رضا تقی آبادی
-
در تحقیق حاضر تاثیر فرایند جوانه زایی بر رفتار پارگی گرم آلیاژ 2024 آلومینیم بهسازی شده توسط 3 درصد وزنی سریم مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور سه مقدار مختلف تیتانیم (01/0، 025/0 و 05/0 درصد وزنی) از طریق جوانه زای Al-5Ti-1B به ترکیب آلیاژ اضافه شد. بر اساس نتایج به دست آمده، افزودن تیتانیم موجب بهبود جزئی سیالیت، کاهش نسبی کسر حجمی و توزیع تخلخل ها، کاهش اندازه دانه ها و کاهش شاخص حساسیت به پارگی گرم (HTS) آلیاژ مورد تحقیق می شود. بر اساس اندازه گیری های انجام شده افزودن 01/0، 025/0 و 05/0 درصد وزنی تیتانیم به ترتیب موجب کاهش حدود 5، 20 و 31 درصدی، 20، 75 و 80 درصدی و 9، 24 و 34 درصدی میزان تخلخل، اندازه دانه و HTS آلیاژ می شود. بر اساس نتایج حاصل از بررسی های ساختاری و سطح مقطع شکست پارگی گرم، بهبود نسبی مشاهده شده در رفتار پارگی گرم را می توان به کاهش اندازه دانه ها و تبعات مثبت ناشی از این تغییرات شامل کاهش میزان تخلخل و افزایش استحکام، کاهش ضخامت لایه مذاب بین دانه ها و در نتیجه افزایش نیروی موئینگی و ارتقای شرایط تغذیه بین دانه ای، کاهش انقباض خطی حین انجماد و کاهش شدت تنش وارده به مرزهای دانه به عنوان مراکز اشاعه آسان ترک گرم در ساختار نسبت داد.کلید واژگان: پارگی گرم, آلیاژ 2024 آلومینیم, سریم, جوانه زایی, تیتانیمIn this study the effect of grain refinement was studied on the hot tearing behavior of 3 wt. % Ce-modified 2024 Al alloy. Towards this end, different amounts of Ti (0.01, 0.02, and 0.05 wt. %) were added to the molten alloy through Al-5Ti-1B master alloy. According to the results, adding Ti marginally improved the fluidity length, relatively reduced the size shrinkage micropores, dispersed the micropores, reduced the grains size, and decreased the alloy hot tearing susceptibility (HTS). The addition of 0.01, 0.02, and 0.05 wt. % Ti decreased the alloy porosity content, grain size, and the HTS by 5, 20, 31%, 20, 75, 80%, and 9, 24, 34%, respectively. Based on the microstructural characterization and hot tear subsurfaces examination results, the relative improvement of hot tearing behavior can be explained by the refinement of grains and its positive consequences such as decreasing the liquid film thickness between the grains (which increases the capillary force and improves inter-grain feeding), increasing the alloy strength, decreasing the linear contraction, and decreasing the stress applied on grain boundaries as easy growth locations for the hot tear cracks.Keywords: Hot Tearing, 2024 Al Alloy, Cerium, Grain Refinement, Titanium
-
در تحقیق حاضر، تاثیر ارتعاش قالب هنگام انجماد بر ریزساختار و رفتار خوردگی آلیاژ ریختگی Zn-4Si بررسی شده است. بر اساس نتایج به دست آمده از مطالعات ریزساختاری، اعمال ارتعاشات مکانیکی، موجب کاهش ابعاد و بهبود توزیع ذرات سیلیسیم اولیه (SiP) در زمینه آلیاژ می شود. همچنین بر اساس نتایج پردازش تصویری، در مقایسه با آلیاژ ریختگی، اندازه متوسط ذرات SiP پس از ارتعاش تحت سه بسامد 20، 40 و 60 هرتز به ترتیب حدود 34، 55 و 75 درصد کاهش و تعداد این ذرات در واحد سطح به ترتیب 6، 16 و 36 برابر می شود. علاوه بر این، ارتعاش قالب تحت سه بسامد 20، 40 و 60 هرتز به ترتیب موجب کاهش 50، 68 و 75 درصدی اندازه دانه آلیاژ و توسعه ناحیه هم محور می شود. نتایج حاصل از دو آزمایش خوردگی تافل و امپدانس در محلول NaCl 5/3 درصد وزنی حاکی از افزایش جریان خوردگی و انتقال ولتاژ خوردگی به مقادیر منفی تر در نمونه های ارتعاش یافته است. جریان خوردگی در نمونه بدون ارتعاش 5-1036/1- آمپر و در نمونه 60 هرتز 5-1033/2- آمپر است. همچنین مقاومت انتقال بار در نمونه 60 هرتز حدود 76 اهم است که در مقایسه با نمونه بدون ارتعاش (5/136 اهم) حدود 45 درصد کمتر است. افزایش چگالی مرزهای دانه و توزیع ظریف ذرات SiP (به عنوان مراکز کاتدی) در زمینه آلیاژ از جمله مهمترین عوامل افت مقاومت به خوردگی هستند زیرا موجب افزایش تعداد و کاهش فاصله بین پیل های گالوانیک در زمینه شده و مکان های مناسبی برای حفره زنی و حمله توسط محلول خورنده ایجاد می نماید.کلید واژگان: آلیاژ Zn-4Si, ارتعاش مکانیکی, ریزساختار, خوردگیIn the current study the effect of mold mechanical vibration during the solidification was studied on microstructure and corrosion behavior of Zn-4Si composite. According to the microstructural observation results, mechanical vibration substantially improved the SiP particle distribution and refined them. The image analysis results showed that mechanical vibration at 20, 40, and 60 Hz reduced the average size of SiP particles by 34, 55, and 75%, and increased their number density by 6, 16, and 36 times, respectively. Mechanical vibration at the 20, 40, and 60 Hz also decreased the average grain size by 50, 68, and 76%, respectively and increased the equiaxed zone in castings. The results of Tafel and impedance corrosion tests at 3.5 wt. % NaCl solution implied on increasing the corrosion current and shifting the corrosion potential to the more negative values in mechanically vibrated samples. The corrosion current of as-cast and 60 Hz samples were determined as -1.3610-5 and -2.3310-5 A, respectively. Mechanical vibration also reduces the corrosion resistance of samples where the resistance of 60 Hz sample (about 76 ohm) is lower than that of as-cast sample by about 45%. The increased density of grain boundaries and fine distribution of primary Si particles (as cathodic points) in the composite matrix are characterized as the most important factors decreasing the corrosion resistance of the composite. This is because they increased the number and interspacing of the galvanic cells within the matrix and exhibited appropriate locations for pitting.Keywords: Zn-4Si alloy, Mechanical vibration, Microstructure, corrosion
-
مجله مهندسی متالورژی، پیاپی 82 (تابستان 1400)، صص 122 -132
دستیابی به خواص مکانیکی مورد نظر در کامپوزیت های درجا، نیازمند بهسازی مورفولوژی، کاهش ابعاد و بهبود شرایط توزیع ذرات تقویت کننده ای است که هنگام انجماد به صورت درجا در زمینه تشکیل می شوند. هدف از انجام تحقیق حاضر بررسی تاثیر افزودن تیتانیم و فرایند فورج چند جهته (MDF)، به عنوان یک فرایند قابل اجرا در مقیاس صنعتی، بر ریزساختار و خواص مکانیکی برشی کامپوزیت ریختگی ZA22-4Si است. نتایج به دست آمده نشان داد که بهسازی شیمیایی کامپوزیت توسط افزودن 2/0 درصد تیتانیم موجب تبدیل دانه های دندریتی و بزرگ اولیه به دانه های ریز و هم محور، کاهش ابعاد ذرات سیلیسیم اولیه (SiP) و تخلخل ها و توزیع یکنواخت آن ها در ساختار می شود. بر اساس نتایج آنالیز تصویری، اندازه متوسط دانه ها و ذرات SiP از حدود 750 و 25 میکرومتر به ترتیب به حدود 135 و 15 میکرومتر رسید. انجام فرآیند فورج در دمای 100 درجه سانتیگراد در تعداد پاس های مختلف روی نمونه ها، علاوه بر درهم آمیختن ساختار دندریتی اولیه، موجب کاهش ابعاد و توزیع یکنواخت تر ذرات SiP در زمینه شد. بر اساس نتایج آنالیز تصویری، به ازای 2 و 5 پاس فورج، اندازه ذرات سیلیسیم اولیه به ترتیب به حدود 8 و 6 میکرومتر رسید. همچنین بر اساس نتایج آزمایش پانچ برشی، پس از MDF و افزودن تیتانیم، استحکام تسلیم برشی و استحکام برشی نهایی کامپوزیت ریختگی 5 پاس MDF شده از حدود 135 و 164 مگاپاسکال به ترتیب به حدود 92 و 130 مگاپاسکال کاهش و میزان جابجایی نرمال آن از 52/0 به حدود 72/0 افزایش یافت.
کلید واژگان: آلیاژ Zn-22Al, سیلیسیم, تیتانیم, فورج چند جهته, خواص مکانیکی برشیJournal of Iranian Metallurgical and Materials Engineering Society, Volume:24 Issue: 82, 2022, PP 122 -132Achieving the desired mechanical properties in in-situ composites is governed by morphological modification, refinement, and even distribution of reinforcement particles which are formed during their solidification. This study was aimed to investigate the effect of Ti addition and multidirectional forging (MDF), as an industrially practical process, on microstructure and shear mechanical properties of cast ZA22-4Si composite. The obtained results showed that chemical modification of composite through 0.2 wt. % Ti addition converted the coarse primary grains to the well-refined equiaxed grains and reduced the size of primary Si particle (SiP), and porosities and improved their distribution within the matrix. The image analysis results also indicated that the average size of grains and SiP particles reduced from 750 and 25 mm to about 135 and 15 mm, respectively. Applying MDF at 100 ° C at the different passes breaks the primary dendrite network, decreased the average size of SiP particles, and promoted their even distribution within the matrix. According to the image analysis results in 2- and 5-pass MDFed composite the average size of SiP particles reached to about 8 and 6 μm, respectively. The shear punch tests also indicated that the combined effect of MDF and Ti addition reduced the strength whilst improved the ductility of as-cast composite where the yield and tensile shear strength of 5-pass MDFed sample reduced from 135 and 164 MPa to about 92 and 130 MPa, respectively, and its normal displacement value improved from 0.52 to about 0.72.
Keywords: Zn-22Al alloy, Silicon, titanium, Multidirectional forging, Shear mechanical properties -
در این تحقیق تاثیر ارتعاشات مکانیکی هنگام انجماد در سه فرکانس مختلف 20، 40 و 60 هرتز بر ریزساختار و خواص سایشی لغزشی خشک کامپوزیت Zn-4Si بررسی شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، افزودن سیلیسیم موجب شکل گیری ذرات سخت سیلیسیم اولیه (SiP) و یوتکتیک (SiE) در ریزساختار روی خالص شده و سختی آن از حدود 30 برینل به حدود 60 برینل افزایش می یابد. با این حال به علت توزیع غیر یکنواخت ذرات SiP در زمینه کامپوزیت، توزیع خواص (سختی) در زمینه کامپوزیت کاملا غیر یکنواخت است. اعمال ارتعاشات مکانیکی هنگام انجماد موجب بهبود قابل توجه توزیع ذرات SiP در زمینه کامپوزیت و کاهش ابعاد ذرات و میزان تخلخل ها می شود. بر اساس نتایج آزمایش سایش پین روی دیسک، مقاومت به سایش کامپوزیت فرآوری شده تحت فرکانس 60 هرتز تحت سه فشار مختلف 25/0، 5/0 و 75/0 مگاپاسکال، به ترتیب حدود 50، 60 و 65 درصد بیش از کامپوزیت ریختگی است. همچنین در سایش تحت بار 75/0 مگاپاسکال، میانگین ضریب اصطکاک نمونه فرآوری شده در فرکانس 60 هرتز حدود 23 درصد کمتر از نمونه ریختگی است. بررسی مورفولوژی سطوح سایش و ذرات سایشی نشان داد که علت بهبود خواص سایشی کامپوزیت های فرآوری شده، افزایش قابل ملاحظه پایداری لایه تریبولوژیکی است که احتمالا ناشی از استحکام بخشی زیرلایه در حضور ذرات سخت سیلیسیم است.کلید واژگان: کامپوزیت Zn-4Si, زیست تخریب پذیر, ارتعاش مکانیکی, ریزساختار, سایشIn this study the effect of mechanical vibration (20 Hz, 40 Hz, and 60 Hz) during solidification on microstructure, hardness, and dry sliding wear resistance of Zn-4Si composite was studied. According to the results, Si addition led to the formation of primary Si (SiP) and eutectic Si (SiE) in the microstructure. This increased the hardness of Zn matrix from 30 BHN to more than about 60 BHN. However, uneven distribution (agglomeration) of SiP particles resulted in uneven hardness within the composite matrix. Applying the mechanical vibration during the solidification of composite improved the SiP particle distribution and refines them. According to the pin-on-disk sliding wear results, at the applied pressures of 0.25, 0.5, and 0.75 MPa, the sliding wear resistance of the modified composite (at the 60 Hz frequency) is higher than that of the as-cast composite by 50, 60, and 65%, respectively. Moreover, at the applied pressure of 0.75 MPa the average friction coefficient of mechanically-vibrated composite (60 Hz) is lower than that of as-cast composite by about 23%. Based on worn surface and wear debris analyses the substantial improvement of wear resistance in modified composites can be attributed to the improved tribolayer stability due to the strengthening effect of hard Si particles on the substrate material.Keywords: Zn-4Si composite, Biodegradable, Mechanical vibration, Microstructure, Wear
-
در تحقیق حاضر، ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژهای Al-2Ni-xMn به عنوان جایگزین آلیاژهای هیپویوتکتیک Al-4Ni مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور نمونه های مذاب حاوی 2 درصد وزنی نیکل و 1، 2 و 4 درصد وزنی منگنز تهیه شده و تحت دو سرعت متفاوت (5/3 و 4/10 درجه سانتیگراد بر ثانیه) منجمد شدند. بر اساس نتایج به دست آمده، در سرعت انجماد کم، استحکام کششی، کرنش شکست و چقرمگی آلیاژ Al-2Ni-1Mn به ترتیب حدود 26، 115 و 137 درصد بیش از خواص مذکور در آلیاژ Al-4Ni است اما افزودن مقادیر بیشتر منگنز، موجب افت خواص کششی می شود . با افزایش سرعت انجماد، به واسطه کاهش ابعاد و توزیع مناسب رسوبات بین فلزی غنی از نیکل و منگنز و تخلخل ها در ریزساختار، کاهش فاصله بین بازوهای ثانویه دندریتی و اندازه دانه ها، خواص مکانیکی آلیاژهای غنی از منگنز به میزان قابل ملاحظه ای بهبود می یابد. بهترین خواص کششی مربوط به نمونه Al-2Ni-1Mn ریخته گری شده در قالب مسی است که در آن استحکام کششی، کرنش شکست و چقرمگی به ترتیب 50، 200 و 330 درصد بیش از خواص مذکور در آلیاژ Al-4Ni منجمد شده تحت سرعت 5/3 درجه سانتیگراد بر ثانیه است.کلید واژگان: Al-Ni, منگنز, بهسازی تبریدی, ریزساختار, خواص مکانیکیIn the current study the microstructure and mechanical properties of Al-2Ni-xMn alloys was investigated as a substitute for Al-4Ni alloys. To this end, different melts containing 2 wt. % Ni and 1, 2, and 4 wt. % Mn were solidified at two cooling rates of 3.5 and 10.4 C/s. According to the results, under the low solidification rate, the tensile strength, fracture strain, and toughness of Al-2Ni-1Mn alloy are lower than those of Al-4Ni alloy by 26, 115, and 137%, respectively. However, further Mn addition impaired the tensile properties. Increasing the solidification cooling rate decreases the size and improves the distribution of Ni(Mn)-rich compounds and porosities within the microstructure and reduces the sizes of secondary dendrite arm spacing and grains. This substantially improved the mechanical properties of Mn-rich alloys. For instance, compared to Al-4Ni alloy solidified at 3.5 C/s, the tensile strength, fracture strain, and toughness of copper mold cast Al-2Ni-1Mn alloy increased by 50, 200, and 330%, respectively.Keywords: Al-Ni, manganese, Thermal modification, Microstructure, Mechanical properties
-
در این تحقیق، اثر افزودن مقادیر مختلف سیلیسیم (1، 2، 3 و 5 درصد وزنی) بر ریزساختار و قابلیت ریخته گری آلیاژهای هیپویوتکتیک Al-4.5Cu-Si مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج به دست آمده، افزودن سیلیسیم موجب افزایش ابعاد و کسر حجمی تیغه های سیلیسیم یوتکتیک در ساختار آلیاژ می شود. افزودن سیلیسیم همچنین موجب بهبود سیالیت ریخته گری، کاهش میزان تخلخل های ساختاری و ارتقای مقاومت آلیاژ در مقابل پارگی گرم می شود. نتایج آزمون ریخته گری میله محدود حاکی از آن است که شاخص حساسیت به پارگی گرم آلیاژ پس از افزودن 1، 3 و 5 درصد وزنی سیلیسیم به ترتیب حدود 48، 78 و 88 درصد کاهش می یابد. در توافق با نتایج آزمون پارگی گرم، حضور گسترده بازوهای دندریتی و تخلخل های انقباضی بر روی سطح شکست پارگی گرم آلیاژ A206 حاکی از توانایی اندک مذاب این آلیاژ در تغذیه انقباضات انجمادی و ترمیم ترک های گرم ایجاد شده است. با افزایش غلظت سیلیسیم میزان تخلخل های انقباضی روی سطح شکست پارگی گرم کاهش یافته و به واسطه افزایش سیالیت و میزان فاز یوتکتیک سه تایی Al-Si-Cu و در نتیجه بهبود شرایط تغذیه و ترمیم ترک های گرم شکل گرفته هنگام انجماد، میزان دندریت های آزاد روی سطح تا حد چشم گیری کاهش می یابد و فضای مابین دندریت ها به نحو موثری توسط مذاب تغذیه می شود. با این حال در نمونه حاوی 5 درصد وزنی سیلیسیم میزان ذرات سیلیسیم یوتکتیک روی سطح شکست افزایش یافته و علایم شکست ترد روی سطح شکست پارگی گرم پدیدار می شود.
کلید واژگان: آلیاژ A206, سیلیسیم, قابلیت ریخته گری, پارگی گرم, سیالیتThis study was conducted to investigate the effect of Si addition (1, 2, 3, and 5 wt. %) on the microstructure and castability of hypoeutectic Al-4.5Cu-Si alloys. According to the results, Si addition increased the average size and volume fraction of eutectic Si platelets in the microstructure. Adding Si also improved the fluidity and decreased the porosity content of the alloy, and enhanced its resistance against hot tearing. According to the constrained rod test results, the hot tearing sensitivity index (HTS) of the alloys containing 1, 3, and 5 wt. % Si, was decreased by 48, 78, and 88%, respectively. In agreement with hot tearing testing results, the extensive existence of dendrites and shrinkage micropores on the hot torn surface of the alloy without Si implies on its low potential in feeding the solidification shrinkages and healing hot cracks. Adding Si decreased the amount of shrinkage micropores on the hot torn surface and due to improving the fluidity as well as increasing the amount of Al-Cu-Si ternary eutectic at the last stage of solidification, improved the feeding characteristics of alloy. Therefore, the amount of free dendrite arms was significantly decreased on the fracture surface. However, adding 5 wt. % Si increased the amount of eutectic Si on the hot torn surface giving rises to a more brittle fracture mode.
Keywords: A206 alloy, Silicon, Castability, Hot tearing, Fluidity -
هدف از انجام تحقیق حاضر، بررسی تاثیر بهسازی شیمیایی توسط تیتانیم و فرایند فورج چند جهته (MDF)، بر ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت SiP/ZA22 حاوی 4 و 8 درصد وزنی سیلیسیم است. فرآیند فورج در دمای 100 درجه سانتیگراد انجام شد و نمونه ها در معرض دو و پنج پاس MDF قرار گرفتند. بر اساس نتایج، بهسازی کامپوزیت توسط تیتانیم موجب ظریف شدن شبکه دندریتی درشت اولیه، کاهش ابعاد ذرات سیلیسیم اولیه (SiP) و کاهش اندازه دانه آن می شود. فرایند MDF نیز ضمن حذف تدریجی ساختار دندریتی، موجب کاهش ابعاد و توزیع ظریف ذرات SiP و تخلخل ها در ریزساختار می شود. بر اساس نتایج آنالیز تصویری، در کامپوزیت های حاوی 4 و 8 درصد وزنی سیلیسیم، اندازه متوسط ذرات SiP پس از 5 پاس فورج، از حدود 25 و 30 میکرومتر به ترتیب به حدود 6 و 7 میکرومتر می رسد. نتایج حاصل از خواص مکانیکی نیز حاکی از کار نرمی کامپوزیت ها طی MDF است به گونه ای که سختی و استحکام کششی کامپوزیت پایه پس از 2 پاس MDF به ترتیب حدود 30 و 25 درصد کاهش یافته و درصد ازدیاد طول و چقرمگی آن به ترتیب حدود 120 و 325 درصد افزایش می یابند. حضور ذرات سیلیسیم به حفظ سختی و استحکام کامپوزیت پس از MDF کمک می کند به گونه ای که پس 2 پاس MDF، میزان افت سختی و استحکام کششی کامپوزیت بهسازی شده حاوی 4 درصد وزنی سیلیسیم، به ترتیب حدود 18 و 2 درصد است اما درصد ازدیاد طول و چقرمگی آن به ترتیب حدود 25 و 175 درصد بهبود می یابند.
کلید واژگان: آلیاژ Zn-22Al, کامپوزیت, سیلیسیم, تیتانیم, فورج چند جهته, خواص مکانیکی, تغییر شکل پلاستیک شدیدIn this study, the effect of multidirectional forging (MDF) was studied on the microstructure and mechanical properties of Ti-modified SiP/ZA22 composite containing 4 and 8 wt. % Si. The forging process was performed at 100 °C by two and five passes. Based on the obtained results, Ti modification refined the coarse primary dendrites, and reduced the size of primary Si (SiP) particle as well as grains. Applying MDF also gradually eliminated the dendritic structure, promoted fine distribution of SiP particles, second phases, and porosities in the microstructure. According to the image analysis results, the average size of SiP particles in as-cast composite reduced from 25 and 30 μm to about 6 and 7 μm, respectively in 5-pass MDFed composites containing 4 and 8 wt. % Si. The mechanical properties results also showed work softening during the MDF where after two-pass MDF the hardness and tensile strength of the base sample reduced by 30 and 25%, while its elongation and toughness improved by 120 and 325%, respectively. In MDFed composites, the presence of SiP particles maintains the hardness and strength. According to the results, in the case of 2-pass MDFed composite containing 4 wt. % Si the hardness and tensile strength reduced by 18 and 2%, respectively, but the elongation and toughness increased by 25 and 175%, respectively.
Keywords: Zn-22Al alloy, Composite, Silicon, Titanium, Multidirectional forging, Mechanical properties, Severe plastic deformation -
مجله مهندسی متالورژی، پیاپی 79 (پاییز 1399)، صص 255 -269
هدف از انجام این تحقیق بهبود خواص کششی آلیاژ Al-4.5Cu-xSi-yFe به روش بهسازی حرارتی (عملیات حرارتی T6) است. مقادیر مختلف سیلیسیم (5/2-1/0 درصد وزنی) و آهن (5/2-05/0 درصد وزنی) به ترکیب شیمیایی آلیاژ افزوده شد تا تاثیر نسبت های مختلف Fe/Si بر خواص کششی و اندیس کیفیت آلیاژ در شرایط ریختگی و عملیات حرارتی بررسی شود. نتایج نشان داد افزودن سیلیسیم تا 5/2 درصد وزنی موجب بهبود سیالیت آلیاژ پایه (بدون آهن) می شود اما حداکثر سیالیت در آلیاژهای حاوی آهن، در 5/1 درصد وزنی سیلیسیم حاصل می شود. در شرایط ریختگی، غلظت بهینه سیلیسیم برای کسب حداکثر استحکام کششی و انعطاف پذیری در آلیاژهای کم آهن به ترتیب حدود 5/1 و 5/0 درصد وزنی تعیین شد اما در حضور آهن، غلظت بهینه سیلیسیم با توجه به نسبت Fe/Si تعیین می شود. اگر 1 Fe/Si£باشد، ذرات α-(FeMn) با مورفولوژی فشرده/غیرصفحه ای در ساختار دیده می شوند که در مقادیر کم تاثیر منفی بر خواص کششی ندارند. اگر 1 Fe/Si> باشد کسر حجمی ترکیبات صفحه ای و مخرب b-(FeCu) در ساختار افزایش می یابد. حداکثر استحکام کششی و کرنش شکست در نمونه ریختگی حاوی 5/1 درصد وزنی سیلیسیم به ترتیب در دو نسبت Fe/Si معادل 1 و 33/0 مشاهده شد. عملیات حرارتی به واسطه ترغیب رسوب سختی و انحلال/خردایش ذرات سیلیسیم و ترکیبات غنی از آهن (صفحه ای شکل)، موجب افزایش استحکام کششی می شود. حداکثر استحکام کششی در نمونه حاوی 5/2 درصد وزنی سیلیسیم در 1Fe/Si= مشاهده شد. استحکام این نمونه به ترتیب حدود 40 و 15 درصد بیش از استحکام آلیاژ پایه در شرایط ریختگی و عملیات حرارتی شده است.
کلید واژگان: Al-4.5Cu, بهسازی حرارتی, خواص کششی, آهن, سیلیسیمJournal of Iranian Metallurgical and Materials Engineering Society, Volume:23 Issue: 79, 2021, PP 255 -269This study was undertaken to improve the tensile properties of Al-4.5Cu-xSi-yFe alloy through thermal modification (T6 heat treatment). To this end, different amounts of Si (0.1-2.5 wt.%) and Fe (0.05-2.5 wt.%) were added to the alloy composition in order to investigate the effect of Fe/Si ratio on the alloy tensile properties and quality index in as-cast and heat treated conditions. According to the results, adding Si up to 2.5 wt.% improved the base (Fe-free) alloy fluidity. However, the maximum fluidity in Fe-bearing alloys obtained at 1.5 wt.% Si. The optimum Si content for maximum tensile strength and fracture strain in low-Fe alloys was determined as 1.5 and 0.5 wt.%, respectively. However, in Fe-containing alloys the optimum Si was determined based on the Fe/Si ratio. At the Fe/Si≤1 the compacted α-FeMn compound is the dominant Fe-phase which is not detrimental to the tensile properties. At the Fe/Si>1 the fraction of detrimental β-platelets is increased at the expense of α-FeMn. In as-cast condition, the maximum tensile strength and ductility are obtained in 1.5 wt.% Si containing alloy at the Fe/ Si ratio of unity and 0.3, respectively. Applying heat treatment encouraged the precipitation hardening as well as dissolution/ fragmentation of hard eutectic Si and Fe-rich platelets. Under this circumstance, the maximum tensile strength belongs to the sample containing 2.5 wt.% Si and Fe/Si ratio of unity where its tensile strength is higher than that of the as-cast and heat treated base alloy by 40 and 15%, respectively.
Keywords: A-4.5Cu, Thermal modification, tensile properties, Iron, Silicon -
مجله بین المللی انجمن آهن و فولاد ایران، سال هفدهم شماره 1 (پیاپی 32، Winter and Spring 2020)، صص 1 -10
اتصال غیرهمجنس فولادهای زنگ نزن به فولادهای کربنی یکی از انواع پرکاربرد اتصالهای غیرهمجنس است. در این تحقیق، ریزساختار و خواص مکانیکی SMAW غیرهمجنس فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI 316L به فولاد کم کربن St-37 بررسی شده است. اتصالها توسط الکترود E316L و تحت سه حرارت ورودی مختلف 72/0، 84/0 و kJ mm-1 1 انجام شد. ریزساختار اتصالها توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. خواص مکانیکی اتصالها نیز به وسیله آزمون کشش و سختی سنجی مورد بررسی قرار گرفت. ریزساختار انجمادی فلز جوش عمدتا شامل آستنیت به همراه مقدار اندکی فریت دلتای اسکلتی بود. در فصل مشترک فلز جوش با ناحیه متاثر از حرارت فولاد AISI 316L، رشد همبافته مشاهده شد و در فصل مشترک فلز جوش با ناحیه متاثر از حرارت فولاد St-37، ناحیه باریک اچ نشده ای وجود دارد که به نظر می رسد ساختار آستنیتی-مارتنزیتی دارد. نتایج آزمون سختی نشان داد که سختی فصل مشترک فلز جوش با فولاد St-37 حداکثر سختی را دارد که به تشکیل نوار باریک مارتنزیتی نسبت داده می شود. نتایج آزمون کشش مشخص کرد که افزایش حرارت ورودی استحکام کششی را کاهش داده و ازدیاد طول اتصالها را افزایش می دهد.
کلید واژگان: فولاد St-37, فولاد زنگ نزن AISI 316L, جوشکاری غیرهمجنس, ریزساختار, خواص کششیInternational Journal of iron and steel society of Iran, Volume:17 Issue: 1, Winter and Spring 2020, PP 1 -10Joining of stainless steels to carbon steels is one of the most widely used types of dissimilar joints. In this research, the microstructure and mechanical properties of dissimilar shielded metal arc welding of austenitic stainless steel AISI 316L to carbon steel St-37 is studied. This joining has made by E316L electrode and three heat inputs of 0.72, 0.84 and 1.0 kJ/mm. The microstructure of the joints was characterized by optical and scanning electron microscopy. The mechanical properties of the joints were evaluated by tensile and microhardness tests. The solidification microstructure of the weld metals contained mainly austenite and some skeletal delta ferrite. There was an epitaxial growth at the interface of the weld metal with the AISI 316L steel HAZ, and at the interface of the weld metal with the St-37 HAZ, there is an un-etched narrow area which is suggested to have austenitic-martensitic structure. The results of hardness tests showed that the hardnessof the interface of the weld metal with the St-37 steel was maximum which is attributed to the formation of the martensitic narrow band. The longitudinal tensile results showed that the increasing of the heat input decreaes the tensile strength and increases the elongation of the joints.
Keywords: St-37 steel, AISI 316L stainless steel, Dissimilar Welding, Microstructure, tensile properties -
کامپوزیت های Al-Mg2Si به دلیل استحکام ویژه مناسب و خواص تریبولوژیکی عالی در صنایع خودروسازی و هوا-فضا مورد استفاده قرار می گیرند. دست یابی به خواص برتر در این کامپوزیت ها، مستلزم کنترل صحیح مورفولوژی، ابعاد و نحوه توزیع ذرات Mg2Si در زمینه است. در این تحقیق، تاثیر افزایش سرعت انجماد (بهسازی تبریدی) بر ساختار و اندیس کیفیت کامپوزیت Al-15Mg2Si بررسی شده است. عملیات ریخته گری نمونه های کامپوزیتی در قالب های مختلف با سرعت انجماد متوسط متفاوت (7/2، 5/5، 1/17 و 5/57 درجه سانتیگراد بر ثانیه) انجام شد. بر اساس نتایج مطالعات ریزساختاری و آنالیز تصویری، با افزایش سرعت انجماد، ابعاد ذرات بین فلزی Mg2Si کاهش یافته و توزیع ذرات در زمینه بهبود می یابد. افزایش سرعت انجماد علاوه بر این موجب افزایش سختی زمینه و کاهش اندازه دانه ها می شود به گونه ای که با افزایش سرعت انجماد از 7/2 به 5/57 درجه سانتیگراد بر ثانیه اندازه متوسط دانه ها حدود 93 درصد کاهش می یابد. این تغییرات ساختاری موجب بهبود استحکام کششی، درصد ازدیاد طول و در نتیجه اندیس کیفیت کامپوزیت می شود. اندیس کیفیت نمونه منجمد شده تحت سرعت 5/57 درجه سانتیگراد بر ثانیه حدود 240 درصد بیش از مقدار مربوطه در کامپوزیت منجمد شده تحت سرعت 7/2 درجه سانتیگراد بر ثانیه است. کلید واژگان: کامپوزیت, Al-15Mg2Si, بهسازی تبریدی, خواص کششی, اندیس کیفیتCast Al-15Mg2Si composites due to appropriate specific strength and tribological properties are widely used in automotive and aerospace industries. The improved properties of these composites are governed by the correct controlling of morphology, size, and distribution of primary Mg2Si particles. In this study the effect of solidification cooling rate (chill modification) was investigated on structure and quality index of Al-15Mg2Si composite. The casting operation was performed in different molds with varying cooling rates of 2.7, 5.5, 17.1, and 57.5 °C/s. According to the microstructural observation and image analysis results, increasing the solidification rate resulted in refinement of primary Mg2Si particles and improvement of their distribution in the matrix. The increased solidification cooling rate, moreover, refined the grains so that increasing cooling rate from 2.7 to 57.5 °C/s resulted in 93% reduction in grain size. These microstructural variations improved the composite tensile strength, fracture strain, and quality index. The quality index of composite solidified at 2.7 °C/s was found to be lower than that of composite solidified at cooling rate of 57.5 °C/s by 240%.Keywords: Composite, Al-Mg2Si, Chill modification, tensile properties, Quality index
-
در این مقاله توزیع دما و چرخه حرارتی در GTAW فولاد زنگ نزن 304 مورد بررسی قرار گرفته است. جوشکاری با دو حرارت ورودی مختلف 540 و kJ/mm 782 بر روی ور ق هایی با ضخامت mm 2 انجام شد. نرم افزار آباکوس برای شبیه سازی مورد استفاده قرار گرفت. توزیع حرارت جوشکاری به صورت حجمی و بر اساس مدل بیضی دوگانه (گلداک) درنظر گرفته شد و زیرروال DFLUX به زبان فرترن کدنویسی شد. نتایج شبیه سازی در پیش بینی اندازه حوضچه جوش ها، با مدل های تحلیلی روزنتال و نتایج تجربی مقایسه شد. نتایج شبیه سازی در هر دو حرارت ورودی با ابعاد مقطع عرضی جوش ها سازگاری مناسبی دارند در حالی که مدل روزنتال اندازه جوش های کوچکتری را پیش بینی می کند. منحنی های دما-زمان حاصل از شبیه سازی و مدل روزنتال تفاوت های قابل ملاحظه ای با یکدیگر دارند ولی زمان و سرعت سرد شدن تخمین زده شده توسط آنها در محدوده دمایی 800 تا °c 500 به ویژه در حرارت ورودی kJ/mm 782 به هم نزدیک است (اختلاف کمتر از %2/7). نتایج همچنین نشان داد که دمای حداکثر در نواحی دورتر از مرز ذوب در مدل آدامز بیش از شبیه سازی و مدل روزنتال پیش بینی می شود در حالی که نتایج شبیه سازی و مدل روزنتال به یکدیگر نزدیک تر هستند.کلید واژگان: شبیه سازی دما, آباکوس, مدل روزنتال, مدل آدامز, GATWJournal of Iranian Metallurgical and Materials Engineering Society, Volume:23 Issue: 77, 2021, PP 74 -83In this paper, the distribution of temperature and thermal cycle in gas tungsten arc welding of stainless steel 304 is studied. The welding operation was performed under different heat inputs of 540 and 782 kJ/mm on the plates with 2 mm thickness. The Abaqus software was employed for simulation. The volumetric heat distribution, according to the double ellipsoidal (Goldak) model, was considered as the heat source of the welding and DFLUX subroutine was coded by FORTRAN. The simulation results were compared with the Rosenthal and Adams models and experimental results. The simulation results with both heat inputs are well compatible with the cross section dimensions of the welds, while the Rosenthal model predicts a smaller welds’ pool size. The temperature-time curves obtained from the simulation and Rosenthal model have considerable differences but their predicted cooling time and rate in the temperature range of 800 to 500 °c, especially in heat input of 782 kJ/mm, are close to each other (the difference is less than 7.2%). The results also showed that the maximum temperature of the regions farther from the fusion boundary in Adams model is predicted higher than that of simulation and Rosenthal model, while the results of simulation and Rosenthal model are closer to each other.Keywords: Temperature simulation, ABAQUS, Rosenthal model, Adams model, GTAW
-
کامپوزیت های درجای Al-Mg2Si به دلیل چگالی کم و خواص استحکامی و سایشی خوب، جایگزین بسیار مناسبی برای قطعات آلومینیمی و چدنی مورد استفاده در صنایع خودروسازی و هوا-فضا هستند. خواص برتر این کامپوزیت ها مستلزم بهسازی ساختاری و کنترل ابعاد و مورفولوژی ذرات Mg2Si اولیه شکل گرفته در ساختارشان است. هدف از تحقیق حاضر، بررسی تاثیر افزودن مس (1 تا 5 درصد وزنی) بر ساختار متالورژیکی و اندیس کیفیت کامپوزیت Al-15Mg2Si است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که افزودن مس موجب شکل گیری رسوبات بین فلزی غنی از مس، بهسازی مورفولوژی و کاهش ابعاد ذرات Mg2Si می شود. بر اساس نتایج آزمون کشش، افزودن مس تا حدود 3 درصد وزنی استحکام کششی کامپوزیت را حدود 34 درصد بهبود می بخشد اما افزودن مقادیر بیشتر از این عنصر تاثیر منفی بر استحکام کششی دارد. همچنین افزودن مس تا حدود 1 درصد وزنی موجب بهبود حدودا 7 درصدی درصد ازدیاد طول کامپوزیت می شود اما پس از آن تاثیر منفی بر انعطاف پذیری دارد. حداکثر اندیس کیفیت در کامپوزیت حاوی 3 درصد وزنی مس مشاهده شد که حدود 8 درصد بیش از اندیس کیفیت کامپوزیت پایه بود. نتایج مطالعات ساختاری، سختی سنجی، آنالیز شیمیایی رسوبات و شکست نگاری سطوح شکست نشان می دهد که استحکام بخشی محلول جامد، تشکیل رسوبات غنی از مس در زمینه و کاهش ابعاد و بهسازی مورفولوژی ذرات بین فلزی Mg2Si از جمله مهمترین عوامل بهبود کیفیت و افزایش کسر حجمی رسوبات سخت غنی از مس و تخلخل های ساختاری، از جمله مهمترین عوامل افت خواص کششی و کیفیت کامپوزیت هستند.کلید واژگان: کامپوزیت, Al-15Mg2Si, مس, بهسازی شیمیایی, اندیس کیفیتIn-situ Al-15Mg2Si composite due to their low density and good strength and wear properties are considered as potential candidates to substitute the Al and cast iron parts used in automotive and aerospace industries. The improved properties of these composites are governed by controlling the size and morphology (modification) of the primary Mg2Si particles. In the current study the effect of Cu addition (1.0, 3.0, and 5.0 wt. %) on metallurgical structure and quality index of Al-15Mg2Si composite was investigated. According to the results, Cu addition modified the morphology and reduced the average size of primary Mg2Si particles. The addition of Cu up to 3.0 wt. % improved the composite tensile strength by up to 34% whilst its further addition impaired the tensile properties. Moreover, the addition of Cu up to 1.0 wt. % improved the composite elongation by about 7%. This is while its further addition deteriorated the composite ductility. The maximum quality index was observed in 3.0 wt. % Cu containing composite where its quality index was 8% higher than that of the base sample. The microstructural observations, micro-hardness testing, precipitates chemical analysis, and fractography of fractured surfaces revealed that solid-solution-strengthening, dispersion hardening of Cu-containing precipitates, and modification of Mg2Si particles are the main factors improving the composite quality. Moreover, increasing the volume fraction of hard Cu-precipitates and micro-pores, negatively affected the composite tensile properties and quality index.Keywords: Composite, Al-Mg2Si, copper, Chemical modification, Quality index
-
آلیاژهای هیپویوتکتیک Al-Ni به سبب قابلیت ریخته گری عالی و استحکام ویژه بسیار مناسب، به ویژه در دماهای بالا، کاربرد گسترده ای در صنایع خودروسازی و هوا فضا دارند. افزودن منگنز به ترکیب این آلیاژها موجب تشکیل رسوبات جدید غنی از منگنز شده و تاثیری مثبت بر استحکام و سختی آنها به خصوص در دماهای بالا دارد. با این حال در غلظت های بیش از حدود 2% وزنی، ابعاد و کسر حجمی رسوبات غنی از منگنز افزایش یافته و موجب افت خواص مکانیکی به ویژه انعطاف پذیری و چقرمگی آلیاژ می شود. بر این اساس در تحقیق حاضر سعی شده است با افزایش سرعت انجماد و فرآوری اصطکاکی اغتشاشی، اثرات منفی افزایش غلظت منگنز بر خواص کششی آلیاژهای هیپویوتکتیک Al-Ni کنترل شود. بدین منظور نمونه های تهیه شده از آلیاژ غنی از منگنز Al-4Ni-4Mn، منجمد شده تحت دو سرعت 3/5 و °C/s 10/5، تحت عملیات فرآوری اصطکاکی اغتشاشی (rpm 1600 و mm/min 12) قرار گرفتند. نتایج حاصل از مطالعات ریزساختاری و آنالیز تصویری حاکی از کاهش قابل ملاحظه ی ابعاد و توزیع یکنواخت ذرات بین فلزی غنی از منگنز (و نیکل) در زمینه، کاهش شدید اندازه دانه ها و حذف عیوب ریختگی شامل تخلخل های گازی و انقباضی و لایه های اکسیدی دوگانه محبوس شده است. بررسی تاثیر مشترک افزایش سرعت انجماد و فرآوری اصطکاکی اغتشاشی بر خواص مکانیکی آلیاژ حاکی از آن است که استحکام کششی، استحکام تسلیم، درصد ازدیاد طول، چقرمگی و سختی میکروسکپی آلیاژ به ترتیب حدود 63، 55، 123، 188 و58 % بهبود می یابند.کلید واژگان: سرعت انجماد, فرآوری اصطکاکی اغتشاشی, خواص مکانیکی, Al-Ni-MnHypoeutectic Al-Ni alloys are extensively used in automotive and aerospace industries due to their excellent castability and appropriate high-temperature specific strength. The addition of Mn to the composition of these alloys promotes the formation of Mn-rich precipitates and improves their strength and hardness, especially at high temperatures. However, if the Mn content exceeds 2 wt. %, increasing the size and volume fraction of Mn-rich compounds adversely affects the mechanical properties, especially the ductility and toughness of the alloys. On this basis, the current study was aimed to control the negative impact of high Mn content on tensile properties of hypoeutectic Al-Ni alloys by increasing the solidification rate and friction stir processing. For this purpose, the Al-4Ni-4Mn samples, prepared under different solidification rates of 3.5 and 10.4 °C/s, were subjected to friction stir processing (12 mm/min, 1600 rpm). Microstructural characterization and image analysis results show the substantial refinement of Mn-rich particles and their distribution in the matrix, refinement of grains, and elimination of casting defects such as gas/shrinkage porosities and entrained oxide bifilms. According to the results, increasing the solidification rate and applying of friction stir processing improved the tensile strength, yield strength, fracture strain, toughness, and microhardness of alloy by 63, 55, 123, 188 and 58%, respectively.Keywords: Solidification rate, Friction stir processing, Mechanical properties, Al-Ni-Mn
-
در این پژوهش به بررسی افزودن درصدهای گوناگون کلسیم(0/5، 1/5، 2 و 3) بر ریزساختار و آنالیز تخلخل درحالت ریخته گی و اکسترود شده آلیاژ تجاری ZK60 پرداخته شده است. بررسی بهبود ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام پذیرفته است. نمونه های ریخته گری اصلاح شده و همگن شده در دمای 350 درجه سانتیگراد با نسبت اکستروژن 12:1 اکسترود شدند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که افزودن کلسیم موجب تشکیل فازهای جدید و بهبود دانه های می شود. همچنین حضور کلسیم در غلظت های بالاتر (>2% وزنی) موجب تشکیل ذره های بین فلزی غنی از کلسیم در مرزهای سلولی میگردد. اکستروژن داغ بسیار موثر در شکستن شبکه یوتکتیک و تغییر اندازه و مورفولوژی فازهای بین فلزی غنی از کلسیم بود. با استفاده از فرایند اکستروژن و افزایش غلظت کلسیم (تا 0/2 درصد وزنی)، درصد تخلخل برای آلیاژ ZK60 و ZK60+3%Ca به ترتیب از 13،62 به 6،34 درصد و 7،11 به 3،89 درصد کاهش یافت.کلید واژگان: آلیاژ ZK60, ریزساختار, افزودن کلسیم, اکستروژن, آنالیز تخلخلThis research work has been carried out to study the effect of different Ca contents (0.5, 1.0, 1.5, 2.0 and 3.0) on the microstructure and porosity content of ZK60 alloys. The samples were examined by using optical and scanning electron microscopy (SEM) to evaluate the modification efficiency of the alloy with different Ca concentrations. The cast specimens were modified, homogenized and extruded at 350 °C at an extrusion ratio of 12:1. The experimental results showed that the addition of Ca brings about the precipitation of a new phase and refines the as-cast grains. It was also found that the presence of Ca at higher concentrations (>2 wt. %) results in the formation of hard Ca-rich intermetallics segregated in cell boundaries. Hot-extrusion was found to be powerful in breaking the eutectic network and changing the size and morphology of Ca-rich intermetallic phase. By applying the extrusion process and increasing Ca concentration (up to 2.0 wt. %), the porosity percentage decreased from 13.62% to 6.34% and 7.11% to 3.89% for ZK60 and ZK60+3%Ca alloys, respectively.Keywords: ZK60 alloy, Microstructures, Ca addition, Extrusion
-
در این تحقیق تاثیر کلسیم، استرانسیم، منگنز و برلیم در بهسازی و بهبود اندیس کیفیت آلیاژ 356A آلومینیم حاوی 2/1 درصد وزنی ناخالصی آهن، قبل و بعد از عملیات حرارتی، بررسی شده است. بر اساس نتایج حاصل شده، استرانسیم و کلسیم موجب بهسازی ذرات سیلیسیم یوتکتیک و کاهش ابعاد ترکیبات مخرب β-Al5FeSi می شوند به گونه ای که اندازه متوسط این فازها به ترتیب 23 و 18 درصد کاهش می یابد. افزودن برلیم و منگنز تاثیری بر فاز سیلیسیم یوتکتیک ندارد اما موجب جایگزینی صفحات ترد و شکننده بتا توسط ذرات آلفا (α-Fe) با مورفولوژی حروف چینی می شود. در اثر این تغییرات ریزساختاری، اندیس کیفیت آلیاژهای بهسازی شده توسط کلسیم، استرانسیم، برلیم و منگنز به ترتیب 58، 32، 31 و 17 درصد افزایش می یابد. انجام عملیات حرارتی 6T ضمن استحکام دهی رسوبی آلیاژ، موجب بهسازی حرارتی سیلیسیم یوتکتیک و خردایش صفحات بتا می شود اما تاثیر آن در کاهش ابعاد و کسر حجمی ترکیبات آلفا کمتر است. بیشترین میزان بهبود اندیس کیفیت در نمونه بهسازی نشده با عملیات حرارتی به میزان 36 درصد است. در حالی که این میزان در نمونه های بهسازی شده توسط کلسیم، استرانسیم، برلیم و منگنز به ترتیب 6، 13، 21 و 19 درصد است. افزایش میزان تخلخل و حضور ترکیبات نسبتا درشت آلفا در ریزساختار از جمله مهمترین عوامل موثر در کاهش نسبی اندیس کیفیت نمونه های بهسازی شده پس از عملیات حرارتی به شمار می آیند.
کلید واژگان: 356A, بهسازی, ترکیب بین فلزی, عناصر بهساز, اندیس کیفیتIn this study, the effect of Ca, Sr, Mn, and Be on modification and quality index improvement of A356 aluminum alloy containing 1.2 wt% Fe impurity was studied in as-cast and heat treated conditions. According to the results, Sr and Ca modified the eutectic Si particles and decreased the size of detrimental β-Al5FeSi compounds so that their average size reduced by 23 and 18%, respectively. The addition of Be and Mn did not affect the eutectic Si, but converted the brittle b-platelets to the α-Fe Chinese-scripts. Due to this microstructural variation, the quality index of the alloys modified by Ca, Sr, Be, and Mn has increased by 58, 32, 31, and 17%, respectively. T6 heat treatment led to the precipitation hardening of the alloy, thermally modified the eutectic Si particles, and fractured the b-particles. Although, it did not exert significant effect on the size and volume fraction of α-compounds. The maximum improvement of quality index in heat-treated samples (36 %) was observed in non-modified base alloy whilst the amplitudes of the quality index improvement in the Ca, Sr, Be and Mn modified samples were 6, 13, 21, and 19 respectively. Increasing of porosity content and the remaining of rather large α-compounds were found to be the most important factors responsible for the relative reduction of the quality index in modified and heat treated samples.
Keywords: A356, Modification, intermetallic, Modifier elements, Quality index -
هدف پژوهش حاضر، بررسی خواص مکانیکی، هدایت الکتریکی و ریزساختار آلیاژ آلومینیوم 7075 پرس شده به وسیله فرآیندهای پرس در کانال های همسان زاویه دار (ECAP) و فورج چندجهتی (MDF) می باشد. در این پژوهش آلیاژ 7075 در حالت عملیات حرارتی آنیل تحت 4 پاس فرآیند ECAP و 3 پاس فرآیند MDF در دمای محیط قرار گرفت. خواص مکانیکی نمونه ها با استفاده از آزمون های سختی و پانچ برشی و ریزساختار نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) بررسی شد. در ضمن هدایت الکتریکی نمونه ها نیز به روش جریان گردابی اندازه گیری شد. نتایج این پژوهش نشان می دهد، 4 پاس فرآیند ECAP، باعث افزایش قابل ملاحظه خواص مکانیکی (حدود 2 برابر) و ریزدانه شدن تا اندازه دانه کم تر از 400 نانومتر می شود؛ در ضمن اکثر دانه ها پس از ECAP هم محور بوده و بخش عمده مرزهای دانه زاویه بزرگ می باشند. از طرف دیگر، تاثیر فرآیند MDF بر ریزدانه سازی و افزایش خواص مکانیکی کم تر از فرآیند ECAP بوده به طوری که پس از 3 پاس MDF خواص مکانیکی حدود 50 درصد افزایش یافته و اندازه دانه نمونه ها به کم تر از 1000 نانومتر کاهش یافته است. در ضمن در فرآیند MDF کسر مرزهای بزرگ زاویه کم تر از فرآیند ECAP می باشد. نتایج بررسی هدایت الکتریکی نشان داد، حین فرآیندهای ECAP و MDF، هدایت الکتریکی آلیاژ 7075 به مقدار بسیار اندکی کاهش می یابد. لذا می توان عنوان نمود، ریزدانه سازی به وسیله فرآیندهای ECAP و MDF یکی از روش هایی است که می توان به وسیله آن استحکام را بدون کاهش قابل ملاحظه هدایت الکتریکی افزایش داد.کلید واژگان: فرآیندهای ECAP و MDF, آلیاژ 7075, Al, خواص مکانیکی, ریزساختار, هدایت الکتریکیThe aim of current research was to examine the microstructure, mechanical properties and electrical conductivity of Al-7075 alloy that develops during Equal Channel Angular Pressing (ECAP) and Multi Directional Forging (MDF). The Annealed Al-7075 alloy was subjected up to 3 and 4 passes of MDF and ECAP deformation at room temperature, respectively. Followed by ECAP, Vickers microhardness and shear punch test were performed and microstructural observations were undertaken using transmission electron microscopy (TEM). The electrical conductivity was also measured by eddy current method. Microstructural investigations show that after 4 passes of ECAP very fine grains with average grain size of about 350 nm appear and most of the grains evolve into arrays of high angle boundaries. On the other hand, 3 passes of MDF leads to higher grain size (950 nm) and lower fraction of high angle boundaries compared with 4 pass of ECAP. Mechanical properties of specimens increase about 100 and 50 percent after 3 passes of MDF and 4 passes of ECAP, respectively. So, it can be concluded that the ECAP process is more effective than the MDF process in grain refinement and improvement of mechanical properties. The electrical conductivity measurement at room temperature showed that there was no significant change in the conductivity of the processed samples compared with the initial specimen. Finally, it can be deduced that grain refinement during ECAP and MDF processes can be considered as a strategy to improve mechanical strength of pure metals without sacrifice of their electrical conductivity.Keywords: ECAP, MDF processes, Al, 7075 alloy, Mechanical properties, Microstructure, Electrical conductivity
-
در این تحقیق تاثیر افزودن منگنز (2 و 4 درصد وزنی) بر ریز ساختار و قابلیت ریخته گری آلیاژ هیپویوتکتیک Al-2Ni مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج به دست آمده، افزودن منگنز موجب شکل گیری رسوبات بین فلزی غنی از منگنز (و نیکل) در ریزساختار آلیاژ می شود. این رسوبات در آلیاژ Al-2Ni-2Mn عمدتا به صورت بین دندریتی شکل می گیرند اما در آلیاژ Al-2Ni-4Mn علاوه بر رسوبات غنی از منگنز بین دندریتی، ترکیبات اولیه و درشت غنی از منگنز با مورفولوژی صفحه ای، چند وجهی و دندریتی نیز در ریزساختار مشاهده می شوند. بر اساس نتایج آزمون سیالیت، افزودن 2 و 4 درصد وزنی منگنز به ترکیب آلیاژ Al-2Ni، موجب ترغیب انجماد خمیری شده و سیالیت آلیاژ را به ترتیب 7 و 30 درصد کاهش می دهد. با توجه به نتایج بررسی های ریزساختاری و آنالیز حرارتی مذاب، افت سیالیت پس از افزودن منگنز را می توان ناشی از شکل گیری ترکیبات بین فلزی اولیه غنی از منگنز، پیش از توسعه دندریت های α-Al دانست. افزایش غلظت منگنز همچنین تاثیر منفی بر مقاومت به پارگی گرم آلیاژ دارد به گونه ای که شاخص حساسیت به پارگی گرم آلیاژ Al-2Ni-4Mn به ترتیب 5 و 12 برابر بیشتر از شاخص مذکور در دو آلیاژ Al-2Ni-2Mn و Al-2Ni است. بررسی میکروسکوپی سطوح شکست ترک های پارگی گرم و حضور دندریت های آزاد و ترکیبات اولیه غنی از منگنز در این سطوح، حاکی از نقش موثر فازهای درشت و صفحه ای شکل غنی از منگنز در پیدایش این ترک ها است.کلید واژگان: Al-2Ni, منگنز, قابلیت ریخته گری, سیالیت, پارگی گرمThe effect of Mn addition (2 and 4 wt%) on the microstructure and castability of hypoeutectic Al-2Ni alloy was investigated. According to the results, Mn promotes the formation of Mn(Ni)-rich intermetallics in the microstructure. In the case of Al-2Ni-2Mn alloy the intermetallic compounds are interdendritic type whilst in Al-2Ni-4Mn alloy in addition to interdendritic intermetallics, the large and primary Mn-rich compounds with platelets, polyhedral and dendritic morphologies are present. The fluidity results show that the addition of 2 and 4 wt% Mn enhances the mushy solidification of Al-2Ni alloy leading to a fluidity reduction of 7 and 30%, respectively. Based on the microstructural observations and thermal analysis results, this reduction can be attributed to the formation of primary Mn-rich compounds in the molten alloy. Manganese addition, also, exerts negative impact on the hot tearing resistance of Al-2Ni alloy. The hot tearing susceptibility index (HTS) of Al-2Ni-4Mn alloy is 5 and 12 times higher when compared to those of Al-2Ni-2Mn and Al-2Ni alloys, respectively. SEM investigation of hot teared microcracks and the presence of free dendrites and primary Mn-rich compounds on the fractured surfaces imply on the critical role of primary compounds on the formation of hot tear microcracks.Keywords: Al-2Ni, Manganese, Castability, Fluidity, Hot tearing
-
مجله مهندسی متالورژی، پیاپی 66 (تابستان 1396)، صص 121 -131فرآوری اغتشاشی اصطکاکی به عنوان یک فرآیند حالت جامد، روشی نسبتا جدید و موثر برای اصلاح ریز ساختار و خواص فلزات و آلیاژها از طریق تغییر شکل پلاستیک شدید نواحی سطحی است. در تحقیق حاضر تاثیر فرآوری اغتشاشی اصطکاکی (سرعت چرخش rpm 2000-600 و سرعت پیش روی mm/min 25) بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژهای Al-0.9Ni-Fe مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج حاصله، تغییر شکل پلاستیک شدید ناشی از فرآوری اغتشاشی، ضمن کاهش قابل توجه ابعاد ذرات بین فلزی، موجب توزیع همگن این ذرات در زمینه شده و عیوب ناشی از فرآیند ریخته گری را تا حد قابل توجهی کاهش می دهد. در نتیجه ی این تغییرات ساختاری، خواص مکانیکی آلیاژ پایه به میزان قابل توجهی بهبود می یابد به گونه ای که استحکام کششی و درصد ازدیاد طول آن به ترتیب حدود 40 و 205 درصد و چقرمگی آن حدود 205 درصد افزایش می یابد ضمن آنکه سختی آلیاژ فرآوری شده حدود 24 درصد بیش از آلیاژ پایه است.کلید واژگان: Al-Ni-Fe, فرآوری اغتشاشی اصطکاکی, خواص مکانیکی, ترکیب بین فلزی, آلومینیمJournal of Iranian Metallurgical and Materials Engineering Society, Volume:20 Issue: 66, 2017, PP 121 -131Friction stir processing as a relatively new and effective solid-state process is used for surface modification of metals and alloys in order to modify their microstructure and properties. In this study, the effect of friction stir processing on the microstructure and mechanical properties of an Al-0.9Ni-Fe alloy was investigated. The process was performed under the rotational speeds of 600-2000 rpm and the traverse speed of 25 mm/min. According to the results, the severe surface plastic deformation refined the intermetallic compounds present in the microstructure, improved their distribution within the matrix, and substantially reduced the amount of casting defects. As a result of these microstructural variations, the tensile strength and percent elongation of the base alloy are increased by almost 40 and 205%, respectively. The fracture toughness is also improved by 205%. It was also found that the hardness of processed alloy is about 24% higher as compared to the base alloy.Keywords: Al-Ni-Fe, Friction stir processing, mechanical properties, Intermetallic, Aluminum
-
در این تحقیق تاثیر افزودن مس (5/0، 1 و 5/1 درصد) و عملیات حرارتی (6T) بر خواص کششی و اندیس کیفیت آلیاژ 356A حاوی آهن (5/0 تا 5/1 درصد وزنی) بررسی شده است. بر اساس نتایج حاصله، در شرایط ریختگی، افزودن مس به آلیاژهای حاوی آهن موجب افزایش نسبی استحکام کششی (تا حدود 25 درصد) و افت قابل توجه درصد ازدیاد طول (تا حدود 80 درصد) می شود اما در صورت انجام عملیات حرارتی، استحکام کششی و اندیس کیفیت آلیاژ حاوی 1 درصد مس و 5/1 درصد آهن نسبت به آلیاژ پایه، به ترتیب رشد 100 و 35 درصدی را تجربه می نماید. بر اساس بررسی های انجام شده، بهبود اندیس کیفیت آلیاژ را می توان ناشی از تاثیر مشترک استحکام دهی رسوبی زمینه توسط ذرات Al2Cu و Mg2Si و بهسازی حرارتی ذرات سیلیسیم یوتکتیک و ترکیبات بین فلزی صفحه ای شکل غنی از آهن دانست که ضمن افزایش قابل توجه استحکام کششی، موجب بهبود انعطاف پذیری آلیاژ می شوند.کلید واژگان: آلیاژ A356, عملیات حرارتی, مس, خواص کششی, اندیس کیفیتIn this study, the effect of Cu addition (0.5, 1.0 and 1.5 wt%) and T6 heat treatment on the tensile properties and quality index of A356 alloy containing different amount of iron (0.5-1.5 wt%) was investigated. According to the results in as-cast condition, the addition of copper to the iron bearing alloys increased the tensile strength by about 25% while substantially decreased the percent elongation (by almost 80%). After heat treatment, however, the tensile strength and the quality index of the alloy containing 1 wt% copper and 1.5 wt% iron were found to be increased by about 100 and 35% as compared to the base alloy, respectively. The improvement in the quality index was attributed to the precipitation hardening effect of Al2Cu and Mg2Si precipitates as well as thermal modification of eutectic silicon and iron-rich platelets, which increase the tensile strength, and ductility of the alloy.Keywords: A356 Alloy, Heat Treatment, Copper, Tensile Properties, Quality Index
-
مجله مهندسی متالورژی، پیاپی 63 (پاییز 1395)، صص 195 -205در این تحقیق تاثیر ناخالصی آهن (5/0، 1، 5/1 و wt % 2) و بهسازی شیمیایی توسط منگنز (5/0=Mn/Fe) بر رفتار پارگی گرم آلیاژ 332F آلومینیم مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. بر اساس نتایج حاصله، با افزایش غلظت آهن تا 5/0 درصد وزنی، به دلیل توزیع ظریف ترکیبات بین فلزی -Al5FeSi در نواحی بین دندریتی و پیرو آن بهبود استحکام دما بالای آلیاژ و توسعه ساختار دانه ای ریز و هم محور، مقاومت به پارگی گرم آلیاژ حدود 25 درصد بهبود می یابد. افزایش غلظت آهن تا حدود 2 درصد وزنی موجب افزایش ابعاد و کسر حجمی ترکیبات صفحه ای شکل بتا در زمینه شده و علاوه بر افت استحکام و انعطاف پذیری آلیاژ، به سبب کاهش سیالیت و انسداد مسیرهای تغذیه بین دندریتی مذاب، شرایط را برای ایجاد پارگی گرم مهیا نموده و شاخص حساسیت به پارگی گرم (HTS) به میزان قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. با افزودن منگنز، -Al5FeSi به α-Al15(Fe،Mn)3Si2 با مورفولوژی حروف چینی، چندوجهی یا ستاره ای شکل تبدیل شده و با حذف اثرات مخرب فاز بتای صفحه ای، موجب بهبود خواص کششی و قابلیت تغذیه بین دندریتی مذاب می شود. تحت این شرایط، شاخص حساسیت به پارگی گرم در آلیاژهای بهسازی شده حاوی 5/0 و 1 درصد وزنی آهن به صفر رسیده و در مورد دو آلیاژ حاوی 5/1 و 2 درصد وزنی آهن به ترتیب حدود 50 و 40 درصد کاهش می یابد.کلید واژگان: Al, 9Si, پارگی گرم, ترکیب بین فلزی, آهن, منگنزJournal of Iranian Metallurgical and Materials Engineering Society, Volume:19 Issue: 63, 2016, PP 195 -205The effect of Fe addition (0.5, 1, 1.5 and 2 wt %) and Mn modification (Mn/Fe=0.5) on hot tearing behavior of F332 Al alloys was investigated. The results show that due to the formation of fine interdendritic -Al5FeSi platelets, Fe addition up to 0.5 wt% improves high temperature tensile properties and promotes the formation of equiaxed grains thereby increases the hot tearing resistance of the alloy by about 25%. Further addition of Fe up to 2 wt%, however, increases the size and volume fraction of -platelets, decreases the tensile properties, reduces the fluidity and interdendritic feeding and consequently substantially increases the hot tearing susceptibility (HTS). Mn addition, however, was shown that changes the morphology of -platelets to less harmful Chinese script, polyhedral or star-like α-Al15(Fe,Mn)3Si2 whereby improves the tensile properties and interdendritic feeding characteristic of the alloy. Therefore, the HTS value is decreased to zero for 0.5 and 1 wt% Fe alloys, but increased by 50 and 40 %, respectively in the case of 1.5 and 2 wt% Fe containing alloys.Keywords: Al, 9Si, Hot tearing, Intermetallic, Iron, Manganese
-
بررسی افزودن درصدهای گوناگون کلسیم برخواص ریزساختاری و مکانیکی آلیاژ ریختگی Mg-6%Zn-0. 7%ZrSingle Stage Semi-Solid Casting of Gray Cast Iron in a Sand MoldIn current study, effect of different content of calcium on the microstructure and mechanical properties of commercial ZK60 alloy is investigated. Micrographs of as-cast alloys were observed by optical and SEM microscopy. Experimental results show that the calcium addition was to be active in the refining of the grains of as-cast specimens by use of GRF mechanism. The tensile properties of the alloys increased from 149 to 220 MPa for base and ZK60%Ca alloy. Evaluation of the fracture surface of the base alloy showed that the modification process by calcium up to 3 percent change the ductile mechanisms of failure, to brittle mode.Keywords: Calcium, as cast, tensile properties, microstructure, mechanical properties
-
بررسی تاثیر ترکیبات بین فلزی غنی از آهن بر استعداد به پارگی گرم آلیاژهای هیپویوتکتیک Al-SiAn investigation on the effect of Fe-rich intermetallics on hot tearing susceptibility in hypoeutectic Al-Si alloysThe effect of iron (0.2 to 2 wt%) on the hot tearing susceptibility of Al-5Si and Al-9Si alloys was investigated. According to the results, addition of iron up to the 2 wt% improved hot tearing resistance of Al-5Si alloy and decreased its HTS by about 100%. This improvement was assumed to be mainly due to the fine and interdendritic distribution of Fe-rich intermetallic compounds. In the case of Al-9Si alloy however, despite of the lower solidification range and higher fluidity, addition of iron up to 2 wt% deteriorate hot tearing resistance. The HTS index was increased continuously by three times. Microscopic examination of the hot tear cracks reveals the precipitation of higher amounts of -Al5FeSi in interdendritic regions which adversely affect the tensile strength and elongation as well as blockage the interdendritic feeding channels thereby decrease the hot tearing resistance.Keywords: Hypoeutectic, Al-Si, hot tearing, intermetallic, Iron
-
در این تحقیق تاثیر آهن (wt%2-2/0) بر خواص سایشی آلیاژهای Al-(5-13)Si مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش های سایش در دمای محیط، بار N45، سرعت m/s13/0 و مسافت m1000 به روش پین روی دیسک انجام شدند. بر اساس نتایج به دست آمده، در غلظت های آهن کمتر از غلظت بحرانی (wt%2/1 در این تحقیق)، افزایش سیلیسیم موجب شکل گیری صفحات ظربف AlFeSi در نواحی بین دندریتی شده و بواسطه افزایش سختی زمینه و کاهش سیلان پلاستیک لایه های زیر سطحی و پیرو آن افزایش پایداری لایه تریبولوژیکی و کاهش چسبندگی بین سطوح، مقاومت سایشی بهبود می یابد بگونه ای که نرخ سایش آلیاژ Al-13Si-0.8Fe حدود 50 درصد کمتر از نرخ سایش آلیاژ Al-5Si-0.8Fe است. تحت این شرایط مکانیزم سایش عمدتا برداشت کنترل شده ماده از لایه تریبولوژیکی با مکانیزم ورقه ای شدن و سایش خراشی است. در غلظت های آهن بیش از مقدار بحرانی، با وجود افزایش سختی زمینه با افزایش غلظت سیلیسیم، به دلیل افزایش ابعاد و کسر حجمی ترکیبات صفحه ای شکل AlFeSi و شکل گیری رسوبات درشت اولیه در زمینه، شکل گیری و اشاعه ترک های زیر سطحی تسهیل گردیده و با افزایش ناپایداری لایه تریبولوژیکی، برداشت ماده از سطح با مکانیزم سایش ورقه ای و خراشی لایه تریبولوژیکی تشدید می شود.
کلید واژگان: Al, Si, خواص سایشی, لایه تریبولوژیکی, هیپویوتکتیک, ترکیب بین فلزیThe Effect of Fe addition (0.2-2wt%) on the wear behavior of Al-(5-13)Si alloys was investigated. The pin-on-disk wear tests were conducted at room temperature, under normal load of 45N, sliding speed of 0.13 m/s for sliding distance of 1000m. The results showed that bellow a critical Fe content (1.2wt% in this research), Si addition improved the wear resistance. In this regard, the wear rate of Al-13Si-0.8Fe alloy was observed to be less than 50% of Al-5Si-0.8Fe. This could be attributed to the fine distribution of hard AlFeSi platelets in interdendritic regions that increased the hardness and decreased the subsurface deformation and asperities adhesion. So, controlled delamination within tribolayer as well as abrasive wear could be proposed as the main wear mechanisms. Formation of large primary AlFeSi platelets at the iron content of more than critical value, however, facilitates the initiation and propagation of subsurface cracks and instability of tribolayer. This led to the higher delamination and abrasive wear with higher Si containing alloys.Keywords: Al, Si, wear properties, Tribological layer, hypoeutectic, intermetallics -
در این تحقیق تاثیر آهن و منگنز بر رفتار سایشی آلیاژ 332F مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور مقادیر مختلف آهن شامل 7/0، 2/1 و 8/1 درصد به ترکیب آلیاژ پایه افزوده گردید و بهسازی آلیاژها از طریق افزودن مقادیر مناسب منگنز به ترکیب آلیاژها صورت پذیرفت. آزمایشهای سایش در دمای محیط، تحت چهار بار اعمالی 20، 30، 40 و N80 در سرعت m/s5/0 و مسافت لغزش m1000 متر به روش پین روی دیسک انجام شدند. نتایج حاصله نشان می دهد که تاثیر ترکیبات غنی از آهن بر خواص تریبولوژیکی به ابعاد، مورفولوژی و نحوه توزیع این ذرات در زمینه آلیاژ وابسته است. در شرایط بهسازی نشده بهترین خواص تریبولوژیکی و مکانیکی در آلیاژ حاوی 7/0 درصد آهن مشاهده می شود و افزودن مقادیر بیشتر آهن موجب شکل گیری ترکیبات درشت صفحه ای شکل در زمینه و افت قابل ملاحظه مقاومت سایشی می شود. این در حالی است که پس از بهسازی آلیاژ توسط منگنز خواص تریبولوژیکی آلیاژ به میزان قابل توجهی بهبود یافته و بهترین خواص سایشی در آلیاژ حاوی 8/1 درصد آهن مشاهده می شود.
کلید واژگان: آلیاژ F332 آلومینیم, سیلیسیم, ترکیبات غنی از آهن, خواص مکانیکی, سایش, پین روی دیسکIn the present study، the effects of iron and manganese on the tribological behavior of F332 alloy were investigated. Alloys with addition of 0. 7، 1. 2 and 1. 8wt% iron to the base alloy were prepared. The modification of the alloys was performed by proper additions of manganese. The pin-on-disk wear tests were carried out at room temperature under normal loads of 20، 30، 40، and 80 N، and sliding speed of 0. 5 m/s for sliding distance of 1000m. The results showed that the size and morphology of the iron-rich compounds greatly influenced the tribological behavior of the alloy. In the case of un-modified alloys، the alloy containing 0. 7wt% Fe، showed the best tribological and mechanical properties. Addition of higher amounts of Fe led to the formation of coarse، plate-like intermetallic compounds and، therefore، a considerable decrease in the wear resistance. The modification by manganese improved the tribological properties of the alloys and the highest wear resistance was obtained with the alloy containing 1. 8 wt% Fe. -
در این تحقیق، تاثیر عملیات حرارتی 6T بر ریزساختار و خواص سایشی آلیاژ 332 حاوی 2/1 درصد آهن بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که انجام عملیات حرارتی فوق روی نمونه ها علاوه بر تغییر مورفولوژی تیغه های فاز سیلیسیم یوتکتیک از حالت سوزنی به کروی و حذف نقاط تمرکز تنش، سبب انحلال و خرد شدن ترکیبات غنی از آهن مخرب و سوزنی شکل? -Al5FeSi می شود. میزان کاهش طول این فاز نا مطلوب با افزایش درجه حرارت و زمان عملیات محلول سازی افزایش می یابد، به طوری که پس از 14 ساعت عملیات محلول سازی در دمای 520 درجه سانتی گراد، طول متوسط تیغه های? حدود 70 درصد کاهش یافته و کرویت آنها افزایش می یابد. نتایج آزمایش سایش، نشان دهنده افزایش مقاومت به سایش در نمونه های عملیات حرارتی شده تا حدود 40 درصد است.
کلید واژگان: آلیاژ آلومینیم 332, سایش, محلول سازی, ترکیبات بین فلزی
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.