فهرست مطالب

پژوهشنامه ریخته گری
سال دوم شماره 3 (پیاپی 6، پاییز 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/09/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • احسان غنی آبادی، سعید شبستری* صفحات 135-146
    هدف از پژوهش حاضر، بررسی تاثیر فرآیند نیمه جامد محفظه چرخان RCP بر مشخصه های انجمادی آلیاژ AZ91 و ارتباط آن با تغییرات مورفولوژی ریزساختار است. به این منظور، ضمن طراحی سیستم تولید به روش نیمه جامد، آنالیز حرارتی در حین فرآیند نیمه جامد RCP صورت گرفت. نتایج نشان داد که اعمال چرخش محفظه، باعث کاهش دمای پایان انجماد تا حداکثر °C 14 شده است، با این حال، این اثر بر دمای جوانه زنی فاز اولیه α-Mg، بسیار محدودتر بوده است. همچنین، دمای دامنه ی انجماد تا حداکثر °C 16، افزایش یافت که منجر به کنترل بهتر فرآیند نیمه جامد شد. مقایسه نتایج کسر جامد و ریزساختار نشان می دهد که در سرعت RPM 150 علی رغم کم بودن سرعت سرمایش، جریان جابجایی موثر سیال برای اثر گذاری بر رشد دندریت های اولیه و کاهش گرادیان حرارتی در مخلوط نیمه جامد، ایجاد نشده است و بنابراین ریزساختاری با مورفولوژی غیردندریتی، در این سرعت چرخش حاصل نشده است. در سرعت RPM 210، افزایش شدید سرعت سرمایش اندازه گیری شد که باعث کاهش اثر جریان جابجایی موثر سیال شده است. به نظر می رسد در سرعت چرخش RPM 180، موازنه ی اثر سرعت سرمایش و جریان جابجایی سیال، ایجاد شده لذا، کمترین کسر جامد و مطلوب ترین کیفیت مورفولوژی ریزساختاری حاصل شده است. اعمال چرخش، با کاهش حداکثر دمای °C 15 و افزایش کسر جامد به میزان حداکثر 6 %، در نقطه ی کوهرنسی دندریت ها همراه بوده که نشان می دهد فرآیند نیمه جامد RCP باعث به تعویق انداختن نقطه ی DCP و کاهش عیوب ناشی از ریخته گری خواهد شد.
    کلیدواژگان: آنالیز حرارتی، نیمه جامد، کسر جامد، کوهرنسی دندریت ها، مورفولوژی غیر دندریتی
  • سعید فراهانی* صفحات 147-160
    در این تحقیق تاثیر هم زمان افزودن درصدهای مختلف بیسموت و سرعت سرد شدن بر بازدهی آلیاژ ‏ریختگی  ‏Al-8Si-0.3Mg‎‏ پس از انجام عملیات حرارتی ‏T6‎‏ مورد ارزیابی قرار گرفت. سرعت سرد شدن با ‏استفاده از آنالیز منحنی سرد شدن و مشتق دوم آن محاسبه شد. یک مدل پله ای با ضخامت های مختلف به منظور ‏به دست آوردن چهار سرعت سرد شدن متفاوت (55/0 تا 6 درجه سانتی گراد بر ثانیه) طراحی شد. ریز‎ساختار ‏نمونه ها توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی(‏SEM‏) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که ‏نمونه هایی که توسط بیسموت بهسازی شده و در سرعت های بالاتری سرد شده اند زمان کمتری برای آنیل انحلالی ‏و کروی شدن سیلیسیم یوتکتیک نیاز دارند. همچنین نتایج آزمایش‎ ‎کشش بر روی نمونه های عملیات حرارتی ‏شده نشان داد که بیشترین استحکام تسلیم (142/2مگا پاسگال)، استحکام کششی‎ ‎نهایی (235مگا پاسگال) و ‏ازدیاد طول قبل از شکست (6/1 %) در نمونه حاوی‎ ‎‏0/5% بیسموت که در بالاترین سرعت سرد شده است (6 ‏درجه سانتی گراد بر ثانیه)‏‎ ‎به دست آمد. سطح شکست نمونه های آرام سرد شده عموما حاوی مناطق کلیواژ و بیانگر ‏حالت شکست ترد و در نتیجه، کم بودن انعطاف پذیری بود. در حالی که سطح شکست نمونه های سرد شده در ‏سرعت های بالاتر شامل دیمپل و حالت شکست نرم بود. کانتور اندیس کیفیت که برای پیش بینی کیفیت قطعات ‏عملیات حرارتی شده حاوی درصدهای متفاوت بیسموت و با سرعت های مختلف سرد شدن مورد استفاده ‏قرار گرفت، نشان داد که بالاترین اندیس (352/8 مگاپاسکال) برای نمونه حاوی 0/5% بیسموت و سرد شده در ‏سرعت 6 درجه سانتی گراد بر ثانیه به دست آمد.‏‎ ‎
    کلیدواژگان: آلومینیم، بهسازی، بیسموت، عملیات حرارتی، خواص مکانیکی
  • یزدان شجری، سید حسین رضوی*، زهراسادات سیدرئوفی صفحات 161-179
    در این پژوهش، اثر محیط عملیات انحلالی بر ریزساختار و سختی سوپرآلیاژ IN738LC مورد بررسی قرار گرفته است. عملیات انحلالی به دو صورت عادی در کوره معمولی و در حمام نمک انتخاب شد.  به همین منظور، عملیات انحلالی در بازه دمایی °C1200-1090 به مدت 30 تا120 دقیقه برای نمونه ها در شرایط عادی و به مدت 10 تا 120 دقیقه برای نمونه های در حمام نمک انجام شد. سپس در °C850 به مدت 24 ساعت پیرسازی شدند. نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) نشان داد که افزایش نرخ گرمایش روند انحلال را بهبود می بخشد و با افزایش دما و زمان، کسر حجمی رسوبات 'γ به میزان 26 درصد در شرایط عادی و 29 درصد در حمام نمک کاهش یافت. اندازه رسوبات 'γ باقیمانده پس از انحلال در حمام نمک کوچک تر از حالت عادی است و در دماهای بالا به جهت فعال شدن مکانیزم های الحاق، اندازه و کسر حجمی رسوبات باقیمانده در حمام نمک نسبت به شرایط عادی افزایش یافت. انحلال در حمام نمک باعث کاهش اندازه 'γ اولیه نسبت به شرایط عادی و افزایش کسر حجمی 'γ ثانویه پس از پیرسازی شد. پس از پیرسازی، کسر حجمی کلی رسوبات حدود 30 درصد و 40 درصد به ترتیب در شرایط عادی و حمام نمک افزایش یافت. نتایج نشان داد نانو رسوبات 'γ ثانویه درحدود nm 16 کوچک تر از حالت معمول هستند و سختی آلیاژ شدیدا تحت تاثیر مشخصه های رسوبات 'γ و متغیرهای عملیات انحلال است. افزایش نرخ گرمایش در انحلال منجر به افزایش بیشتر سختی پس از پیرسازی و کاهش بیشتر سختی پس از انحلال شد و در هر دو شرایط، افزایش دما و زمان انحلال، سختی نمونه ها را پس از انحلال کاهش و بعد از پیرسازی افزایش داد.
    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ IN738LC، انحلال، حمام نمک، نرخ گرمایش، رسوبات گاماپرایم
  • مهدی ازلگینی، امیر حسین میثمی*، علی اصغر فروغی فر صفحات 181-192
    به دلیل استفاده روزافزون از محصولات فولادی، بررسی هایی فراوانی برای بالا بردن مشخصه های کیفی شمش تولیدی به روش ‏ریخته گری پیوسته، انجام شده است. در این میان یکی از عیوبی که به وجود می آید، حبس پودر روانکار قالب درون شمش تولیدی است. برای کاهش هزینه های تولید و افزایش کیفیت محصول، امروزه استفاده از مدل سازی ریاضی به عنوان ابزاری قدرتمند در دست ‏متخصصان برای تحقیق بر روی بهبود فرایند تولید فولاد با کیفیت، قرار گرفته است. در این پژوهش مدل سازی و شبیه سازی رفتار ‏پودر درون قالب و بررسی نوع حبس پودر درون شمش با استفاده از مدل های وابسته به دینامیک سیالات محاسباتی صورت پذیرفته ‏است. ابتدا به بررسی دلایل حبس و نوع رفتار پودر درون مذاب پرداخته شده و سپس راهکارهایی برای جلوگیری از به وجود آمدن ‏این عیب ارائه شده است. لذا شرایط مرزی و اولیه در مدل مذکور بررسی و تاثیر هر کدام بر روی عیوب احتمالی مورد ارزیابی قرار ‏گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که با کم کردن سرعت ریخته گری از 0/9 به 0/76 متر بردقیقه، افزایش عمق ‏غوطه وری نازل از 130 به 140 میلیمتر، کاهش قطر نازل از 42 به 36 میلیمتر، کاهش اندازه ذرات پودر از 500 به 63 میکرومتر و ‏تمیز بودن مذاب ورودی از آخال های درشت، می توان از حبس پودر روانکار درون شمش تولیدی جلوگیری نمود.‏
    کلیدواژگان: حبس پودر، شبیه سازی عددی، فولاد تمیز، دینامیک سیالات محاسباتی، ریخته گری پیوسته
  • شیما پریدری، حسن ثقفیان لاریجانی*، قاسم عیسی آبادی صفحات 193-200
    آلیاژ منیزیم AZ91، در حالت مذاب در اتمسفر حفاظت نشده به سرعت اکسید می شود که کیفیت و تمیزی آلیاژ را تحت تاثیر قرار می دهد. علاوه بر این حضور لایه اکسیدی روی مذاب از سیالیت آن می کاهد که به همین دلیل استفاده از آلیاژهای منیزیم در ریخته گری مقاطع نازک با محدودیت جدی روبه رو است. در این مقاله، اثر افزودن کلسیم بر افزایش مقاومت به اکسیداسیون و سیالیت مذاب آلیاژAZ91  مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور، نمونه هایی از آلیاژ AZ91 تهیه و مقادیر مختلف کلسیم به آن اضافه شد. سپس نمونه ها در دمای 700 درجه سانتی گراد در مدت زمان های مختلف در اتمسفر کوره بدون گاز محافظ نگهداری شدند. بررسی های سطح نمونه، GI-XRD از سطح و آزمون اکسیداسیون نشان می دهند که در سطح، فیلم اکسیدی چگال و فشرده متشکل از MgO و CaO ایجاد می شود که عمل حفاظت از مذاب را انجام می دهد و از نفوذ اکسیژن به مذاب جلوگیری می کند. در نتیجه مذاب در دمای 700درجه سانتی گراد بدون حضور گاز محافظ پایدار باقی می ماند. مزیت استفاده از کلسیم در آلیاژهای منیزیم، حذف گازهای گران قیمت گل خانه ای همچون SF6 است. برای بررسی میزان پیشروی مذاب آلیاژ AZ91 در حضور کلسیم، آزمایش ارزیابی سیالیت با استفاده از قالب مارپیچ (اسپیرال) انجام شد. نتایج آزمایش نشان داد که با افزودن کلسیم (در مقادیر 0/5-1/5 و 2 درصد وزنی) طول سیالیت از حدود 100 میلی متر به 340 میلی متر افزایش پیدا کرد.
    کلیدواژگان: آلیاژهای منیزیم، اکسیداسیون، کلسیم، SF6، سیالیت
  • حسین علی نژاد*، بهمن کروجی صفحات 201-209
    در این پژوهش، اثر ریزساختار ریختگی بر فرایند بازیابی و تبلور مجدد فولاد زنگ نزن دوفازی 2304 مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه هایی با ریزساختار اولیه ریختگی در دماهای پایین کارگرم 850 و 950 درجه سانتیگراد و دمای بالایی کارگرم 1050 و 1150 درجه سانتیگراد و در سرعت کرنش های مختلف 0/001، 0/01، 0/1 و 1 (بر ثانیه) با استفاده از آزمون فشار گرم مورد تغییر شکل قرار گرفتند. تغییرات ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ نوری مجهز به سیستم آنالیز تصویر مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین میزان انرژی فعال سازی ظاهری کارگرم بر اساس داده های تنش-کرنش آزمون فشار گرم تعیین شده است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که ساز و کار ترمیم در شکل دهی گرم فولاد زنگ نزن دو فازی 2304، در دو فاز متفاوت است به گونه ای که در فاز فریت به وسیله فرایند بازیابی و در فاز آستنیت، توسط فرایند تبلور مجدد رخ می دهد. همچنین میزان انرژی فعال سازی ظاهری کارگرم برای این فولاد با ریزساختار اولیه ریختگی، در دما های 850 و 1150 کارگرم به ترتیب 325 و 150 کیلو ژول بر مول است که نسبت به حالت کارشده، مقادیر پایین تری را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: فولاد زنگ نزن دو فازی ریختگی، تبلور مجدد، بازیابی، انرزی فعال سازی ‏ظاهری، کار گرم
|
  • Ehasn Ghaniabadi, Saeed Shabestari * Pages 135-146
    The purpose of this study was to investigate the effect of the semi-solid rotating container process (RCP) on the characteristics of solidification of AZ91 magnesium alloy and its relationship with microstructure morphology. Thermal analysis (CA-CTA) performed under controlled conditions along with semi solid casting process. Rotation of the container, caused decrease in solidification temperature up to maximum 14°C. However, this effect has been much more limited on nucleation temperature of primary α-Mg phase. The temperature of solidification range increased to a maximum of 16 °C, which led to a better control of the semi-solid process. Comparison of the results between fraction of solid and microstructure showed that rotation with 150 RPM is unable to create an effective fluid flow, in spite of low cooling rate. Rotating with 210 RPM, caused sharp increase in the cooling rate and reduced the effect of effective fluid flow in the slurry. It has been observed that the balance between the effect of the cooling rate and the effective fluid flow has been created at the rotational speed of 180 RPM. Thus, the least solid fraction and the most desirable quality of the morphology have been achieved in the microstructure. Rotation of the container decreased the temperature to a maximum of 15°C and increased the solid fraction to a maximum of 6 % at dendrite coherency point (DCP). This proved that RCP casting method postponed the DCP and therefore, the defects caused by casting can be reduced.
    Keywords: Thermal analysis, Semi-Solid, solid fraction, dendrite coherency point, non-dendritic morphology
  • Saeed Farahany * Pages 147-160
    In this paper, synergy effect of various bismuth contents and cooling rates on performance of ‎Al-8Si-0.3Mg cast alloy after applying T6 heat treatment was evaluated. Cooling rate was ‎measured based on analyzing cooling curve and its second derivative curve. A step mould with ‎different casting thicknesses was designed to obtain four different cooling rates (0.55 to 6 ‎‎°C/s). Microstructures of sample were evaluated by optical microscopy and scanning electron ‎microscopy (SEM). Results showed that sample modified with Bi and solidified at higher ‎cooling rate required less time for annealing and spherodising of eutectic silicon. Moreover, ‎tensile test results indicated that the highest yield strength (142.2 MPa), ultimate tensile ‎strength (235 MPa) and elongation percentage (6.1%) obtained for the sample containing 0.5 ‎wt% Bi and solidified at the highest cooling rate (6 °C/s). Fracture surface of samples cooled at ‎low cooling rate comprised of cleavage indicating brittle fracture mode resulted in low ‎ductility. Likewise, fracture surface of samples solidified at highest cooling rate exhibits ‎dimples and ductile fracture mode. The counter graph of quality index used to predict the ‎quality of heat-treated samples with different levels of Bi and solidified at various cooling rates ‎showed that the highest index (352.8 MPa) obtained for specimen containing 0.5wt% Bi ‎solidified at 6 °C/s cooling rate.‎
    Keywords: Aluminium, Modification, Bismuth, Heat treatment, Mechanical properties
  • Yazdan Shajari, Seyed Hosein Razavi *, Zahra Sadat Seyedraoufi Pages 161-179
    In this paper, effect of solution heat treatment media of IN738LC superalloy on the microstructure and hardness was investigated. Two solution heat treatment medias were selected, solubilizing in the normal or conventional furnace, and solubilizing in the salt base. For this purpose, the samples were solubilized in a temperature range of 1090-1200°C for 20-30 minutes in normal condition and 10-12 minutes in the salt bath, and then aged at 248°C in 850°C. The results of the scanning electron microscope (SEM) and field emission scanning electron microscope (FESEM) showed that increasing the heating rate improves the solution process, and with increasing the temperature and time, the volume fraction of 'γ precipitates decreased by 26% in normal condition and 29% in salt bath. The size of the residual 'γ precipitates after solution in the salt bath is smaller than normal state, and at high temperatures, due to the activation of the aggregation mechanisms, the size and volume fraction of residual precipitates in the salt bath increased compared to the normal condition. Solution in the salt bath reduced the size of the primary'γ compared to the normal condition and increased the volume fraction of the secondary 'γ after the aging. After aging, the total volume fraction of precipitates increased by about 30% and 40%, respectively, in the normal condition and in salt bath. The results showed that the secondary 'γ precipitates are about 16nm smaller than usual and the hardness of the alloy is strongly influenced by the characteristics of 'γ precipitates and the variables of the solution treatment. Increasing the heating rate at the solution resulted in a further increase in hardness after aging and a further reduction in hardness after solution, and in both conditions increasing temperature and time of solution reduced the hardness of the samples after solution and increased after aging.
    Keywords: IN738LC superalloy, Solution, Salt Bath, Heating rate, Gama prime Precipitates
  • Mahdi Ezlegeni, Amirhossein Meysami *, Aliasghar Foroughifar Pages 181-192
    Many studies have been performed to improve the quality and cleanliness of steel ‎ingots produced by continuous casting process. One of the important defects is entrapping of mold lubricant ‎powder in the ingot. In the paper, the mathematical modeling methods and ‎computational fluid dynamic (CFD) were used to investigate the powder fluid behavior during ‎continuous casting of steel. For this purpose, the factors of powder entrapping and the behavior of the ‎powder in the melt were investigated and some solutions were proposed to prevent these ‎defects. Therefore, the boundary and initial conditions were studied in developed model and the ‎effect of each one were investigated. The results showed ‎that it can be possible to prevent the ‎powder entrapping in the steel ingot by decreasing the casting speed from 0.9 to 0.76 m/min, increasing the nozzle dip depth from ‎‎130 to 140 mm, decreasing the nuzzle diameter from 42 to 36mm, decreasing the powder ‎particles size from 500 to 63 micrometers and by pouring of clean steel melt without the large inclusions.‎
    Keywords: powder entrapping, numerical simulation, cleanliness of steel, Computational Fluid Dynamic, Continuous Casting
  • Shima Paridari, Hassan Saghafian Larijani *, Ghasem Eisaabadi Pages 193-200
    Mg alloy is easily oxidized during melting in the unprotected atmosphere. This affects on the quality and cleanness of the alloy. In addition, the presence of oxide layer on the surface of melt decreases its fluidity so use of magnesium alloys in thin-film casting is faced with Serious limitation. In this paper, effect of adding calcium on the oxidation resistance and fluidity of AZ91 alloy melt have been investigated. For this purpose, samples of AZ91 alloy were prepared with different amounts of calcium. Afterward samples were stored at 700 ° C for different periods of time in furnace atmosphere .Microstructural, GI-XRD and surface oxidation tests showed that, a dense and compact oxide film composed of CaO is formed on surface, which performs melt protection and prevents penetrating of oxygen into the melt .As a result, the melt stables at a temperature of 700 ° C without presence of a protective gas .The most important advantage of use of calcium in magnesium alloys is not applying protective gases such as SF6. To investigate the fluidity of AZ91 alloy in the presence of calcium, the fluidity test was performed by using spiral pattern. The test results showed that by adding calcium, length of fluidity increased from about 100 mm to 340 mm.
    Keywords: mg alloys, oxidation, Calcium, SF6, Fluidity
  • Hossein Alinejad *, Bahman Korojy Pages 201-209
    In this research, the effect of cast microstructure on the recovery and recrystallization process of 2304 duplex stainless steel has been investigated. The specimens were hot-formed at low temperatures of 850°C and 950 °C and high temperatures of 1050 and 1150°C by using hot compression test machine at strain rates of 0.001 to 1 s−1. The microstructure changes were studied using optical microscopy equipped by image analyzer. In addition, the apparent activation energies were determined based on the stress-strain hot compression curves. The results show that during of hot deformation of 2304 two-phase stainless steel, the restoration mechanisms in two phase are different, it is performed by dynamic recovery in the ferrite phase and by recrystallization process in the austenite phase. The apparent activation energy Q of the cast microstructure at 850  and 1150  temperatures of hot working is 325 and 150 kJ/mol respectively, which is lower than the applied wrought microstructure.
    Keywords: Casting Duplex stainless steel, Recrystallization, Recovery, Apparent activation energy, Hot working