فهرست مطالب

مواد پیشرفته در مهندسی - سال چهل و چهارم شماره 3 (پاییز 1404)

فصلنامه مواد پیشرفته در مهندسی
سال چهل و چهارم شماره 3 (پاییز 1404)

  • تاریخ انتشار: 1404/02/03
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مهدیه سلطانعلی پور*، جعفر خلیل علافی صفحات 1-19
    مقدمه و اهداف

    آلیاژهای نیکل-تیتانیم سختی و خواص تریبولوژیکی ضعیفی دارند. در به کارگیری این آلیاژها برای کاربردهای پزشکی نظیر اتصالات مصنوعی مفصل استخوان ها، احتمال شل شدن ناشی از سایش وجود دارد. با ایجاد پوشش هایی نظیر تیتانیم نیترید می توان سختی، مقاومت سایشی و خوردگی سطوح را افزایش داد. تمرکز اصلی پژوهش بر این است که چگونه اتمسفر پوشش دهی می تواند نه تنها بر خواص مورفولوژیکی و ریزساختاری بلکه بر رفتار خورگی و مکانیکی پوشش ها تاثیر بگذارد. 

    مواد و روش ها

    این مطالعه، استفاده موثر از روش پلاسمای فوکوس چگال را برای رسوب پوشش های نیترید تیتانیم بر روی آلیاژهای حافظه دار در اتمسفرهای مختلف را نشان می دهد. اتمسفرهای مورد استفاده: (1) 50 درصد حجمی آرگون، 50 درصد حجمی نیتروژن و (2) 75 درصد حجمی آرگون، 25 درصد حجمی نیتروژن بودند. 

    یافته ها

    عملیات نیتروراسیون در شرایط ذکرشده، باعث افزایش سختی نمونه ها شده است. سختی متوسط در نمونه های 0.5N2-7 و 0.25N2-7 به ترتیب نزدیک به HV 459 و HV 410/5 به دست آمد. در فاصله ثابت آند از سطح نمونه، با کاهش نسبت نیتروژن به کل گاز ورودی، میزان کندوپاش در محفظه افزایش یافته و به افزایش ضخامت پوشش منجر می شود. ضخامت پوشش در نمونه های 0.5N2-7 و 0.25N2-7 به ترتیبµm 0/91 و  µm 1/75 به دست آمد.  

    نتیجه گیری

    تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از سطح پوشش ها نشان داد که فرایند نیتروژن دهی در محیط 75 درصد حجمی آرگون، 25 درصد حجمی نیتروژن، روش موثرتری برای جلوگیری از ترک خوردن سطح است. علاوه بر این، در این اتمسفر با کاهش نسبت نیتروژن به کل گاز ورودی، به افزایش ضخامت پوشش و بهبود رفتار خوردگی منجر شد.

    کلیدواژگان: پلاسمای فوکوس چگال، آلیاژ نیکل-تیتانیم، پوشش تیتانیم نیترید، خواص ساختاری، رفتار خوردگی
  • فرنوش آقایی، شیما سلطانی نژاد*، سعید حسنی صفحات 21-40
    مقدمه و اهداف

    نانوذرات فریت کبالت به علت خواص مطلوب و عملکرد ویژه ای که از خود نشان می دهند، مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته اند. از این رو در سال های اخیر سعی شده تا عوامل موثر بر خواص این نانوذرات بهینه سازی شوند. بر این اساس هدف از پژوهش حاضر بررسی تاثیر دمای فرایند کلسینه کردن بر خواص ساختاری، ریزساختاری و مغناطیسی است. 

    مواد و روش ها

    به این منظور، نانوذرات فریت کبالت در حضور افزودنی طبیعی آلبومین با روش سل-ژل خوداحتراقی سنتز شدند و در ادامه در چهار دمای 700، 800، 900 و 1000 درجه سانتی گراد کلسینه شدند و مورد مشخصه یابی با آنالیز پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه و آزمون مغناطش سنج نمونه نوسانی قرار گرفتند.

    یافته ها

    نتایج به دست آمده نشان داد که در دماهای پایین ناخالصی Co3O4 تشکیل شد و این در حالی است که با افزایش دمای فرایند کلسینه کردن به 900 درجه سانتی گراد، ساختار بلوری اسپینلی تک فازی با میانگین اندازه بلورک هایی در محدوده 21 تا nm 105 به دست می آید. علاوه بر این دمای کلسینه کردن بر شکل ظاهری نانوذرات تولیدشده بسیار موثر بوده است. همچنین طیف های به دست آمده به خوبی موید تشکیل پیوندهای فلز-اکسیژن بودند. نتایج همچنین نشان داد که با تغییر دمای کلسینه کردن مغناطش اشباع و نیروی پسماند به ترتیب در محدوده emu/g 25/26-45/14 و Oe 170-743/28 تغییر می کنند.

    نتیجه گیری

    نتایج بررسی های انجام شده نشان می دهد که بهینه سازی دمای فرایند کلسینه کردن در ارتقاء خواص نهایی بسیار موثر است.

    کلیدواژگان: فریت کبالت، کلسینه کردن، سل-ژل، آنالیز ریتولد، عصاره آلبومین
  • علی زارعی، محمدمهدی پیران*، مسعود عطاپور صفحات 41-60
    مقدمه و اهداف

    فولاد 34CrMo4 به دلیل داشتن محتوای متوسط کربن، امکان افزایش مقاومت خود را از طریق عملیات حرارتی خنک کردن و بازپخت دارد. هدف از پژوهش حاضر به دست آوردن دمای بهینه بازپخت به منظور دست یابی به خواص بهینه ساختاری و مکانیکی از جمله سختی و فشار ترکیدن است.

    مواد و روش ها

    در پژوهش حاضر، فولاد 34CrMo4 به عنوان ماده اولیه مورداستفاده قرار گرفته است. پس از طی مراحل فرایند ساخت مخزن گاز طبیعی و انجام عملیات حرارتی، به منظور بررسی خواص ریزساختاری و مکانیکی مخازن تولیدشده، آزمون های سختی سنجی، بررسی فشار هیدرولیک، فشار ترکیدن و مطالعات ریزساختاری انجام شد. 

    یافته ها

    نتایج نشان داد که در محدوده دمای بازپخت 505 تا 585 درجه سانتی گراد، سختی از 392 تا 310 برینل کاهش یافت و فشار شکست از 620 تا 500 بار کاهش یافت. در مقایسه با استاندارد ملی (ISIRI 7598) نمونه های ساخته شده در دماهای 505، 525 و 545 درجه سانتی گراد، شرایط استاندارد را برآورده نمی کنند و دمای عملیات حرارتی بهینه در محدوده 565 تا 585 درجه سانتی گراد، برای مخازن گاز طبیعی فشرده است.

    نتیجه گیری

    با افزایش دمای بازپخت، استحکام ماده کاهش یافته و با اعمال فشار کمتری ترکیدن اتفاق افتاده است. با افزایش دمای بازپخت سطوح شکست از شکست ترد به سمت شبه ترد و شکست نرم پیش خواهد رفت. محدوده دمای بازپختی که خواص مکانیکی بهینه مطابق با استاندارد ملی 7598 حاصل خواهد شد، بین 565-585 درجه سانتی گراد خواهد بود.

    کلیدواژگان: فولاد 34Crmo4، دمای بازپخت، مخازن تحت فشار، خواص مکانیکی، ریزساختار
  • علیرضا یوسفی، محسن صادقی*، مظاهر رمضانی، حسین جمالی، محمد رضا زاده، محمدرضا لقمان صفحات 61-86
    مقدمه و اهداف

    هدف از پژوهش حاضر، بررسی اثر افزودن ریزدانه های کربنی مزوفاز (MCMB) بر ریزساختار، خواص مکانیکی و ضریب اصطکاک کامپوزیت های MCMB-Cf/SiC تولید شده به روش تف جوشی پلاسمای جرقه ای است.

    مواد و روش ها

    پودر نانوکامپوزیت کاربید سیلیکون تقویت شده با الیاف کربن 20 درصد وزنی و درصدهای مختلف MCMB تهیه شد. نمونه های دیسکی با استفاده از فرایند تف جوشی پلاسمای جرقه ای تهیه شد. اثر افزودن درصدهای مختلف MCMB بر چگالی، ضریب اصطکاک، چقرمگی شکست، مقاومت خمشی و میکروسختی نمونه ها بررسی شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد با افزایش محتوای MCMB از 0/1 به 1 درصد وزنی، چگالی نمونه های زینترشده از 93/1 درصد به 89/8 درصد چگالی نظری، به دلیل تخلخل بیشتر نمونه، کاهش یافت. همچنین با افزایش محتوای MCMB، ضریب اصطکاک از 0/54 به 0/48 کاهش یافت که دلیل آن بیشتر بودن محتوای گرافیت در درصد وزنی MCMB بیشتر بود. سختی نمونه های تف جوشی شده با ماتریس نانوذرات کاربید سیلیکون نیز از 1095 به 1510 ویکرز به دلیل چگالی بیشتر و تخلخل کمتر نمونه با کاهش محتوای MCMB از 1 به 0/1 درصد وزنی افزایش یافت. چقرمگی شکست و استحکام خمشی نمونه های MCMB-Cf/SiC به ترتیب از 3/47 به MPa.m1/2 5/96 و 72/9 به MPa 138/7 افزایش یافت.

    نتیجه گیری

    نمونه MCMB-Cf/SiC حاوی یک درصد وزنی MCMB، نزدیک ترین خواص را به خواص دیسک های ترمز بادی دارد. دانسیته نمونه های سینتر شده یک درصد وزنی MCMB به عنوان 93/1 درصد چگالی نظری به دست آمد. ضریب اصطکاک این نمونه ها 0/48 بود که نزدیک ترین ضریب اصطکاک موردنیاز برای ترمزهای بادی (0/4) را داشت.

    کلیدواژگان: تف جوشی، مزوفاز کربنی، کامپوزیت Cf، Sic، تف جوشی پلاسمای جرقه ای
  • شاهرخ ملایی هزاروندی، زهره بلک* صفحات 87-99
    مقدمه و اهداف

    کامپوزیت HfCZrCTiC، جزء خانواده سرامیک های بسیار دما بالا است که در سپرهای حرارتی برای فضاپیماها، پوشش کوره ها، اجزای هواپیمای مافوق صوت و اجزای راکتور هسته ای استفاده می شوند. هدف از انجام این تحقیق بررسی اثر نانوکربن سیاه و سیلیسیوم بر مقاومت به اکسایش کامپوزیت HfCZrCTiC است.

    مواد و روش ها

    برای دستیابی به هدف این پروژه، چهار کامپوزیت HfCZrCTiC ،HfCZrCTiC حاوی نانوکربن سیاه، HfCZrCTiC حاوی سیلیسیوم و HfCZrCTiC حاوی نانوکربن سیاه و سیلیسیم، به طور همزمان در دمای 2000 درجه سانتی گراد به روش پلاسمای جرقه ای تف جوشی شدند. فرآیند اکسایش با استفاده از آنالیز حرارتی افتراقی و آنالیز توزین حرارتی در دمای 1200 درجه سانتی گراد انجام شد. ارزیابی ریزساختاری و شناسایی فاز با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و تفرق اشعه ایکس انجام شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که تغییرات وزن برای نمونه های HfZrTi-Si ،HfZrTi-C.Bn ،HfZrTi و HfZrTi-C.Bn-Si، به ترتیب برابر با 13/5، 16/9، 12/9 و 7 درصد است. به علاوه نتایج آنالیز حرارتی افتراقی نشان داد که در نمونه های HfZrTi-Si ،HfZrTi-C.Bn ،HfZrTi و HfZrTi-C.Bn-Si، دمای شروع اکسایش به ترتیب در 480، 400، 500 و 580 درجه سانتی گراد رخ داده است که بیانگر آن است که با کاهش دمای شروع اکسایش، میزان تغییرات وزن بیشتر شده است. 

    نتیجه گیری

    مشخص شد که در نمونه های HfZrTi و HfZrTi-C.Bn، فازهای شناسایی شده پس از اکسایش، شامل اکسید هافنیوم، اکسید زیرکونیوم و اکسید تیتانیوم و در نمونه های HfZrTi-Si و HfZrTi-C.Bn-Si علاوه بر این فازها، اکسید سیلیسیوم نیز وجود دارد.

    کلیدواژگان: مقاومت به اکسایش، Hfc-Zrc-Tic، تف جوشی پلاسمای جرقه ای، آنالیز حرارتی
  • محمد طاهرنژاد جوزم*، مسعود هاشمی نیاسری، سید مرتضی مسعودپناه صفحات 101-114
    مقدمه و اهداف

    بهینه سازی فسفات های قلیایی وانادیوم از طریق کنترل روش های سنتز، نقش کلیدی در بهبود عملکرد آن ها ایفا می کند. در این پژوهش، تاثیر افزودن سوخت ستیل تری متیل آمونیوم بروماید با درصدهای مولی مختلف نسبت ماده اکسنده (نیترات لیتیوم) برخواص الکتروشیمیایی کاتد لیتیوم وانادیوم فسفات بررسی شد.

    مواد و روش ها

    روش سنتز احتراقی محلول، برای تولید نمونه های لیتیوم وانادیوم فسفات با دو نسبت مختلف سوخت به اکسنده (0/5= φ و 1=φ) استفاده گردید و از ستیل تری متیل آمونیوم بروماید علاوه بر سوخت به عنوان منبع کربن نیز استفاده شد.

    یافته ها

    نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که افزایش نسبت سوخت به اکسنده از 0/5 به 1، باعث ایجاد ذرات کروی در مورفولوژی شد که به نوبه خود منجر به بهبود عملکرد الکتروشیمیایی شد. نمونه لیتیوم وانادیوم فسفات با 1=φ ، عملکرد الکتروشیمیایی برتر با ظرفیت تخلیه ویژه ای معادل 111/17 میلی آمپر ساعت بر گرم در نرخ جریان  C 0/1 و 68 میلی آمپر ساعت بر گرم در نرخ جریان C 5 از خود نشان داد. پس از 150 چرخه، نمونه نمونه لیتیوم وانادیوم فسفات با 1=φ  ظرفیت 79/16 میلی آمپر ساعت بر گرم را در نرخ جریان C 5 حفظ کرد.

    نتیجه گیری

    یافته های این پژوهش نشان میدهد که استفاده از ستیل تری متیل آمونیوم بروماید در فرایند سنتز احتراقی محلول و تنظیم نسبت سوخت به اکسنده، می تواند نقش مهمی در بهینه سازی ساختار و بهبود عملکرد الکتروشیمیایی کاتد لیتیوم وانادیوم فسفات داشته باشد. نتایج این تحقیق می تواند در بهینه سازی فرایندهای سنتز و توسعه مواد جدید برای باتری های نسل بعدی مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: نسبت سوخت به اکسنده، Li3v2(PO4)3، ظرفیت دشارژ، عملکرد چرخه ای، نرخ پذیری، خواص سینتیکی، سنتز احتراق محلولی
  • محمدحسین باقری، جواد راستی*، حمیدرضا قزوین لو صفحات 115-134
    مقدمه و اهداف

    تعیین معادلات ساختاری توصیف کننده تنش سیلان مواد، بررسی ریزساختار و تهیه نقشه فرایندی، جهت طراحی و بهینه سازی در شکل دهی فلزات ضروری است. هدف در این مقاله، دست یابی به یک رابطه میان تنش، کرنش، دما و نرخ کرنش برای آلیاژ Al-7.5Mg جهت استفاده از آن در فرایند شکل دهی می باشد.  

    مواد و روش ها

    در این پژوهش، از نمودار های تنش- کرنش در چهار دما و سه نرخ کرنش و حذف اصطکاک با روش های تجربی و محاسباتی، استفاده شد. مقدار انرژی فعال سازی تغییر شکل داغ در مدل آرنیوسی محاسبه گردید. نقشه فرایندی جهت برقراری ارتباط میان تنش، دما و نرخ کرنش، در کرنش 0/6 ترسیم و منطقه ناپایداری در دما و نرخ کرنش مشخص، تعیین شد. جهت مطالعه ریزساختار آلیاژ نیز از عملیات متالوگرافی استفاده گردید.

    یافته ها

    با افزایش میزان کرنش، مقدار انرژی فعال سازی تغییر شکل داغ در مدل آرنیوسی افزایش یافت. همچنین، کاهش دما و افزایش نرخ کرنش منجر به صعودی شدن پارامتر زنر- هولمن گردید. نقشه فرایندی ترسیم شده نشان داد که با افزایش دما و کاهش نرخ کرنش، منطقه ناپایداری گسترش می یابد. نتایج آزمون متالوگرافی نشان داد که به دلیل محتوای بالای منیزیم در این آلیاژ، تبلور مجدد دینامیکی در آن رخ داده است. 

    نتیجه گیری

    در این تحقیق، مدل آرنیوسی (به عنوان یک مدل پدیدار شناختی) با استفاده از آزمون فشار کرنش صفحه ای داغ بر روی ورق اکسترودی آلیاژ Al-7.5Mg به درستی استخراج گردید و رابطه میان تنش، دما، کرنش و نرخ کرنش به کمک معادلات ساختاری و مدل آرنیوسی حاصل شد.

    کلیدواژگان: معادلات ساختاری، نقشه فرایندی، آلیاژ Al-7.5Mg، آزمون فشار کرنش صفحه ای داغ، ریزساختار
  • محسن علی ‎زاده*، سعیدرضا بخشی، محمدرضا دهنوی، غلامحسین برهانی صفحات 135-149
    مقدمه و اهداف

    برخی از آلیاژهای نوین، از جمله آلیاژهای انتروپی بالا، به دلیل طیف گسترده ای از خواص و کاربردهایشان، به سرعت مورد توجه و بررسی قرار گرفته اند. هدف از این پژوهش، بررسی ارتباط میان خواص مغناطیسی و تحولات ساختاری فازی در آلیاژ انتروپی بالای FeCrCoNiMn با افزودن تیتانیوم است.

    مواد و روش ها

    جهت سنتز پودر آلیاژ انتروپی بالا، از عناصر خالص تشکیل ‎دهنده و فرایند آلیاژسازی مکانیکی با دستگاه آسیاب سیاره‎ای استفاده شده است. ساختار فازی نمونه ها توسط پراش اشعه ایکس بررسی شد و با نتایج حاصل از پیش‏بینی فازهای تشکیل شونده توسط روابط ترمودینامکی و نتایج نرم ‎افزار شبیه سازی فازی JMatPro مقایسه شده است. رفتار مغناطیسی نمونه‎ ها به کمک مغناطومتر ارتعاشی ارزیابی شد. همچنین مورفولوژی ذرات توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی مورد بررسی قرار گرفت.

    یافته ها

    آلیاژ انتروپی بالا FeCrCoNiMn، بعد از 40 ساعت آلیاژسازی مکانیکی، دارای ساختار تک فاز FCC است که با افزودن تیتانیوم به آن، فازهای BCC و بین ‎فلزی لاوه، در آن ایجاد شده است که با نتایج پیش‎بینی فازی توسط روابط ترمودینامیکی و شبیه ‎ سازی مطابقت دارد. همچنین افزودن تیتانیوم منجر به افزایش نیروی وادارندگی و مغناطش اشباع مغناطیسی شده است. 

    نتیجه ‎گیری: 

    افزایش نیروی وادارندگی و مغناطش اشباع، به ترتیب، به زیادشدن موانع حرکت دیواره حوزه‎ های مغناطیسی ناشی از تشکیل فاز بین ‎فلزی لاوه و مرزهای بین ‎فازی و تشکیل فاز BCC با برهم کنش تبادلی بالای بین عناصر فرومغناطیس در اثر افزودن تیتانیوم، ارتباط دارد.

    کلیدواژگان: آلیاژ انتروپی بالا، Fecrconimn، تیتانیوم، خواص مغناطیسی، آلیاژسازی مکانیکی
|
  • Mahdiyeh Soltanalipour *, Jafar Khalil-Allafi Pages 1-19
    Introduction and Objectives

    Nickel-titanium alloys have poor hardness and tribological properties. There is a possibility of loosening caused by wear while using these alloys for medical applications such as artificial bone joints. The hardness, wear resistance, and corrosion resistance of the surfaces can be improved by deposition of coatings such as TiN. The study's main objective was to investigate how the deposition atmosphere affects the morphological and microstructural properties and the mechanical and corrosion behavior of the coatings.

    Materials and Methods

    This study demonstrates the effective use of the dense plasma focus method to deposit titanium nitride coatings onto nickel-titanium shape memory alloys in various atmospheric conditions. The atmospheres used were (i) 50 vol. % argon and 50 vol. % nitrogen, and (ii) 75 vol. % argon and 25 vol. % nitrogen.

    Results

    Nitriding process under the above-mentioned conditions increased the hardness of the samples. The average hardness of samples 0.5N2-7 and 0.25N2-7 were obtained to be ~ 459 HV and 410.5 HV, respectively. At a constant distance from the anode to the sample surface, with a decrease in the ratio of nitrogen to the total inlet gas, the sputtering rate in the chamber increases and leads to an increase in the coating thickness. The coating thickness of samples 0.5N2-7 and 0.25N2-7 were obtained to be 0.91 µm and 1.75 µm, respectively.

    Conclusion

    Scanning electron microscope images of the coating surfaces indicated that the nitriding process in the 75 vol. % argon and 25 vol. % nitrogen environment was more effective in preventing cracking. Additionally, lowering the nitrogen ratio in the atmosphere led to a higher sputtering rate within the chamber, contributing to an increase in coating thickness and improved corrosion resistance.

    Keywords: Dense Plasma Focus, Niti Alloy, Tin Coating, Structural Properties, Corrosion Behavior
  • Farnoush Aghaie, Shima Soltani-Nezhad *, Saeed Hasani Pages 21-40
    Introduction and Objectives

    Cobalt ferrite nanoparticles have garnered significant attention from researchers owing to their desirable properties and unique performance. Consequently, efforts have been made in recent years to optimize the parameters influencing the properties of the nanoparticles. Accordingly, the aim of the present study is to investigate the effect of calcination temperature on the structural, microstructural, and magnetic properties.

    Materials and Methods

    To this end, cobalt ferrite nanoparticles were synthesized with the self-combustion sol-gel method in the presence of the natural additive albumin, and were calcined at four temperatures of 700, 800, 900, and 1000 °C and characterized with X-ray diffraction analysis, field emission scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, and vibrating sample magnetometer analysis.

    Results

    The obtained results showed that at lower temperatures, the Co3O4 as impurity was formed, whereas with increasing calcination temperature to 900 °C, a single-phase spinel crystal structure with an average crystallite size in the range of 21 to 105 nm was obtained. In addition, images revealed that the calcination temperature had a significant influence on the morphology of the synthesized nanoparticles. Furthermore, the spectra clearly confirmed the formation of metal-oxygen bonds. The results also revealed that with changing the calcination temperature, the saturation magnetization and coercivity varied in the ranges of 25.26-45.14 emu/g and 170-743.28 Oe, respectively.

    Conclusion

    The results show that the optimization of the calcination temperature is greatly effective in enhancing the final properties.

    Keywords: Cobalt Ferrite, Calcination Process, Sol-Gel, Rietveld Refinement Analysis, Albumin
  • Ali Zareei, Mohammadmahdi Piran *, Masoud Atapoor Pages 41-60
    Introduction and Objectives

    34CrMo4 steel has the ability to increase its strength through quenching and annealing heat treatment due to its moderate carbon content. The aim of the present study is to obtain the optimal annealing temperature in order to achieve optimal structural and mechanical properties, including hardness and burst pressure.

    Materials and Methods

    In the present study, 34CrMo4 steel was used as the starting material. After going through the stages of the natural gas tank construction process and performing heat treatment, hardness testing, hydraulic pressure testing, burst pressure testing, and microstructural studies were performed to investigate the microstructural and mechanical properties of the produced tanks.

    Results

    The results showed that in the annealing temperature range of 505 to 585°C, the hardness decreased from 392 to 310 Brinell and the breaking pressure decreased from 620 to 500 bar. Compared to the national standard (ISIRI 7598), the samples made at temperatures of 505, 525, and 545°C do not meet the standard conditions and the optimum heat treatment temperature is in the range of 565 to 585°C for compressed natural gas tanks.

    Conclusion

    With increasing tempering temperature, the strength of the material decreases and bursting occurs with less pressure. With increasing annealing temperature, the fracture surfaces will progress from brittle fracture to quasi-brittle and ductile fracture. The annealing temperature range at which optimal mechanical properties will be achieved in accordance with the National Standard 7598 will be between 565-585°C.

    Keywords: 34Crmo4 Steel, Annealing Temperature, Pressure Vessel, Mechanical Properties, Microstructure
  • Alireza Yousefi, Mohsen Sadeghhi *, Mazaher Ramazani, Hossein Jamali, Mohammad Rezazadeh, Mohammadreza Loghman Estraki Pages 61-86
    Introduction and objective

    The aim of this study is to investigate the effect of addition of mesophase carbon microbeads (MCMB) on the microstructure, mechanical properties, and friction coefficient of MCMB-Cf/SiC composites prepared by spark plasma sintering.

    Materials and methods

    Silicon carbide nanocomposite powder reinforced with 20 wt. % carbon fibers and different percentages of MCMB was prepared. Disk-shaped samples were prepared using spark plasma sintering (SPS). The effect of addition of different percentages of MCMB on the density, friction coefficient, fracture toughness, flexural strength, and microhardness of the samples was investigated.

    Results

    The results showed that by increasing the MCMB content from 0.1 to 1 wt. %, the density of the sintered samples decreased from 93.1% to 89.8% of the theoretical density due to the higher porosity of this sample. Also, the friction coefficient decreased from 0.54 to 0.48 with increasing MCMB content due to the higher graphite content in higher MCMB weight percent. The hardness of the sintered samples with silicon carbide nanoparticles matrix also increased from 1095 to 1510 Vickers due to the higher density and lower porosity of sample with decreasing MCMB content from 1 to 0.1 wt.%. The fracture toughness and flexural strength of MCMB-Cf/SiC samples increased from 3.47 to 5.96 MPa.m1/2 and 72.9 to 138.7 MPa, respectively.

    Conclusion

    It was found that the MCMB-Cf/SiC sample containing 1 wt. % of MCMB has the closest properties to the properties of air brake discs. The densities of the SPS-sintered samples containing 1 wt. % of MCMB were obtained as 93.1% of theoretical density. The friction coefficient of these samples was obtained to be 0.48, which had the closest friction coefficient to that required for air brakes (0.4).

    Keywords: Sintering, Carbonous Mesophase, Cf, Sic Composite, Spark Plasma Sintering
  • Shahroukh Malae Hezarvandi, Zohre Balak * Pages 87-99
    Introduction and Objectives

    The HfCZrCTiC composite is part of the family of ultra-high temperature ceramics used in heat shields for spacecraft, furnace linings, supersonic aircraft components, and nuclear reactor components. The purpose of this research is to investigate the effect of nanocarbon black and silicon on the oxidation resistance of HfCZrCTiC composite.

    Materials and Methods

    Four composites, including HfCZrCTiC, HfCZrCTiC containing nano carbon black, HfCZrCTiC containing silicon, and HfCZrCTiC containing nano carbon black and silicon simultaneously were sintered at 2000 °C by spark plasma method. The oxidation process was carried out using differential thermal analysis (DTA) and thermal gravimetry analysis (TGA) at a temperature of 1200 °C. Microstructural evaluation and phase identification were done using a scanning electron microscope and X-ray diffraction.

    Results

    The results showed that the weight changes for HfZrTi, HfZrTi-C.Bn, HfZrTi-Si and HfZrTi-C.Bn-Si samples were obtained to be 13.5%, 16.9%, 12.9%, and 7%, respectively. In addition, the results of differential thermal analysis (DTA) revealed that in the samples of HfZrTi, HfZrTi-C.Bn, HfZrTi-Si and HfZrTi-C.Bn-Si, the starting temperature of oxidation occurred at 480 °C, 400 °C, 500 °C, and 580 °C, respectively, indicating the lower the starting temperature of oxidation, the higher the weight changes.

    Conclusion

    It was found that in HfZrTi and HfZrTi-C.Bn samples, the detected phases after oxidation included hafnium oxide, zirconium oxide, and titanium oxide. These phases along with silicon oxide were identified in HfZrTi-Si and HfZrTi-C.Bn-Si samples.

    Keywords: Oxidation Resistance, Hfc-Zrc-Tic, Spark Plasma Sintering (SPS), Thermal Analysis
  • Mohammad Tahernejad Javazm *, Masoud Hasheminiasari, Seyed Morteza Masoudpanah Pages 101-114
    Introduction and Objectives

    Optimization of vanadium phosphate compounds through the control of synthesis methods plays a key role in enhancing their performance. In this research, the effect of adding cetyltrimethylammonium bromide with different molar percentages relative to the oxidizer (lithium nitrate) on the electrochemical properties of lithium vanadium phosphate cathode was investigated.

    Materials and Methods

    The solution combustion synthesis method was used to produce lithium vanadium phosphate samples with two different fuel-to-oxidizer ratios (φ = 0.5 and φ = 1). Cetyltrimethylammonium bromide was used not only as a fuel but also as a carbon source.

    Results

    Scanning electron microscopy results showed that increasing the fuel-to-oxidizer ratio from 0.5 to 1 led to the formation of spherical particles in the morphology, which improved the electrochemical performance. The lithium vanadium phosphate sample with φ = 1 exhibited superior electrochemical performance, with a specific discharge capacity of 111.17 mAh/g at a current rate of 0.1C and 68 mAh/g at a current rate of 5C. After 150 cycles, the lithium vanadium phosphate sample with φ = 1 maintained a capacity of 79.16 mAh/g at a current rate of 5C.

    Conclusion

    The findings of this research indicate that the use of cetyltrimethylammonium bromide in the solution combustion synthesis process and the adjustment of the fuel-to-oxidizer ratio can play a significant role in optimizing the structure and improving the electrochemical performance of lithium vanadium phosphate cathode. The results of this study can be utilized in optimizing synthesis processes and developing new materials for next-generation batteries.

    Keywords: Fuel-To-Oxidant Ratio, Li3v2(PO4)3, Discharge Capacity, Cycling Performance, Rate Capability, Kinetic Properties, Solution Combustion Synthesis
  • Mohammadhossein Bagheri, Javad Rasti *, Hamidreza Ghazvinloo Pages 115-134
    Introduction and Objectives

    Determining the constitutive equations which describe the material flow stress, microstructural investigation, and preparing a processing map are essential for designing and optimizing metals forming. The aim of this paper is to obtain a relationship between stress, strain, temperature, and strain rate for Al-7.5Mg alloy in order to use it in the forming process.

    Materials and Methods

    In this study, stress-strain diagrams at four temperatures and three strain rates and friction elimination using experimental and computational methods were used. The activation energy value of hot deformation was calculated in the Arrhenius model. A processing map at strain 0.6 was drawn to establish the relationship between stress, temperature, and strain rate, and the instability region at a specific temperature and strain rate was determined. The metallography examination was performed to study the microstructure of the alloy.

    Results

    In the Arrhenius model, the activation energy value of hot deformation increased with increasing strain. As the temperature decreased and the strain rate increased, the Zener-Hollomon parameter also increased. The instability region increased with increasing temperature and decreasing strain rate. The metallography test results showed that dynamic recrystallization occurred due to the high magnesium content in this alloy.

    Conclusion

    In this paper, the Arrhenius model (as a phenomenological model) was correctly extracted using a hot plane strain test on an extruded plate of Al-7.5Mg alloy, and a relationship between stress, temperature, strain, and strain rate was obtained using the constitutive equations and the Arrhenius model.

    Keywords: Constitutive Equation, Processing Map, Al-7.5Mg, Hot Plane Strain Compression Test, Microstructure
  • Mohsen Alizadeh *, Saeed-Reza Bakhshi, Mohammadreza Dehnavi, Gholam-Hossein Borhani Pages 135-149
    Introduction and Objectives

    Some novel alloys, including high-entropy alloys, have gained increasing attention due to their diverse properties and applications. This study aims to investigate the relationship between the magnetic properties and phase transformations of the FeCrCoNiMn high-entropy alloy with the addition of titanium.

    Materials and Methods

    The high entropy alloy powder was synthesized by mechanically alloying pure constituent elements in a planetary mill. The synthesized high entropy alloy powder was phase-analyzed using the X-ray diffraction method. Furthermore, phase structure formation was predicted by thermodynamic functions via JMatPro software. The magnetic behavior was analyzed using a vibrating sample magnetometer, and particle morphology was examined using field emission scanning electron microscopy.

    Results

    The FeCrCoNiMn alloy milled includes a single-phase FCC structure after 40 hours. The presence of Ti in the composition of the alloy created BCC and Laves phase structures. Concurrently, the addition of titanium increased both the coercivity force and saturation magnetization. 

    Conclusion

    The increase in saturation magnetization is due to the formation of the BCC phase in the FeCrCoNiMnTi alloy, while the BCC phase has a strong exchange interaction between ferromagnetic elements. However, the presence of both the non-magnetic Laves intermetallic phase and interphase boundaries has increased the coercivity force.

    Keywords: High Entropy Alloy, Fecrconimn, Titanium, Magnetic Properties, Mechanical Alloying