فهرست مطالب

نشریه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
پیاپی 65 (تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/05/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • رضا پورشهسواری، امیرحسین یقطین*، نوید حسین آبادی صفحات 1-14
    بکارگیری نانو سرامیک YSZ در حالت معلق در فاز مایع به عنوان ماده اولیه در فرایند پوشش دهی پلاسمایی منجر به ایجاد پوشش های سپر حرارتی با مقاومت بالاتر در برابر اکسیدسیون در دماهای بالا می گردد. کلید این موضوع دست یابی به سوسپانسیون آبی پایدار حاوی این نانو ذرات سرامیکی می باشد. در این تحقیق خواص ریولوژی و پایداری نانو ذرات YSZ در محیط آبی مورد بررسی قرار گرفته است. نوع جدا کننده های اضافه شونده به سوسپانسیون و خواص شیمیایی محیط آبی به عنوان فاکتورهای تاثیر گذار در مبحث پایداری سوسپانسیون حاوی 30 درصد وزنی جامد مورد مطالعه قرار گرفت. جهت مشخصه یابی خواص، آزمون های وسیکوزیته، پتانسیل زتا، فاکتور NTU و TSI و نرخ رسوب گذاری انجام گردید و نیز خواص ماندگاری سوسپانسیون های مختلف با گذشت زمان بررسی شد. نتایج نشان داد که استفاده از جدا کننده آلفا ترپینیول با غلظت 1/0 درصد وزنی در محیط آبی با pH برابر با 5/2 منجر به ایجاد سوسپانسیون بهینه با ویسکوزیته cp 5/1، پتانسیل زتا mV 56، فاکتور NTU و TSI به ترتیب برابر با 3680 و 9/3 شده است. بررسی ریز ساختاری پوشش سپر حرارتی ایجاد شده ناشی از پاشش پلاسمایی سوسپانسیون بهینه نشانگر ایجاد ساختار ستونی بوده که خصوصیات پایداری و مقاومت بالاتر در برابر اکسیداسیون را در این نوع پوشش ها به همراه خواهد داشت.
    کلیدواژگان: سوسپانسیون، نانو ذرات سرامیکی، YSZ، پایداری، پوشش سپر حرارتی
  • مجید عباسی*، آمنه وحیدیان صفحات 15-24
    ابتدا فولاد ریختگی جدید با ترکیب اسمی 0.5Cr، 1.8Mn، 2.5Si، 0.3C تهیه و با استفاده از روش آنیل میان بحرانی در سه دمای مختلف 825، 850 و °C875 در مدت زمان 26 دقیقه دوفازی شد. به منظور بررسی اثر دمای آنیل میان بحرانی بر ویژگی های ریزساختاری این نمونه ها تصاویر آنالیز میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی تهیه شد و ویژگی های مکانیکی با آزمون سختی و ریزسختی سنجی و آزمون کشش مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که با افزایش دمای آنیل میان بحرانی، کسر حجمی مارتنزیت، میزان سختی و همچنین استحکام تسلیم نمونه ها افزایش یافت. اما استحکام کششی ابتدا افزایش و سپس کاهش نشان داد. با این وجود نمونه آنیل میان بحرانی شده در °C850 بیشترین استحکام کششی (MPa 1532)، و نمونه آنیل میان بحرانی شده در °C825 بیشترین درصد ازدیاد طول (% 52/18) و قابلیت جذب انرژی (UTS×EL) را نشان دادند. این فولاد دوفازی دو مرحله کارسختی نشان داد که با افزایش مارتنزیت شیب مرحله دوم آن کاهش یافت و کرنش شروع مرحله دوم کارسختی به کرنش های کمتر انتقال پیدا کرد.
    کلیدواژگان: فولاد، دوفازی، ریختگی، مکانیکی، ریزساختار
  • سید علی حسینی مرادی*، مجید امیرزاده، نادر قبادی صفحات 25-33

    استفاده از سیستم های ذخیره انرژی دوستدار محیط زیست به عنوان بهترین راه حل برای کاهش اثرات مضر سوخت های فسیلی شناخته شده است. ابرخازن ها به دلیل داشتن دانسیته توان بالا، پایداری چرخه ای زیاد و دانسیته انرژی مطلوب بیش از دیگر سیستم ها (باتری و پیل های سوختی) در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته اند. استفاده از مواد الکترودی ارزان قیمت و در دسترس، کلید توسعه ابرخازن ها در مقیاس-های صنعتی و تجاری است. اکسید های نیکل و منگنز علاوه بر اینکه ارزان و در درسترس هستند، دارای ظرفیت ویژه تیوری بالایی هستند. با استفاده از این دو فلز در کنار هم می توان به یک نوع مورفولوژی با سایت های فعال الکتروشیمیایی زیاد دست یافت. در این پژوهش، ماده الکترودی نیکل منگنز اکسید (NiMnO3) با استفاده از روش هیدروترمال سنتز شد. سپس تست های مشخصه یابی XRD، FT-IR و SEM جهت تعیین خواص کریستالوگرافیکی و مورفولوژیکی مورد استفاده قرار گرفتند. تست های مشخصه یابی نشان دادند که که ذرات رومبوهدرال NiMnO3 با ساختار مزو حفره ای به دست آمدند. این ساختار مزوحفره ای ناشی از اتصال غیر یکنواخت نانوصفحات NiMnO3 به یکدیگر است. با انجام تست های الکتروشیمیایی CV، GCD و EIS مشخص شد که الکترود NiMnO3 دارای عملکرد عالی ابرخازنی با ظرفیت ویژه خازنی F/g 444 در دانسیته جریان A/g 1 است. این عملکرد مربوط به زیاد بودن و در دسترس بودن سایت های فعال الکتروشمیایی الکترود NiMnO3 با مورفولوژی مناسب مزوحفره ای است که امکان انجام واکنش های ذخیره بار را فراهم می کند.

    کلیدواژگان: نانوصفحه، نیکل منگنز اکسید، هیدروترمال، خازن-های الکتروشیمیایی
  • امیرسالار دهقانی، امیررضا فرنیا*، محمدجواد ترکمنی صفحات 35-52

    در این پژوهش، سخت کاری سطحی فولاد ابزار سرد کار SKS3 توسط لیزر دیودی توان بالا با توان بیشینه ی 1600 وات انجام گرفته است. توان های اعمالی (1200 و 1450 وات)، سرعت های روبش (6/1 الی 3 میلی متر بر ثانیه) و فاصله های 55، 70 و 75 میلی متر به عنوان پارامترهای آزمون اعمال شدند. بررسی های ریزساختاری، آنالیز فازی و ریز سختی سنجی به ترتیب توسط میکروسکوپ های نوری و الکترونی، پراش پرتوی ایکس و ریز سختی سنجی انجام شده است. بررسی های ریزساختاری و فازی نشان داد که فرآیند سخت کاری منجر به ایجاد ساختار دوفازی مارتنزیت و آستنیت باقی مانده شد. استفاده از لیزر هر سه حالت سخت کاری سطحی، ذوب سطحی و عدم سخت کاری را ایجاد کرده است. بهترین ترکیب عمق و عرض سخت کاری برای نمونه هایی با چگالی انرژی J/mm2 250-208 ایجاد شد. محاسبه ی درصد فاز آستنیت باقی مانده و گرمای ورودی، مشخص کرد که با افزایش گرمای ورودی، درصد آستنیت باقی مانده افزایش می یابد به گونه ای که برای نمونه با بیشترین گرمای ورودی، درصد فاز آستنیت باقی مانده در حدود 37 درصد محاسبه شد، همچنین برای نمونه با بیشترین گرمای ورودی (J/mm2/906)، کمترین میزان سختی حاصل شده است (653 ویکرز) و بیشترین سختی (760 ویکرز) برای نمونه ای بوده است که دارای گرمای ورودی پایین تری (J/mm725) بوده است. بررسی های مقادیر بازده سخت کاری1 مشخص کرد که صرفا با افزایش چگالی انرژی لیزر، شرایط سخت کاری بهبود نمی یابد بلکه برای حصول بالاترین سختی و ریزساختار مناسب، مقدار بهینه ی توان و سرعت اسکن موردنیاز است.

    کلیدواژگان: سخت کاری سطحی لیزری، فولاد ابزار SKS3، لیزر دیودی توان بالا، ساختار دوفازی، بازدهی سخت کاری
  • حمزه فراتی راد*، مصطفی آقازاده صفحات 53-65

    در این مقاله، سنتز سه نوع نانوذرات اکسید آهن (IONs) سوپر پارامغناطیس شامل نانوذرات اکسید آهن دوپ شده با Zn2+ و پوشیده شده با گلوکز (گلوکز/Zn-IONs)، نانوذرات اکسید آهن دوپ شده با Zn2+ و پوشیده شده با ساکارز (ساکارز/Zn-IONs) و نانوذرات اکسید آهن دوپ شده با Zn2+ و پوشیده شده با نشاسته (نشاسته/Zn-IONs) گزارش شده است. این نانوذرات اکسید آهن با سنتز الکتروشیمیایی از طریق رسوب دهی کاتدی تهیه شدند. بطوریکه، طی یک مرحله سنتزی و همزمان با درج شدن کاتیون های فلز روی (Zn2+) در درون ساختار بلوری مگنتیت، پوشش لایه ساکاریدی نیز روی سطح IONs انجام می شود. دوپه شدن کاتیون های Zn2+ در ساختار مگنتیت با روش های طیف سنجی تبدیل فوریه (FT-IR)، میکروسکوپ اکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) و پراش انرژی ایکس (EDX) تایید شد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی نشان دادند که مورفولوژی ذرات سنتز شده به صورت کروی است. آنالیزها ساختار بلوری سوپرپارامغناطیس نمونه های آماده شده با 10 درصد دوپنت روی را تایید کردند. ارزیابی مغناطش با مغناطیس سنج نمونه مرتعش (VSM) رفتار سوپر پارامغناطیس را برای نمونه های ساخته شده تایید کرد و مقادیر وادارندگی (Hci) و پسماند مغناطیسی (Mr) کوچکی مشاهده شد. مقدار وادارندگی برای گلوکز/Zn-IONs، ساکارز/Zn-IONs و نشاسته/Zn-IONs به ترتیب 9/8، 6/3 و Oe 2/9 اندازه گیری شد. همچنین مقدار پسماند مغناطیسی نیز برای همین نمونه ها به ترتیب برابر با 24/0، 09/0 و emu g-1 28/0 تعیین شدند.

    کلیدواژگان: نانو ذرات، سنتز الکتروشیمیایی، اکسید آهن، ساکاریدها، مغناطیس
  • حمید اشرفی*، ایمان حاجیان نیا صفحات 67-78
    در این پژوهش به شبیه سازی اثر جریان پالس دوم جوشکاری بر توزیع دمایی و اندازه دکمه جوش در جوشکاری مقاومتی نقطه ای فولاد استحکام بالای TRIP1100 به روش المان محدود پرداخته شد. در ادامه، اثر جریان پالس دوم بر اندازه و ریزساختار دکمه جوش و همچنین خواص مکانیکی جوش های مقاومتی نقطه ای فولاد ذکر شده به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفت. توزیع دمایی، ابعاد دکمه جوش و سیکل های گرمایش و سرمایش آن حین جوشکاری مقاومتی نقطه ای توسط شبیه سازی پیش بینی شدند. با توجه به سیکل های دمایی حاصل از شبیه سازی و نمودار استحاله در سرد شدن پیوسته فولاد، ریزساختار دکمه جوش در تمام جریان های جوشکاری به صورت تمام مارتنزیتی پیش بینی شد. نتایج شبیه سازی مطابقت خوبی را با نتایج تجربی از خود نشان داد. مشاهده شد که با افزایش جریان پالس دوم، قطر دکمه جوش به شکل لگاریتمی افزایش می یابد. همچنین، ریزساختار دکمه جوش در تمام نمونه ها به صورت تمام مارتنزیتی بود. ارزیابی خواص مکانیکی نمونه های جوشکاری شده توسط آزمون کشش برشی نشان داد که بیشینه نیرو در این آزمون با افزایش قطر دکمه جوش افزایش می یابد. با این وجود، انرژی شکست با افزایش قطر دکمه جوش ها کاهش یافت.
    کلیدواژگان: جوشکاری مقاومتی نقطه ای، فولاد TRIP، شبیه سازی، قطر دکمه جوش
  • غلامرضا خلج* صفحات 79-95
    در این پژوهش فولاد میکروآلیاژی خط لوله انتقال نفت و گاز X70 (API 5L grade X70)، مورد استفاده قرار گرفت. به منظور رسم دیاگرام دما- زمان- دگرگونی از چرخه حرارتی گرم و سرد کردن کلاسیک استفاده شد. تحلیل چرخه های حرارتی منطقه متاثر حرارتی، بر مبنای شرایط عملی صورت گرفت و برای شبیه سازی از دستگاه دیلاتومتری استفاده شد. با اعمال چرخه های حرارتی با دماهای قله 950، 1150 و °C1350، رفتار دگرگونی و ساختار میکروسکوپی مناطق مختلف متاثر حرارتی مورد مطالعه قرار گرفت. با تحلیل نتایج دیلاتومتری، سینتیک تشکیل آستنیت (در سرعت های گرم کردن مختلف از 5 تا350 °C/s)و سینتیک تجزیه آستنیت (در دو حالت اندازه دانه آستنیت ثابت با سرمایش متغیر و نیز اندازه دانه آستنیت متغیر و سرمایش ثابت) بررسی شد. مدل سازی دگرگونی آستنیت با استفاده از معادله اصلاح شده JMAK صورت گرفت. مشاهده شد که پارامتر n وابستگی زیادی به دما ندارد و ثابت در نظر گرفته می شود. پارامتر k به شدت به دما، مقدار دگرگونی و اندازه دانه آستنیت وابسته است. با استفاده از JMAK اصلاح شده، رابطه ای که همه این متغیرها را در برداشته باشد، ایجاد شد.
    کلیدواژگان: فولاد خط لوله، جوشکاری زیرپودری، دیلاتومتری، دگرگونی فاز، منطقه متاثر حرارتی
|
  • Reza Pourshahsavari, AMIRHOSSEIN YAGHTIN *, Navid Hosseinabadi Pages 1-14
    Application of YSZ nanoceramic in liquid phase suspension as raw material in plasma coating process leads to thermal barrier coatings with more desirable properties. The key is to achieve a stable aqueous suspension containing these ceramic nanoparticles. In this research, the rheological properties and stability of YSZ nanoparticles in aqueous medium have been investigated. The type of dispersants added to the suspension and the chemical properties of the aqueous medium were studied as influential factors in the stability of the suspension containing by 30 weight percent. In order to characterize the properties, viscosity, zeta potential, NTU and TSI factor and sedimentation rate were performed and also the aging properties of different suspensions were studied over time. The results showed that the use of alpha terpineol dispersant with a concentration of 0.1 wt% in aqueous medium with a pH of 2.5 has led to an optimal suspension with optimum viscosity and stability conditions, defined as viscosities at 1.5 cp, zeta potential at 56 mV and Nephelometric turbidity units (NTU) 3680 were obtained. Microstructural study of the thermal barrier coating created by plasma spraying of the optimal suspension indicates the formation of a columnar structure that will have higher stability and strength properties in this type of coating.
    Keywords: suspension, Ceramic nanoparticle, YSZ, Stability, thermal barrier coating
  • Majid Abbasi *, Amene Vahidian Pages 15-24
    In this research, a steel specimen with the new chemical compositions of 0.3 C, 2.5 Si, 1.8 Mn, and 0.5 Cr (wt. percent) was cast. Intercritical annealing (IA) heat treatment was performed at three temperatures(i.e., 825, 850, 875°C) on these samples in 26 minutes to achieve the dual-phase steel. To determine the effect of intercritical annealing (IA) temperature, optical (OM) and scanning electron microscopy (SEM) microstructures were studied, as well as mechanical properties via hardness, micro-hardness, and tensile testing. The results indicated that intercritical annealing temperature increased, martensite volume, hardness, and yield strength increased. Also, the tensile strength initially increased and then decreased. However, the sample intercritical annealed at 850°C showed maximum tensile strength (1532 MPa), and the sample intercritical annealed at 825°C showed maximum elongation (18.52 %), and strength–elongation balance (UTS×UE). This dual-phase steel showed two stages of hardening, with the increase of martensite, the slope of the second stage decreased, and the strain at the beginning of the second stage of hardening was transferred to lower strains.
    Keywords: Intercritical, Annealing, Dual, Phase
  • Seyed Ali Hosseini Moradi, Nader Ghobadi*, Majid Amirzade Pages 25-33

    The use of environmentally friendly energy storage systems is known as the best solution to reduce the fossil fuels consumption. Supercapacitors have received more attention than other energy storage devices (batteries and fuel cells) due to their high power density, high cycling stability and optimal energy density. The use of inexpensive and available electrode material is the key to the development of supercapacitors in the industrial and commercial scales. Nickel and manganese oxides have a high theoretical specific capacity, in addition to their availability and lower price. A type of morphology with many electrochemically active sites can be achieved by using these two metal oxides, together. In this research, nickel manganese oxide electrode material (NiMnO3) was synthesized using hydrothermal method. Then, the characterization tests of XRD, FT-IR and SEM were used to determine the crystallographic and morphological properties. Characterization analyses showed that the rhombohedral NiMnO3 nanoparticles with mesoporous structure were obtained. The electrochemical tests of CV, GCD and EIS showed that the NiMnO3 electrode has an excellent supercapacitive performance with the specific capacity of 444 F/g at a current density of 1 A/g. The great performance of NiMnO3 electrode can be related to the abundant and available electrochemical active sites of NiMnO3 electrode with appropriate mesoporous structure which led to the charge storage reactions.

    Keywords: Nanoplate, Nickel-Manganese Oxide, Hydrothermal, Electrochemical Capacitors
  • Amirsalar Dehghani, Amirreza Farnia *, MohammadJavad Torkamany Pages 35-52

    In this research, the surface hardening of SKS3 cold work tool steel has been performed by high power diode laser with a maximum power 1600 W. The applied powers of 1200 and 1450 W, the scanning speeds of 1.6 to 3 mm.s-1 and working distances of 55,, 70 and 75 mm were applied as test parameters. Microstructure and phase analysis and microhardness measurement were studied by optical microscopy, electron microscopy, X-ray diffraction and microhardness testing methods, respectively. The microstructure and phase analysis showed that the hardening process led to the formation of martensite and retained austenite dual-phase structure. The use of laser, created all three states of surface hardening, surface melting and non-hardening. The best result in terms of depth and width of hardening was obtained for samples with energy density of 208-250 J/mm2. The calculation of retained austenite phase percentage and heat input, indicated that an increase in the heat input raised the residual austenite percentage, so that for the sample with maximum heat input, the retained austenite phase percentage was calculated to be approximately 37%. Also, for the sample with the highest heat input (906/J/mm2), the lowest hardness was obtained (653 Vickers) and the sample with lower heat input (725 J/mm2) was owned the highest hardness (760 Vickers). Investigations of the values of hardening efficiency showed that the hardening conditions are not improved only by increasing the laser energy density, but to obtain highest hardness and appropriate microstructure, the optimum amount of power and scanning speed is needed.

    Keywords: Laser Surface Hardening, SKS3 Tool Steel, High-power Diode Laser, Dual-phase Structure, Hardening Efficiency
  • Hamze Foratirad *, Mustafa Aghazade Pages 53-65

    In this paper, three-types of metal-cations doped superparamagnetic iron oxide nanoparticles (IONs) including glucose-grafted Zn2+-doped MNPs (glucose/Zn-IONs), sucrose-grafted Zn2+-doped IONs (sucrose/Zn-IONs) and starch-grafted Zn2+-doped IONs (starch/Zn-IONs) are reported. These IONs are fabricated by OH– ions electrochemical generation through cathodic deposition method. The saccharide capped layer onto the surface of deposited IONs and also zinc cations doping into their crystal structure were confirmed via Fourier-transform infrared spectroscopy, Field-emission scanning electron microscopy and Energy Dispersive X-ray techniques. Figures of the Field-emission scanning electron microscopy showed that the morphology of particles synthesized is spherical. Analyses revealed magnetite crystal structure with about 10% doped zinc for all the prepared samples. The magnetic evaluations by sample vibrating magnetometer (VSM) technique specified the superparamagnetic behaviors for the prepared samples, where low coercivity and remanence values (i.e. Hci=8.9Oe and Mr=0.24 emu/g for glucose/Zn- IONs; Hci=3.6Oe and Mr=0.09 emu/g for sucrose/Zn- IONs; Hci=9.2Oe and Mr=0.28 emu/g for starch/Zn- IONs) were observed.

    Keywords: nanoparticles, Electrochemical Synthesis, Iron Oxide, Saccharides, Magnetism
  • Hamid Ashrafi *, Iman Hajiannia Pages 67-78
    In this study, simulation of the effect of the second pulse current on temperature distribution and nugget size of TRIP1100 steel during resistant spot welding was performed by finite element method. Then, the effect of the second pulse current on the weld nugget size, weld nugget microstructure and mechanical properties of the resistant spot welds of the above-mentioned steel was experimentally investigated. Temperature distribution, weld nugget dimensions and heating and cooling cycles during resistant spot welding were predicted by simulation. Based on the simulated thermal cycles and continuous cooling transformation diagram of the TRIP1100 steel, a fully martensitic microstructure was predicted for the weld nugget in all currents. A good agreement was obtained between the simulated and experimental results. It was observed that the nugget diameter logarithmically increases with increasing the second pulse current. Furthermore, the microstructure of weld nugget in all samples was fully martensitic. Assessment of the mechanical properties of the welded samples by shear tension test demonstrated that the maximum load increases with increasing the weld nugget diameter. Nevertheless, the fracture energy decreased with increasing the nugget diameter.
    Keywords: Resistant spot welding, TRIP Steel, Simulation, Weld nugget diameter
  • Gholamreza Khalaj * Pages 79-95
    In this research, X70 (API 5L grade X70)microalloyed steel of oil and gas transmission pipeline was used. In order to draw the temperature-time-transformation diagram, the classical heating and cooling thermal cycle was used. Analysis of the thermal cycles of the heat-affected zone was done based on practical conditions and a dilatometry device was used for simulation. By applying thermal cycles with peak temperatures of 950, 1150 and 1350 °C, the transformation behavior and microscopic structure of different heat-affected areas were studied. Analyzing the results of dilatometry, the kinetics of austenite formation (at different heating rates from 5 to 350 °C/s) and the kinetics of austenite decomposition (in two cases of constant austenite grain size with variable cooling and variable austenite grain size and constant cooling) were investigated. Modeling of austenite transformation was done using modified JMAK equation. It was observed that the “n” parameter does not have much dependence on temperature and is considered constant. The “k” parameter strongly depends on temperature, transformation amount and austenite grain size. Using the modified JMAK, a relationship was created that includes all these variables.
    Keywords: Pipeline steel, Submerged arc welding, dilatometry, Phase transformation, Heat affected zone