فهرست مطالب

فصلنامه مواد پیشرفته در مهندسی
سال بیست و هشتم شماره 1 (تابستان 1388)

  • تاریخ انتشار: 1388/05/11
  • تعداد عناوین: 6
|
  • بهزاد صابرپور، علی کریمی طاهری، جعفرمهدی اخگر صفحات 1-12
    در این پژوهش یک آلیاژ Al-Mg-Si-Cu به منظور بررسی وقوع پدیده پیر کرنشی دینامیکی (DSA) به صورت حل سازی شده قبل و بعد از فرایند اکستروژن در کانال زاویه دار همسان (ECAE) تحت آزمون کشش در دماهای C ̊25 تا C ̊325 و نرخ کرنشهای تا قرار گرفت. منفی بودن ضریب حساسیت به نرخ کرنش (m) و افزایش استحکام کششی با افزایش دما رفتارهایی بودند که در محدوده دمایی وقوع پیر کرنشی دینامیکی در این آلیاژ مشاهده شدند. بر اساس محاسبات مربوط به انرژی فعال سازی پیشنهاد شد که در دماهای پایین، پدیده پیر کرنشی دینامیکی توسط تعامل مابین اتمهای منیزیم و نابه جایی های متحرک کنترل می شود در حالی که در دماهای بالا، تجمع اتمهای منیزیم و تشکیل فاز ثانوی، از طریق کاهش غلظت اتمهای محلول در زمینه، منجر به ظهور اثر معکوس پورتوین لشاتلیه (PLC) یا به عبارتی رفتار معکوس پیرکرنشی دینامیکی می شود. علاوه بر این، محاسبات نشان داد که اثر کشش عنصر حل شونده توسط منیزیم به عنوان عامل افزایش نسبت ازدیاد طول پس از گلویی به ازدیاد طول کل با افزایش دما و کاهش نرخ کرنش در دماهای بالاتر از C ̊250 است. مشاهده شد که تغییر شکل آلیاژ با استفاده از فرایند ECAE باعث انتقال محدوده دمایی ضرایب منفی حساسیت به نرخ کرنش به دماهای پایینتر شده و تمایل به پیری دینامیکی در دماهای بالاتر را کاهش می دهد. مضافا، کرنش پس از گلویی شدن در همه دماها و نرخ کرنشهای مورد آزمایش، در نمونه های اکسترود شده در کانال زاویه دار همسان بالاتر از کرنش همگن بوده و نسبت کرنش پس از گلویی به کرنش کل در این نمونه ها حساسیت چندانی به تغییرات دما و نرخ کرنش از خود نشان نداد.
  • پویا دلشادخطیبی، فرشاد اخلاقی صفحات 13-27
    SAMD روش نسبتا جدیدی در تولید پودرهای فلزی است که در آن از هم پاشیدگی و تکه تکه شدن مذاب، در اثر انتقال انرژی سینتیک از پروانه همزن به مذاب از طریق یک ماده واسط جامد صورت می پذیرد و پس از انجماد قطرات مذاب حاصل و جدا کردن ماده واسط، پودر فلزی به دست می آید. در تحقیق حاضر، مقدار مشخصی از پودر نمک طعام به مذاب آلومینیم اضافه شد و مخلوط در دمای مشخص برای مدت زمان معین هم زده شد تا قطرات فلزی به دست بیایند. سپس این مخلوط در آب کوئنچ شد و در نتیجه قطرات فلزی به پودر تبدیل شدند و نمک طعام در آب حل شد. پودر حاصل پس از جمع آوری، شستشو و خشک کردن تحت آزمایشهای تعیین ابعاد ذرات به کمک اشعه لیزر و بررسی های میکروسکوپ الکترونی روبشی قرار گرفت. در این تحقیق تاثیر سیکل دما-زمان مورد استفاده در هنگام همزدن مخلوط، بر اندازه و مورفولوژی پودر آلیاژ Al-6wt%Si تولید شده از این روش مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که کرویترین ذرات پودری و حداقل اندازه متوسط ذرات آلومینیم با همزدن به مدت 5 دقیقه در 690 درجه سانتیگراد و سپس کوئنچ در آب به دست می آید.
  • محمدرضا افشارمقدم، محمدرضا ابوطالبی، میحیلا آیزاک، رادیریک گاتری صفحات 29-46
    در این مقاله، یک مدل ریاضی سه بعدی برای شبیه سازی حذف الکترومغناطیسی پیوسته آخال از مذاب فلزات توسعه یافته و معرفی شده است. این مدل شامل محاسبه نیروی الکترومغناطیس و جریان سیال در حضور نیروی الکترومغناطیس است. نتایح محاسبات میدان سرعت مذاب و نیروی الکترومغناطیس برای محاسبه مسیر حرکت ذرات آخال در مذاب فلزات مورد استفاده قرار گرفت. مدل توسعه یافته برای شبیه سازی حذف آخال از مذاب منیزیم در شرایط مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. مطالعات پارامتری به منظور بررسی تاثیر عوامل مختلف نظیر چگالی شار مغناطیسی، اندازه آخال و سرعت مذاب بر راندمان حذف آخال صورت گرفته است. به منظور مشاهده تاثیر نیروی الکترومغناطیس بر حرکت ذرات آخال و نیز ارزیابی مدل توسعه یافته، یک مدل فیزیکی طراحی و ساخته شد. نتایج تجربی حاصل از مدل فیزیکی برای مسیر حرکت آخال و نیز راندمان حذف آخال بیانگر دقت قابل قبول مدل ریاضی بوده است.
  • سیدموسی سیادتی، احمد منشی صفحات 47-60
    یکی از عواملی که باعث بلوکه شدن دو لایه کاری ودایمی تاندیش ودر نتیجه مصرف زیاد مواد نسوز وایجاد هزینه های بالامی شود مواد اتصال دهنده ای هستند که با افزایش دما باعث ایجاد فازهای نقطه ذوب پایین مانند اغلب بایندرهای فسفاتی مورد استفاده در صنعت می شوند. در دماهای بالا این بایندرها، با ایجاد فازهای مذاب، باعث واکنش بین دو لایه دایمی و کاری شده که در نتیجه در قسمتهایی از تاندیش، این دو جرم در هم نفوذ کرده، به هم می چسبند وسبب مشکل شدن فرایند تخلیه پوسته باقیمانده وآسیب رساندن به لایه دایمی می شوند. در این تحقیق به بررسی استفاده از بایندرهای سولفاتی همچون اسید سولفامیک، سولفات آلومینیوم، آمونیوم، منیزیوم، کلسیم، سدیم وپتاسیم به جای بایندرهای فسفاتی متداول مورد استفاده در ترکیب جرمهای تاندیش وتقابل بین اجزای بایندرهای فسفاتی وسولفاتی با جز MgO پرداخته شده است. مطالعات ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) وتحلیل فازی با پراش پرتو ایکس (XRD) نشان داد که در میان بایندرهای سولفاتی مورد مطالعه سولفات منیزیم با توجه به بررسی خواص و ریزساختار بهترین گزینه است. این بایندر در دمای پایین استحکام مناسبی به جرم می دهد ودر دمای بالا به SO3 و MgOتجزیه می شود. SO3 به صورت گاز تبخیر شده و MgO اکسید دیرگدازی است که با اکسید میزبان که معمولا از همان جنس MgO است واکنش نمی دهد. ذوب نشدن و واکنش نکردن این بایندر فرایند دی اسکالینگ یا تخلیه پوسته باقیمانده را آسان واز تخریب لایه دایمی جلوگیری می کند و همچنین با عدم زینترینگ شدید لایه جرم پلاستر تاندیش بحث عایق بودن حرارتی آن بیشتر جلوه می کند.
  • مسعود کثیری عسگرانی، علی سعیدی، محمدحسن عباسی صفحات 61-74
    تاثیر عملیات مکانوشیمی بر تغییرات فازی زیرکونیای منوکلینیک (m) توسط آسیاب گلوله ای پر انرژی سیاره ای در زمانهای مختلف آسیابکاری مورد بررسی قرار گرفت. عملیات مکانیکی در آسیاب باعث ریز شدن دانه ها، افزایش کرنش شبکه، تغییر فاز و تولید فازهای ناپایدار تتراگونال (t) و مکعبی (c) شد. بررسی های TEM و XRD وجود مقادیر قابل توجهی از فاز آمورف ایجاد شده در حین آسیابکاری را نشان داد. کاهش سطح مخصوص اندازه گیری شده به روش BET در زمانهای طولانی آسیابکاری نشانگر آگلومره شدن زیرکونیا و با کمک فاز آمورف به عنوان چسب است. عملیات مکانیکی، واکنش پذیری زیرکونیا را با گاز کلر به شدت افزایش داد. همچنین آنیل کردن زیرکونیای آسیابکاری شده در اتمسفر کلر منجر به ایجاد جاهای خالی آنیونی، کریستاله شدن فاز آمورف و تبدیل آن به فازهای مکعبی و تتراگونال و افزایش دمای پایداری این فازها به ترتیب تا C◦800 و C◦1000 شد. در این شرایط کوچک بودن انرژی مرز دانه ها و وجود جاهای خالی اکسیژن، نقش اساسی را در پایداری فازهای تتراگونال و مکعبی به عهده دارد.
  • محمود مرآتیان، نوید سعیدی صفحات 75-83
    در انجماد آلومینیوم و آلیاژهای آن، بررسی ریز ساختار حاصل از شرایط انجمادی مختلف به علت تاثیر قابل ملاحظه آن بر خواص مکانیکی، اهمیت زیادی دارد. این مواد اصولا در انواع قالبهای ماسه ای، فلزی و تزریقی ریخته گری می شوند که شرایط انجمادی متفاوتی ایجاد کرده و ریز ساختار نهایی قطعه تا حد زیادی به این شرایط وابسته است. در این تحقیق تاثیر عواملی مثل سرعت سرد شدن، سرعت حرکت جبهه انجماد و شیب دمایی در فصل مشترک مذاب – جامد بر فواصل بین شاخه های ثانویه دندریتی توسط یک سیستم ریخته گری با انجماد جهت دار آلیاژهای مهم آلومینیوم بررسی شد. فواصل بین شاخه های ثانویه دندریتی در سرعتهای سرد شدن مختلف اندازه گیری و ارتباط آن به صورت روابط ریاضی ارائه شد. از طرف دیگر ارتباط بین فواصل شاخه های ثانویه دندریتی و سرعت سرد شدن توسط شبکه عصبی مصنوعی شبیه سازی و نمودارهای حاصل با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد و تطابق خوبی مشاهده شد. لذا از مدل شبیه سازی می توان برای پیش بینی مقادیر حدی که به صورت آزمایشگاهی انجام آن بسیار مشکل و یا ناممکن است استفاده کرد.
|
  • B. Saberpour, A. K. Taheri, J. M. Akhgar Pages 1-12
    An Al-Mg-Si-Cu alloy was subjected to tensile testing, both under solutionized and ECAE-ed conditions, using strain rates of 10-4 s-1 to 10-1 s-1 at temperatures of 25 $C to 325 $C to investigate the dynamic strain aging (DSA) phenomenon in the alloy. Negative strain rate sensitivity (m) and increasing ultimate tensile stress were observed in the DSA region with increasing temperature. Regarding the activation energy of the phenomenon, it was suggested that the process is controlled by the interaction of Mg atoms with mobile dislocations at lower temperatures of DSA occurrence while at higher temperatures, the aggregation of Mg atoms and precipitates of a second phase decreases the amount of Mg atoms in the solid solution, resulting in the inverse DSA effect. Moreover, it was shown that at temperatures greater than 250 $C, the ratio of post-uniform to uniform elongation increases with increasing temperature or with decreasing strain rate due to the solute drag of Mg atoms in the Al matrix. Processing the alloy by ECAE transferred the negative m values to lower temperatures and decreased the tendency to DSA at higher temperatures. Calculating the mentioned ratio for the ECAE-ed specimens revealed that the post-uniform elongation dominates the uniform elongation at all examined temperatures and strain rates. Also, it was found that for ECAE-ed specimens, the ratio is not so sensitive to variations of temperature and strain rate.
    Keywords: Equal Channel Angular Extrusion, Dynamic Strain Aging, Al, Mg, Si, Cu alloys, Strain rate sensitivity
  • P. Delshad, Khatibi, F. Akhlaghi Pages 13-27
    Solid Assisted Melt Disintegration (SAMD) is a relatively new method for producing metallic powder particles in which the kinetic energy transferred from a rotating impeller to the melt via a solid medium causes melt disintegration. These droplets are then solidified and separated from the media to obtain metallic powder particles. In the present study, sodium chloride (NaCl) was used to produce Al-6wt%Si powder particles. A specified amount of NaCl was introduced into the aluminum alloy melt and the slurry was stirred following a specified time-temperature regime to disintegrate the molten alloy into droplets.This blend was quenched in water to solidify Al powder particles and to dissolve NaCl in water. The Al powder particles were then collected, washed, dried, and subjected to laser particle size (LPS) analysis and scanning electron microscopy (SEM). The effects of different time-temperature regimes on the size and morphology of the resultant Al-6wt%Si powder particles were investigated and the optimum conditions for obtaining the finest spherical particles were established. It was concluded that the finest and most spherically shaped Al powder particles could be produced by stirring the slurry at 690 °C for 5 min followed by water quenching.
    Keywords: SAMD method, Aluminum powder, Time, temperature cycle, Morphology, Size distribution
  • M. Reza Afshar, M. R. Aboutalebi, M. Isac, R.I.L. Guthrie Pages 29-46
    In this research, a 3-D mathematical model is developed for simulating electromagnetic continuous removal of inclusions from molten metals. The model includes the computation of electromagnetic force field and fluid flow in the presence of electromagnetic forces. The results of flow field together with electromagnetic force field were further used for calculating the trajectory of inclusions in the molten metal. Parametric studies were performed to evaluate the effects of various parameters such as magnetic field intensity, inclusion size, and fluid velocity on inclusion removal efficiency in molten magnesium. In order to verify the mathematical model and visualize the trajectories of particles in the melt flow under electromagnetic force, a physical model was constructed. The predicted particle trajectories and separation in the physical model were compared with those obtained from experiments, which showed a relatively good agreement.
    Keywords: Electromagnetic refining, Electromagnetic force, Mathematical modeling, Physical simulation, Metal refining, Inclusions, Magnesium
  • M. Kasiri Asgarani, A. Saidi, M. H. Abbasi Pages 61-74
    The effects of mechanochemical treatment of monoclinic zirconia in high energy planetary ball mill on its phase transformation were investigated. The mechanical treatment in ball mill reduces the grain size, increases microstrain, and causes phase transition to metastable nanostructured tetragonal and cubic phases. XRD and TEM results show considerable amounts of amorphous phase during ball milling. Surface area measurements by BET method over long milling times reveal that ZrO2 particles are agglomerated with an amorphous phase as a binder. The mechanical treatment increases the reactivity of zirconia in chlorine gas. Annealing of ball milled zirconia in the chlorine atmosphere produces oxygen vacancy in zirconia (ZrO2-x) and causes the amorphous phase to be crystallized and to change into cubic and tetragonal phases. The chlorine atmosphere increases the stability temperatures of cubic and tetragonal phases to 800°C and 1000°C, respectively. In this situation, the energy of grain boundary and oxygen vacancy play important roles in the stability of tetragonal and cubic phases.
    Keywords: Zirconia, Chlorination, Mechnochemical
  • M. Meratian, N. Saeidi Pages 75-83
    In cast aluminum and its alloys, the microstructure varies under different solidification conditions, causing variations in their mechanical properties. These materials are basically produced in sand and metallic molds or through die casting, each of which is associated with a unique solidification regime with significantly different cooling rates so that the resulting microstructure strongly depends on the casting method used. In the present study, the effects of such important solidification parameters as cooling rate, solidification front velocity, and thermal gradient at the solid-liquid interface on secondary dendrite arm spacing were investigated. By a directional solidification system, the mathematical relation between cooling rate and dendrite spacing was extracted for several commercially important aluminum alloys. A neural network model was trained using the experimental values of cooling rates and secondary dendrite arm spacing. Reliable prediction of these values was made from the trained network and their corresponding diagrams were constructed. A good agreement was found between simulation and experimental values. It is concluded that the neural network constructed in this study can be employed to predict the relationship between cooling rate and dendrite arm spacing, which is difficult, if not iompossible, to accomplish experimentally.
    Keywords: Directional solidification, Aluminum casting alloys, Cooling rate, Dendrite arm spacing, Neural Network Model