فهرست مطالب

علوم و فناوری جوشکاری ایران - سال نهم شماره 1 (پیاپی 16، بهار و تابستان 1402)

مجله علوم و فناوری جوشکاری ایران
سال نهم شماره 1 (پیاپی 16، بهار و تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/02/11
  • تعداد عناوین: 12
|
  • جوشکاری پرتو الکترونی آلیاژ Ti-6Al-4V به فولاد زنگ نزن PH4-17 با استفاده از لایه میانی مس
    علی مهدوی شاکر، حسین مومنی، علی خرم*، علیرضا یزدی پور صفحات 1-15

    هدف از پژوهش حاضر بررسی تاثیر پارامترهای جوشکاری پرتو الکترونی بر ریزساختار و خواص  مکانیکی اتصال غیرهمجنس فولاد زنگ نزن PH4-17 و آلیاژ Ti-6Al-4V می باشد. برای این منظور، جوشکاری این دو آلیاژ با لایه میانی مس با ضخامت 1 میلی متر انجام شد. دو سرعت جوشکاری مختلف 0/7 و 0/9 متر بر دقیقه با چهار میزان انحراف پرتو (0، 0/2، 0/4 و 0/6 میلی متر) از مرکز لایه میانی به سمت فولاد برای انجام آزمایش ها استفاده شد. نتایج نشان می د هد که با استفاده از لایه میانی مس با ضخامت1 میلی متر، ترک های ناشی از تشکیل ترکیبات بین فلزی از حوضچه جوش حذف می شوند. در فصل مشترک بین تیتانیوم و حوضچه جوش در انحراف پرتوهای 0 و 0/2 میلی متر، محلول جامد مس و ترکیبات بین فلزی TiCu2 و در انحراف پرتوهای 0/4 و 0/6 میلی متر، محلول جامد مس و ترکیبات بین فلزی TiCu تشکیل می شود. در ناحیه حوضچه جوش در انحراف پرتوهای 0 و 0/2 میلی متر، ترکیبات بین فلزی TiCr2+TiFe2 و در انحراف 0/4 و 0/6 میلی متر، محلول جامد آهن (Fe-α)، محلول جامد مس و ترکیبات بین فلزی TiCu تشکیل می شوند. بیشترین میزان سختی در فصل مشترک حوضچه جوش و آلیاژ تیتانیوم و همچنین در سطح مشترک حوضچه جوش و فولاد مشاهده می شود که به سبب حضور ترکیبات بین فلزی با سختی بالا در این مناطق می باشد. با افزایش سرعت جوشکاری و میزان انحراف پرتو، میزان سختی کاهش می یابد که به دلیل کاهش ترکیبات بین فلزی ترد و شکننده در ساختار اتصال می باشد. با افزایش میزان انحراف پرتو از 0/4 میلی متر به 0/6 میلی متر در سرعت 0/7 متر بر دقیقه، استحکام برشی اتصال از 180 مگاپاسکال به 210 مگاپاسکال و در سرعت 0/9 متر بر دقیقه، استحکام برشی اتصال از 230 مگاپاسکال به 250 مگاپاسکال افزایش می یابد. نمونه جوشکاری شده با سرعت جوشکاری 0/9 متر بردقیقه و میزان انحراف پرتو 0/6 میلی متر دارای بیشترین استحکام برشی معادل 250 مگاپاسکال می باشد. شکست در تمامی نمونه ها در فصل مشترک بین حوضچه جوش و آلیاژ تیتانیوم  اتفاق می افتاد که نشان می دهد ضعیف ترین ناحیه در اتصال، این فصل مشترک می باشد.

    کلیدواژگان: جوشکاری پرتو الکترونی، آلیاژTi-6Al-4V، فولاد زنگ نزن PH4-17، لایه میانی مس، ریزساختار، خواص مکانیکی
  • بهینه سازی چند منظوره پارامترهای سینماتیکی ابزار در جوشکاری اصطکاکی-اغتشاشی آلیاژ 7075-Al و 6061-Al با RSM
    مجتبی نیازی، احمد افسری، احمد به گزین*، محمدرضا ناظم السادات صفحات 17-29

    بهینه سازی پارامترهای جوشکاری اصطکاکی-اغتشاشی همچون سرعت خطی و دورانی ابزار می تواند در تغییر خواص جوش موثر واقع گردد. در این تحقیق جوشکاری دو ورق از دو آلیاژ آلومینیوم  7075-Al و 6061-Al، به همدیگر بر اساس روابط تیوری و شبیه سازی عددی مورد مطالعه قرار گرفت. شبیه سازی خصوصیات تماس قطعه کار با ابزار با استفاده از الگوریتم های تماسی موجود در نرم افزار Ansys انجام گردید. از مدل المان محدود، سرعت دورانی و خطی ابزار به عنوان متغیرهای طراحی انتخاب و با روش الگوریتم ژنتیک و روش سطح پاسخ، بهینه سازی چند هدفه برای کمترین دمای ابزار و تنش پسماند در قطعه با قطرهای مختلف ابزار اجرا گردید. تحلیل پارامتریک از فرایند جوشکاری اصطکاکی-اغتشاشی با پین رزوه دار و بدون رزوه نشان می دهد که گرمای تولیدی متناسب با سرعت دورانی ابزار بوده و نسبت معکوس با سرعت خطی ابزار دارد. انتخاب ابزاری به قطر 20 میلی متر کمترین تنش پسماند در قطعه را نتیجه می دهد. همچنین با افزایش سرعت حرکت طولی یا خطی ابزار، منحنی های دمایی فشرده تر  شده واثر رزوه در ابزار بر روی حرارت تولیدی در حالات با حرارت ورودی کمتر، بیشتر نمایان می شود.

    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی-اغتشاشی، بهینه سازی چند هدفه، Al- 7075، Al- 6061، روش سطح پاسخ، روش الگوریتم ژنتیک
  • بررسی ریزساختار، سختی و ترکیبات بین فلزی جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی 1050 Al و مس
    میثم احمدی، حمیدرضا احمدی، محمد رضا خانزاده*، حمید بختیاری صفحات 31-38

    در این پژوهش انجام جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلومینیوم 1050 به مس با سرعت متغیر مورد بررسی قرار گرفت. برای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی از سرعت های دورانی 900 و 1200 دور در دقیقه و سرعت پیشروی 36، 63 و 125 میلی متر در دقیقه استفاده شد. جهت بررسی فازها و ریزساختار از آنالیزهای میکروسکوپ الکترون روبشی و آزمون طیف سنجی اشعه ایکس و سختی سنجی استفاده شد. منطقه اغتشاش شامل فازهای Al2Cu3, Al4Cu9, AlCu4, Al2Cu و AlCu بود. نتایج نشان داد که تشکیل فازهای بین فلزی و تغییر شکل شدید پلاستیک در ناحیه جوش باعث افزایش سختی شده است. بالاترین مقدار سختی در ناحیه هم زده 8/97 ویکرز در سرعت چرخش 900 دور در دقیقه و سرعت پیشروی 36 میلی متر در دقیقه حاصل شد.

    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، آلومینیوم 1050، مس، خواص مکانیکی
  • کنترل ریزساختار و ترک های انجمادی در فرایند ساخت افزایشی ذوب لیزری بستر پودر آلیاژهای آلومینیوم استحکام بالا
    آریا گندم دوست، محمود سرکاری خرمی*، سید فرشید کاشانی بزرگ، حسن قربانی صفحات 39-57

    فناوری های ساخت افزایشی فلزات به عنوان یکی از ارکان مهم انقلاب صنعتی چهارم، رویکردی تحول آفرین در ساخت دیجیتال ارایه می کنند. ذوب لیزری بستر پودر به عنوان یکی از این فناوری ها، توانایی شگرفی در تولید قطعات با هندسه های پیچیده و با عملکرد بالا دارد. در سال های اخیر، ساخت قطعات آلیاژهای آلومینیوم با استفاده از این فناوری بسیار مورد توجه بوده، لیکن تحقق آن با چالش هایی همراه است. ترک انجمادی به عنوان یکی از جدی ترین دلایل ناکامی ساخت افزایشی لیزری آلیاژهای آلومینیوم به ویژه انواع استحکام بالا شناخته می شود. در پژوهش حاضر، سازوکار تشکیل ترک های انجمادی، دلایل تشکیل و عوامل موثر بر آن ها مورد بررسی قرار گرفته و از میان راه حل های ارایه شده، واپایش ریزساختار انجمادی و ریزدانه کردن، موثرترین روش برای حذف ترک های انجمادی آلیاژهای آلومینیوم استحکام بالا در فرایند ذوب لیزری بستر پودر مطرح می شود. در همین راستا، یکی از راهکارهای ریزدانه سازی و متعاقبا کاهش ترک های انجمادی، افزودن مقدار ناچیز (کمتر از %1 وزنی) از ذرات جوانه زا به پودر آلیاژی اولیه است. این ذرات با محدودکردن رشد دانه یا مهاجرت مرزدانه و همراه شدن عواملی که به تحت تبرید ترکیبی کمک می کنند، می توانند در کاهش ترک های انجمادی موثر باشند. در نهایت، تاثیر افزودنی های مختلف در ریزدانه سازی و سازوکار آن ها در کاهش ترک های انجمادی آلیاژهای آلومینیوم استحکام بالا حین فرایند ذوب لیزری بستر پودر ارایه می شود.

    کلیدواژگان: ساخت افزایشی، ذوب لیزری بستر پودر، آلومینیوم، ترک انجمادی، ریزدانه سازی
  • مدل سازی تغییرات اندازه دانه منطقه اغتشاشی در آلیاژ آلومینیم 2024 برحسب پارامترهای اجرایی فرایند فرآوری اصطکاکی اغتشاشی
    عبدالله لعل پور*، مسعود مصلایی پور، علی اشرفی صفحات 59-65

    فرایند فرآوری اصطکاکی اغتشاشی بر صفحات آلومینیوم آلیاژی 2024 در گستره نسبتا وسیعی از سرعت پیشروی(25 الی 63 میلی متر بر دقیقه) و سرعت چرخش(315 الی 800 دور بر دقیقه) انجام شد. تغیرات دمایی و اندازه دانه در منطقه اغتشاشی اندازه گیری و تعیین گردید و ارتباط بین اندازه دانه و دمای منطقه اغتشاشی مورد تحلیل و بررسی واقع شد. بررسی های انجام شده آشکار نمود که پارامترهای فرایند اصطکاکی اغتشاشی بر میزان حرارت ایجاد در منطقه اغتشاشی تاثیر و موجب تغییرات اندازه دانه در این ناحیه مطابق با رابطه زنر- هالومن می شود. بررسی های انجام شده نشان داد که تغییرات اندازه دانه به متغیرهای اجرایی فرایند اصطکاکی اغتشاشی مرتبط می باشد و می توان این وابستگی را به صورت رابطه ریاضی نشان داد. همچنین بررسی های محاسباتی انجام شده نشان داد که نرخ کرنش اعمال شده حین فرایند اصطکاکی اغتشاشی مستقل از متغیرهای اجرایی این فرایند است و میزان آن در کل فرایند ثابت است.

    کلیدواژگان: فرایند اصطکاکی اغتشاشی، زنر-هالومن، آلومینیوم آلیاژی 2024 و اندازه دانه
  • ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال غیرهمجنس آلومینیم 1050 به فولاد زنگ نزن 316L در جوشکاری همزن اصطکاکی
    محمد ناصری النجق، توحید سعید* صفحات 67-82

    هدف از انجام این پژوهش، بررسی تغییرات سرعت چرخشی و پیشروی ابزار بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال در جوشکاری همزن اصطکاکی آلومینیم 1050 و فولاد زنگ نزن L316 است. به همین منظور کیفیت اتصال، ریزساختار، ضخامت و نوع ترکیبات بین فلزی، آزمون سختی و کشش بر روی اتصال مورد بررسی قرار گرفت. انتخاب مناسب پارامترهای جوشکاری باعث به وجود آمدن اتصال با خواص متالورژیکی و مکانیکی مناسب می شود. در این تحقیق، دو سرعت چرخشی rpm 560 و 900 و چهار سرعت پیشروی mm/min60، 80، 100 و 125 به عنوان پارامترهای متغیر انتخاب شدند. ریزساختار از چهار ناحیه فلزپایه، ناحیه متاثر از حرارت، ناحیه تحت تاثیر عملیات ترمومکانیکی و ناحیه همزده تشکیل شد. در تمامی نمونه ها منطقه همزده شامل ریزساختار تبلورمجدد یافته با دانه بندی ریز هم محور بود. با توجه به نتایج آنالیز تفکیک انرژی پرتو ایکس مشخص شد که لایه تشکیل شده در فصل مشترک اتصال، ترکیب بین فلزی است. سختی ناحیه همزده در تمامی نمونه ها به دلیل تشکیل دانه های ریز هم محور تبلورمجدد یافته و وجود ذرات فولادی بالاتر از فلز پایه آلومینیم بود. بهترین نمونه از لحاظ خواص مکانیکی، ریزساختاری و کیفیت اتصال در شرایط سرعت چرخشی r‏pm  900 و سرعت پیشروی mm/min  125 به دست آمد که مقدار استحکام برابر 84 مگاپاسکال با بازده %77 بود.

    کلیدواژگان: جوشکاری همزن اصطکاکی، اتصال غیرهمجنس، فولاد زنگ نزن L316، آلومینیم 1050، ترکیب بین فلزی، ریزساختار و خواص مکانیکی
  • بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ لحیم نرم بدون سرب کامپوزیتی حاوی میکرو ذرات کبالت تولید شده به روش اتصال نورد انباشتی
    محمدهادی نورمحمدی، مجتبی موحدی*، امیرحسین کوکبی، معین تمیزی صفحات 83-92

    روند کوچک سازی و فشرده سازی تجهیزات الکترونیکی و حذف عنصر سرب از آلیاژهای لحیم کاری به دلیل ملاحظات زیست محیطی، چالش بزرگی را در زمینه طراحی و توسعه لحیم های جدید ایجاد کرده است. لذا اخیرا کامپوزیت سازی با بهره گیری از ذرات تقویت کننده به منظور بهبود کارآیی لحیم های بدون سرب مدنظر پژوهشگران قرارگرفته است. در این پژوهش آلیاژ لحیم SAC0307  (99 درصد وزنی قلع، 3/0 درصد وزنی نقره و 7/0 درصد وزنی مس) با درصد های مختلف میکرو ذرات کبالت، به روش اتصال نورد انباشتی ساخته شد؛ سپس به بررسی تاثیر کامپورزیت سازی بر مشخصه های ترشوندگی، ریزساختاری و مکانیکی آلیاژ لحیم پرداخته شد. کمترین زاویه تماس در نمونه 2/0 درصد کبالت به مقدار 23 درجه به دست آمد. با اضافه کردن کبالت، اندازه ترکیبات بین فلزی Cu6Sn5 و Ag3Sn کاهش پیداکرد و درصد فازهای یوتکتیکی افزایش یافت. همچنین شکل ترکیبات بین فلزی فصل مشترکی با اضافه کردن کبالت از حالت حلزونی به لایه ای تغییر کرده و متوسط ضخامت آن ها حدود 13 تا 71 درصد افزایش یافته است. استحکام برشی لحیم ها با افزایش میکرو ذرات کبالت تا %38  در آلیاژ حاوی 4/0 درصد کبالت افزایش یافت؛ درحالی که در لحیم کامپوزیتی حاوی 1 درصد کبالت، کاهش استحکام برشی به دلیل آگلومره شدن میکروذرات کبالت، مشاهده شد. سطوح شکست برشی نشان داد، ماهیت شکست با افزایش درصد میکرو ذرات کبالت در لحیم کامپوزیتی از شکست نرم به صورت حفرات کشیده شده به شکست ترد به صورت تورقی تبدیل شده است. نتایج نشان داد آلیاژ کامپوزیتی حاوی 2/0 تا 4/0 درصد کبالت بهترین خواص ترشوندگی و استحکام کشش برشی را دارند.

    کلیدواژگان: لحیم های نرم بدون سرب، نانوکامپوزیت ها، لحیم کاری، کامپوزیت های زمینه فلزی، ترکیبات بین فلزی، اتصال نورد انباشتی
  • ساخت داربست زمینه پلیمری پلی لاکتیک اسید/ کیتوسان تقویت شده با ذرات اکسید روی به روش ساخت افزایشی/جوشکاری چاپ سه بعدی و بررسی خواص آن ها
    لیلا قدمی دمابی، سید مهدی رفیعائی*، سمانه جهانبازی گوجانی صفحات 93-100

    در این مقاله داربست های زمینه پلیمری کیتوسان و پلی لاکتیک اسید که حاوی ذرات اکسید روی هستند با به خدمت گیری چاپگر سه بعدی انجام گردید. ذرات اکسید روی از طریق روش سنتز احتراقی فرآوری گردیدند. در ادامه طبق نتایج XRD اکسید روی تولید شده دارای خلوص فازی بالایی می باشد و تبخیر ناخالصی های فرار و افزایش خواص کریستالی با انجام فرایند کلسینه کردن ایجاد گردید. در الگوی پراش اشعه ایکس PLA/ZnO/Chitosan پیک پهن در محدوده 10تا  25درجه نشان دهنده آمورف بودن پلیمر زمینه است و با افزوده شدن  ZnO پیک های تیز و قدرتمندی در گراف بوجود آمده اند. تصاویر SEM  اکسید روی سنتز شده با روش احتراقی نیز نشان داد که اندازه نانو ذرات ZnO دارای اندازه تقریبی 50 نانومتر هستند در حالی که پس از انجام عملیات حرارتی کلسینه کردن اندازه ذرات افزایش بسیار زیادی یافته و به اندازه متوسط و تقریب160-130 نانومتر رسیده است. در نهایت نیز تصاویرمیکروسکوپی برگرفته از سطح داربست های حاوی ٪10 اکسید روی، ٪5 کیتوسان و پلی لاکتیک اسید نشان دادند که با رسیدن به شرایط بهینه چاپگر سه بعدی، ذرات ZnO به صورت یکنواخت و مناسبی در زمینه پلیمری PLA/Chitosan پراکنده شده اند.

    کلیدواژگان: سنتز احتراقی، داربست PLA، ZnO، Chitosan، پرینتر سه بعدی، اکسیدروی، گلایسین، اوره
  • تاثیر عملیات حرارتی پس از جوشکاری بر ساختار و خواص مکانیکی اتصال انفجاری فولاد آستنیتی 321 - آلومینیوم 1050 - آلومینیم 5083
    غلامرضا خلج*، علی فدایی صفحات 101-112

    در این پژوهش تاثیر عملیات حرارتی پس از جوش بر ریز ساختار و خواص مکانیکی فصل مشترک اتصال جوشکاری انفجاری سه لایه فولاد آستنیتی 321- آلومینیوم 1050 - آلومینیم 5083 بررسی شد. نمونه های جوشکاری شده در دماهای 250 و 350 درجه سانتی گراد برای زمان 10000 ثانیه، عملیات حرارتی شدند. بررسی ساختار و خواص با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، ریزسختی سنجی و استحکام برشی- فشاری انجام شد. نتایج نشان داد که در همه شرایط فصل مشترک آلومینیوم 5083- آلومینیوم 1050 به صورت صاف و با پیوستگی کامل بود؛ اما فصل مشترک فولاد زنگ نزن 321- آلومینیوم 1050 دارای لایه واکنشی با ضخامت متغیر و ناپیوسته بود. در حین عملیات حرارتی، ضخامت لایه فصل مشترک متناسب با سینتیک نفوذ افزایش می یابد و در بیشترین مقدار به 6/18 میکرون می رسد. با افزایش دمای عملیات حرارتی، غلظت میانگین آلومینیم در لایه واکنشی فصل مشترک از 85 درصد تا بیش از 90 درصد افزایش یافته اما غلظت آهن از 10 درصد به کمتر از 5 درصد، کاهش یافته است. همچنین، استحکام برشی- فشاری از 6/94  به 7/56 MPa کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: جوشکاری انفجاری، عملیات حرارتی، فصل مشترک، لایه واکنشی، استحکام برشی- فشاری
  • بررسی تجربی فرایند پوشش دهی با لیزر پودر اینکونل 718 بر روی فولاد H13
    مهدی صفری*، اکبر احدی صفحات 113-125

    در پژوهش حاضر به بررسی پوشش دهی پودر اینکونل 718 بر روی زیرلایه فولاد H13 به روش رسوب مستقیم پودر به کمک لیزر فیبری یک کیلو وات پیوسته پرداخته شده است. بنابراین، اثرات پارامترهای فرایند مانند توان لیزر، نرخ تغذیه پودر و سرعت روبش  لیزری بر مشخصات هندسی پوشش شامل ارتفاع و عرض پوشش بررسی می شود. به منظور بررسی جامع تر اثر هر یک از پارامترهای ورودی و بر هم کنش آن ها بر ارتفاع و عرض پوشش از روش طراحی آزمایش ها بر مبنای روش سطح پاسخ استفاده شده است. نتایج نشان می دهند پارامترهای سرعت روبش لیزر و نرخ تغذیه پودر به عنوان عوامل مهم اثرگذار بر ارتفاع پوشش هستند به نحوی که با افزایش نرخ تغذیه پودر و کاهش سرعت روبش لیزری ارتفاع پوشش افزایش پیدا می کند. همچنین ثابت می شود که با افزایش توان لیزر و کاهش سرعت روبش لیزر عرض پوشش افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: فرایند پوشش دهی با لیزر، توان لیزر، نرخ تغذیه پودر، سرعت اسکن لیزر
  • جلوگیری از تشکیل ترک با تنظیم مقدار آلومینیم در آلیاژ آنتروپی بالای AlxCoCrFeNi روکش دهی شده با فرایند GTAW
    نیما عباسیان وردین، توحید سعید*، علیرضا اکبری صفحات 127-136

    در پژوهش حاضر دو آلیاژ آنتروپی بالای AlCoCrFeNi (Al1) و Al0.7CoCrFeNi (Al0.7) با فرایند جوشکاری قوسی تنگستن با گاز محافظ آرگون در شدت جریان جوشکاری A  180 و سرعت جوشکاری1/4mm/s  بر روی فولاد ساده کربنی روکش دهی شد. برای مطالعه ریزساختار و شناسایی نوع ترک ها هم چنین ترکیب فازی و سختی روکش ها از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترون روبشی نشر میدانی، پراش سنجی اشعه ایکس و ریزسختی سنجی استفاده شد. نتایج نشان داد که روکش Al1 دارای ساختار گلبرگی متشکل از فاز BCC همراه با فاز غنی از Cr بر روی مرزدانه ها است. در آلیاژ Al0.7 با مقدار Al کمتر، فاز غنی از Cr حذف شده و بجای آن فاز جدید با شبکه کریستالی FCC در انواع ویدمن اشتاتن و دندریتی تشکیل می شود. در آلیاژ Al1 هر دو نوع ترک های مرزدانه ای و درون دانه ای ایجاد شده از نوع ترک انجمادی تشخیص داده شدند. هم چنین تنش های حرارتی و ترد بودن فاز BCC به عنوان عوامل افزایش حساسیت به ترک تعیین شد.در آلیاژ Al0.7 ترکیبی از عواملی نظیر کاهش دامنه انجماد، تشکیل فاز FCC در مورفولوژی دندریتی و کاهش سختی در نتیجه کاهش مقدار Al، به عنوان عوامل حذف ترک در آلیاژ شناسایی شد.

    کلیدواژگان: آلیاژ آنتروپی بالا، روکش دهی، جوشکاری قوسی تنگستن با گاز محافظ، ترک انجمادی
  • بررسی ریزساختار انجمادی سوپرآلیاژ IN625 لایه نشانی شده روی IN713LC توسط فرایند رسوب نشانی مستقیم لیزری
    محمدرضا برهانی*، سید رضا شجاع رضوی، محمد عرفان منش، فرید کرمانی، سید مسعود برکت صفحات 137-149

    سوپرآلیاژ اینکونل 713LC یکی از آلیاژهای پرکاربرد دمای بالا است و به دلیل میزان بالای فاز گاماپرایم ناشی از غلطت Ti و Al بیشتر از یک مقدار بحرانی، این آلیاژ ازجمله آلیاژهای جوش ناپذیر محسوب می شود. یکی از روش های اساسی تعمیرات این سری از سوپرآلیاژها روش های روکش کاری لیزری می باشد؛ در این پژوهش زیرلایه IN713LC  با پودر اینکونل 625  توسط سیستم رسوب نشانی مستقیم لیزری بازسازی شد. جهت مشخصه یابی آزمون های میکروسکپی نوری و الکترونی، تخلخل سنجی، و پراش پرتوایکس انجام شد؛ نتایج نشان داد در سرعت های بالای روکش کاری لیزری میزان R (نرخ رشد نوک دندریت) افزایش می یابد، در نتیجه نسبت G/R (مادون انجماد ترکیبی) کاهش می یابد و ساختار به سمت دندریتی هم محور میل می کند. به همین دلیل با افزایش سرعت روبش لیزر از 4 به 6 میلی متر بر ثانیه، ساختار دندریتی هم محور افزایش می یابد. نتایج سختی سنجی حاکی از کاهش سختی تا منطقه فصل مشترک از 430 به 370 ویکرز و نوسانات در حدود 50 ویکرز می باشد. به دلیل سرعت انجماد بالا، میانگین فاصله بین بازوهای ثانویه 8/0 در پایین، 01/1 در میانه و 75/1میکرومتر در بالای نمونه به دست آمد. به دلیل سرعت بالای سردشدن تنها کاربیدها و فاز لاوه تشکیل شده است. همچنین نتایج تخلخل سنجی روکش نشان دهنده تخلخل حداکثر 1/0 درصد است.

    کلیدواژگان: جوش پذیری، بازسازی، اینکونل LC 713، اینکونل 625، رسوب نشانی مستقیم لیزری
|
  • Electron beam welding of 17-4PH steel and Ti6Al4V alloy with copper interlayer
    A. Mahdavi Shaker, H. Momeni, A. Khorram*, A. Yazdipour Pages 1-15

    This study aimed to investigate the effect of electron beam welding parameters on the microstructural characteristics and mechanical properties of the dissimilar joint between 17-4PH stainless steel and Ti6Al4V alloy. For this purpose, the welding of these two alloys was performed with an copper interlayer with a thickness of 1 mm. Two different welding speeds of 0.7 and 0.9 m/min with four levels of beam offset  (0, 0.2, 0.4 and 0.6 mm) from the center of the interlayer towards the steel were used to accomplish the experiments. The results show that by using the copper interlayer with thickness of 1 mm, the cracks caused by the formation of intermetallic compounds are removed from the weld pool. At the interface between the titanium and the weld pool, at the beam offset  of 0 and 0.2 mm, a solid solution of copper and TiCu2 intermetallic compounds is formed, while at the beam offset  of 0.4 and 0.6 mm, a solid solution of copper and TiCu intermetallic compounds is formed. The weld pool, at the beam offset  of 0 and 0.2 mm, consists of TiCr2+TiFe2 intermetallic compounds while at the beam offset  of 0.4 and 0.6 mm, solid solution of iron (α-Fe), solid solution of copper and TiCu intermetallic compounds are formed. The highest value of hardness is observed at the interface between the weld pool and the titanium alloy, as well as at the interface between the weld pool and the steel, which is due to the presence of intermetallic compounds with high hardness in these regions. By increasing the welding speed and the beam offset, the hardness value decreases, which is due to the reduction of brittle intermetallic compounds in the joint structure. By increasing the beam offset from 0.4 mm to 0.6 mm at the speed of 0.7 m/min, the shear strength increases from 180 MPa to 210 MPa and at the speed of 0.9 m/min, the shear strength raises from 230 MPa to 250 MPa. The welded sample with the welding speed of 0.9 m/min and the beam offset of 0.6 mm has the highest shear strength equal to 250 MPa. The failure in all samples happened at the interface between the weld pool and the titanium alloy, which shows that the weakest region in the joint is this interface.

    Keywords: Electon Beam Welding, Ti6Al4V alloy, 17-4PH Steel, Cu interlayer, Microstructure, Mechanical properties
  • Multi-objective optimization of kinematic tool parameters in FSW of Al-7075 and Al-6061 alloys by RSM
    M. Niazi, A. Afsari, A. Behgozin*, M. R. Nazemosadat Pages 17-29

    Optimization of Stir Friction Welding parameters such as linear and rotational speed of the tool can be effective to a large extent in improving welding properties. In this research, welding of two sheets of Aluminum of Al-7075 and Al-6061 were validated based on theoretical relations and numerical simulation. The simulation of the contact characteristics of the workpieces with the tool was done using the contact algorithms available in the Ansys software. From the FEM, rotational and linear speed and diameter of the tool were selected as design variables, and multi object optimization was carried out with genetic algorithm and RSM to reach the lowest tool temperature and residual stress.The parametric analysis of FSW of the threaded and non-threaded tool pins showed that the generated heat has proportional and inverse relation with rotation and linear speed of tool respectively. Tool with a diameter of 20 mm showed minimum residual stress in the workpiece. By increasing welding speed, the temperature curves become more compact and the effect of thread on heat generation was more evident in all cases at lower heat input.

    Keywords: Friction Stir Welding, Multi-Objective Optimization, Al-7075, Al-6061, RSM Method, Genetic Algorithm Method
  • Investigation of microstructure, hardness and intermetallic compound in friction stir welding of AA1050 aluminum alloy to copper
    M. Ahmadi, H.R. Ahmadi, M.R. Khanzadeh*, H. Bakhtiari Pages 31-38

    In this research, friction stir welding of aluminum 1050 to copper with variable speed was investigated. For friction stir welding, rotational speeds of 900 and 1200 rpm and traverse speeds of 36, 63, and 125 mm/min were used. In order to check the phases and microstructure, scanning electron microscope analysis, X-ray spectrometry, and hardness testing were used. The disturbance zone included Al2Cu3, Al4Cu9, AlCu4, Al2Cu, and AlCu phases. The results showed that the formation of intermetallic phases and severe plastic deformation in the welding area caused an increase in hardness. The highest hardness value in the stirred area was 97.8 Vickers at a rotation speed of 900 rpm and an advance speed of 36 mm/min.

    Keywords: Friction stir welding, aluminum 1050, copper, mechanical properties
  • Control of microstructure and solidification cracks in laser powder bed fusion additive manufacturing of high-strength aluminum alloys
    A. Gandomdoust, M. Sarkari Khorrami*, S. F. Kashani-Bozorg, H. Ghorbani Pages 39-57

    As one of the important pillars of the fourth industrial revolution, metal additive manufacturing (AM) technologies provide a disruptive approach to digital manufacturing. Laser powder bed fusion (LPBF), as one of these technologies, has great potential in producing geometrically complex and high-performance parts. In recent years, the manufacturing of aluminum alloy parts using this technology has attracted much attention. However, their manufacturing still faces some challenging issues. One of the most serious issues encountered in the manufacturing of aluminum alloys, especially high-strength grades, is solidification cracking. In the present investigation, the formation mechanisms of solidification cracking, and the associated effective factors were reviewed. Controlling the solidification microstructure and grain refinement, using the addition of small quantities (<1 wt.%) of micro- or nano-sized particles to the initial alloying powder, was suggested as the most effective method for reducing solidification cracking. These particles act as nucleation sites, prevent grain growth, pin grain boundaries, and with the help of factors that provide constitutional supercooling can effectively minimize solidification cracking. Eventually, effects of various additives in grain refinement and their associated mechanism in reduction of solidification cracks of high-strength aluminum alloys by LPBF is presented.

    Keywords: Additive Manufacturing, Laser Powder Bed Fusion, Aluminum, Solidification Cracks, Grain Refinement
  • Modeling of stir zone grain size variation in the friction stir processed Al-2024 according to the FSP parameters
    A. Lalpour*, M. Mosallaee, A. Ashrafi Pages 59-65

    In the present study, friction stir processing (FSP) technique was carried out on the AA2024 sheet at different traverse speed (63 to 250 mm/min) and rotation speed (315 to 800 rpm). The temperature and grain size of stirred zone (SZ) were measured and their relationship was analyzed and effect of FSP parameters on the grain size of SZ was determined. Experiment and analytical investigations revealed that SZ grain size complies the exponential temperature-dependent relationship and can be defined the mathematical equation. Calculations indicate that a change in operational variables (rotation and traverse speeds) makes no variation in strain rate, and it is constant.

    Keywords: Friction Stir Processing (FSP), Zener-Hollomon, Aluminum Alloy 2024, grain size
  • Microstructure and mechanical properties in dissimilar friction stir welding between aluminum 1050 and 316L stainless steel
    M. Naseri Alenjagh, T. Saeid* Pages 67-82

    The purpose of this research is to investigate the change of rotational speed and traverse speed on the microstructure and mechanical properties of the joint in friction stir welding of aluminum 1050 and 316L stainless steel. For this purpose, the microstructure, thickness of intermetallic compounds, hardness and tensile test on the joint were investigated. The proper selection of welding parameters leads to the creation of a joint with suitable metallurgical and mechanical properties. In this research, two rotational speeds of 560 and 900 rpm and four traverse speeds of 60, 80, 100 and 125 mm/min were performed. The microstructure consisted of four areas of the base metal, heat affected zone, thermo-mechanical affected zone and stir zone. In all the samples, the stir zone (SZ) contained a recrystallization microstructure with fine equiaxed grains. According to the Energy dispersive X-ray Spectroscopy results, an IMC layer formed in the joint interface. The hardness of the stir zone in all samples was higher than the aluminum base metal due to the formation of recrystallization fine equiaxed grains and the presence of steel particles. The best sample in terms of mechanical properties, mocrostructure and joint quality was obtained in the conditions of rotation speed of 900 rpm and advance speed of 125 mm/min. The strength was equal to 84 MPa with 77% efficiency.

    Keywords: Friction stir welding, Dissimilar joint, 316L Stainless steel, Aluminum 1050, Intermetallic compounds, Microstructure, Mechanical .properties
  • Investigation of microstructure and mechanical properties of lead free composite solder containing cobalt microparticles produced by accumulative roll bonding
    M.H. Nourmohammadi, M. Movahedi*, A.H. Kokabi, M. Tamizi Pages 83-92

    The miniaturization and compaction trends in electronic equipment and the removal of lead (Pb) element from solder alloys due to environmental considerations have created a great challenge in the field of designing and developing of new solder alloys. Therefore, researchers have recently focused on composite solder alloys using reinforcing particles to improve the reliability of lead-free solders. In this research, SAC0307 solder alloys (99 wt.% Sn, 0.3 wt.% Ag, and 0.7 wt.% Cu) with different percentages of cobalt microparticles were made by the Accumulative Roll Bonding (ARB) method. Then, the effect of the particles on wettability, microstructures and mechanical characteristics of solder alloys was investigated. The lowest contact angle was 23◦in 0.2 wt.% cobalt sample. By adding cobalt to the solder matrix, the size of intermetallic compounds (IMCs), Cu6Sn5 and Ag3Sn, decreased and the percentage of eutectic phases increased. The shape of the interfacial intermetallic compounds changed from scallop to layer shape by adding cobalt, and their average thickness increased about 13-71% in composite samples. The shear strength of solders increased up to 38% by enhancement of cobalt microparticles in the solder alloy containing 0.4 wt.% cobalt; however, shear strength was decreased in the composite solder containing 1 wt.% cobalt due to the agglomeration of microparticles. The shear fracture surfaces showed that the nature of the fracture changed from ductile fracture in the form of elongated dimples to brittle fracture in the form of cleavage with the increase in the percentage of cobalt microparticles. The composite solder alloys containing 0.2-0.4 wt.% Co have the best wettability behavior and tensile shear strength.

    Keywords: Lead free solders, Nanocomposite Materials, Soldering, Intermetallic compound, Accumulative Roll Bonding
  • Production of polylactic acid/chitosan polymer matrix scaffold reinforced with zinc oxide particles by 3D printing additive/welding manufacturing method and investigating their properties
    L. Gadami Domabi, S. M. Rafiaei*, S. Jahanbazi Gojani Pages 93-100

    In this paper the production of chitosan and polylactic acid polymer scaffolds containing zinc oxide particles was carried out through the 3D printer method. Zinc oxide particles were processed through combustion synthesis method. According to the XRD results, the produced oxide has a high phase purity, and the evaporation of volatile impurities and the increase of crystallinity happened via performing the calcination process. In the X-ray diffraction pattern of PLA/ZnO/Chitosan, the broad peak in the range of 10-25 degrees indicates the amorphousness of the background polymer, and with the addition of ZnO, sharp and powerful peaks have appeared in the graph. The SEM images of zinc oxide synthesized by combustion method also showed that the size of ZnO nanoparticles is approximately 50 nm, while after the calcination heat treatment, the size of the particles increased greatly and reached an average size of 130-160 nm. Finally, the microscopic images obtained from the surface of scaffolds possessing 10% zinc oxide, 5% chitosan and polylactic acid showed that by optimizing the 3D printer,  ZnO particles are uniformly dispersed in PLA/Chitosan polymer field.

    Keywords: combustion synthesis, PLA, ZnO, Chitosan scaffold, 3D printer, zinc oxide, glycine, urea
  • Effect of post weld heat treatment on the structure and mechanical properties of explosive welding of austenitic steel 321 - aluminum 1050 - aluminum 5083
    Gh. Khalaj*, A. Fadaei Pages 101-112

    In this research, the effect of post weld heat treatment on the microstructure and mechanical properties of the three-layer explosion welding joint of austenitic steel 321-aluminum 1050-aluminum 5083 was investigated. The welded samples were heat treated at 250 and 350°C for 10000 seconds. The structure and properties were investigated using optical microscope, scanning electron microscope, microhardness measurement and shear-compressive strength. The results showed that in all conditions, the interface of aluminum 5083-aluminum 1050 was smooth and with complete continuity; However, the interface between stainless steel 321 and aluminum 1050 had a reaction layer with variable and discontinuous thickness. During the heat treatment, the thickness of the interface layer increases according to the diffusion kinetics and reaches 18.6 microns in the maximum value. With the increase of heat treatment temperature, the average concentration of aluminum in the reaction layer of the interface increased from 85% to more than 90%, but the concentration of iron decreased from 10% to less than 5%. Also, shear-compressive strength decreases from 94.6 to 56.7 MPa.

    Keywords: explosive welding, heat treatment, interface, interaction layer, shear-compressive strength
  • Experimental investigation of the laser coating process of the inconel 718 powder on the H13 steel
    M. Safari*, A. Ahadi Pages 113-125

    In the present research, the coating process of Inconel 718 powder on the H13 steel substrate by direct powder deposition method with the help of 1 KW continuous fiber laser has been investigated. Hence, the effects of process parameters such as laser power, powder feed rate and laser scanning speed on the geometrical characterstics of the clad such as height and width of the clad are examined. In order to perform a comprehensive investigation on the effect of input parameters and their interactions on the height and width of the clad, design of experiment method based on response surface methodology is employed. The results show that the laser scanning speed and powder feed rate are as the important factors affecting the clad height, so that the clad height increases with increasing powder feed rate and decreasing laser scanning rate. Also, it is proved that by increasing the laser power and decreasing the laser scanning speed the width of the clad is increased.

    Keywords: Laser coating process, Laser power, Powder feed rate, Laser scanning speed
  • Crack prevention by adjusting aluminum concentration in GTAW cladded AlxCoCrFeNi high entropy alloy
    N. Abbasian Vardin, T. Saeid*, A. R. Akbari Pages 127-136

    In this study, gas-tungsten arc welding was used for the cladding of two high entropy alloys of AlCoCrFeNi (Al1) and Al0.7CoCrFeNi (Al0.7) onto plain carbon steel plates. The welding process was carried out at a welding current of 180 A and a welding speed of 1.4 mm/s. The microstructures, craking behavior, phase composition, and hardness of the clads were characterized using various methods, such as optical microscopy (OM), field emission scanning electron microscopy (FESEM), X-ray diffractometry (XRD) analysis, and microhardness measurements. The results indicated that the Al1 clad had a petal-like structure of the BCC and Cr-rich phases. Both intergranular and transgranular cracks were identified in the Al1 alloy, which were recognized to be solidification cracks. Thermal stress and brittleness of the BCC phase promote cracking of the Al1. On the other hand, in the Al0.7 alloy, in addition to the BCC phase, a new FCC phase was  formed with various Widmanstatten and dendritic morphologies in the clad microstructure and the Cr-rich phase was not observed. Furthermore, in this alloy with lower Al content, a crack-free clad was obtained. The crack prevention in the Al0.7 alloy was attributed to a combination of factors, including a decrease in the solidification range, formation of the FCC phase, and reduction in hardness.

    Keywords: High entropy alloy, Cladding, Gas tungsten arc welding, Solidification cracking
  • Investigating the solidification microstructure of IN625 superalloy cladded by direct laser deposition process on IN713LC
    M.R. Borhani*, S.R Shoja-Razavi, M. Erfanmanesh, F. Kermani, S.M. Barekat Pages 137-149

    Inconel 713LC super alloy is one of the most widely used high-temperature alloys. Due to the high level of gamma prime phase caused by Ti and Al alloy more than a critical value, this alloy is considered as one of the non-weldable alloys. One of the basic repair methods of this series of superalloys is laser cladding methods. In this research, the IN713LC  substrate was reconstructed with Inconel 625 powder by a direct laser deposition system. To characterize, optical and electron microscopy tests, porosity measurement, and XRD were carried out; The results showed that the R (growth rate of the dendrite tip) increases at high speeds of laser cladding; as a result, the G/R (combined solidification point) ratio decreases, and the structure tends towards the coaxial dendritic direction. For this reason, by increasing the speed of laser scanning from 4 to 6 mm/s, the coaxial dendritic structure increases. The hardness measurement results indicate a decrease in the hardness up to the junction area from 430 to 370 Vickers and fluctuations of about 50 Vickers. Due to the high solidification speed, the average distance between the secondary dendritic arm space was 0.8 at the bottom, 1.01 in the middle, and 1.75 micrometers at the top of the sample. Due to the high cooling speed, only carbides and lava phases are formed. Also, the porosity measurement results of the cladding indicate a maximum porosity of 0.1 percent.

    Keywords: Weldability, Rebuilding, Inconel 713LC, Inconel 625, Direct laser deposition