فهرست مطالب

پژوهشنامه ریخته گری - سال سوم شماره 3 (پیاپی 10، پاییز 1398)

پژوهشنامه ریخته گری
سال سوم شماره 3 (پیاپی 10، پاییز 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/08/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمد جواد سهرابی، حامد میرزاده* صفحات 123-129
    از آنجا که مطالعه نفوذ عناصر آلیاژی در نیکل به طور کلی بر مبنای زوج های نفوذی می باشد و حضور عناصر دیگر در سوپرآلیاژ بر نفوذ هر عنصری تاثیرگذار هست، نیاز به روش محاسباتی می باشد که توسط آن بتوان ضرایب نفوذ را به شکل مستقیم در سوپرآلیاژ محاسبه کرد. در تحقیق حاضر، ریزساختار ریختگی سوپرآلیاژ اینکونل 718 بررسی شد و مشخص شد که این ریزساختار شامل دندریت های آستنبیت است که عناصر نیوبیم، مولیبدن، و تیتانیم را به مناطق بین دندریتی پس زده اند. همچنین ساختار یوتکتیک فاز لاوه/آستنیت و فازهای NbC و TiN در این مناطق شناسایی شدند. در ادامه، ریزجدایش عناصر نیوبیم، مولیبدن و تیتانیم در این سوپرآلیاژ و کاهش اثرات آن در حین عملیات حرارتی همگن سازی مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس مفهوم شاخص جدایش باقی مانده، در طی عملیات همگن سازی، ضرایب نفوذ و انرژی فعال سازی برای نفوذ این عناصر در زمینه آستنیتی سوپرآلیاژ به دست آمد. انرژی فعال سازی برای نفوذ Nb،Mo و Ti به ترتیب 232، 286 و 256 کیلو ژول بر مول تعیین شد. نتیجه این محاسبات برای بررسی واکنش های رسوب گذاری، خزش دمای بالا و فرآیندهای ترمومکانیکی سوپرآلیاژها لازم است.
    کلیدواژگان: سوپرآلیاژها، شاخص جدایش باقیمانده، ضریب نفوذ، انرژی فعال سازی
  • نادر طاهری باغ، مهدی دیواندری*، محمد شاهمیری، مهدی اکبری فر صفحات 131-140
    روش ساندویچ اکسید/فلز/اکسید یکی از روش های بررسی اکسیداسیون دینامیک مذاب به شمار می رود. برای ‏تهیه نمونه های ساندویچ اکسید/فلز/اکسید حباب های هوا با فشار 8/0 اتمسفر به درون مذاب دمیده شدند و ‏محل برخورد آن ها مورد بررسی قرار گرفت. مشخصات فیلم های اکسیدی، شامل مورفولوژی و ضخامت، تحت ‏تاثیر مقادیر مختلف عنصر روی (سه، پنج و هفت درصد وزنی) با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی‎ ‎‏(‏SEM‏) و طیف سنجی انرژی اشعه ایکس (‏EDS‏) بررسی شد. مورفولوژی فیلم های اکسیدی تشکیل شده ‏در آلیاژها تفاوت چندانی نداشت اما با افزودن عنصر روی، ترک های بیشتر و مناطق تمرکز روی فیلم اکسیدی ‏یافت شدند. محدوده ضخامت فیلم اکسیدی برای آلیاژهای آلومینیم -روی از 95 نانومتر تا 1070 نانومتر ‏تخمین زده شد. با افزودن عنصر روی به مذاب آلومینیم تا مقدار سه درصد، ضخامت فیلم اکسیدی افزایش ‏یافته و با افزودن بیش از سه درصد، ضخامت فیلم  نسبت به مقدار سه درصد وزنی کاهش یافت. کاهش ‏ضخامت فیلم های  اکسیدی در مقادیر بیش از سه درصد وزنی عنصر روی، احتمالا نشان دهنده افزایش ‏مقاومت به اکسیداسیون در آلیاژهای آلومینیم-روی است‎.‎
    کلیدواژگان: آلیاژ آلومینیم-روی، اکسیداسیون دینامیک، مورفولوژی، ضخامت، فیلم اکسیدی
  • حسن ثقفیان لاریجانی*، سهیل نوایی، علی شریفی صفحات 141-150
    در تحقیق حاضر، رفتار سایشی نمونه هایی از جنس چدن نشکن با ساختار اولیه پرلیتی که تحت دو سیکل عملیات ‏حرارتی مختلف، سختی یکسان بدست ‏آوردند، مورد بررسی و مطالعه قرار گرفتند. بدین منظور، تعدادی از این نمونه ها پس از آستنیته ‏شدن در دمای ‏‎°C‎‏900به مدت 120 دقیقه، در دمای ‏‎°C‏ ‏‏290 در حمام نمک مذاب نگهداری و سپس در هوا سرد شدند. ‏بقیه ی نمونه ها پس از آستنیته شدن با شرایط مشابه، به طور مستقیم در محیط روغن سریع ‏سرد شده و سپس به مدت 75 ‏دقیقه در دمای ‏‎°C‎‏505 برگشت داده شدند. به منظور مقایسه رفتار سایشی نمونه های حاصل از دو سیکل یاد شده، از ‏روش ‏پین روی دیسک مطابق استاندارد ‏ASTM-G99‎‏ استفاده شد. در این آزمایش نمونه ها به صورت دیسک تهیه شدند و ‏تحت نیروهای 25 و 75 نیوتون و ‏با سرعت لغزش ثابت 08/0 متر بر ثانیه و برای مسافت 1000 متر در شرایط خشک، ‏توسط پین هایی از جنس فولاد 52100، ساییده شدند. در نتیجه ی ‏بررسی های انجام شده روی سطوح سایش، کاهش وزن ‏نمونه ها و ضرایب اصطکاک بدست آمده، مشاهده شد در نیروی کم (25 نیوتون)، نمونه ی سریع سرد ‏شده و برگشت داده ‏شده نسبت به نمونه ی آستمپر شده، از مقاومت سایشی بالاتری برخوردار است. در حالی که در نیروی زیاد (75 نیوتون)، ‏نمونه ی آستمپر ‏شده بر نمونه ی سریع سرد شده و برگشت داده شده برتری دارد.‏
    کلیدواژگان: چدن نشکن، آستمپرینگ، سریع سرد کردن و برگشت دادن، عملیات حرارتی، سایش
  • فائزه طاهری منش، بهمن کروجی*، محمدحسن دانشی فر صفحات 151-162
    خواص آلیاژهای هایپریوتکتیک Al-Si به اندازه و مورفولوژی سیلیسیم اولیه وابسته است. روش های گوناگونی برای بهینه سازی ساختار سیلیسیم اولیه استفاده می شوند که از آن جمله می-توان به فرایندهای نیمه جامد اشاره کرد. هم زدن مکانیکی یکی از انواع فرایندهای نیمه جامد است که در این پژوهش مورد استفاده قرار گرفت. این فرایند در مدت زمان 10 دقیقه و سرعت 1600 دور بر دقیقه در پنج دمای مختلف هم زدن به صورت هم دما انجام شد. بررسی های ریزساختاری نشان داد که افزایش دمای هم زدن موجب بهبود مورفولوژی و توزیع یکنواخت ذرات سیلیسیم اولیه می شود. شرایط بهینه برای اصلاح ساختار و توزیع ذرات سیلیسیم در دمای 660 درجه سانتی گراد، که بالاترین دمای هم زدن است، به دست آمد. با کاهش دمای هم زدن و افزایش کسر حجمی فاز جامد شده که میزان آگلومره شدن ذرات سیلیسیم اولیه بیش تر می شود. که این امر منجر به توزیع غیریکنواخت و درشت شدن بیش از اندازه ذرات سیلیسیم اولیه منجر شده است. هم چنین با مقایسه نمونه های حاصل از فرایند نیمه جامد و نمونه ریختگی مشاهده شد که مقدار سختی و مقاومت به سایش به دمای هم زدن، مورفولوژی و توزیع ذرات سیلیسیم اولیه وابسته است. افزایش سختی از 54 به 76 برینل و کاهش نرخ سایش از 0.0015 به 0.0008میلی متر مکعب بر متر با افزایش دمای هم زدن به دلیل بهبود مورفولوژی و توزیع یکنواخت ذرات سیلیسیم اولیه بود.
    کلیدواژگان: ذرات سیلیسیم اولیه، آلیاژهای آلومینیم - سیلیسیم، ریخته گری نیمه جامد، سختی، سایش
  • محسن سمیعی، یزدان شجری، سید حسین رضوی*، زهراسادات سید رئوفی صفحات 163-174
    در تحقیق حاضر، پره مستعمل توربین گازی پس از 80000 ساعت سرویس دهی مورد جوانسازی قرار گرفت. در این گزارش، اثر سرد کردن در نیتروژن مایع و عملیات سردکاری پس از دو مرحله انحلال کامل و ناقص مورد بررسی قرار گرفت. بررسی های ریزساختاری به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان داد که افزایش سرعت سرد کردن در انحلال کامل منجر به کاهش اندازه و درصد حجمی رسوبات γ´ پس از پیرسازی می گردد، در حالیکه اثر سردکاری در این مرحله کمتر از سرعت سرد کردن بود. اثر سرعت سرد کردن بالا در انحلال ناقص، کاهش کسر حجمی رسوبات پس از پیرسازی در مقایسه با اثر مشابه در انحلال کامل بود. سردکاری در انحلال ناقص کسر حجمی رسوبات ثانویه را افزایش و اندازه آنها را تا nm230 افزایش داد. نرخ سردکردن بالا از انحلال ناقص منجر به بیشینه سختی پس از پیرسازی و نرخ سرد کردن بالا از انحلال کامل منجر به کمینه سختتی پس از پیرسازی شد.
    کلیدواژگان: سردکاری، جوانسازی، پره مستعمل، سرعت سرد کردن، سختی
  • علیرضا سنجری، محمد معظمی گودرزی*، علیرضا خدابنده صفحات 175-185

    در تحقیق حاضر ریزساختار و خواص مکانیکی حاصل از انجماد جهت دار سوپرآلیاژ PWA 1483 در یک کوره بریجمن مطالعه شده است. بدین منظور نمونه هایی با قطر 13، 33 و 55 میلیمتر در سرعت های بیرون کشی 5/1 تا 5/4 میلیمتر بر دقیقه تولید و فاصله بین بازوهای دندریت های اولیه پس از متالوگرافی نمونه های ریخته شده تعیین شد. مورفولوژی و اندازه اجزاء مختلف ریزساختاری با استفاده از مطالعات میکروسکوپی الکترونی بررسی شد. خواص مکانیکی هر یک از نمونه های ریخته شده پس از عملیات پیرسازی و با استفاده از آزمون کشش گرم در دمای 850 درجه سانتیگراد ارزیابی شد. نتایج نشان داد که با افزایش سرعت بیرون کشی و کاهش قطر نمونه فاصله بین دندریت ها کاهش می یابد. ذرات گاما پرایم تشکیل شده در فضای بین دندریتی کوچکتر از رسوب های تشکیل شده در هسته دندریت بودند. استحکام کششی گرم نمونه های تولید شده با کاهش قطر نمونه و افزایش سرعت بیرون کشی افزایش یافت. علاوه بر این، کاهش قطر موجب افزایش انعطاف پذیری گرم نمونه های تولیدی شد. با این وجود، با تغییر سرعت بیرون کشی، تغییر محسوسی در انعطاف پذیری مشاهده نشد.

    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ PWA 1483، انجماد جهت دار، فاصله بازوهای دندریتی، اندازه رسوب های گاماپرایم، استحکام کششی گرم
|
  • Mohammad Javad Sohrabi, Hamed Mirzadeh * Pages 123-129
    Since the diffusion of alloying elements in nickel has been studied based on the diffusion couples and the presence of other alloying elements can alter the diffusion of a given element, there is need for a method for direct calculation of the diffusivities form the superalloys. In the present work, the as-cast microstructure of Inconel 718 superalloy was studied, where this microstructure was composed of austenitic dendrites that rejected alloying elements such as Nb, Mo, and Ti to the interdendritic regions. Moreover, the Laves phase/austenite eutectic structure and NbC and TiC phases were characterized in the interdendritic regions. Subsequently, the microsegregation of Nb, Mo, and Ti in the as-cast ingot and its amendment during homogenization heat treatment was studied. Based on the concept of residual segregation index, during homogenization treatment, the diffusivities and the corresponding activation energies for diffusion of these elements in the austenitic matrix were obtained. The activation energy for the interdiffusion of Nb, Mo, and Ti was determined as 232, 286, and 256 kJ/mol, respectively. The outcome of these calculations is important for the precipitation reactions, high-temperature creep, and thermomechanical processing of superalloys.
    Keywords: Superalloys, Residual segregation index, Diffusivity, Activation energy
  • Nader Taheri, Mehdi Divandari *, Mohammad Shahmiri, Mehdi Akbarifar Pages 131-140
    The oxide/metal/oxide sandwich method is one of the techniques for investigating the dynamic oxidation of the melt. For preparation of the oxide/metal/oxide sandwich samples air bubbles, with 0.8-atmosphere pressure, were blown into the melts and the intersection of the entrapped bubbles was taken for the study. The characteristics of surface oxide films in different amounts of zinc (3, 5, and 7 weight percent), including their morphology and thickness, were investigated by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). There was no significant difference in the morphology of oxide films in the investigated alloys. However, in higher Zn content, more cracks and locations of stress concentration were found on the oxide film. The thickness of the oxide films of Al-Zn alloys were estimated between 95 to 1070 nm. By adding zinc up to 3% wt., the thickness of the oxide film is increased while adding more than 3% zinc causes decrement in the thickness of the film. Reducing the thickness of oxide films is possibly an indication of the increase in oxidation resistance of the Al-Zn alloys
    Keywords: Al-Zn alloys, dynamic oxidation, morphology, thickness, Oxide film
  • Hassan Saghafian Larijani *, Soheil Navaei, Ali Sharifi Pages 141-150
    In this study, wear behavior of the pearlitic ductile cast iron samples with the same hardness achieved by applying two different ‎heat treatment cycles have been studied. A number of these samples after austenitzing at 900°C were quenched into a molten salt ‎bath of 290°C for holding time of 120 minutes followed by cooling in air. The rest of the samples after being austenitized under ‎the same conditions were quenched in oil and then were tempered in 505°C for 75 minutes. To compare wear behavior of the ‎aforementioned cast irons, the “pin on the disk” method based on the ASTM-G99 standard was used. In this method, the ‎samples were prepared in the form of disks and were worn by 52100 steel pins for a constant distance of 1000 meters and the ‎sliding speed of 0.08 m/s at the applied loads of 25 N and 75 N. Based on the results obtained from the wear surface ‎observations, mass reduction and friction coefficient measurements of the worn samples, it was revealed that at the lower ‎applied load, the quenched and then tempered samples exhibited a higher wear resistance comparing to the austempered samples. ‎Whereas at the higher applied load (75 N) the inverse result was achieved.‎
    Keywords: Ductile iron, Austempering, Quench, temper, Heat treatment, Wear
  • Faeze Taherimanesh, Bahman Korojy *, Mohammadhassan Daneshifar Pages 151-162
    Properties of hypereutectic Al-Si alloys depend on the size and morphology of primary Si particles. Different methods were developed to modify the morphology of primary Si particles including semi solid processes. In the present study, mechanical stirring, as a semi solid technique, was used to prepare the samples. Isothermal stirring was carried out for 10 minutes with 1600 rpm at five different temperatures. Microstructural analysis revealed that the morphology and distribution of the primary Si particles were by increasing the stirring temperature. The most prominent microstructure was achieved by stirring at 660C, the highest temperature used for stirring. With decreasing the stirring temperature, and increasing the solid fraction, the extent of agglomeration of primary Si particles increased. This in turn causes very large Si particles to form which distributed non-uniformly in the microstructure. It was also observed that the hardness of the stir cast samples depends on the stirring temperature, morphology and distribution of primary Si particles. By increasing the stirring temperature hardness increases from 54 to 76 HB and wear rate decreased from 0.0015 to 0.0008 mm3/m as a result of the refinement and uniform distribution of primary Si particles
    Keywords: Primary Si particles, Al-Si alloys, Semi-Solid Casting, Hardness, Wear
  • Mohsen Samiee, Yazdan Shajari, Seyed Hosein Razavi *, Zahra Sadat Seyedraoufi Pages 163-174
    In the present study, the service-exposed gas turbine blade was rejuvenated after 80000 hr of service. In this report, the effect of cooling on liquid nitrogen and cryogenic after two stages of solution (full and partial) was investigated. Microstructural studies by scanning electron microscopy (SEM) showed that increasing of the cooling rate in full solution resulted decrease in the size and percentage of volume fraction of γ´ precipitates after aging. whereas the cryogenic effect at full solution stage was less than the cooling rate. The effect of high cooling rate on partial solution was a decrease in γ´ precipitates volume fraction after aging compared to similar effect on full solution stage. Cryogenic treatment after partial solution increased the secondary γ´ precipitates volume fraction and size till 230 nm. High cooling rate of partial solution resulted in the maximum of hardness after aging and high cooling rate of full solution resulted in minimum of hardness after aging.
    Keywords: cryogenic, Rejuvenation, Exposed Blade, cooling rate, Hardness
  • Alireza Sanjari, Mohammad Moazami Goudarzi *, Alireza Khodabandeh Pages 175-185

    Microstructure and mechanical properties of a PWA 1483 superalloy directionally solidified in a Bridgman furnace are investigated. The effects of sample diameter, i.e. 13, 33 and 55 mm, and withdrawal rate, i.e. 1.5, 3 and 4.5 mm/min, on primary dendrite arm spacing were evaluated using standard metallographic techniques. Morphology and size of different microstructural constituents were studied by the scanning electron microscopy. Hot tensile tests at 850 °C was utilized to evaluate the mechanical properties of the heat treated samples. While primary dendrite arm spacing decreased with increasing withdrawal rate, it increased with increasing sample diameter. The cubic gamma prime precipitates formed in the interdendritic region were smaller than those formed in the dendrite core. The hot tensile strength of aged samples increased with reduced sample diameter and increased withdrawal rate. In addition, the reduction of sample diameter resulted in increasing of the hot ductility. However, the tensile ductility did not change significantly with the withdrawal rate.

    Keywords: PWA 1483 superalloy, Directional Solidification, Dendrite arm spacing, Gamma prime precipitates, hot tensile strength