فهرست مطالب

پژوهشنامه ریخته گری
سال سوم شماره 2 (پیاپی 9، تابستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/06/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • ابراهیم آقازاده، احد صمدی*، سیف الله آقازاده صفحات 55-66

    برای ارزیابی تاثیر مقدار منیزیم بر ایجاد ریزساختار و سختی مدرج در کامپوزیت های Al-Si-Mg در روش ریخته گری گریز از مرکز، سه استوانه با ترکیب شیمیایی Al-20Si-XMg (X= 6, 9, 12) (بر حسب درصد وزنی) ریخته گری شد. سپس ریزساختار و سختی مقاطع شعاعی مختلف آنها به ترتیب با استفاده از میکروسکوپ های نوری و SEM مجهز به سیستم میکرو آنالیز (EDS) و سختی سنجی برینل مورد بررسی قرار گرفت. برای تحلیل نتایج از نرم افزارهای Thermo-Calc و JMat Pro به ترتیب برای رسم نمودارهای فازی تعادلی آلیاژها، کسر جرمی و چگالی فازهای درجای تشکیل شده حین انجماد استفاده شد. نتایج نشان می دهند که با افزایش مقدار منیزیم آلیاژ، علیرغم اینکه ذرات Mg2Si اولیه درشت تری در ریزساختار شکل می گیرد اما بواسطه چگالی پایین این ذرات، جدایش مرکز گرای آنها به همراه ذرات Si اولیه طبق قانون استوکس در مکانیک سیالات افزایش می یابد. به گونه ای که با افزایش مقدار Mg آلیاژها از 6% به 9% و سپس 12% وزنی، کسر حجمی ذرات Mg2Si در لایه داخلی استوانه های ریختگی از مقادیر کمتر از 7 % به حدود 28 % و اندازه متوسط آنها از مقادیر کمتر از 54 میکرون به حدود 166 میکرون افزایش می یابد. اما به خاطر نرم بودن ذرات Mg2Si نسبت به Si، با افزایش کسر حجمی ذرات Mg2Siدر لایه های داخلی استوانه ها سختی این لایه ها به ترتیب از 86 به 81 و سپس 78 برینل کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: ریخته گری گریز از مرکز، کامپوزیت مدرج، آلیاژهای Al-Si-Mg، جدایش فازی، ریزساختار هیبریدی
  • محسن صادقی *، مرتضی هادی، هادی کریمی، امید بیات صفحات 67-74

    در سال های اخیر، آلیاژهای منگنز-نیکل با توجه به خواص مغناطیسی منحصر به فرد مورد مطالعه محققین بسیاری قرار گرفته اند. هدف از ‏این پژوهش، بررسی اثر فشار محفظه بر فرایند تبخیر منگنز و تعیین فشارهای بحرانی و ممانعت کننده ی تبخیر و دما برای این عنصر در ‏آلیاژهای منگنز- نیکل (‏‎70Mn-25Ni-5Cr‎‏ و ‏‎40Mn-55Ni-5Cr‎‏) است. در این زمینه، آلیاژهای منگنز- نیکل در کوره ی ذوب ‏القایی تحت خلا، تحت اتمسفر آرگون با فشار مثبت  0/4، 0/6، 0/8، 1، 2، 2/5، 3، 4 و 4/5 بار در دماهای1450،1550و 1650 ‏درجه سانتی گراد ذوب شدند. برای شرایط فوق، نرخ تبخیر محاسبه شد و با ترسیم نمودارهای نرخ تبخیر با فشار، میزان فشار بحرانی و ‏فشار ممانعت کننده برای تبخیر منگنز مشخص شد. نتایج به دست آمده از این تحقیق نشان داد است که برای تبخیر منگنز در آلیاژهای منگنز- ‏نیکل، فشار 1 بار، فشار بحرانی و فشار 3 بار، فشار ممانعت کننده است. همچنین مشخص شد که افزایش دمای ذوب، باعث افزایش نرخ ‏تبخیر‎ ‎می شود اما میزان فشار بحرانی و فشار ممانعت کننده برای تبخیر منگنز در آلیاژها بدون تغییر باقی می مانند.‏

    کلیدواژگان: آلیاژهای منگنز- نیکل، تبخیر، فشار بحرانی، فشار ممانعت کننده
  • بهرام شاکری، سید محمد علی بوترابی* صفحات 75-90

    فرایند آستمپرینگ منجر به ایجاد ریزساختار بینایتی در چدن می شود، ریزساختار این چدن های با تغییر ‏ترکیب شیمیایی، دما و زمان عملیات حرارتی به شدت تحت تاثیر قرار می گیرد. در تحقیق پیش رو ، تاثیر ‏جایگزینی 3/4 درصد وزنی آلومینیم به جای سیلیسیم در سینتیک استحاله بینایتی و همچنین تاثیر عملیات ‏حرارتی آستمپرینگ بر خواص فیزیکی این چدن بررسی شده است. ابتدا نمونه ها در ابعاد یکسان آماده ‏شده و سپس به مدت 2 ساعت در دمای 900 درجه سانتی گراد آستنیته شدند، سپس در چهار دمای (بینایت بالایی)  ‏‏375، 400، 425 و 450 درجه سانتی گراد به مدت زمان های 1 تا 512 دقیقه آستمپر شدند. بررسی های ‏ریزساختاری به وسیله میکروسکوپ نوری، الکترونی انجام و مشخص شد که با افزایش دمای آستمپر، ‏ضخامت صفحات فریت بینایتی  از 0/31 میکرومتر در دمای °C375 به 0/63 میکرومتر در دمای 450 ‏درجه سانتی گراد رسیده است و ریزساختار درشت تر شده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که استحاله ‏آستمپر در چدن نشکن آلومینیمی باعث ایجاد ساختار بینایتی خواهد شد همچنین سرعت مرحله اول ‏آستمپرینگ و تشکیل بینایت با سرعت بالاتری صورت می گیرد و سرعت مراحل دیگر مشابه چدن های ‏آستمپر دیگر است.

    کلیدواژگان: چدن نشکن آلومینیمی، آستنیت باقیمانده، فریت بینایتی، پنجره فرآیند
  • علی کریمی، تقی اصفهانی*، حمید غیور صفحات 91-99

    کاربرد چدن های نای هارد4 تقریبا مشابه چدن های پرکروم است ولی مشخصه ای که سبب ارجحیت بارز چدن نای هارد4 در مقایسه با چدن های پرکروم می شود قابلیت سختی پذیری عالی آن هاست. در پژوهش حاضر، تاثیر تنگستن برروی سختی و مقاومت به ضربه چدن های نای هارد4 و اثر آن بر ریزساختار و تشکیل کاربیدها بررسی شده است. همچنین هدف این تحقیق افزایش همزمان مقاومت به ضربه و سختی است. به این منظور، نمونه هایی طبق استاندارد ASTM A532 بدون افزودن تنگستن به مذاب و با افزودن مقدارهای مختلف تنگستن به مذاب به روش ریخته گری آماده شدند. پس از مرحله ریخته گری، عملیات حرارتی، آزمایش مقاومت به ضربه، ماکروسختی و میکروسختی برروی نمونه ها انجام شد. بررسی های صورت گرفته نشان داد که افزایش تنگستن باعث افزایش سختی فاز زمینه و تشکیل فاز کاربید M7C3 می شود و کسر حجمی کاربیدها را افزایش و قطر متوسط کاربیدها را کاهش می دهد. نتیجه این عوامل باعث افزایش همزمان سختی و مقاومت به ضربه می شود.

    کلیدواژگان: چدن نایهارد4، تنگستن، مقاومت به ضربه، سختی، عملیات حرارتی
  • مصطفی علی زاده* صفحات 101-112

    در این تحقیق، انجماد آلیاژهای یوتکتیک آلومینیم-آهن (حاوی 0/5، 1 و 1/5 درصد وزنی آهن) در ‏یک قالب فلزی به روش اختلاف محدود شبیه سازی شد و حساسیت به ترک گرم مورد بررسی قرار ‏گرفت. قالب به گونه ای طراحی شد که جهت انجماد به سمت مرکز قالب باشد. نتایج نشان داد که ‏انجماد در دو مرحله انجام می شود. در مرحله ی اول ضخامت ناحیه ی خمیری افزایش و در مرحله ی دوم ‏کاهش می یابد. با افزایش مقدار آهن، زمان مرحله ی اول کاهش می یابد ولی زمان مرحله ی دوم مستقل ‏از مقدار آهن است. در این تحقیق، شرط تشکیل ترک گرم وجود شبکه ی پیوسته ی جامد پرو ‏یوتکتیک در نظر گرفته شد و شاخصی بر اساس ضخامت ناحیه ی خمیری و زمان موضعی انجماد برای ‏بررسی تمایل به تشکیل ترک گرم معرفی شد. در این شاخص ترک هایی که با مذاب یوتکتیک پر می ‏شوند به عنوان ترک گرم پر شده در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد هر سه آلیاژ در مرحله ی اول انجماد ‏در نزدیکی سطح که انجماد به صورت غیر تعادلی است به ترک گرم حساس هستند؛ ولی در مرحله ی ‏دوم انجماد، هر سه آلیاژ تقریبا به صورت  تعادلی سرد می شوند. در این شرایط، کسر جامد در آلیاژ ‏Al-1.5wt%Fe‎‏ کمتر از 0/25 بوده و حساس به ترک گرم پر شده نیست. بیشترین حساسیت به ‏ترک گرم پر شده در مرحله ی اول انجماد مربوط به آلیاژهای 1 و 1/5 درصد آهن است. در مرحله ی ‏دوم انجماد نیز حساسیت به تشکیل ترک گرم در آلیاژ حاوی 1 درصد وزنی آهن از 0/5 درصد وزنی ‏آهن بیشتر است.

    کلیدواژگان: آلومینیوم-آهن، یوتکتیک، ترک گرم، شبیه سازی انجماد
  • غلام رضا عاشوری* صفحات 113-121

    آلیاژهای آلومینیم-سیلیسیم به گسترده گی در اجزای خودرویی، به ویژه آلیاژهای دارای ترکیب یوتکتیک، برای ساخت سرسیلندرها، پیستون ها و یا بالابر سوپاپ به کار می روند. در این پژوهش اثر نیکل بر تغییرات ریزساختاری و استحکام کششی آلیاژهای Al-12Si-1Mg-1Cu-xNi بررسی شده است. ارزیابی های ریزساختاری به کمک میکروسکوپ های نوری و الکترون روبشی مجهز به آنالیزگر EDS انجام شد. آزمایش کشش برای آلیاژهای بهسازی شده و بهسازی نشده اجرا شد. نتیجه های به دست آمده نشان داد که نیکل می تواند به شیوه ی اثرگذاری ذره های سیلیسیم یوتکتیک را ریزتز کند. وابسته به ترکیب شیمیایی نمونه های آلیاژی، فازهای گوناگونی همچون Τ-Al9FeNi، δ-Al3CuNi، γ-Al7Cu4Ni و ε-Al3Ni، Q-Al5Cu2Mg8Si6، α-Al15(MnFe)3Si2در ناحیه های بین دندریتی شناسایی شد. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت نیکل، برخی ترکیب های بین فلزی نیکل دار Al3Ni، به فازهای Al3CuNi یا Al7Cu4Ni تغییر می یابند و ریختار یا مورفولوژی آن ها از نوارهای کوتاه و بلند، به خط چینی تغییر می یابند. نتیجه های دیگر نیز نمایان گر آن ا ست که عملکرد مکانیکی آلیاژها در پیوند ویژگی های ریزساختاری ا ست؛ به گونه ای که استحکام تنشی نهایی در دمای اتاق از 157 مگاپاسکال به 220 مگاپاسکال افزایش یافت.

    کلیدواژگان: نیکل، عملیات T6، ساختار دندریتی، استحکام تنشی
|
  • Ebrahim Aghazadeh, Ahad Samadi *, Sayfolah Aghazadeh Pages 55-66

    To evaluate the effect of magnesium content on the microstructure and hardness of the Al-Si-Mg composites in the centrifugal casting method, three cylinders with the chemical composition of Al-20Si-XMg (X = 6, 9, 12) (as weight percent) were cast. Then the microstructure and hardness of the different radial sections were studied by optical microscope, SEM equipped with a micro-analysis system (EDS), and standard brinell hardness testing method, respectively. The phase diagram of Al-20Si-XMg system was plotted as a function of Mg% using Thermo-Calc software. Also JMat Pro software was employed to plot the variation of the mass fraction and density of the in situ formed phases during the solidification of the alloys. The results show clearly that while the coarse Mg2Si particles are formed in high Mg content alloys; however, these particles along with the primary Si particles, both, due to the low density, based on Stokes' law in fluid mechanics, are centripetally segregated towards the inner layers of the cylinders. In addition, by increasing the Mg content of the alloys from 6% to 9% then 12% the volume fraction and average size of the Mg2Si particles in inner layer of the cylinders, both, increase respectively from less than 7% to about 28% and from less than 54 microns to about 166 microns. But, since Mg2Si particles are softer than Si particles, by increasing the volume fraction of the Mg2Si particles, the hardness of the inner layers of the cylinders reduces from 86 to 81 and then 78 brinell.

    Keywords: centrifugal casting, functionally graded composites, Al-Si-Mg alloys, particle segregation, hybrid microstructure
  • Morteza Hadi, Hadi Karimi, Omid Bayat, Mohsen Sadeghi * Pages 67-74

    In recent years, manganese-nickel alloys have been studied by many researchers due to their unique magnetic properties. The purpose of this study was to investigate the effect of pressure of the compartment on the manganese evaporation process and to determine critical and inhibit evaporation pressures and temperature for this element in manganese-nickel alloys (70Mn-25Ni-5Cr and 40Mn-55Ni-5Cr). In this regard, manganese-nickel alloys in a vacuum induced melting furnace, under the atmosphere of argon by positive pressure (0.4, 0.6, 0.8, 1, 2, 2.5, 3, 4, and 4.5) bar melted at temperatures of 1450, 1550 and 1650°C. For the above conditions, the rate of evaporation was calculated and illustrated by plotting evaporation rate graphs with pressure, the critical pressure and impeding pressure for manganese evaporation determined. The results showed that pressures of 1 bar and 3 bar were sequencly critical pressure and impeding pressure for manganese evaporation in manganese-nickel alloys. It was also found that the increase in melting temperature caused an increase in the evaporation rate, but the critical pressure and inhibit pressure remained unchanged for manganese evaporation in the alloys.

    Keywords: manganese-nickel alloys, evaporation, critical pressures, Impeding pressures
  • Bahram Shakeri, Seyed Mohammad Ali Boutorabi * Pages 75-90

    The Austempering process that leads to formation of a bainitic ‎microstructure in cast iron is significantly affected by any variation in ‎austempering time and temperature as well as chemical composition of ‎samples. The present work is aimed to reveal the effects introduced by ‎aluminum substitution for silicon in the alloy and austempering ‎treatment on bainite transformation kinetics. Samples of the same size ‎were initially austenitizing at 900°C for 2h in order to achieve a uniform ‎austenitic microstructure, followed by austempering at four upper ‎bainitic temperatures of (375, 400, 425 and 450°C) at various ‎times (1 to 512 min.). Microstructural analyses were carried out by ‎means of optical and electron microscopes and observed that by ‎increasing austempering temperature the thickness of ferritic bainitic ‎plates increases from 0.31 μm in 375°C to 0.63 μm in 450°C. It was ‎concluded that austempering transformation in aluminum ductile cast ‎iron is somehow similar Si cast iron. The difference is that the rate of ‎the first stage of austempering was higher while other stages went ‎through the same rates as the other types of cast iron.‎

    Keywords: Aluminum ductile cast iron, retained austenite, Bainitic ferrite, Process window
  • Taghi Isfahani *, Hamid Ghayour, Ali Karimi Pages 91-99

    The application of Ni-hard 4 cast irons are similar to high chromium cast irons but the characteristic which differs Ni-hard 4 ‎cast iron from high  chromium cast irons is its great hardenability. In the present research the effect of tungsten on Ni-hard 4 cast ‎irons and its effect on the microstructure and formation of carbides are investigated. Also the aim of this research is to ‎simultaneously increase the impact resistance and toughness. For this reason samples according to ASTM A532 standard were ‎prepared without the addition of tungsten while the other samples were prepared by adding different percentages of tungsten to ‎the melt by casting method. After the casting procedure; heat treatment, impact, macro-hardness and micro-hardness tests were ‎done. Studies showed that the addition of tungsten leads to the increase in the hardness of the matrix phase and the formation of ‎M7C3 carbides and it also increases the volume fraction of the carbides and decreases the average diameter of carbides. Due to ‎these reasons the hardness and impact resistance simultaneously increase.‎

    Keywords: Ni-Hard 4 Cast Iron_Tungsten_Impact resistance_Hardness_Heat treatment
  • Mostafa Alizadeh * Pages 101-112

    In the present study, solidification process of Al-Fe eutectic alloys at a metallic mold was done by finite difference method; and the hot tearing sensitivity was investigated. The mold was designed for directional solidification toward the mold center. The results of simulation revealed that the solidification was done in two stages. In the first stage, the mushy zone thickness was increased and in the second stage it was decreased. As the Fe content was increased, the time of first stage was decreased while the time of second one was independent of Fe amounts. In this work, it was supposed that the hot tear is formed only in a pero-eutectic continuous solid network, so, a criterion for hot tearing susceptibility was introduced based on the mushy zone thickness and local solidification time. In this criterion, the hot tears filled with eutectic melt were account as healed hot tears. The results depicted that all alloys could be sensitive to hot tearing during first stage. Because of low cooling rate during the second stage, the melt experiences near equilibrium solidification; therefore the pero-eutectic solid network could not be formed in Al-1.5wt% alloy and consequently this alloy was not sensitive to hot tear. The most sensitivity was related to Al-1wt%Fe and Al-1.5wt%Fe alloys. At the second stage of solidification, the most sensitivity was related to Al-1wt%Fe alloy.

    Keywords: Al-Fe, eutectic, Hot tear, Solidification, Simulation
  • Gholamreza Ashuri * Pages 113-121

    Al–Si alloys are widely used in automotive components, especially with eutectic composition, for cylinder heads, pistons and valve lifters. In the current study, the effect of different concentration of nickel has been investigated on microstructural evolution and tensile strength properties of Al-12%Si-1%Mg-1%Cu-X%Ni alloys. The microstructural assessment of alloys was carried out by an optical (OM) and scanning electron microscope (SEM) equipped with energy dispersive spectrometer (EDS) analysis. The tensile testing method was performed for both modified and unmodified specimens. The obtained result indicated that the Ni can effectively refine eutectic silicon particles. Depending on the chemical composition of the alloy specimens, different containing phases such as Τ-Al9FeNi, δ-Al3CuNi, γ-Al7Cu4Ni, Q-Al5Cu2Mg8Si6, α-Al15(MnFe)3Si2 and ε-Al3Ni intermetallic in interdendritic regions have been detected. Furthermore, with the increasing of nickel concentration, Ni-containing intermetallics translate from Al3Ni to Al7Cu4Ni or Al3CuNi and their morphologies change from short and long strip-like to chines-script or reticular-shape. Moreover, the results showed that the mechanical performance has been related to the microstructural features. The ultimate tensile strength (UTS) at room temperature increases from 157 MPa to 220 MPa and then decrease to 195 MPa.

    Keywords: nickel, T6-treatment, Dendritic structure, tensile strength