فهرست مطالب

پژوهشنامه ریخته گری
سال سوم شماره 1 (پیاپی 8، بهار 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/03/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محسن عبدی بجندی، سعید شبستری*، امین پورقربان صفحات 1-10
    در این تحقیق آلیاژ Al-4.3%Cu طی فرایند نیمه جامد دمش گاز خنثی (GISS) تحت فراوری قرار گرفت. با اعمال فرایند GISS اندازه دانه ها به طور قابل ملاحظه با تبدیل به ساختار گلبولی ریز شد، به طوری که میانگین اندازه دانه ها از چندین میلیمتر به کمتر از μm100 رسید. نتایج نشان داد که اعمال فرایند GISS، به طور محسوس باعث تبدیل ساختار دندریتی به گلبولی در این آلیاژ می شود. از سوی دیگر عیوبی نظیر حفرات انقباضی نیز در ساختار نمونه های فراوری شده با GISS، مشاهده نشد. میانگین اندازه دانه با افزایش دبی گاز خنثی، کاهش یافت. مدت زمان دمش گاز خنثی نسبت به دبی گاز تاثیر قابل ملاحظه ای روی میانگین اندازه دانه ندارد. افزایش دمای شروع دمش گاز خنثی در دبی و مدت زمان دمش گاز ثابت، باعث افزایش میانگین اندازه دانه ها می گردد. در بین نمونه های تولیدی، نمونه ایی که بمدت 20 ثانیه تحت دمش گاز خنثی آرگون با دبی 4 لیتر بر دقیقه و در دمای 670 درجه سانتیگراد تحت فرآیند نیمه جامد قرار گرفته بود، کمترین میانگین اندازه دانه (μm76) و بیشترین میزان کرویت (86/0) را داشت. نتایج نشان داد که فراوری آلیاژ طی فرایند GISS باعث کاهش محسوس حساسیت به پارگی گرم می شود به طوری که این ضریب از 14 که متعلق به نمونه شاهد در حالت ریخته گری معمول است به 1 برای یکی از نمونه های GISS شده که از دمای C680 به مدت 10 ثانیه تحت دمش گاز خنثی با دبی L.min-12 قرار گرفت، می رسد.
    کلیدواژگان: فرایند نیمه جامد GISS، ساختار گلبولی، حساسیت به پارگی گرم، شبیه سازی ریخته گری
  • مریم طرفه، سید محمد حسین میرباقری*، جمشید آقازاده صفحات 11-20
    هدف از پژوهش حاضر، ریخته گری جهتدار میله هایی از جنس سوپرآلیاژ GTD111 به روش بریجمن و تعیین اثر شرایط مرزی انتقال حرارت بر نرخ رشد جهت دار و همچنین ریزساختار دانه بندی حاصل از آن، به کمک شبیه سازی عددی است. به این منظور، درقدم اول، شرایط مرزی انتقال حرارت در مرزهای مذاب-قالب و مذاب- مبرد در کوره بریجمن طی انجماد کامل خوشه ای، متشکل از میله های GTD111 مشخص شده و سپس ساختار دانه بندی میله ها پس از عملیات متالوگرافی؛ در دو مقطع طولی و عرضی آنها ظاهرشدند. درقدم دوم، شرایط مرزی انتقال حرارت مشخص شده فوق، در نرم افزار Pro-cast وارد شده و شبیه سازی فرایند انجماد و الگوی رشد دانه بندی در دو مقطع طولی و عرضی شبیه سازی عددی شدند (متالوگرافی مجازی) و نتایج هر دو متالوگرافی مجازی و واقعی مقایسه شدند. پس از اطمینان از صحت نتایج شبیه سازی، با تغیر شرایط مرزی و اولیه حرارتی جدید، اثر گرادیان دما بر الگوی رشد دانه های ستونی، شبیه سازی و تاثیر آن برفاصله بین بازوهای ثانویه طی رشد بدست آمد. نتایج نشان می دهد، در سرعت رشد حدود 4 میلیمتر بر دقیقه، با تنظیم گرادیان دما در محدوده بین 80 الی 100 درجه سلسیوس بر میلیمتر، میانگین فاصله بین بازوهای ثانویه دندریتی، تقریبا100- 120 میکرون خواهد بود.
    کلیدواژگان: انجماد جهت دار، GTD111DS، انتقال حرارت، شبیه سازی ریزساختاری، آلیاژ پایه نیکل
  • نگار جعفری، منصور سلطانیه* صفحات 21-28
    اثر روش های عملیات حرارتی و مکانیکی برای اصلاح ترشوندگی ذرات کاربید سیلیسیم بر ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت Al-A356/SiC مورد بررسی قرار گرفته است. از روش ریخته گری گردابی برای تولید کامپوزیت استفاده شده است. کاربید سیلیسیم با میانگین اندازه ذرات 2، 10 و 50 میکرومتر به میزان 10 درصد حجمی در دمای 640 درجه سانتی گراد به طور تدریجی در حین هم زدن به مذاب افزوده شدند. برای عملیات حرارتی ذرات، اکسیداسیون در دمای 950 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت و نگهداری در 650 درجه سانتی گراد به مدت دو ساعت انجام شد. برای عملیات مکانیکی هم از آسیاکاری به مدت یک ساعت همراه با پودر آلومینیم استفاده شد. پس از پایان هم زدن و آماده شدن کامپوزیت، دمای مذاب تا 700 درجه سانتی گراد افزایش داده شده و سپس در قالب فلزی ریخته گری شد تا نمونه های مختلف تهیه شوند. از میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی مجهز به EDS برای بررسی ریزساختار و آنالیز عناصر و هم چنین از روش ویکرز برای ارزیابی سختی استفاده شده است. نتایج نشان داد که عملیات حرارتی اکسیداسیون ذرات SiC سبب می شود که توزیع و اتصال بهتری از ذرات در زمینه کامپوزیت ایجاد شود. ولی در نمونه ای که از کار مکانیکی استفاده شده، اتصال خوبی بین ذرات SiC با زمینه مشاهده نشده است و ذرات به صورت مطلوب پخش نشده اند. همچنین از میان سه نمونه عملیات حرارتی شده، نمونه ی اکسید شده در 950 درجه سانتی گراد و 650 درجه سانتی گراد، ترشوندگی و توزیع بهتری از ذرات در زمینه و بیشترین سختی به میزان 139 ویکرز را دارد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت، کامپوزیت آلومینیم- کاربید سیلیسیم، ریخته گری گردابی، ترشوندگی ذرات SiC
  • سعید کوهی فایق دهکردی، معصومه سیف اللهی*، سید مهدی عباسی، سید مهدی قاضی میرسعید صفحات 29-36
    در این پژوهش، تاثیر زمان نگه داری مذاب (3 و 20 دقیقه) در بوته آلومینایی و در کوره ذوب القایی تحت خلا (VIM) بر میزان گازها، رسوبات 'γو خواص تنش-گسیختگی آلیاژ بررسی شده است. آنالیز ترکیب شیمیایی و گازهای اکسیژن و نیتروژن و ارزیابی ریزساختار با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) انجام شد و درنهایت رفتار تنش-گسیختگی در دمای 980 درجه سانتی گراد مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش زمان نگه داری مذاب در بوته از 3 به 20 دقیقه، مقدار اکسیژن مذاب در اثر واکنش احیای بوته، از 96 به ppm165 افزایش می یابد. همچنین کسر حجمی رسوبات 'γ پس از پیرسازی نهایی به دلیل کاهش آلومینیم در اثر واکنش با اکسیژن و تبخیر آن به میزان 9% (از 46% به 37%) نسبت به مقدار اولیه کاهش یافته و مورفولوژی آنها از تقریبا مکعبی به مکعبی تغییر می یابد. نتایج خواص تنش-گسیختگی حاکی از کاهش عمر گسیختگی آلیاژ از 6/22 به 19 ساعت، با افزایش زمان نگه داری مذاب است.
    کلیدواژگان: زمان نگهداری مذاب، کوره VIM، رسوبات 'γ، تنش-گسیختگی، سوپرآلیاژ Rene 80
  • مهدی دیواندری*، حامد نیکوکار، رضا بختیاری صفحات 37-43
    طراحی سیستم راهگاهی یکی از متغیرهای  مهم در ریخته گری قطعات چدن نشکن به روش افزودن منیزیم در راهگاه است. در این پژوهش از یک سیستم راهگاهی جدید (بر اساس نظریه سرعت بحرانی) برای ریخته گری قطعات نمونه استفاده شد. اثر سه شاخص حلالیت منیزیم (مقادیر 03/0 و 04/0 و 05/0) متفاوت و سه ارتفاع محفظه واکنش (مقادیر 30، 35 و 40 میلی متر) و همچنین اثر استفاده از مبرد بر ریزساختار و نحوه تشکیل گرافیت در موقعیت های مختلف قطعه نسبت به سیستم راهگاهی مورد بررسی قرار گرفت. مشاهدات میکروسکوپی نشان داد که نتایج مطلوب هم از نظر تعداد گرافیت ها در واحد سطح (ندول کانت) بالاتر و هم از نظر توزیع یکنواخت تر آن در سرتاسر قطعه، مربوط به شاخص حلالیت 03/0 و ارتفاع 30 میلی متر است. با افزایش ارتفاع محفظه واکنش، میزان کروی شدن و تعداد گرافیت ها در یک میلی متر مربع کاهش یافت. همچنین هر چه  قدر سرعت سرد شدن قطعه بالاتر باشد، تعداد گرافیت ها در یک میلی متر مربع بیشتر می شود.
    کلیدواژگان: چدن نشکن، سیستم راهگاهی، ریخته گری، ‏فاکتور حلالیت _
  • محسن سمیعی، سید حسین رضوی*، زهراسادات سید رئوفی صفحات 45-52
    در این تحقیق نمونه هایی از جنس سوپر آلیاژ IN738LC  در دمای °C1210 به مدت  5  ساعت محلول سازی شدند.  نمونه ها پس از انحلال در دو محیط هوا و نیتروژن مایع سرد شدند. یکی از نمونه های سرد شده در هوا، پس از هم دمایی با محیط به مدت 2 ساعت در نیتروژن مایع نگه داری‏ شد. برای بررسی تاثیرات نرخ سردایش بالا و عملیات زیر صفر عمیق روی ریزساختار و سختی، نمونه ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و آزمون سختی سنجی شناسایی شدند. نتایج مشاهدات میکروسکوپی نشان داد که با افزایش نرخ سرد کردن رسوبات باقیمانده 'γ کاملا کروی گشته و اندازه و کسر حجمی آنها نسبت به نرخ سردایش پایین تر کاهش می یابد. عملیات زیر صفر عمیق سبب کاهش اندازه رسوبات تا میزان 117 نانومتر شد. در حالی که سرد شدن در نیتروژن مایع اندازه رسوبات را تا 76 نانومتر کاهش داده بود. این موضوع نشان می دهد که سردایش در هوا فرصت رشد را در اختیار رسوبات گذاشته است. با افزایش نرخ سرمایش و نگه داری‏ در صفر عمیق سختی نمونه ها کاهش یافت به طوری که کمینه سختی مربوط به نمونه نگه داری‏ شده در نیتروژن مایع بود. نتایج این تحقیق می تواند برای پره های جدید پس از ریخته گری و همچنین تحت سرویس استفاده شود و به بهبود روند عملیات حرارتی کمک کند.
    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ IN738LC، عملیات حرارتی انحلال، رسوبات گاما پرایم، سرعت سرد کردن، صفر عمیق
|
  • Mohsen Abdi, Saeed Shabestari *, Amin Pourghorban Pages 1-10
    In this investigation Al-4.3% alloy was treated through gas induced semi-solid (GISS) process. The average grain size decreased significantly from several millimeters to less than 100μm through this process. Results showed that GISS changed the structure from fully dendritic to globular morphology. Casting defects such as shrinkage porosities were not detected in the GISS samples. The average grain size decreased when the inert gas flow rate increased. Period time of inert gas injection did not have a significant effect on average grain size. Increasing the staring temperature of gas purging led to an increase in average grain size at constant gas flow rate and gas purging duration. The GISS sample which was prepared through inert gas purging of 20s and having flow rate of 4L.min-1 at 670˚C, had the minimum average grain size (76μm) and maximum sphericity (0.86). According to the results, GISS led to a significant decrease in hot tearing susceptibility from 14 for conventional cast sample to 1 for 680-10S-2L GISS sample. Therefore, high quality castings can be produced using GISS process.
    Keywords: GISS semi-solid, globular structure, hot tearing susceptibility, Casting simulation
  • Maryam Torfeh, Seyed Mohammad Hossein Mirbagheri *, Jamshied Aghazadeh Pages 11-20
    The purpose of this study was evaluation of the directional solidification of GTD111 super alloy bars by Bridgman method, and then, to determine numerically the effect of the heat transfer boundary conditions on the directional solidification rate and the resulting microstructure and grains. For this purpose, in the first step, the heat transfer boundary conditions at the intersection of melt-mold and melt-chill-plate in the Bridgman furnace during solidification of a cluster, consisting of GTD111 rods, were determined, and then the grain structure of the rods after the metallography operation, in both longitudinal and transverse sections, appeared. In the second step, the intended boundary conditions were introduced into the Pro-Cast software and the solidification process was simulated. The grain growth pattern in both longitudinal and transverse sections was achieved and the results of both virtual and real metallography compared. After assuring the accuracy of the simulation results, the effect of the temperature gradient on the pattern of columnar grain growth with the change of the thermal conditions was modeled and its effect on the secondary dendrite arm spacing were obtained. The results show that at a growth rate of about 4mm/min, and a temperature gradient of 80-100°C/mm, the mean secondary dendrite arm spacing will be approximately 100- 120 microns
    Keywords: Directional Solidification, GTD111DS Alloy, heat transfer, Microstructural modeling, Ni Super-alloys
  • Negar Jafari, Mansour Soltanieh * Pages 21-28
    The low cost stir casting is one of the most applicable methods to fabricate Aluminum metal matrix composites. In this study, stir casting technique is utilized to produce Silicon carbide/Aluminum alloy composite. To achieve a homogeneous and suitable distribution, reinforcing particle surface properties is investigated by applying various thermal and mechanical treatments. SiC Oxidation performed at 950˚C for 1 hour and keeping at 650˚C for 2 hours as heat treatment. Mechanical treatment comprised milling aluminum and SiC powder. 10% vol. fraction Silicon carbide particles with average size of 2, 10 and 40 microns were gradually added to the aluminum matrix stirring at 640˚C. After stirring, the composite was cast at 700˚C in a steel mold. Observing the composite microstructure using OM and SEM reveals that reinforcing particles are dispersed in the matrix. However, heat treated reinforcing particles at 950˚C and keeping at 650˚C leads to fabricate a more homogenous composite of a specified percentage of reinforcing particles in which particles could be easily wetted by the matrix. In samples with SiC particles milled with Al powder, particles were not desirably bounded and disturbed in the matrix. Oxidation at 950˚C and keeping at 650˚C Shows better wettability and distribution of particles. This specimen also has the highest hardness of 139 HV, indicating the proper bonding of particles and their uniform distribution in the matrix.
    Keywords: Composite, Silicon carbide -Aluminum composite, stir casting, SiC wettability
  • Saeed Kouhi Faeigh Dehkordi, Masumeh Seifollahi *, Seyed Mahdi Abbasi, Seyed Mahdi Ghazi Mir Saeed Pages 29-36
    The purpose of this investigation, is study the effect of melt holding time (3 , 20 min) in vacuum induction melting furnace (VIM) with alumina crucible on the amount of gases, γ' precipitates and stress rupture properties of Rene 80 superalloy. For this purpose, the amount of O, N gasses and chemical composition were analyzed. The microstructure was assessed by scanning electron microscopy (SEM) and stress rupture properties was performed at 980˚C. The results showed that with increasing the melt holding time from 3 to 20 min, γ' volume fraction reduced from 46 to 37% and also, oxygen level of the alloys increased from 79 to 165 ppm because of the alumina reduction. The morphology of γ' changed from semi-cubic to cubic one. The result of mechanical test showed that the stress-rupture life of samples reduced from 22.6 to 19 hours by increasing melt holding time because of reducing γ' volume fraction.
    Keywords: Melt holding time, VIM furnaces, γ' precipitates, Stress Rupture properties, Rene 80 superalloy
  • Mehdi Divandari *, Hamed Nikukar, Reza Bakhtiari Pages 37-43
    Running system design is one of the most important variables in the casting of ductile iron components by the In-mold process. In this research, a new gating system (based on the critical gate velocity) was used to cast the sample parts. The effect of three magnesium solubility factors (0.03 and 0.04 and 0.05) and three different reaction chamber heights and also the effect of chill on the microstructure and nodule counts in various position of the gate to the casting were investigated. Optical microscopy showed that the optimum nodule count and uniform distribution through the pieces achieved in the 0.03 solubility factor and 30 mm reaction chamber height. By increasing the reaction chamber height, the amount of spheroidization and the number of graphite in a square millimeter (nodule counts) decreased. Also, the higher cooling rate of the pieces results in higher nodule counts.
    Keywords: Ductile iron, Gating System, Casting, Solution Factor
  • Mohsen Samiee, Seyed Hosein Razavi *, Zahra Sadat Seyedraoufi Pages 45-52
    In this study, IN738LC super alloy samples were solutionized at 1210 °C for 5 hours. After solutionizing, the samples were cooled in both air and liquid nitrogen. One of the air-cooled samples after reaching the room temperature was stored in liquid nitrogen for 2 hours. To investigate the effects of high cooling rate and sub-zero operations on the microstructure and hardness, the samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and hardness test. Deeper sub-zero operations reduced the size of the sediment to 117 nm. While cooling in liquid nitrogen reduced the size of the sediment to 76 nm. This suggests that the cold weather in the air has provided the opportunity for growth to precipitate. By increasing cooling rate and keep at deep zero, the hardness of the samples decreased, so that the minimum hardness was related to the sample stored in liquid nitrogen. The results of this research can be applied to new blades after casting and also under service and to help improve the heat treatment process.
    Keywords: IN738LC super alloy, Solution heat treatment, Gama prime Precipitates, cooling rate, Deep Zero