فهرست مطالب

مواد نوین - سال چهاردهم شماره 2 (پیاپی 52، تابستان 1402)

مجله مواد نوین
سال چهاردهم شماره 2 (پیاپی 52، تابستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1403/01/18
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مرجان رنجبری، مازیار آزادبه*، عباس صباحی نمینی صفحات 1-18
    مقدمه

    بوراید تیتانیم و کاربید تیتانیم می تواند موجب تقویت آلیاژهای زمینه تیتانیم - مولیبدن، باشد. اگر این تقویت کننده ها بصورت درجا و آن هم با یک واکنش گرمازا (بین زمینه و تقویت کننده ی برون جا) ایجاد شوند، گرمای آن واکنش نیز به نفوذ بیشتر مولیبدن در زمینه و درنتیجه تقویت فاز بتا منجر خواهد شد. هدف اصلی از انجام این پژوهش، بررسی تاثیر افزودن 5/1 درصد وزنی تقویت کننده برون جای کاربید بور به آلیاژ تیتانیم - مولیبدن در دما و زمان های مختلف می باشد. بدین ترتیب تاثیر افزایش دما، زمان تف جوشی و گرمای واکنش گرمازا بر میزان چگالش، بهبود حلالیت مولیبدن در تیتانیم، تشکیل محصولات فازی هیبریدی (تقویت کننده های درجا) و در پایان خواص مکانیکی نظیر استحکام کششی، استحکام پارگی عرضی و سختی بررسی می شود.  

    روش

    مخلوط پودری Ti-10Mo-1.5B4C، ابتدا تحت فشار10 مگاپاسکال و همزمان با افزایش تحت فشار میانی 20 مگاپاسکال و نهایتا بعد از رسیدن به دماهای تف جوشی (دماهای 1150، 1300 و °C1450) تحت فشار نهایی50 مگاپاسکال به مدت زمان 5 و 10 دقیقه قرار گرفتند و بدین ترتیب شش نمونه به روش تف جوشی قوس پلاسما ساخته شد. تحولات ریزساختاری، خواص فیزیکی و مکانیکی و آنالیز فازی نمونه های تف جوشی شده مورد ارزیابی قرار گرفت.

    یافته ها

    به طور کلی با ازدیاد دما و زمان تف جوشی، چگالی افزایش یافت فقط در دمای °C1450 بمدت 10 دقیقه کاهش جزئی مشاهده شد به همین ترتیب خواص مکانیکی نیز تقریبا روند مشابهی نشان داد. در واقع تاثیر افزایش دما بر پیشرفت واکنش تیتانیم - کاربید بور بیشتر از افزایش زمان تف جوشی بوده است. ضمنا لازم به ذکر است که افزایش دما و زمان تف جوشی منجر به انحلال بیشتر مولیبدن درزمینه تیتانیم شده است، ولی در اینجا نقش واکنش گرمازای تقویت کننده برون جا با زمینه را نیز نباید نادیده گرفت.

    نتیجه گیری

    افزایش دما و زمان تف جوشی منجر به تولید فازهای درجای بیشتر می شود که پیوند قوی با زمینه Ti دارند. در ضمن استفاده از تقویت کننده درجایی که با زمینه واکنش گرمازا دهد و تقویت کننده درجای مورد نیاز را فراهم نماید به نوبه ی خود از اهمیت ویژه ای در همگن سازی (در اینجا مولیبدن) آلیاژ خواهد داشت.

    کلیدواژگان: کامپوزیت تیتانیم-مولیبدن، کاربید بور، بوراید تیتانیم و کاربید تیتانیم، تف جوشی قوس پلاسما، تقویت کننده های درجا و برون جا
  • سید محمدرضا سده ئی، محمدرضا مرکی*، علی جلالی، هادی ایزدی صفحات 19-41
    مقدمه

    در طی سال های اخیر، مطالعه تغییرشکل پلاستیک شدید بر اساس فرآیندهای مناسب برای ورق و مواد جامد انجام شده است. با توجه به ضعف برخی خواص و کاربردهای مهم فلز تیتانیوم، این روش ها موضوعی جذاب برای افزایش راندمان این فلز کاربردی تلقی می شود. بنابراین، تلاش هایی برای بررسی و توسعه فرآیندهای تغییرشکل پلاستیک شدید موثر و مناسب برای تولید نمونه های تیتانیومی صورت گرفته است. تغییرشکل پلاستیک شدید به عنوان روش اصلی برای تولید مواد بسیار ریزدانه و نانوساختار با استحکام و سختی بالا شناخته شده است. مطالعه حاضر در مورد بررسی جدیدترین روش های این خانواده مناسب برای تولید نمونه های تیتانیومی نانوساختار با دانه های فوق ریز است. این مطالعه همچنین تاثیر برخی از مهمترین روش های مختلف تغییرشکل پلاستیک شدید را بر خواص تیتانیوم نشان و با مقایسه بین آن ها بر اساس مزایا و معایب روش های تغییرشکل پلاستیک شدید بر اساس دیدگاه پردازش و خواص انجام می شود.

    یافته ها

    دما، سرعت روانکاری مناسب 3 عامل اساسی و مهم برای تغییر شکل پلاستیک شدید فلز تیتانیوم است. فراوانی استفاده از سه روش فوق برای فلز تیتانیوم و آلیاژهای آن به ترتیب شامل روش های ایکپ، اتصال نورد تجمعی و اکستروژن برشی ساده می باشد. نقطه ضعفی که در اکثر تحقیقات انجام شده بر روی تیتانیوم فرآوری شده با روش های تغییر شکل پلاستیک شدید مشهود است، عدم بررسی خواص زیست سازگاری تیتانیوم همزمان با خواص مکانیکی آن پس از فرآیند است. تقریبا می توان گفت که در هیچ یک از تحقیقات انجام شده در مورد روش های تغییر شکل شدید پلاستیک، خروجی صنعتی خاصی معرفی نشده است و تنها در سطح کار تحقیقاتی باقی مانده است.

    کلیدواژگان: تیتانیوم، تغییر شکل پلاستیک شدید، اکستروژن برشی ساده، ایکپ، اتصال نورد تجمعی
  • امیرعلی جهانبخشی نژاد، حکیمه شریفی فرد*، محمد بنیادی، راضیه حیاتی صفحات 42-60
    مقدمه

    به دلیل افزایش جمعیت و فعالیت های صنعتی، میزان تقاضا برای آب سالم افزایش یافته و از طرفی میزان آب شیرین کاهش یافته است؛ در نتیجه تصفیه پساب ها از جمله پساب شهری و صنعتی ضرورت بسیار یافته است. یکی از راه های تصفیه پساب فرآیند اکسیداسیون پیشرفته است. در این پژوهش فرآیند اکسیداسیون پیشرفته با استفاده از فوتوکاتالیست بر پایه کربن فعال اصلاح شده جهت تصفیه پساب شهری شهر یاسوج استفاده شده است. کربن فعال با استفاده از روش فعال سازی شیمیایی از پوست گردو تهیه گردید و سپس توسط کامپوزیتی از نانوذرات ZnO و SnO2 اصلاح گردید و به عنوان فوتوکاتالیست، در راکتور طراحی شده، جهت تصفیه پساب استفاده شد. نتایج آنالیزهای FTIR، XRD و EDX وجود نانوذرات ZnO/SnO2 بر روی سطح کربن فعال اصلاح شده را تایید کرد. به دلیل پوشش این نانوذرات بر روی سطح کربن فعال و در درون حفرات آن، مقدار مساحت سطح ویژه کربن فعال اصلاح شده نسبت به کربن فعال به شدت کاهش یافته است. نتایج آنالیز DRS بیانگر گاف انرژی پایین  فوتوکاتالیست سنتز شده و قابلیت کاربرد آن در حضور نور مرئی است. اثر پارامترهای pH، مقدار فوتوکاتالیست، و زمان تحت تابش نور بر میزان کاهش COD  پساب شهری در یک راکتور فوتوکاتالیستی بررسی شد. به منظور بهینه سازی اثر پارامترها از روش طرح مرکب مرکزی جهت طراحی آزمایش استفاده شد. نتایج حاصل نشان داد که حداکثر مقدار کاهش COD برابر با 41/97% در pH برابر با 3 ، مقدار فوتوکاتالیست g/L 25/1و مدت زمان تابش نور 45 دقیقه بدست می آید.

    کلیدواژگان: پساب شهری، کربن فعال، فرآیند اکسیداسیون پیشرفته، پسماندهای کشاورزی
  • محمد رزازی بروجنی*، هند خلف شایع الفضلی، فرهاد عظیمی فر صفحات 61-72
    مقدمه

    روش پاشش حرارتی با هدف افزایش عمر کاری قطعات فولادی از مهم ترین راه حل هایی است که در مهندسی سطح برای حل مشکل سایش مطرح می باشد.

    روش

    در این پژوهش پوشش NiCrBSi و NiCrBSi-MoS2 به روش پاشش حرارتی بر روی فولاد زنگ نزن 304 اعمال شد و سپس رفتار سایشی در دمای محیط و دمای 500  درجه سانتیگراد مورد ارزیابی قرار گرفت. بررسی های فازی توسط آزمون پراش پرتو ایکس انجام شد. ترکیب شیمیایی پوشش ها به کمک آزمون آنالیز طیف سنجی انرژی بررسی شد.  بررسی تخلخل به کمک تصاویر میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی انجام شد. سختی سنجی نمونه ها با استفاده از آزمون میکروسختی سنجی انجام شد. به منظور بررسی چسبندگی و رفتار تریبولوژیکی پوشش ها به ترتیب از آزمون های VDI3198 و پین بر دیسک ASTM-G99 استفاده شد. و درنهایت ارزیابی مکانیزم سایشی با استفاده از تصاویر SEM و آنالیز EDS از سطوح سایش نمونه ها صورت گرفت.

    یافته ها

    بررسی های فازی (به کمک آزمون XRD) و ترکیب شیمیایی (به کمک آزمون EDS) نشان داد که پوشش دارای فاز آمورف و کریستالی می باشد و مهم ترین فازهای تشکیل دهنده پوشش نیکل-گاما، کاربید و بوراید می باشد. نتایج تخلخل سنجی به کمک نرم افزار آنالیز تصویر بیانگر تخلخل بیشتر پوشش NiCrBSi-MoS2 بود. نتایج سختی سنجی از مقطع نمونه ها حاکی از افزایش سختی زیرلایه در حضور پوشش ها بود و افزودن ذرات MoS2 باعث کاهش سختی پوشش NiCrBSi شد. پوشش دارای MoS2 با توجه به ساختار کریستالی و قابلیت تغییر شکل پلاستیک بهتر، رفتار چسبندگی بهتری دارد. نتایج تریبولوژیکی حاکی از برتر بودن پوشش NiCrBSi-MoS2 با توجه به قابلیت مناسب تغییر شکل پلاستیک و همچنین خاصیت روانکاری ذاتی (بر اساس ساختار کریستالی) در این آزمون بود. مشخص شد که در دمای محیط نمونه ها عمدتا دارای مکانیزم سایش ورقه ای بودند و در دمای بالا سایش اکسیداسیونی به عنوان مکانیزم ثانویه به تخریب سطح کمک می کرد.

    نتیجه گیری

    افزودن MoS2 به پوشش NiCrBSi  موجب تخلخل بیشتر، زبری بیشتر، سختی کمتر و رفتار چسبندگی و سایشی برتر پوشش گردید. همچنین افزودن MoS2 به پوشش موجب بهبود مقاومت سایشی پوشش در دمای بالا گردید.

    کلیدواژگان: پاشش حرارتی، سولفید مولیبدن، سایش، مکانیزم سایش، فولاد زنگ نزن 304
  • امیرحسین شهباز، مهرداد عباسی*، حامد ثابت صفحات 73-87
    مقدمه

    تیتانیوم و هیدروکسی آپاتیت (HA) به طور گسترده در صنایع مختلف به ویژه پزشکی و ایمپلنت ها استفاده می شوند. در این میان، فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (FSP) یکی از بهترین روش ها برای ساخت کامپوزیت های سطح Ti/HA است.

    روش

    این تحقیق به طور خاص به بررسی تاثیر هندسه پین در فرایند FSP بر ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت های سطحی Ti/HA می پردازد. در این راستا از پارامترهای فرایند شامل پین های مثلثی، مربعی، و مخروط ناقص و سرعت های دورانی rpm 1150 و 1250 و سرعت خطی 30 و 45 میلی متر در دقیقه استفاده شد. مشخصه یابی کامپوزیت های سطحی Ti/HA با کمک FESEM، آزمون پراش اشعه ایکس، تحلیل طیف سنج پراکندگی انرژی (EDS) و آزمون کشش انجام شد.

    یافته ها

    نتایج بررسی ریزساختار نشان داد که هندسه پین به شکل مثلثی سبب عدم امتزاج پودر HA در بستر تیتانیوم می شود. همچنین مشخص شد که در سرعت دورانی بالاتر، در پین های مربعی و مخروطی ناقص، به دلیل کاهش نقص ها مانند حفره ها و ترک ها، امتزاج به میزان بیشتری رخ می دهد. مقادیر استحکام کشش نهایی برای پین مربعی با سرعت خطی mm/min 30 و 45 به ترتیب 772 و 605 مگاپاسکال، و در پین مخروطی ناقص با سرعت خطی mm/min 30 و 45 به ترتیب 894 و 747 مگاپاسکال به دست آمد. بنابراین مشخص شد که استحکام کششی نهایی با افزایش سرعت خطی، در هر دو هندسه پین مربعی و مخروط ناقص کاهش می یابد و همواره استحکام کششی نهایی در نمونه های FSPشده با پین مخروطی بیشتر از پین مربعی است.

    نتیجه گیری

    این نتایج نشان می دهند که پارامترهای فرایند به طور قابل توجهی بر خواص مکانیکی قطعه تاثیرگذار است.

    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، هندسه پین، تیتانیوم، هیدروکسی آپاتیت، خواص مکانیکی
  • شیما پشنگه*، سهیل افخمی، سید صادق قاسمی بنادکوکی صفحات 88-108

    امروزه فولادهای کوئنچ و پارتیشن بندی (Q&P) با ترکیب منحصر به فرد از استحکام و شکل پذیری، امکان استفاده در نسل سوم از فولادهای پیشرفته AHSS را فراهم می نمایند. در این پژوهش، تاثیر عملیات حرارتی آنیل میان بحرانی بر کوئنچ و پارتیشن بندی (Q&P) میکروفازهای فریت-بینیت-مارتنزیت در فولاد کم آلیاژ سیلیسیم بالای DIN 1.5025  مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، ابتدا فرآیند عملیات حرارتی نرماله کردن شامل آستنیته کردن در دمای  900oC به مدت 5 دقیقه به همراه سرد شدن در هوا تا دمای اتاق برای دستیابی به ریزساختارهای همگن و یکنواخت اولیه فریتی-پرلیتی برای تمام نمونه ها انجام شد. در ادامه، سیکل های عملیات حرارتی کوئنچ و پارتیشن بندی شامل آستنیته کردن جزئی در ناحیه میان بحرانی آستنیت-فریت با دمای  775oC به مدت زمان نگه داری 60 دقیقه و متعاقبا کوئنچ در حمام نمک مذاب پارتیشن بندی با دماهای 250، 300 و  350 درجه سانتیگراد به مدت زمان های مختلف 2، 5، 15، 30 و 60 دقیقه انجام شدند. برای ارزیابی تغییرات ریزساختاری و خواص مکانیکی نمونه ها از مشاهدات میکروسکوپ های نوری (OM) و الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM)، آزمون های مکانیکی استاندارد کشش و سختی سنجی استفاده شدند. نتایج نشان می دهد وجود فاز فریت در طی آستنیته کردن جزئی در ناحیه ی میان بحرانی آستنیت-فریت، موجب غنی سازی آستنیت از کربن، کاهش دمای شروع تشکیل مارتنزیت (Ms)، تشکیل بلور های ظریف بینیت می گردد. بنابراین ریزساختارهای حاصل سبب مشاه ده ی رفتار کششی غیر متعارف تسلیم پیوسته در نمونه ها شدند. از سوی دیگر زمان عملیات حرارتی پارتیشن بندی 30 دقیقه در حمام نمک مذاب 350 درجه سانتیگراد باعث ایجاد ریزساختارهای چندفازی حاوی مخلوطی از میکروفازهای فریت- بینیت- مارتنزیت گردید. این ریزساختارهای چندفازی سبب بهینه سازی خواص مکانیکی شامل فرم پذیری و استحکام کششی به ترتیب در مقادیر 16% و  MPa 1350 شد.

    کلیدواژگان: فولاد کم آلیاژ سیلیسیم بالا، آنیل میان بحرانی، کوئنچ و پارتیشن بندی، میکروفازهای فریت-بینیت-مارتنزیت، خواص کششی شگرف
|
  • Marjan Ranjbari, Maziyar Azadbeh *, Abbas Sabahi Namini Pages 1-18
    Introduction

    Titanium boride and titanium carbide are the most important ceramic particles to reinforce titanium-molybdenum alloys. If an external reinforcement with an exothermic reaction causes the production of those reinforcements, the heat of reaction can promote the diffusion of molybdenum in the Matrix.

    Methods

    In this research, Ti–10 wt.% Mo–1.5 wt.% B4C composite samples was consolidated in a SPS machine following cold uniaxial precompaction by applying maximum 10 MPa and then SPSed in vacuum below 1 Pa at 1150, 1300 and 1450°C with 50°C/min heating rate under 20 MPa pressure. Subsequently at each sintering temperature the applied pressure was increased to 50 MPa and process continued for 5 and 10 min. Microstructural changes, physical and mechanical properties as well as phase analysis of produced composites were evaluated.

    Findings

    Totally, with rising sintering temperature and time, the density increases. Only at 1450°C for 10 min, a slight decrease in density was observed. Similarly, the mechanical properties improved. Actually, increasing sintering temperature influences the progress of the titanium-boron carbide reaction and the decreasing porosity greater than time. Here, not only increasing sintering temperature and time but also the heat of exothermic reaction encourages the diffusion of molybdenum to matrix and lead to better homogenization, consequently.  Under similar elaborated arrangement, also achieving improved mechanical properties is more accessible.

    Keywords: titanium-molybdenum composite, Boron Carbide, Titanium boride, titanium carbide, Spark plasma sintering, in situ, ex situ reinforcements
  • Sayyed Mohammadreza Sedehi, Mohammadreza Maraki *, Ali Jalali, Hadi Ezadi Pages 19-41

    In recent years, extensive studies have been conducted on severe plastic deformation based on suitable processes for sheets and solid materials. Considering the limitations in some properties and crucial applications of titanium metal, these methods are considered intriguing avenues for enhancing the efficiency of this practical metal. Therefore, efforts have been made to investigate and develop effective severe plastic deformation processes for producing titanium samples. Severe plastic deformation is widely recognized as the primary method for producing ultrafine and nanostructured materials with high strength and hardness. This study focuses on exploring the most recent methods in this family suitable for producing nanostructured titanium samples with ultrafine grains. Furthermore, the study assesses the impact of several key severe plastic deformation methods on titanium properties, comparing them based on the advantages and disadvantages of these methods from both processing and property perspectives.

    Findings

    In this regard, in recent years, severe plastic deformation methods have been introduced and extensively studied. In this research, by examining and reviewing the latest studies related to the advantages and disadvantages of threemethodssimple shear extrusion, accumulative roll bonding, and equal channel angular pressing, the following results have been obtained :
    All past research indicates that these three methods have a significant and positive impact on the mechanical properties of titanium metal. These positive effects show an increasing acceleration up to a certain number of passes and then reach a saturation point.
    Temperature, speed, and appropriate processing are three fundamental and important factors concerning severe plastic deformation of titanium metal.
    Some studies suggest that pure titanium metal can also be processed at room temperature using methods of severe plastic deformation.
    The frequency of using these methods in relation to titanium metal and its alloys includes methods such as ECAP, accumulative roll bonding, and simple shear extrusion, respectively.
    A noticeable weakness in most studies conducted on processed titanium using severe plastic deformation methods is the lack of investigation into the biocompatibility properties of titanium concurrently with its mechanical properties after the process.
    6. It can be almost stated that in none of the studies conducted on severe plastic deformation methods, a specific industrial output has been introduced, and it remains at the level of research work.

    Keywords: Titanium, Severe plastic deformation, Simple shear extrusion, equal channel angular pressing, accumulative roll bonding
  • Amirali Jahanbakhshi Nejad, Hakimeh Sharififard *, Mohammad Bonyadi, Raziye Hayati Pages 42-60

    Due to the increase in population and industrial activities, the demand for clean water has increased. On the other hand, the amount of fresh water has decreased; As a result, wastewater treatment, including municipal and industrial wastewater, has become very necessary. One of the wastewater treatment methods is the Advanced Oxidation Process (AOP). This research used the advanced oxidation process using the photo-catalyst based on modified activated carbon to treat municipal wastewater in Yasouj City. Activated carbon was prepared from the walnut shell using the chemical activation method and then modified by a composite of ZnO and SnO2 nanoparticles and used as a photo-catalyst in the designed reactor for wastewater treatment. The results of FTIR, XRD, and EDX analyses confirmed the presence of ZnO/SnO2 nanoparticles on the modified activated carbon surface. Due to the coating of these nanoparticles on the surface of the activated carbon and inside its pores, the specific surface area of the modified activated carbon is greatly reduced compared to the activated carbon. The results of the DRS analysis show the low band gap of the synthesized photocatalyst and its applicability in the presence of visible light. To optimize the effect of the parameters, the central composite design method was used to design the experiment. The results showed that the maximum amount of COD reduction of 97.41% has been achieved at a pH of 3, the amount of photocatalyst of 1.25 g/L, and the duration of light irradiation of 45 minutes.

    Keywords: Municipal wastewater, Activated Carbon, Advanced oxidation process, Agriculture wastes
  • Mohammad Razazi Boroujeni *, Hind Khalaf Shayea Al Fadhli, Farhad Azimifar Pages 61-72
    Introduction

    The thermal spraying method with the aim of increasing the working life of steel parts is one of the most important solutions in surface engineering to solve the problem of wear.

    Methods

    In this research, NiCrBSi and NiCrBSi-MoS2 coatings were applied on 304 stainless steel by thermal spraying, and then the wear behavior was evaluated at ambient temperature and 500 degrees. Phase investigations were done by X-ray diffraction test. The chemical composition of the coatings was checked with the help of energy dispersive spectrometer analysis. Porosity was investigated with the help of optical microscope and scanning electron microscope images. The hardness of the samples was measured using a microhardness test. In order to check the adhesion and tribological behavior of the coatings, VDI3198 and ASTM-G99 pin-on-disk tests were used, respectively, and finally, the wear mechanism was evaluated using SEM images and EDS analysis of the wear surfaces of the samples.

    Findings

    Phase analysis (XRD) and chemical composition (EDS) showed that the coating has an amorphous and crystalline phase and the most important phases of the coating are nickel-gamma, carbide and boride. Porosity measurement results with the help of image analysis software showed higher porosity of NiCrBSi-MoS2 coating. The results of hardness measurement from the cross-section of the samples indicated an increase in the hardness of the substrate in the presence of coatings, and the addition of MoS2 particles decreased the hardness of the NiCrBSi coating. The coating with MoS2 has better adhesive behavior due to its crystalline structure and better plastic deformation ability. The tribological results indicated the superiority of the NiCrBSi-MoS2 coating due to the appropriate ability of plastic deformation as well as the intrinsic lubrication property (based on the crystal structure) in this test. It was found that at ambient temperature, the samples mainly had lamellar wear mechanism, and at high temperature, oxidation wear as a secondary mechanism helped to destroy the surface.

    Conclusion

    The addition of MoS2 to NiCrBSi coating caused more porosity, more roughness, less hardness and better wear behavior of the coating. The addition of MoS2 to the coating improved the wear resistance of the coating at high temperature.

    Keywords: Thermal spray, molybdenum sulfide, Wear, wear mechanism, 304 stainless steel
  • Amirhosein Shahbaz, Mehrdad Abbasi *, Hamed Sabet Pages 73-87
    Introduction

    Titanium and Hydroxyapatite (HA) are widely used in various industries, especially medicine and implants. The friction stir welding process (FSP) is one of the best methods for the fabrication of Ti/HA surface composites.

    Methods

    This research specifically examines the effect of pin shape in FSP on the microstructure and mechanical properties of Ti/HA surface composites. Process parameters including pin shape (triangular, square, and conical pins), speeds of 1150 and 1250 rpm, and traverse speeds of 30 and 45 mm/min were used. Characterization of Ti/HA surface composites was performed with the help of FESEM, X-ray diffraction analysis, energy dispersive spectrometer (EDS) analysis, and tensile test.

    Findings

    The results of the microstructure investigation showed that the triangular pin could not enter HA powder in the titanium substrate. At a higher rotational speed, fusion occurs to a greater extent in square and conical pins, reducing defects such as holes and cracks. The ultimate tensile strength values for the square pin with traverse speeds of 30 and 45 mm/min were 772 and 605 MPa, respectively. For the conical pin with traverse speeds of 30 and 45 mm/min, they were 894 and 747 MPa, respectively. Therefore, it was found that the ultimate tensile strength decreases with increasing traverse speed in both square and conical pins. Additionally, the ultimate tensile strength is always higher in samples processed with a conical pin than a square pin. These results show that process parameters significantly affect the mechanical properties of the specimens.

    Keywords: Friction stir welding process, Pin shape, Titanium, Hydroxyapatite, mechanical properties
  • Shima Pashangeh *, Soheil Afkhami, Seyyed Sadegh Ghasemi Banadkouki Pages 88-108

    In this study, the influence of intercritical annealing heat treatment on the quenching and partitioning (Q&P) of ferrite-bainite-martensite multiphase in high-silicon low-alloy DIN 1.5025 steel was investigated. Initially, a normalization heat treatment process involving austenitization at 900°C for 5 minutes followed by air cooling to room temperature was conducted to achieve homogeneous and uniform initial ferritic-pearlitic microstructures for all of the specimens. Subsequently, the Q&P heat treatment cycles comprising partial austenitization in the intercritical austenite-ferrite region at 775°C for 60 minutes, followed by quenching in a molten salt bath of partitioning at temperatures of 250, 300, and 350°C for various durations of 2, 5, 15, 30, and 60 minutes were performed. Optical microscopy (OM) and field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM) observations, standard tensile tests, and hardness measurements were employed to evaluate the microstructural changes in relation to the mechanical properties of the specimens. The results demonstrate that the presence of ferrite phase during partial austenitization in the intercritical austenite-ferrite region enriches austenite with carbon, reduces the martensite start temperature (Ms), promotes the formation of fine bainite crystals, and consequently leads to unconventional continuous yield behavior in the specimens. A partitioning heat treatment time of 30 minutes in the molten salt bath at 350°C induces the formation of multiphase microstructures containing a mixture of ferrite-bainite-martensite microphases, along with optimizing the formability and tensile strength properties to values of 16% and 1350 MPa, respectively.

    Keywords: High-silicon low-alloy steel, intercritical annealing, quenching, partitioning, ferrite-bainite-martensite microphases, superior tensile properties