فهرست مطالب

مهندسی متالورژی و مواد - سال سی و پنجم شماره 4 (پیاپی 36، زمستان 1403)

نشریه مهندسی متالورژی و مواد
سال سی و پنجم شماره 4 (پیاپی 36، زمستان 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/11/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علی حریمی، غلامرضا ابراهیمی، ابوالفضل رضایی بزاز*، حسن نجفی، کاظم زویچی ترک صفحات 1-18
    آلیاژهای سنگین تنگستن با استفاده از تف جوشی فاز مایع برای استفاده در وزنه های تعادل، محافظ های تشعشع و پرتابه های ضدزره ساخته می شوند. تغییر در هر کدام از متغیر های ساخت این آلیاژها تاثیر قابل ملاحظه ای بر رفتار مکانیکی این آلیاژها دارد. هدف از پژوهش حاضر تاثیر عملیات حرارتی آنیل چند مرحله ای بر استحکام فصل مشترک ذرات تنگستن با زمینه در آلیاژ فوق است. آلیاژ تنگستن با ترکیب شیمیایی Fe95/1-Ni5/4-W5/93 (درصد وزنی) ابتدا در قالب پلاستیکی فشرده سازی (ایزواستاتیک سرد) شد و پس از فرایند تف جوشی فاز مایع در دمای °C 1480، دو سیکل عملیات حرارتی آنیل بر روی نمونه ها انجام شد. به منظور بررسی ویژگی های مکانیکی از آزمون کشش و سختی استفاده شد. همچنین ریز ساختار و سطح شکست (حاصل از آزمون کشش) این نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصله نشان می دهد به دلیل تنش های حرارتی در هنگام سرمایش و گرمایش در حین انجام عملیات حرارتی آنیل چند مرحله ای فاز زمینه به فصل مشترک ذرات تنگستن نفوذ کرده و باعث کاهش میزان مجاورت (از 44/0 به 31/0) این ذرات شده است. همچنین انجام عملیات حرارتی آنیل چند مرحله ای سبب کاهش ناخالصی ها در فصل مشترک ذرات تنگستن با زمینه شده و این امر سبب افزایش استحکام نهایی (از 842 مگاپاسکال به 960 مگاپاسکال) شده است. مقایسه تصاویر شکست نگاری نمونه اولیه با نمونه های آنیل چند مرحله ای بیان گر تغییر حالت شکست از کسختگی در محل اتصال ذرات تنگستن و زمینه به شکست در فاز زمینه می باشد.
    کلیدواژگان: آلیاژ سنگین تنگستن، فصل مشترک تنگستن-زمینه، عملیات حرارتی چند مرحله ای، تف جوشی، مجاورت
  • سید میثم شریف موسوی، فرشاد نظری*، رضا مسلمانی صفحات 19-44

    فرآیند نورد از رو ش های رایج و پرکاربرد در تولید و شکل دهی قطعات مختلف می باشد. فرآیند نورد خواص مکانیکی و ریزساختار مواد را تحت تاثیر قرارداده که این امر در تولید محصولات اهمیت فراوانی دارند. چاپ سه بعدی یا ساخت افزایشی از روش های جدید در تولید قطعات محسوب شده که توانایی ساخت قطعات را بطور مستقیم از روی مدل های دیجیتال داد. این فرآیند مبتنی بر ساخت قطعات بصورت لایه لایه بوده و می تواند قطعات مختلف را در زمان کوتاه و با دقت بالا تولید نماید. ویژگی های منحصر به فرد روش ساخت افزایشی مانند آزادی در طراحی، عدم نیاز به قالب و تجهیزات کمکی، تولید قطعات پیچیده و یکپارچه سازی قطعات موجب توجه بسیاری از صنایع مانند هوافضا، نفت و گاز، صنایع دریایی و خودرو به استفاده از این روش تولیدی شده است. البته مشکلاتی مانند وجود عیوب ساختاری، اعوجاج، تنش پسماند و ناهمسانگردی خواص مکانیکی مواد از چالش های موجود در تولید افزایشی یا پرینت سه بعدی قطعات محسوب می شود. استفاده از فرآیند نورد جهت اصلاح قطعات پرینت سه بعدی شده، یکی از روش های بهبود میکروساختار و خواص مکانیکی مواد می باشد. استفاده از ترکیب فرآیند نورد و ساخت افزایشی می تواند با همگن سازی و ریزدانه کردن ساختار ماده سبب افزایش سختی و استحکام شده و قابلیت افزایش طول را نیز بهبود بخشد. همچنین این فرآیند توانایی کاهش اعوجاج و تنش پسماند را در قطعات تولید شده با روش ساخت افزایشی دارد.

    کلیدواژگان: نورد، پرینت سه بعدی، ساخت افزایشی، خواص مکانیکی، ریز ساختار، تنش پسماند
  • شقایق کهزادی، زهرا محمدی* صفحات 49-78
    شبکه های فلزی- فنولی، یک سیستم شبکه ترکیبی آلی- معدنی در حال ظهورند که به تدریج در سال های اخیر توسعه یافته است و با استفاده از هماهنگی بین یون های فلزی و لیگاندهای آلی حاوی گروه های فنول، مانند گالول یا کاتکول، ویژگی ها چندمنظوره عالی نظیر خواص ضدالتهابی، آنتی اکسیدانی و ضدباکتریایی را از خود نشان داده اند. این مواد خواص سطح را به طور قابل توجهی تغییر می دهند و می توانند منجر به بهبود عملکرد در رفتارهایی مانند مقاومت به خوردگی، آب گریزی، زیست سازگاری و اتصال مولکول های خاص به سطوح مختلف، ازجمله فلزات، اکسیدها، پلیمرها و مواد زیستی شوند. علاوه بر این، شبکه های فلزی- فنولی به دلیل فرآیند سنتز آسان، زیست سازگاری عالی و خواص ضدمیکروبی برجسته ناشی از حضور پلی فنول ها و یون های فلزی، توجه گسترده ای را در جلوگیری از عفونت ها و ایجاد روش های درمانی پیشرفته سرطان به خود جلب کرده اند. هدف این مقاله، مروری بر کاربردهای اخیر زیست پزشکی شبکه های فلزی- فنولی در ساختارهای مختلف با تمرکز بر خواص ذاتی آنها از جمله خواص ضدمیکروبی و ضدسرطانی جدید است.
    کلیدواژگان: شبکه های فلزی- فنولی، رابط زیستی، ضدمیکروب، ضدسرطان
  • مهدی چلوویان، عبدالواحد کمی* صفحات 79-96
    پیش بینی دقیق منحنی های حد شکل دهی (FLCs) برای بهبود شکل پذیری ورق های فولادی حیاتی بوده و به طور قابل توجهی بر صنایعی مانند خودروسازی و هوافضا تاثیر می گذارد. علیرغم اهمیت آن، روش های فعلی تعیین FLC پیچیده بوده و توسعه مدل های پیش بینی قابل اعتمادتر و ساده تر ضروری است. هدف این مقاله ارائه روابط تئوری ساده برای پیش بینی دقیق کرنش های حدی و رسم FLC ورق های فولادی است. چهار نقطه خاص روی FLC انتخاب شد و کرنش های حدی حداکثر و حداقل در این نقاط با استفاده از مدل های تحلیلی بر پایه شبیه سازی المان محدود مدل M-K تعیین شدند. دو دسته متفاوت از پارامترها در نظر گرفته شد: پارامترهای مدل GTN (پارامترهای مقیاس میکرو) و متغیرهای معادله سوئیفت (پارامترهای مقیاس ماکرو). کسر حجمی اولیه، پارامتر تنظیم (q2)، کسر حجمی بحرانی حفره، کسر حجمی جوانه زنی، ضریب استحکام، کرنش اولیه و توان کرنش سختی هفت پارامتری هستند که به عنوان ورودی های طرح آزمایش از نوع مرکب مرکزی تعریف شدند. هر آزمایش در چهار مسیر شکل دهی مختلف شبیه سازی شد و از این طریق مختصات چهار نقطه روی FLC بدست آمد. درون یابی داده های شبیه سازی به تشکیل توابع تحلیلی کاربردی برای پیش بینی FLC ورق های فولادی شد. صحت این توابع با محاسبه FLCهای مختلف برای مقادیر تصادفی پارامترها و مقایسه آنها با FLCهای حاصل از شبیه سازی مدل M-K نشان داده شد. نتایج نشان داد که روابط بدست آمده FLC ورق های فولادی را با دقت خوبی پیش بینی می کند. کرنش حدی پیش بینی شده در ناحیه کرنش صفحه ای AISI304 برابر با 3647/0 بود که خطای 44/0 درصد را نسبت به مقدار تجربی 370/0 نشان می دهد.
    کلیدواژگان: مدل GTN، منحنی حد شکل دهی، مدل M-K، ورق فولادی، AISI304
  • محمد علی پور* صفحات 95-106
    در این تحقیق به بررسی خواص مکانیکی (میکروسختی و سایش) نانو کامپوزیت های با زمینه Al-8Si-3Cu-2Zn به همراه درصدهای وزنی 0، 2 و5 درصد وزنی از نانوصفحات دی سولفید تنگستن پرداخته شده است. نانوکامپوزیت مورد بررسی از طریق روش آسیای مکانیکی و پرس گرم تحت دمای 510 درجه سانتی گراد تولید شده است. ریز ساختارهای پودر ها قبل و بعد از آسیای مکانیکی و نمونه های تف جوشی شده از طریق میکروسکوپ الکترونی (SEM) مورد مطالعه قرار گرفت. با بررسی سطوح ساییده شده پس از تست سایش توسط میکروسکوپ الکترونی علت کاهش وزن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهند که با افزودن نانوصفحات دی سولفید تنگستن تا 5 درصد وزنی، میکروسختی نمونه ها بیش از دو برابر افزایش پیدا می کند و از 50 ویکرز برای Al-8Si-3Cu-2Zn به 101 ویکرز برای نانوکامپوزیت Al-8Si-3Cu-2Zn -5%WS2 می رسد. با توجه به نتایج تست های سایش نرخ سایش برای Al-8Si-3Cu-2Zn -5%WS2 به ترتیب به مقدار 32 درصد نسبت به زمینه آلیاژی Al-8Si-3Cu-2Zn کاهش پیدا کند. بنابراین از نانوکامپوزیت Al-8Si-3Cu-2Zn -5%WS2 می توان به عنوان یک نانوکامپوزیت خود روانکار با خواص سایشی مطلوب استفاده کرد.
    کلیدواژگان: نانو کامپوزیت زمینه آلومینیومی، خواص مکانیکی، نرخ سایش، پرس گرم
  • ابوالفضل رستگاران، معصومه سیف اللهی*، آدلی آخوندزاده صفحات 107-122
    در این پژوهش اثر دما و زمان آنیل انحلالی که توسط تحلیل ترمودینامیکی آلیاژ با نرم افزار Procast® انتخاب شد؛ بر سختی و ریزساختار سوپرآلیاژ TM-321 بررسی شده است. دمای 1080 درجه ی سانتیگراد، کسرحجمی یوتکتیک از 9 درصد در حالت ریختگی به 7/1 درصد در 4 ساعت کاهش یافته است و سپس در 6 ساعت تغییر محسوسی نداشته و در دمای 1180 درجه ی سانتیگراد و زمان 2 ساعت به 9/0 درصد کاهش یافته است. در زمان های 4 و 6 ساعت در دمای 1180 درجه ی سانتیگراد، خوشه های پرتعداد و ریز γˊ تشکیل شده اند. خوشه ای شدن در ایجاد توزیع مناسبی از اندازه و مورفولوژی γˊ اخلال ایجاد خواهد کرد. لذا، محلول سازی در 1180 درجه ی سانتیگراد و 2 ساعت، کمترین کسرحجمی فاز یوتکتیک(9/0 درصد)، بیشترین انحلال و کاهش اندازه فازγˊ اولیه(از 247 به 84 نانومتر) و در نهایت کاهش کسرحجمی کاربیدها از حدود 2 به 1 درصد را داراست که به عنوان بهترین شرایط محلول سازی در این پژوهش انتخاب شده است.
    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ TM-321، آنیل انحلالی، یوتکتیک Γ، Γˊ، رسوبات Γˊ
|
  • Ali Harimi, Gholamreza Ebrahimi, A Rezaie Bazaz *, Hasan Najafi, Kazem Zuichi Turk Pages 1-18
    Heavy tungsten alloys are made by liquid phase sintering for application in protective weights, radiation shields, and anti-missiles. The change in each of the production parameters of these alloys affects the mechanical behavior of these alloys. The aim of this research is to assess the effect of annealing heat treatment cyclic on the bonding strength of tungsten particles with the matrix. Tungsten alloy with a chemical composition of 93.5W-5.4Ni-1.95Fe (in wt.%) is first compressed in a plastic mold (cold isostatic) following by liquid phase sintering at 1480 °C and two cycles of annealing heat treatment. In order to study the mechanical properties, tensile and hardness tests are used. Also, the microstructures and fracture surfaces (after tensile test) of the samples are examined using optical and scanning electron microscopes. The obtained results show that due to the thermal stresses during cooling and heating through the cyclic annealing heat treatment, the matrix phase is penetrated into the interface of tungsten particles which causes a decrease in the contiguity (from 0.44 to 0.31). Also, the cyclic annealing heat treatment reduces the impurities in the interface between tungsten particles and the matrix, resulting in an increase in strength (from 842 MPa to 960 MPa). Comparison of fracture surfaces of samples with annealing cyclic shows the change of brittle fracture mechanism to soft fracture. Keywords: Heavy tungsten alloys; Sintering; Heat treatment; Particles/matrix interface; Contiguity.
    Keywords: Heavy Tungsten Alloys, Particles, Matrix Interface, Cyclic Heat Treatment, Sintering, Contiguity
  • Seied Meisam Sharif Mosavi, Farshad Nazari *, Reza Mosalmani Pages 19-44

    The rolling process is one of the common and widely used methods in manufacturing and forming various parts. The rolling process has a significant effect on the mechanical properties and microstructure of materials, which making it important in the manufacturing of products. 3D printing or additive manufacturing is a of the new method in producing parts that allows for the direct creation of parts from digital models. This process is based on creation parts layer by layer and can produce various parts quickly and with high precision. The unique features of additive manufacturing, such as design freedom, no need to dies and auxiliary equipment, and the ability to produce complex and integrated parts, have caught the attention of many industries such as aerospace, oil and gas, marine and automotive industries to use this method. In the other hand, problems such as microstructure defects, distortion, residual stress and anisotropy of mechanical properties are among the challenges in additive manufactured or 3D printed parts. Using the rolling process to modify 3D printed parts is one way to improve the microstructure and mechanical properties of materials. By combining the rolling process with additive manufacturing, hardness, strength, and elongation can be increased by homogenizing and refining grains of the structure. Also, this process can reduce distortion and residual stress in the additive manufactured parts.

    Keywords: Rolling Process, 3D Printing, Additive Manufacturing, Mechanical Properties, Microstructure, Residual Stress
  • Shaghayegh Kohzadi, Zahra Mohammadi * Pages 49-78
    Metal-phenolic networks are an emerging organic-inorganic hybrid network system that has been gradually developed in recent years through the coordination between metal ions and organic ligands containing phenolic groups, such as gallol or catechol. These networks exhibit exceptional multifunctional properties, specifically anti-inflammatory, antioxidant, and antibacterial functions. These materials greatly change the surface characteristics, resulting in improved performance in areas such as anti-corrosion, hydrophobicity, biocompatibility, and binding of specific molecule on various surfaces, including metals, oxides, polymers and biological materials. Furthermore, phenolic metal networks have attracted considerable attention in the field of infection prevention and advanced cancer therapies due to their easy synthesis process, remarkable biocompatibility, and outstanding antimicrobial properties facilitated by polyphenols and metal ions. The aim of this article is to provide an overview of the recent biomedical applications of phenolic metal networks in different structures, with a particular focus on their inherent characteristics, including novel antimicrobial and anticancer properties.
    Keywords: Metal-Phenolic Networks, Biological Interface, Anti-Microbial, Anti-Cancer
  • Mahdi Chelovian, Abdolvahed Kami * Pages 79-96
    The precise prediction of forming limit curves (FLCs) is vital for improving the formability of steel sheets, significantly impacting industries like automotive and aerospace manufacturing. Despite its significance, current approaches for determining FLCs are complex and necessitate more reliable prediction models. This paper aims to introduce theoretical relationships for accurately predicting limit strains and constructing the FLC of steel sheets. By selecting four specific points on the FLC, the corresponding maximum and minimum limit strains were determined using analytical models based on finite element simulations of the M-K model. Two sets of parameters were considered: GTN damage model parameters (micro-scale) and Swift's equation variables (macro-scale). The seven studied parameters, including void volume fractions, adjustment parameter (q2), critical void volume fraction, nucleation void volume fraction, coefficient of strength, initial strain, and hardening exponent, were used as inputs for a central composite design of experiments. Each experiment represented a combination of the parameters and was simulated in four forming paths, providing coordinates for the FLC points. Interpolation of data from the finite element simulations led to the development of practical analytical functions for predicting the FLC of steel sheets. The functions' validity was demonstrated by computing multiple FLCs with randomly chosen parameter values and comparing them to FLCs obtained from the M-K model's simulations. The findings indicated that the formulated equations precisely determine the FLC of steel sheets. The predicted limit strain in the AISI304’s plane strain zone was 0.3647, exhibiting an error of 0.44% relative to the experimental value of 0.370.
    Keywords: GTN Model, Forming Limit Curve, M-K Model, Steel Sheet, AISI304
  • Mohammad Alipour * Pages 95-106
    In this research, the mechanical properties (microhardness and wear) of Al-8Si-3Cu-2Zn nanocomposites with 0, 2, and 5% by weight of tungsten disulfide nanoplates have been investigated. The studied nanocomposite was produced through mechanical grinding and hot pressing at a temperature of 510 degrees Celsius. The microstructures of powders before and after mechanical grinding and sintered samples were studied through electron microscopy (SEM). By examining the worn surfaces after the wear test by electron microscope, the cause of weight loss was investigated. The results show that by adding tungsten disulfide nanoplates up to 5% by weight, the microhardness of the samples increases more than twice and from 50 Vickers for Al-8Si-3Cu-2Zn to 101 Vickers for Al-8Si.-3Cu-2Zn nanocomposite reaches -5%WS2. According to the results of the wear tests, the wear rate for Al-8Si-3Cu-2Zn-5%WS2 will decrease by 32% %, compared to the Al-8Si-3Cu-2Zn alloy background. Therefore, Al-8Si-3Cu-2Zn-5%WS2 nanocomposite can be used as a self-lubricating nanocomposite with favorable wear properties.
    Keywords: Aluminum-Based Nanocomposite, Mechanical Properties, Wear Rate, Hot Pressing
  • Abolfazl Rastegaran, Masumeh Seifollahi *, Adly Akhond Zadeh Pages 107-122
    In this research, the effects of solution annealing heat treatment on the hardness and microstructure characteristic of TM-321 Ni base superalloy are investigated. The temperature of annealing was chosen on the basis of thermodynamic analysis of Procast 2018 for TM-321 superalloy. At 1080°C the volume percent of γ/γ′ eutectic pool which was 9 Vol% in the as cast structure reduced to 1.7 vol% at 4h and it is stable till 6h. At 1180°C again it is considerably decreased to 1.2 vol%. At 1180°C and times more than 2h, numerous and fine clusters of γ′ precipitates formed. The formation of γ′ precipitates clusters will disrupt the creation of the proper distribution of γ′ precipitates. At 1180°C/2h, the lowest eutectic volume fraction (0.9%), the highest dissolution and reduction in the fraction and size of primary γ′ (21.5% and 84nm) are present, which has been chosen as the best conditions for solutionizing in this research.
    Keywords: TM-321 Superalloy, Solution Annealing, Γ, Γ′ Eutectic, Γ′ Precipitate