سختی بترتیب بمیزان 22% ، 24% ، 30%، 20%، 33% و19% پس از افزودن 2/0% باریم افزایش یافت. بخش زیادی از سطح شکست نمونه ها از صفحات کلیواژ تشکیل شده بود که بیانگر حالت شکست ترد بود که با مقادیر کم درصد ازدیاد طول متناسب بود. بهسازی باعث کاهش نرخ سایش از 9/1 به mm3/km 2/1، کاهش ضریب اصطکاک از 58/0 به 54/0 و همچنین کاهش وزن از 1/7 به 8/4 میلی گرم برای مسافت طی شده 2000 متر شد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت، Mg2Si، باریم، خواص مکانیکی، سایش
  • محمد ملکوتی خواه، مصطفی علیزاده*، محمدرضا نصر اصفهانی، محمد راعی دهقی صفحات 23-34

    در ریخته گری، یکی از راه های کاهش پارگی داغ، اصلاح ریزساختار است. در این مطالعه، ریزساختار آلیاژ A206 با استفاده از فرآیند برش مذاب در زمان های مختلف اصلاح شد و اثر زمان برش مذاب بر رفتار پارگی داغ مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. یک محفظه فولادی با دو بافل و یک همزن مارپیچی برای اعمال تنش برشی به مذاب استفاده شد. سپس مذاب برش خورده در قالب گرافیتی به شکل یک میله محدود ریخته شد و از میکروسکوپ های نوری و SEM برای بررسی اندازه دانه استفاده شد. برای ارزیابی حساسیت به پارگی گرم، از کمیت چگالی طول ترک به عنوان معیار استفاده شد. نتایج نشان داد که فرآیند برش مذاب اندازه حفره های انقباضی را کاهش می دهد، شروع پارگی داغ را دشوارتر می کند و مقاومت آلیاژ را در برابر پارگی داغ افزایش می دهد. همچنین به دلیل کاهش اندازه حفره های انقباضی، استحکام نهایی تا 57 درصد افزایش می یابد. با افزایش زمان برش مذاب تا 3 دقیقه، ریزساختار ریختگی کمتر یکنواخت شد. با این حال، پس از 3 دقیقه، ریزساختار به طور قابل توجهی یکنواخت تر شد. علاوه بر این، اندازه دانه تا 37 درصد کاهش یافت و سرعت این کاهش پس از 3 دقیقه تسریع شد و منجر به افزایش مقاومت در برابر پارگی گرم شد. کاهش اندازه دانه به دلیل برش مذاب باعث افزایش تعداد مرزدانه ها و کاهش ضخامت لایه رسوبات مرز دانه ای شد و در نتیجه رفتار نرم تری در سطح شکست مشاهده شد.

    کلیدواژگان: آلیاژ آلومینیم-مس، پارگی گرم، برش مذاب، ریزساختار، ترکیبات بین فلزی
  • شاهین ترکمانی، مریم مرکباتی*، معصومه سیف اللهی، آدلی آخوندزاده صفحات 35-44
    آلیاژ پزشکی پایه کبالت کروم مولیبدن ASTM F75 به صورت ریختگی در ایمپلنت های ارتوپدی مانند مفاصل مصنوعی لگن و زانو استفاده می شود. این آلیاژ به دلیل وجود عیوبی نظیر ناهمگنی شیمیایی و اندازه دانه بالا، تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد. در پژوهش حاضر، تاثیر عملیات حرارتی آنیل انحلالی بر تحولات ساختاری و خواص مکانیکی دو آلیاژ ASTM F75 (یک نمونه بدون کربن و دیگری حاوی کربن به مقدار 21/0 درصد وزنی) مورد اریابی قرار گرفت. عملیات حرارتی آنیل انحلالی در سه دمای C1175°، C1225° و C1275°و زمان های 5/0، 1، 2 و 4 ساعت انجام شد. سپس نمونه ها در آب کوینچ شدند. نتایج نشان داد در نمونه بدون کربن، رسوبات σ تشکیل شد. اگرچه، در نمونه حاوی کربن، فازهای σ و کاربید M23C6 تشکیل شد. همچنین با افزودن کربن، کسر حجمی کاربیدها به طور قابل ملاحظه ای افزایش یافت و به مقدار 55/6 درصد رسید که سبب افزایش استحکام نمونه شد. با افزایش دمای آنیل از C1175° به C1275° و زمان آن از 5/0 به 4 ساعت، کسر حجمی رسوبات و همچنین اندازه آن ها کاهش یافت. در نمونه ی حاوی کربن با آنیل در دمای C1225° به مدت 1 ساعت رسوبات توزیع همگن تری در ساختار یافتند. همچنین اغلب کاربیدهای موجود در مرزدانه که در حالت ریختگی مشاهده شد، با عملیات حرارتی حذف شدند. در نهایت در نمونه حاوی کربن عملیات حرارتی شده، خواص مکانیکی مانند استحکام کششی نهایی تا 19 درصد و انعطاف پذیری تا دو برابر نسبت به نمونه ریختگی افزایش یافت.
    کلیدواژگان: آلیاژ پایه کبالت کروم مولیبدن، آنیل انحلالی، ریزساختار، کاربید، خواص کششی
  • محسن زندی، صاحبعلی منافی*، محمدباقر لیمویی صفحات 45-51

    در این مقاله اثر افزودن زیرکونیای پایدار شده با ایتریا و سیلیکون کارباید بر پایداری فیزیکی نسوزهای پایه منیزیتی (‏MgO‏) در برابر فولاد مذاب ارزیابی شد. به این منظور رسوب همزمان برای تولید پودرهای سرامیکی 2MgO-ZrO و 2-MgO-ZrO3O2Y پیش ساز انجام شد. سپس این ترکیبات با استفاده از روش های تحلیلی متنوعی از جمله پراش لیزر QELS (شبه الاستیک پراکندگی نور)، XRD، BET و SEM مورد ارزیابی قرار گرفته و میزان پایداری آنها در برابر مذاب در کوره های ذوب فولاد بررسی شد. از روش ویکرز برای تعیین سختی سرامیک متخلخل حاصل از پودرهای سنتز شده استفاده شد. پودرهای نانومقیاس با سطح مشخصی که بیش از 60 متر مربع در گرم بود ایجاد شد. مشخص شد که افزایش سختی سرامیک ها با ادغام 3O2Y تسهیل می شود و همچنین با این عمل به تثبیت کل فاز بلور مکعبی کمک می گردد.‏

    کلیدواژگان: زیرکونیا، ایتریا، کاربیدسیلیسیم، دیرگداز منیزیتی، پایداری فیزیکی
  • فائزه اکبری، رضا تقی ابادی*، مرتضی ثقفی یزدی، ایمان انصاریان صفحات 53-65
    در این تحقیق تاثیر ارتعاشات مکانیکی هنگام انجماد در سه فرکانس مختلف 20، 40 و 60 هرتز بر ریزساختار و خواص سایشی لغزشی خشک کامپوزیت Zn-4Si بررسی شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، افزودن سیلیسیم موجب شکل گیری ذرات سخت سیلیسیم اولیه (SiP) و یوتکتیک (SiE) در ریزساختار روی خالص شده و سختی آن از حدود 30 برینل به حدود 60 برینل افزایش می یابد. با این حال به علت توزیع غیر یکنواخت ذرات SiP در زمینه کامپوزیت، توزیع خواص (سختی) در زمینه کامپوزیت کاملا غیر یکنواخت است. اعمال ارتعاشات مکانیکی هنگام انجماد موجب بهبود قابل توجه توزیع ذرات SiP در زمینه کامپوزیت و کاهش ابعاد ذرات و میزان تخلخل ها می شود. بر اساس نتایج آزمایش سایش پین روی دیسک، مقاومت به سایش کامپوزیت فرآوری شده تحت فرکانس 60 هرتز تحت سه فشار مختلف 25/0، 5/0 و 75/0 مگاپاسکال، به ترتیب حدود 50، 60 و 65 درصد بیش از کامپوزیت ریختگی است. همچنین در سایش تحت بار 75/0 مگاپاسکال، میانگین ضریب اصطکاک نمونه فرآوری شده در فرکانس 60 هرتز حدود 23 درصد کمتر از نمونه ریختگی است. بررسی مورفولوژی سطوح سایش و ذرات سایشی نشان داد که علت بهبود خواص سایشی کامپوزیت های فرآوری شده، افزایش قابل ملاحظه پایداری لایه تریبولوژیکی است که احتمالا ناشی از استحکام بخشی زیرلایه در حضور ذرات سخت سیلیسیم است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت Zn-4Si، زیست تخریب پذیر، ارتعاش مکانیکی، ریزساختار، سایش
|
  • Masumeh Seifollahi *, Saeed Kouhi, Seyed Mahdi Abbasi, Seyed Mahdi Ghazi Mir Saeed Pages 3-8
    Rene 80 is a cast alloy which widely used in turbine blade industry. The purpose of this investigation is to study the effect of crucible type (Zirconia and Alumina) in vacuum induction melting furnace (VIM) with alumina rucible on the amount of gases, γ' precipitates and stress rupture properties of Rene 80 superalloy. For this purpose, the amount of O, N gasses and chemical composition were analyzed. The microstructure was assessed by scanning electron microscopy (SEM) and stress rupture properties was performed at 980˚C. The results showed that Crucible type has no considerable effect on the γ' size and morphology but γ' volume fraction increased about 3% in the alloy melts in Zirconia crucible in comparison to Alumina one. The result of mechanical test showed that the stress-rupture life of sample melts in Alumina and Zirconia crucibles are 22.6 and 24.7 respectively because of reducing γ' volume fraction in the alloy melt in Alumina crucible.
    Keywords: Crucible Type, VIM furnaces, &gamma, Precipitates, Stress Rupture properties, Rene 80 superalloy
  • Saeed Farahany *, Nur Azma Nordin, Hamidreza Ghandvar Pages 9-21
    This study investigated the effect of adding barium elements with various weight percentages of 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, and 1% on different phases, mechanical properties, and wear resistance of the Al-20Mg2Si composite. The results showed that adding 0.2% barium modified the primary Mg2Si particles. However, with further increasing Ba content, this effect disappeared. The primary Mg2Si particles changed from coarse dendritic to small polygon. The average size decreased from 1178.5 to 289.1 μm, and the normalized area decreased from 1 to 0.7. The aspect ratio of the particles decreased from 1.2 to 1.1, and the number of particles increased from 9 to 41 mm2. The mechanism of barium modification can be heterogeneous nucleation on Al2Si2Ba particles and growth restriction. The eutectic Mg2Si structure also became fine flakes. The α-Al15Si2 (Fe, Mn) 3 emerged in addition to β-Al5FeSi after adding Ba. However, adding Ba did not cause any significant changes in the Al5Mg8Si6Cu2 and Al2Cu phases. Elastic Modulus, yield strength, ultimate tensile strength, elongation percentage, impact energy, and hardness increased by 22%, 24%, 30%, 20%, 33%, and 19% after adding 0.2% Ba, respectively. A large part of the fracture surface of the specimens was composed of cleavage plates, which indicated a brittle fracture mode consistent with a small elongation percentage. Modification decreased the wear rate from 1.9 to 1.2 mm3 / km, reduced the coefficient of friction from 0.58 to 0.54, and the weight loss from 7.1 to 4.8 mg for a sliding distance of 2000 m.
    Keywords: Composite, Mg2Si, Barium, Mechanical properties, Wear
  • Mohammad Malekoutikhah, Mostafa Alizadeh *, Mohamad Reza Nasresfahani, Mohammad Raei Dehaghi Pages 23-34

    In casting, one way to reduce hot tearing is by modifying the microstructure. In this study, the microstructure of A206 alloy was modified using a melt shearing process at various times, and the effect of melt shearing time on hot tearing behaviour was analyzed. A steel chamber with two baffles and a spiral stirrer was used to apply shear stress to the melt. The sheared melt was then cast in a graphite mold in the form of a constrained rod, and optical and SEM microscopes were utilized to investigate grain size. To evaluate the susceptibility to hot tearing, the quantity of crack length density was used as a criterion. The results revealed that melt shearing process reduces the size of shrinkage pores, making it harder to initiate hot tearing, and increases the alloy's resistance against hot tearing. Also, due to decreasing the size of shrinkage pores, the ultimate strength is increased up to 57%. As the melt shearing time increased up to 3 minutes, the as-cast microstructure became less uniform; however, after 3 minutes, the microstructure became significantly more uniform. Additionally, the grain size decreased up to 37%, and the rate of this decrease accelerated after 3 minutes, leading to an increase in resistance to hot tearing. The decrease in grain size due to melt shearing caused an increase in the number of grain boundaries and a reduction in the thickness of the grain boundary precipitation layer, resulting in a softer behaviour observed on the fracture surface.

    Keywords: Al-Cu alloy, Hot tearing, Melt shearing, Microstructure, Intermetallic Phase
  • Shahin Torkamani, Maryam Morakabati *, Masoumeh Seifollahi, Adli Akhondzadeh Pages 35-44
    The medical cast CoCrMo ASTM F75 alloy is used in orthopedic implants such as artificial toggle and knee. In this alloy, due to the existence of defects such as chemical inhomogeneities and large grain size, heat treatment is performed. In this research the effect of solution annealing heat treatment on the microstructural evolution and mechanical properties of two ASTM F75 alloy (the free of carbon specimen and the specimen containing 0.21 wt% carbon) was investigated. The solution treatment done at 1175, 1225 and 1275oC for 0.5, 1, 2 and 4 hours. Subsequently the specimens quenched in water. The results show that in the specimen without carbon, the σ precipitates were formed. However, in the specimen containing carbon, the M23C6 carbides and σ were formed. Besides, by adding carbon the volume fraction of carbides increased and reached to 6.55 % leads to increase in strength. By increasing annealing temperature from 1175 to 1275 oC and the time from 0.5 to 4 hours, the volume fraction and the size of carbides have been decreased. In the specimen containing carbon, by annealing at 1225oC for 1 hours the distribution of precipitates became homogenous in the microstructure. Besides, most of carbides at the grain boundaries in the cast condition were disappeared by heat treatment. Finally, in the specimen containing carbon in the heat-treated condition, the mechanical properties such as the ultimate tensile strength raised up to 19% and the ductility increased twice in comparison to the one in the cast condition
    Keywords: Cobalt chromium molybdenum based alloy, solution treatment, Microstructure, Carbide, tensile properties
  • Mohsen Zandi, Sahebali Manafi *, Mohammad Bagher Limooei Pages 45-51

    In this article, the effects of stabilized zirconia oxide by Y2O3 and silicon carbide on physical ‎stability of magnesite based refractories was evaluated. For this purpose, the simultaneous deposition was used to produce MgO-ZrO2 and Y2O3-MgO-ZrO2 precursor ceramic powders, and then these compounds were analyzed using various analytical methods, including QELS laser diffraction (quasi-elastic light scattering), XRD, BET and SEM.  Evaluate. Nanoscale powders with a specific surface area greater than 60 m2/g were created. Using the Vickers indentation method, which was done to determine the hardness of the porous ceramic that was composed of synthetic powders, the hardness of the ceramics is increased by the incorporation of Y2O3, and this process also helps to stabilize the entire cubic crystal phase.

    Keywords: Zirconia Oxide, ‎ Yttria, ‎ Silicon Carbide, ‎ MgO refractories, ‎Physical Stability.‎
  • Faezeh Akbari, Reza Taghiabadi *, Morteza Saghafi Yazdi, Iman Ansarian Pages 53-65
    In this study the effect of mechanical vibration (20 Hz, 40 Hz, and 60 Hz) during solidification on microstructure, hardness, and dry sliding wear resistance of Zn-4Si composite was studied. According to the results, Si addition led to the formation of primary Si (SiP) and eutectic Si (SiE) in the microstructure. This increased the hardness of Zn matrix from 30 BHN to more than about 60 BHN. However, uneven distribution (agglomeration) of SiP particles resulted in uneven hardness within the composite matrix. Applying the mechanical vibration during the solidification of composite improved the SiP particle distribution and refines them. According to the pin-on-disk sliding wear results, at the applied pressures of 0.25, 0.5, and 0.75 MPa, the sliding wear resistance of the modified composite (at the 60 Hz frequency) is higher than that of the as-cast composite by 50, 60, and 65%, respectively. Moreover, at the applied pressure of 0.75 MPa the average friction coefficient of mechanically-vibrated composite (60 Hz) is lower than that of as-cast composite by about 23%. Based on worn surface and wear debris analyses the substantial improvement of wear resistance in modified composites can be attributed to the improved tribolayer stability due to the strengthening effect of hard Si particles on the substrate material.
    Keywords: Zn-4Si composite, Biodegradable, Mechanical vibration, Microstructure, Wear