فهرست مطالب

پژوهشنامه ریخته گری - سال سوم شماره 4 (پیاپی 11، زمستان 1398)

پژوهشنامه ریخته گری
سال سوم شماره 4 (پیاپی 11، زمستان 1398)

  • تاریخ انتشار: 1399/08/03
  • تعداد عناوین: 6
|
  • علیرضا میرک*، احمد کرمانپور صفحات 187-199
    سوپرآلیاژ پایه نیکل ‏CMSX-4‎‏ بعنوان یکی از آلیاژهای نسل دوم تک کریستال، از دهه 1990 میلادی در توربین های گازی ‏مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. نمونه ها در این پژوهش از شمش ریختگی سوپرآلیاژ ‏CMSX-4‎‏ که توسط روش ‏VIM‏ ‏و ‏VAR‏ ساخته شده بود استفاده شد. کروت های تک کریستال سوپرآلیاژ فوق توسط فرایند انجماد جهت دار در کوره خلا به ‏روش بریجمن ساخته شدند. سپس نمونه ها تحت عملیات حرارتی حل سازی و پیر سختی یکسان قرار گرفتند. ریز ساختار ‏ریختگی سوپرآلیاژ تک کریستال شامل دندریت های جهت یافته در جهت رشد ترجیحی (001) به همراه مقداری فاز ‏یوتکتیک ׳γ/γ است. در شرایط عملیات حرارتی، ریزساختار تک کریستال‏ شامل فازهای منظم مکعبی ׳γ در زمینه آستنیتی به ‏همراه مقدار کمی کاربید است. مشخصه یابی میزان انحراف از جهت مرجح رشد دندریت توسط دو روش لاوه و ‏RO-XRD‏ ‏حدود 7 درجه اندازه گیری شد. استحکام کششی نمونه های عملیات حرارتی شده در شرایط دمای محیط و دمای 870 درجه ‏سانتیگراد به ترتیب برای ساختار ریختگی پلی کریستال ‏MPa‏ 1162 و 392 و برای نمونه تک کریستال ‏‎ MPa‏1166 و 1163 ‏بدست آمد. مشاهدات تصاویر SEM نشان داد که افزایش استحکام گرم سوپرآلیاژ تک کربستال به واسطه حذف مرز دانه و تغییر مورفولوژی ׳γ در دمای بالا است.  ‏
    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ پایه نیکل CMSX-4، انجماد تک کریستال، عملیات حرارتی پیرسختی، استحکام کششی گرم
  • مسعود خانی، غلامرضا ابراهیمی*، حمیدرضا عزت پور صفحات 201-216

    نانو بیو کامپوزیت هیبریدی با زمینه آلیاژ منیزیم) %Mg-0.5Ca-0.8Mn (wt تقویت شده با 2درصد وزنی نانو ذرات فلویور آپاتیت (FA) و 3/0 درصد وزنی نانو صفحات گرافن (GNPs) توسط فرآیند ریخته گری هم زن مکانیکی تولید و به منظور از بین رفتن حفرات ناشی از ریخته گری تحت فرآیند جدید ریخته گری تحت فشار آرگون باز ذوب شد. خواص مکانیکی از قبیل استحکام کششی توسط آزمایش کشش و خواص خوردگی توسط آزمایش الکتروشیمیایی، امپدانس و آزادسازی هیدروژن در محلول شبیه سازی محیط بدن مورد بررسی قرار گرفت. تغییرات ریزساختاری شامل پراکنش ذرات تقویت کننده و اندازه ی دانه ها با کمک میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترون روبشی مطالعه شد. نتایج حاصل نشان می دهد که استحکام کششی نهایی کامپوزیت 27 درصد بیشتر از آلیاژ پایه است و جریان خوردگی کامپوزیت 60 درصد کاهش نسبت به آلیاژ پایه یافته است. بررسی های ریزساختاری بیانگر کاهش اندازه دانه کامپوزیت (µm 175) نسبت به آلیاژ پایه (µm 448) است و تصاویر میکروسکوپ الکترون روبشی شکل گیری داربست گرافنی که دارای تاثیر مثبت در خواص مکانیکی و خوردگی است را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: نانوبیوکامپوزیت، کامپوزیت هیبریدی، فلوئور آپاتیت، گرافن، خوردگی
  • لیلا حسامی، رضا تقی ابادی* صفحات 217-227
    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.
    کلیدواژگان: کامپوزیت، Al-15Mg2Si، مس، بهسازی شیمیایی، اندیس کیفیت
  • احسان دست باز، روح الله توکلی* صفحات 229-236

    در فرآیند ساخت افزایشی فلزات توانایی پیش بینی و کنترل ریزساختار، می تواند نیاز به عملیات حرارتی متعاقب را کاهش داده و فرآیند کیفیت سنجی قطعه ساخته شده را سرعت بخشد. توانایی پیش بینی و کنترل ریزساختار مواد در روش رسوب دهی با لیزر نیاز به درک شرایط حرارتی طی فرایند انجماد دارد. به این منظور، در این تحقیق ارتباط میان نرخ سرد شدن و شیب دما حین انجماد موضعی، و پارامترهای کنترلی فرآیند رسوب دهی لیزر مانند توان، شعاع پرتو و سرعت اسکن لیزر، مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور در قسمت اول پروژه نرخ سرمایش و شیب حرارتی در خلال انجماد به صورت عددی با حل معادله انتقال حرارت مربوطه به کمک روش اجزای محدود محاسبه شد و سپس نتایج حاصل شامل پارامترهای انجمادی ذکرشده روی نقشه انجمادی آلیاژ Ti6-Al4-V  جهت پیش بینی ریزساختار انجمادی تصویر شد. نتایج این تحقیق نشان داد که تغییرات توان، شعاع و سرعت اسکن پرتو لیزر، بسته به شرایط فرایند می تواند تاثیر قابل توجهی بروی نرخ سرد شدن و شیب دمایی حین فرآیند انجماد داشته باشد، بطوریکه با کاهش توان، افزایش سرعت اسکن و افزایش شعاع پرتوی لیزر، مورفولوژی دانه ها می تواند از حالت ستونی به حالت مخلوط (ترکیب ستونی و هم محور) و کاملا هم محور تغییر یابد.

    کلیدواژگان: ساخت افزایشی، ریزساختار، اجزاء محدود، ذوب انتخابی از طریق لیزر، شبیه سازی انجماد
  • سید صدرا یوسفی بناب، حسین آقاجانی*، سید رضا دامادی، گلناز ناصری آذری، میرسعید صفایی صفحات 237-245

    ریخته گری آلیاژهای منیزیوم با استحکام بالا همواره مد نظر محققان بوده است. به همین منظور می توان در ریخته گری آلیاژ QE22 با افزودن مقداری نقره به جای زیرکونیم خواص آلیاژ را بهبود داد. لذا، در این پژوهش ابتدا شبیه سازی ترمودینامیکی توسط نرم افزار Thermo Calc. AB برای ریخته گری آلیاژ QE22 حاوی نقره انجام شد. سپس به منظور آلیاژسازی، منیزیم خالص تجاری در دمای 740 درجه سانتی گراد و اتمسفر آرگون ذوب و آمیژان Mg-30Zr به مذاب اضافه شد. سپس نقره و فلزات قلیایی به مذاب اضافه شد. 15 دقیقه بعد از همگن شدن، مذاب بوسلیه دستگاه ریخته گری کم فشار ریخته‫گری شد. از میکروسکوپ های نوری و روبشی الکترونی و دستگاه XRD برای مطالعات ریزساختاری و فازی استفاده شده است. همه نمونه ها تحت عملیات حرارتی T6 قرار گرفتند (حرارت دیدن به مدت 6 ساعت در دمای 525 درجه سانتی گراد، کوینچ در آب شدند و پیرسازی در دمای 200 درجه سانتی گراد). سختی سنجی به روش برینل انجام گرفت. آنالیزها نشان داد آلیاژ حاوی 24/2‎٪ درصد وزنی نقره،52/1‎٪ درصد وزنی عناصر قلیایی و 55/0‎٪ درصد وزنی زیرکونیم است. نتایج حاصل از نرم افزار CLEMEX نشان داد 93±1‎٪ ساختار توسط زمینه شامل 98‎٪ درصد منیزیم اشغال شده و رسوبات یوتکتیک α در داخل دندریت‫ها پراکنده شده است. نتایج آنالیز EDS نشان داد که برخلاف زیرکونیم، نقره و فلزات قلیایی انحلال قابل توجهی در فاز زمینه دارند. در نهایت با عملیات حرارتی محلول سازی و پیر سازی سختی آلیاژ از 43 تا 48 برینل افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: آلیاژ Mg-Ag-Ce-Zr -QE22، ریخته گری، ترکیب شیمیایی، ریزساختار‬‬، سختی
  • عباس عباسیان*، علی داودی صفحات 247-257
    در این مقاله اثر عملیات حرارتی بر ریزساختار، سختی و میکروسختی آلیاژ برنز-آلومینیم-نیکل (C95500) بررسی شده است. آلیاژ در چرخه های دمایی متفاوتی شامل کویینچ، نرماله، پیرسازی و آنیل، عملیات حرارتی شدند. ریزساختار نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ های نوری مجهز به آنالیز تصویر و الکترونی روبشی  و همچنین نرم افزار Image J جهت مشاهده درصد فازها مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. سختی آلیاژ عملیات حرارتی شده و هم چنین میکروسختی هر فاز و مقایسه آن ها با یکدیگر و تاثیر فازها بر سختی کلی نمونه ها مورد ارزیابی و آزمایش قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که نمونه ریختگی شامل فازهای ki، kii، kiii، kiv، α وβ است. عملیات حرارتی پیرسازی باعث به وجود آمدن فازهای k، کوینچ باعث ایجاد فاز 'β هم چنین نرماله نیز باعث ایجاد فاز α ویدمنشتاتن خواهد بود. در نمونه های کویینچ و سپس پیرسازی شده با افزایش فازهای سخت 'β و  (یا δ) همراه است، افزایش این دو فاز در آلیاژ باعث بهبود خواص سختی می شود. هم چنین حضور فاز سخت α ویدمنشتاتن در زمینه به شدت باعث افزایش سختی می شود.
    کلیدواژگان: عملیات حرارتی، ریزساختار، آلیاژ برنز آلومینیم نیکل
|
  • Mirak Alireza *, Ahmad Kermanpur Pages 187-199
    Ni-base super alloy CMSX-4, as the 2nd generation of single crystal alloys, had been used since ‎‎1990 in different gas turbine blades. In this research, the samples were prepared from poly ‎crystal ingot alloy which was made with VIM and VAR techniques. The carrot of a single ‎crystal super alloy was made by Bridgman furnace. After casting the same solution and aging ‎treatment were carried out. The cast microstructure of the single crystal super alloy consists of many ‎directed dendrites toward (001) direction with some eutectic phase and a few amounts of ‎carbides. In heat-treated microstructure, all of the γ phases ordered as the cubic shape. The ‎misorientation was determined in order of 6 to 7 degrees by laue and RO-XRD techniques. ‎The tensile strength of CMSX-4 alloy was determined at the temperature of 25 and 870 °C. ‎The results showed that the UTS was 1060 and 390 MPa respectively for polycrystalline and ‎single crystal were 1066 and 1163 MPa. SEM observations confirmed that these behaviors ‎were affected due to grain boundaries and the precipitation’s morphology at high ‎temperatures. ‎
    Keywords: Ni-Base super alloy CMSX-4, Single crystal solidification, Ageing treatment, hot tensile strength
  • Masood Khani, Gholamreza Ebrahimi *, Hamidreza Ezatpour Pages 201-216

    Hybrid nano-biocomposite of Mg-0.5Ca-0.8Mn (wt%) magnesium alloy reinforced by 2 wt% fluorapatite (FA) nanoparticles and 0.3 wt% graphene nanoplates (GNPs) were prepared via mechanical stir casting process. In order to eliminate the casting defects, remelting process was carried out under argon atmosphere. Mechanical and biocorrosion properties were investigated by tensile testing and electrochemical impedance spectroscopy in simulated body fluid (SBF) solution, respectively. Microstructural development including the size and distribution of the reinforcement particles, and matrix grain size were studied by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). Mechanical test results revealed an increase of 27% in the ultimate tensile strength. Biocorrosion behavior approved the lower corrosion rate of the composite samples in comparison with unreinforced alloy. Optical micrographs confirmed the effect of reinforcement particles on twinning formation and reduction of composite grain size (175 μm) compared to that of unreinforced alloy (484 μm). SEM observations exhibited the formation of graphene scaffolds and their positive effect on the mechanical and biocorrosion properties.

    Keywords: Nano-biocomposites, Hybrid nano-composite, Fluorapatite, graphene, corrosion
  • Leila Hesami, Reza Taghiabadi * Pages 217-227
    In-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
  • Ehsan Dastbaz, Rouhollah Tavakoli * Pages 229-236

    The prediction and control of solidification induced microstructure is an important issue during the product/process design stage in the selective laser melting additive manufacturing. It helps to avoid undesirable microstructures and possibly additional required post heat treatment, consequently improving the quality of manufactured parts. However, the direct numerical simulation of microstructure formation in this process is computationally very expensive, even by employing the state-of-the-art available computational resources. In the present study, an indirect approach based on empirical law is employed to predict the solidification microstructure. For this purpose, the macro-scale nonlinear heat equation include phase change effect is solved using the conventional finite element method and the local cooling rate and thermal gradient within the freezing interval is computed accordingly for Ti6-Al4-V alloy. Then, this information is projected on the empirical solidification microstructure map of this alloy to predict local microstructure, and the effects of process parameters like the laser power, laser effective radius (laser focus), scanning speed and scanning strategy on the solidification microstructure are investigated. According to the results, by decreasing the laser power, increasing the effective laser radius and laser scanning speed, the resulted grains morphologies can be varied gradually from the columnar to mixed columnar and equiaxed and completely equiaxed microstructures.

    Keywords: Additive Manufacturing, Microstructure, ‎ Selective laser melting, ‎ Simulation, Solidification
  • Seyyed Sadra Yousefi Bonab, Hossein Aghajani *, Seyyed Reza Damadi, Golnaz Naseri Azari, MirSaeed Safaei Pages 237-245

    Casting of high strength Mg alloys has been considered in researchers studies. For this purpose, by addition of Ag instead of Zr, properties of the alloy can be modified. Thus, in this research, at the first thermodynamically simulation was done by the use of Thermo Calc. AB software, Then, for preparation of the alloy, pure commercial magnesium was melted under argon atmosphere at 740 oC. Then, Mg-30Zr master alloy was added to molten metal. Subsequently, silver and alkali elements were added to molten metal. After homogenizing for 15 minutes, molten metal was poured using a low pressure casting machine. In order to study the micro structural and phase studies, optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM) and X-Ray diffraction apparatus was used. All the samples were T6 heat treated (solution treatment for 6 hours at 525 oC, quench in water and aged at 200 0C). Hardness measurements carried out using Brinell indenter. Analyses illustrated existing of 2.24 wt% Ag, 1.52 wt% alkali, and 0.55 wt% zirconium in the alloy. Clemex results showed that 93±1% of matrix structure is composed from 98% Mg metal and alfa eutectic precipitations are distributed within dendrites. EDS results showed that unlike zirconium, silver and alkali metals have remarkably dissolved in matrix phase. Finally hardness of alloy increased from 43 to 48 HB by solution and aging heat treatment.

    Keywords: QE22 Mg-Ag-Ce-Zr alloy, Casting, Hardness, Chemical composition, Microstructure
  • Abbas Abbasian *, Ali Davodi Pages 247-257
    In this paper, the effect of heat treatment on the microstructure behavior and hardness of aluminum nickel bronze alloy (C95500) are investigated. The alloys were heat treated in different heat treatment cycles including quenching, normalization, aging and annealing. The microstructure of the samples studied using light microscopy (OM) and Scanning Electron Microscopy (SEM) and Image J software to observe the percentage of phases in the structure. The hardness properties of the heat treated alloys as well as the microstructural micro hardness were evaluated and tested for the hardness of each phase and their comparison with each other and the effect of the phases on the overall hardness of the samples. The results show that the quenched samples and then aged are associated with increasing hard phases 'β and γ_2 (or δ), increasing these two phases in the alloy improves the hardness properties. The α-Widmanstätten phase is also a hard phase according to the micro hardening results, which increases it increasing hardness in the field. It should be noted that the formation of each of the phases in the microstructure will be subject to the heat treatment required to create that phase, such that aging causes the k-phase, the quenching to create the β phase as well as the normalize to the α-Widmanstätten phase.
    Keywords: Heat treatment, ‎Microstructure, ‎Nickel aluminum bronze alloy