فهرست مطالب
![مواد نوین - سال سوم شماره 2 (پیاپی 10، زمستان 1391)](/Content/MIFiles/Cover/75232S.jpg?v=f0e4a530073cb4b55f39596c47867e08)
مجله مواد نوین
سال سوم شماره 2 (پیاپی 10، زمستان 1391)
- تاریخ انتشار: 1391/11/19
- تعداد عناوین: 8
-
-
ساخت کامپوزیت سرامیکی Al2O3-TiB2 با مقدار تخلخل و اعوجاج پایین به روش سنتز احتراقی و بدون اعمال فشارصفحات 1-12روش سنتز احتراقی به عنوان یک روش شناخته شده و اقتصادی برای تولید مواد پیشرفته سرامیکی و کامپوزیتی دارای عیوبی است. انجام نشدن کامل واکنش های گرمازا به دلیل اختلاط نشدن ایده آل مواد اولیه، فعال نبودن مواد اولیه از لحاظ ترمودینامیکی و تولید محصولاتی با مقدار تخلخل و اعوجاج بسیار بالا از جمله عیوب مهم این روش بشمار می روند. در این پژوهش از سیستم ترمیت آلومینیوم- اکسید تیتانیوم- اسید بوریک به منظور تولید درجای کامپوزیت سرامیکی آلومینا- دی بوراید تیتانیوم به روش سنتز احتراقی استفاده شد. سپس به کمک این سه عامل روش مخلوط سازی مواد اولیه، استفاده از مواد رقیق کننده و استفاده از یک محفظه فولادی در اطراف نمونه در حال سنتز به بررسی امکان ساخت قطعاتی با تخلخل کنترل شده و بدون اعوجاج پرداخته شد. نتایج بدست آمده از آزمایش ها نشان دادند که مخلوط کردن پودرهای اولیه به مدت 2 ساعت همراه با یک گلوله 5 میلیمتری پیش از فرآیند پیش فعال سازی مکانیکی و سنتز احتراقی اثر زیادی بر افزایش خلوص محصولات نهایی دارد. هم چنین، مشخص شد که با افزایش مقدار مواد رقیق کننده تا 30 درصد وزنی از جنس خود محصولات (73 درصد حجمی آلومینا- 23 درصد حجمی دی بوراید تیتانیوم) به مواد اولیه ای که پیش فعال سازی مکانیکی شده و آماده سنتز احتراقی هستند، مقدار تخلخل نهایی کمتر شده و از شدت واکنش ها کاسته می شود. در نهایت، نشان داده شد که با استفاده از یک محفظه فولادی در اطراف قطعه به گونه ای که قطعه را محصور کرده و اجازه انبساط به آن ندهد، می توان از اعوجاج نمونه در حین سنتز احتراقی جلوگیری کرد.
کلیدواژگان: سنتز احتراقی، کامپوزیت سرامیکی، تخلخل، اعوجاج -
صفحات 13-24استفاده از کامپوزیت های زمینه فلزی تقویت شده به دلیل خواص آن مانند استحکام مخصوص بالا، سختی بالا و مقاومت در برابر سایش خوب در حال افزایش است. فرآیند اصطکاکی - اغتشاشی یک روش بهسازی سطح نوین است که برای ساخت کامپوزیت سطحی توسعه یافته است. این فرآیند با استفاده از یک ابزار غیر مصرفی برای تولید حرارت اصطکاکی و عمل اغتشاش انجام می گیرد. دراین مقاله، امکان انجام پراکندگی به صورت توده ای تقویت کننده نانو لوله کربن درکامپوزیت زمینه فلزی آلومینیوم، با موفقیت مورد بررسی قرار گرفت. نمونه ها در معرض تعداد پاس های گوناگون فرآیند اصطکاکی - اغتشاشی از یک تا چهار پاس قرار گرفتند. مشاهده های ریزساختاری با بکارگیری میکروسکوپ الکترونی روبشی از سطح بهسازی شده، انجام گرفت. خواص مکانیکی شامل ریزسختی و مقاومت به سایش، به گونه کامل ارزیابی شدند. خصوصیات سایشی کامپوزیت سطحی با استفاده از یک دستگاه آزمایش سایش پین بر روی دیسک، در دمای اتاق مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که سختی درسطح کامپوزیت تولید شده چهار پاسه،195 ویکرز بود که دو برابر سخت تر نسبت به آلیاژ پایه آلومینیوم می باشد. هم چنین، فرآیند اصطکاکی - اغتشاشی، ضریب اصطکاکی را در مورد نمونه چهار پاس، در حدود 50 درصد کاهش داد.
کلیدواژگان: فرآیند اصطکاکی، اغتشاشی، آلیاژ آلومینیوم، نانو لوله کربن، خواص مکانیکی -
صفحات 25-38پنل های ساندویچی متشکل از هسته فوم آلومینیومی و صفحات آلومینیومی، ساختارهایی با قابلیت بالای جذب انرژی می باشند. در این پژوهش، آزمون سوراخ کاری جهت بررسی انرژی جذب شده، بر روی نمونه های گوناگون پنل ساندویچی انجام گرفت. در این آزمایش ها، تاثیر پارامترهای گوناگون از جمله ضخامت فوم و صفحات بر مقدار انرژی جذب شده، جدا شدن صفحه پشتی از فوم، نیروی مسطح و انحنا (کرنش) ایجاد شده مورد بررسی قرار گرفت. مشخص گردید که با افزایش ضخامت صفحات، انرژی جذب شده، نیروی مسطح، میزان جدایش و کرنش ایجاد شده در صفحه پشتی افزایش می یابد. با افزایش ضخامت هسته فومی نیز مقدار انرژی جذب شده و نیروی مسطح افزایش می یابد، اما میزان جدایش و کرنش ایجاد شده در صفحه پشتی به سبب جذب بیش تر انرژی به وسیله هسته فومی، کاهش می یابد.
کلیدواژگان: پنل ساندویچی، فوم آلومینیومی، سوراخ کاری، انرژی جذب شده -
مطالعه تغییرات ریزساختاری در تف جوشی سوپرسالیدوس آلیاژ برنجی Zn28Cu-صفحات 39-56هدف از این پژوهش بررسی تاثیر نیروهای موثر در تف جوشی سوپرسالیدوس آلیاژ برنجی Zn28Cu- می باشد که موجب ناهمگنی در مقاطع گوناگون ریزساختار می گردد. بدین منظور، پودر پیش آلیاژی Zn28Cu- در دماهای گوناگون ̊C 890 -840 به مدت 60 دقیقه تحت اتمسفر نیتروژن تف جوشی شد. مطالعات ریزساختاری و شکست نگاری نشان داد که افزایش جزئی دما به دلیل تشکیل مقادیر متفاوت فاز مایع موجب تغییر قابل ملاحظه آرایش ذرات، اندازه دانه، جدایش روی در مرزدانه ها، شکل و اندازه حفرات می شود. همچنین تاثیر مقدار فاز مایع در نیروهای موثر ایجاد شده حین تف جوشی با مطالعه قسمت های گوناگون سطح مقطع شکست نمونه ها و مقایسه آن ها با یکدیگر به وضوح قابل مشاهده است. در نهایت بر اساس خواص فیزیکی و مکانیکی در دماهای گوناگون تف جوشی که در تطابق مناسبی با ریزساختار بود دمای بهینه تف جوشی 860 تعیین شد.
کلیدواژگان: پودر پیش آلیاژی برنج، تف جوشی سوپرسالیدوس، تغییرات ریزساختاری، آرایش ذرات، تجمع روی -
صفحات 57-66باندینگ یا نواری شدن، به لایه لایه شدن ساختار فولاد به موازات جهت سیلان ماده در طی فرآیند کارگرم گفته می شود. این پژوهش به بررسی میزان باندینگ فریتی - پرلیتی موجود در ورق های فولاد میکروآلیاژی API GRB مورد مصرف در صنایع لوله سازی و تاثیر آن بر میزان انرژی ضربه این نوع فولادها پرداخته است. هدف ویژه در این پژوهش مقایسه خواص ضربه ای نمونه های باندی و غیرباندی در دو جهت عمود و موازی نورد است. آزمایش های متالوگرافی و ضربه در دمای °C 20- و صفر ر روی این نمونه ها در دو جهت عمود و موازی با نورد صورت گرفت. بررسی ها نشان دادند که زاویه نمونه ضربه نسبت به جهت نورد در مقاومت به ضربه آن بسیار موثر است، یعنی در حالی که در جهت نورد باعث کاهش مقاومت ضربه ای شده در جهت عمود باعث افزایش گردیده است.
کلیدواژگان: فولادAPI GRB، باندینگ فریتی، پرلیتی، انرژی ضربه -
صفحات 67-76روکش تیتانیم روی فولاد منجر به ایجاد خواصی همچون مقاومت به خوردگی بالا می شود که باعث کاربرد وسیع این کامپوزیت فلزی در صنایعی از جمله صنایع اتمی، شیمیایی، هوافضا و هم چنین، مصارف بیومواد شده است. یکی از روش های اتصال در حالت جامد جهت اعمال چنین روکشی استفاده از روش اتصال نوردی می باشد. در این مقاله کیفیت روکش نوردی تیتانیم روی فولاد ساده کربنی از لحاظ خواص متالورژیکی، مکانیکی و هم چنین، تاثیر استفاده از لایه میانی نیکل به عنوان مانع نفوذی بر خواص متالورژیکی اتصال مورد بررسی قرار گرفته است. فصل مشترک روکش و پایه با استفاده از میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت و فازهای تشکیل شده به وسیله آنالیز تفرق اشعه ایکس شناسایی گردید. نتایج نشان می دهد که هیچ گونه لایه واکنشی در فصل مشترک فولاد با نیکل تشکیل نخواهد شد، اما در فصل مشترک تیتانیم با نیکل چندین لایه نفوذی شامل TiNi3، TiNi، Ti2Ni مشاهده می شود که افزایش دمای اتصال موجب افزایش ضخامت ترکیبات بین فلزی و افزایش سختی در فواصل نزدیک به فصل مشترک روکش تیتانیمی به فلز پایه می گرددکلیدواژگان: تیتانیم، اتصال نوردی، روکش، فولاد، خواص مکانیکی، لایه میانی نیکل
-
بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی جوش های نامشابه فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی UNS 32750 به فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI 304L / مهدی رحمانی /مرتضی شمعانیان/ مسعود کثیری نویسنده فرعیصفحات 77-90دراین پژوهش، ریزساختار و خواص مکانیکی جوش های نامشابه فولاد زنگ نزن سوپر دوفازیUNS 32750 به فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI 304L مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، روش جوشکاری قوسی تنگستن- گاز با قطبیت منفی و دو نوع فلز پرکننده ER25104L وER309LMo استفاده شد. پس از جوشکاری، ریزساختار مناطق گوناگون هر اتصال شامل فلزات جوش، مناطق متاثر از حرارت و فصل مشترک ها با میکروسکوپ نوری بررسی شدند و ارتباط بین ریزساختار و خواص مکانیکی اتصالات مورد بررسی قرار گرفته شد. بررسی های ریزساختاری نشان دادند که در فلز جوش ER25104L، ریزساختار به صورت دندریت های آستنیت و زمینه فریت بود. انجماد فلز جوشER309LMo، به صورت فریت اولیه همراه با مقداری آستنیت و با ریخت شناسی فریت اسکلتی شکل صورت گرفت. هم چنین، خواص مکانیکی شامل خمش، استحکام کششی، مقاومت در برابر ضربه، سختی و نیز شکست نگاری نمونه ها بررسی شد. در آزمایش کشش تمامی نمونه ها از منطقه HAZ فلز پایه فولاد زنگ نزن آستنیتی 304L و به صورت نرم دچار شکست شدند. هم چنین، بیش ترین مقدار انرژی شکست مربوط به فلز جوش 25104L بود. نمونه جوش شده با فلز پرکننده25104L بیش ترین انعطاف پذیری را از خود نشان داد. کم ترین و بیش ترین مقدار سختی به ترتیب برای فلز پرکننده ER309LMo و ER25104L بدست آمد. خواص مکانیکی بدست آمده با استفاده از دو نوع فلز پرکننده ER25104L و ER309LMo قابل قبول بوده، اگرچه فلز جوش 25104L خواص مکانیکی بهتری را نسبت به فلز جوش 309LMo از خود نشان داد. در نهایت، می توان نتیجه گرفت برای اتصال بین فلز پایه فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی 32750 به فولاد زنگ نزن آستنیتی 304L، ماده ی پرکننده ی ER25104L ویژگی های بهینه ای را ارائه می دهد.
کلیدواژگان: جوش های نامشابه، فولاد زنگ نزن آستنیتی، فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی، ریزساختار -
صفحات 93-104شیشه زیست فعال از جمله بیومواد مناسب و مصرفی در درمان های استخوان (ارتوپدی) و دندانپزشکی است. ساخت پوشش های کامپوزیتی شیشه زیست فعال با اجزای نانومتری مثل زیرکونیا می تواند خاصیت زیست فعالی را مطلوب تر و باعث بهبود خواص مکانیکی پوشش گردد و زیست سازگاری زیرلایه فلزی کاشتنی در بدن را بهبود بخشد. هدف از این پژوهش، تهیه و مشخصه یابی پوشش شیشه زیست فعال- زیرکونیا به روش سل- ژل روی فولاد زنگ نزن 316 ال و ارزیابی رفتار خوردگی زیرلایه فلزی با پوشش و بدون پوشش است. مواد پیش ساز اولیه اصلی شامل تترا اتیل اورتوسیلیکات، تری اتیل فسفات، نیترات کلسیم و نانوذرات زیرکونیاست. پوشش به وسیله روش سل- ژل در فرایند لایه نشانی چرخشی روی فولاد زنگ نزن 316 ال اعمال شد. ریخت شناسی و ریزساختار سطح نمونه های پوشش داده شده به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بررسی گردید. از روش پراش پرتوی ایکس (XRD) و آنالیز عنصری با طیف سنجی توزیع انرژی پرتوی ایکس(EDS) نیز برای مشخص کردن ترکیب فازها و شناسایی عناصر موجود در پوشش استفاده شد. سختی پوشش ها با دستگاه ریزسختی-سنج اندازه گیری شد. آزمون های الکتروشیمیایی پلاریزاسیون پتانسیودینامیکی در دو محلول فیزیولوژیکی گوناگون و به منظور مقایسه رفتار خوردگی نمونه های فولادی با پوشش شیشه زیست فعال- زیرکونیا و بدون پوشش انجام گرفت. نتایج نشانگر حصول پوشش تقریبا یکنواخت و بدون عیب و نواقص ظاهری قابل توجه روی زیرلایه فولاد زنگ نزن 316 ال است. پوشش شیشه زیست فعال- زیرکونیا مقاومت خوردگی زیرلایه را بهبود داد. به گونه ای که چگالی جریان خوردگی در نمونه های پوشش دار کم تر از نمونه های بدون پوشش بود. جمع بندی نتایج حاکی از آن بود که پوشش شیشه زیست فعال- زیرکونیای اعمال شده به روش سل- ژل می تواند رفتار خوردگی و در نتیجه، زیست سازگاری کاشتنی فلزی مصرفی در پزشکی را بهبود بخشد.
کلیدواژگان: شیشه زیست فعال، زیرکونیا، فولاد زنگ نزن 316 ال، سل، ژل، لایه نشانی چرخشی
-
Pages 1-12Combustion synthesis (CS) as a well-known economical production method for advanced ceramic and composite materials production has some drawbacks. Incomplete exothermic reactions due to non-ideal mixing of starting powders and thermodynamicaly unreacted، and fabrication of porous products with high distortion are the main problems of this method. In this study، Al-TiO2-H3BO3 thermite system was used for in-situ fabrication of Al2O3-TiB2 ceramic composite using CS. Three factors of mixing process، using diluent materials، and using a steel chamber are considered to investigate the possibility fabrication of non-distorted samples with controlled porosity. The results indicated that 2 h mixing of starting powders with a 5 mm diameter ball before mechanical activation and combustion synthesis has a considerable effect on increasing the purity of final products. In addition، it was shown that the addition of diluent materials (73 vol. % Al2O3-23 vol. % TiB2) to the starting powders would lead to formation of samples with lower porosity. Finally، in was indicated that using a steel chamber around the sample prevented the expansion of sample during CS، leading to formation of a specimen with the least distortion.Keywords: Combustion Synthesis, Ceramic Composite, Porosity, Distortion
-
Pages 13-24The usage of reinforced metal matrix composite (MMC) is steadily increasing due to its properties such as high specific strength، high hardness and good wear resistance. A novel surface modifying technique، friction stir processing (FSP)، has been developed for fabrication of surface composites. This process uses a non-consumable tool to generate frictional heat and stirring action. The feasibility to make bulk dispersal CNT reinforced Al metal matrix composite were studied successfully in this paper. Samples were subjected to various number of FSP passes from one to four. Microstructural observations were carried out by employing scanning electron microscopy of the modified surfaces. Mechanical properties include Microhardness and wear resistance، were evaluated in detail. The wear characteristics of the resulted surface composites were evaluated using a pin-on-disk wear tester at room temperature. The results showed that the hardness of 4 passes produced composite surface was 195 HV which is twice harder as compared to the base aluminium alloy. Also، FSP reduced friction coefficient by approximately 50% in the case of 4 pass samplesKeywords: Friction Stir Processing, Al Alloy CNT, Mechanical Properties
-
Pages 25-38Metallic sandwich structures with aluminum foam core are good energy absorbers. In this paper، perforation test were carried out on different samples to study energy absorption. In the experiments، effect of several parameters، i. e. skin thickness and thickness of foam core، on the energy absorption، delamination zone of back faces، plateau force (Fp) and back face deformation strain (φ) are discussed. Results showed that increasing skin thickness will results in more absorbed energy، plateau force، back face delamination and deformation strain. Moreover foam core thickening has the same effect on absorbed energy and plateau forceKeywords: Sandwich Panel, Aluminum Foam, Perforation, Absorbed Energy
-
A Study on Particles Re-Arrangement in Supersolidus Liquid Phase Sintering of Cu-28Zn AlloyPages 39-56The aim is investigation on influence of effective forces in Supersolidus Liquid Phase Sintering of Cu-28Zn alloy which causes heterogeneity in different sections of microstructure. For this purpose prealloyed Cu-28Zn powder was sintered at various temperatures، 840-890 ˚C، under nitrogen atmosphere for 60 minutes. Metallography and fractography studies revealed that small increase in sintering temperature as a consequence of creating different amount of liquid phase results in considerable particle rearrangement، and varieties in obtained grain size، zinc accumulation in grain boundaries، pores’ shape and size. As well as the effect of produced liquid phase amount، which is a function of sintering temperature، would be clear by comparing fracture morphology of diverse parts of sections. Finally، according to attained physical and mechanical properties، which were in a good agreement with achieved microstructure، optimum sintering temperature equal of 860 ˚C was determined.Keywords: Prealloyed Brass Powder, Supersolidus Sintering, Microstructure Changes, Particle re, Arrangement, Zinc Accumulation
-
Pages 57-66Layering of microstructure parallel to the direction of flow of steel during hot working process is called banding. In the present paper، the severity of pearlitic–ferritic banding in API GRB microalloyed steel and its effects on impact energy is studied. Specifically، Impact properties are compared between banded and non-banded samples along two directions perpendicular and parallel to the rolling direction. Metallographic examinations together with impact charpy tests at zero and 20 °C were done both parallel and perpendicular to the rolling direction. The results showed the dependence of impact energy to the sample direction relative to the rolling i. e decreasing energy in rolling direction and increasing it in per pendicular direction to the rollingKeywords: API GRB Steel, Pearlitic–Ferritic Banding, Impact Energy
-
Pages 67-76Cladding of steel with titanium alloys to improve corrosion behavior and to reduce production costs، is used widely in aerospace، chemical، nuclear and biomaterials industries. Roll bonding is one of the solid state processes to produce this combination. In this research the high quality bonding of hot roll bonding of titanium on steel substrate was investigated in terms of physical and mechanical properties، and the effect of nickel interlayer to prevent interdiffusion was evaluated. The microstructure at interface was observed by an optical and scanning electron microscope and the presence of intermetallic phases in the reaction zone was examined by X-ray diffraction on surfaces of the joints. The experimental results showed that the no reaction layer will be formed at the interface of steel with nickel but The interface between titanium alloy and nickel consists of the several diffusion layers include the intermetallic compounds of TiNi3، TiNi، Ti2Ni and their mixture so that the total thickness of intermetallic layers at the interface between titanium and nickel and the hardness of roll bonded joints increases with the bonding temperatureKeywords: Roll Bonding, Titanium, Clad, Steel, Metallurgical Properties, Nickel Interlaye
-
Pages 77-90In this study، the microstructure and mechanical properties of dissimilar welding of Super duplex stainless steel UNS 32750 to austenitic stainless steel AISI 304L by gas tungsten arc welding process with direct current electrode negative polarity was investigated. For this purpose، two filler metals including ER25104L and ER309LMo were used. The microstructure of the different zone in each joint، including weld metals، heat affected zone، interface were evaluated using optical microscopy and the relationship between mechanical properties and microstructure of welded joints is evaluated. Results indicate that austenitic and ferritic structures such as dendrite in the weld metal 25104L، 309LMo weld metal was observed as the primary ferrite with austenitic matrix. In addition microstructure was seen as skeleton ferrite morphology. In addition، the mechanical properties including the bend test، ultimate strength، impact resistance and hardness were investigated. All the specimen underwent ductile fracture in HAZ in the tension test. The maximum fracture energy related to ER25104L. The welded specimen with ER25104L filler metal showed the maximum elongation. The maximum and minimum hardness corresponded to the ER25104L and ER309LMo، respectively. Mechanical properties of joints welded by the two kinds of filler metals are satisfactory، althought the mechanical properties of 25104L filler metal is superior to that by 309LMo filler metal. Based on the present work، it is concluded that 25104L provides the optimum qualities for joining dissimilar metals between 32750 super duplex stainless steel and 304L austenitic stainless steelKeywords: Dissimilar Welding, Austenitic Stainless Steel, Super Duplex Stainless Steel, Microstructure
-
Pages 93-104The aim of this research was fabrication and characterization of bioactive glass/zirconia composite coating via the sol-gel method for corrosion behavior improvement of metallic substrate. Coating was produced on AISI 316L stainless steel (SS) substrate by spin-coating technique. Structural characterization techniques including XRD، SEM and EDS were used to investigate the microstructure، morphology and the chemical composition of the coating. The hardness of coating was evaluated using knoop microhardness test method. Electrochemical potentiodynamic polarization tests were performed in two different types of physiological solutions at 37 ºC in order to determine and compare the corrosion behavior of the coated and uncoated SS specimens. Crack-free and homogeneous bioactive glass/zirconia composite coatings were obtained without major defects. The composite coating also improved corrosion resistance of the AISI 316L SS substrates as the corrosion current density of coated samples in comparison with pristine samples was decreased. It was concluded that the sol-gel bioactive glass/zirconia composite coating can be used for improvement of corrosion behavior and thus biocompatibility of the 316L SS substratesKeywords: Bioactive Glass, Zirconia, AISI 316L Stainless Steel, Sol–Gel, Spin, Coating