فهرست مطالب

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد - پیاپی 55 (زمستان 1399)

نشریه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
پیاپی 55 (زمستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/10/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سید امین کفائی، حامد ثابت*، محسن قنبری صفحات 1-23
    در پژوهش حاضر اثر متغیرهای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی فلز آلومینیوم 6061 با استفاده از لایه واسط و بدون لایه واسط انجام شده است. پس از انجام فرآیند جوشکاری، آزمون های میکرو سختی، کشش و بررسی ریزساختار با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. در بین نمونه های جوشکاری شده با لایه های واسط آلومینیوم 4043، 5556 و 2024 و بدون لایه واسط، نمونه جوشکاری شده با نسبت سرعت دورانی به خطی 25 دور بر میلی متر (سرعت دورانی 1250 دور بر دقیقه و سرعت خطی 50 میلی متر بر دقیقه) با لایه واسط آلومینیوم 2024 دارای بیشترین استحکام کششی به مقدار 192 مگاپاسکال و دارای بیشترین سختی با مقدار 154 ویکرز بود. کمترین استحکام کششی مربوط به نمونه جوشکاری شده با لایه واسط آلومینیوم 4043 با نسبت سرعت دورانی به خطی 25 دور بر میلی متر (سرعت دورانی 800 دور بر دقیقه و سرعت خطی 5/31 میلی متر بر دقیقه) به مقدار 166 مگاپاسکال بوده و با 96 ویکرز نیز دارای کمترین میزان سختی در قسمت دکمه جوش در بین تمامی نمونه ها بود. بررسی ریزساختاری نیز نشان دهنده درشت بودن دانه ها در نمونه های جوشکاری شده با لایه واسط و بدون لایه واسط با نسبت سرعت دورانی به خطی 32 دور بر میلی متر به نسبت بقیه نمونه ها بود. نمونه جوشکاری شده با لایه واسط آلومینیوم 4043 و در نسبت سرعت دورانی به خطی 25 دور بر میلی متر بر دقیقه دارای ریزترین اندازه دانه به مقدار 9 میکرومتر در بین نمونه های جوشکاری شده با لایه واسط بود. نتایج آزمون ها نشان می دهد استفاده از آلومینیوم 5556 و 2024 به عنوان لایه واسط باعث بهبود خواص مکانیکی ناحیه اتصال گردیده است.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، آلومینیوم 6061، لایه واسط
  • محمدعلی صفرخانیان* صفحات 25-39

    فرآیند جوشکاری اصطکاکی اختلاطی، روش اتصال حالت جامدی است که بسیاری از عیوب رایج در روش های ذوبی را ندارد. در این فرآیند برای ایجاد جوش بهینه باید پارامترهای مختلف جوشکاری از جمله هندسه ابزار، سرعت دورانی و سرعت پیش روی بهینه گردد. هدف از پژوهش حاضر بررسی اثر سرعت دورانی جوشکاری اصطکاکی اختلاطی بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال لبه روی هم آلیاژ 5456AA در حالت دوار است. بدین منظور، نمونه ها با سرعت های دورانی 300، 500، 700 و 900 دور بر دقیقه و سرعت جوشکاری 45 میلی متر بر دقیقه جوشکاری شدند. به طوری که ورق کارسرد شده 321H با ضخامت 5 میلی متر بر لوله ی آنیل شده به ضخامت 5/2 میلی متر در حالت Lap joint قرار داده شدند. در ابتدا درشت ساختار و ریزساختار مقطع جوش توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترون روبشی مورد بررسی قرار گرفت. سپس پروفیل سختی و آزمون کشش نمونه ها به دست آمد و با یکدیگر مقایسه گردید. در نهایت سطح مقطع شکست برای تعدادی از نمونه ها، توسط میکروسکوپ الکترون روبشی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بررسی های درشت ساختاری و ریزساختاری نشان می دهد که افزایش سرعت دورانی سبب افزایش سیلان عمودی مواد، ارتفاع عیب هوک و اندازه دانه در دکمه جوش و همچنین ریز شدن رسوبات می گردد و بالعکس. با افزایش سرعت دورانی سختی جوش کاهش ولی عرض ناحیه جوش افزایش می یابد. بر اساس نتایج، نمونه جوشکاری شده با سرعت دورانی 700 دور بر دقیقه دارای جوش بسیار تمیز و بدون عیب است که در آزمون کشش از فلز پایه شکسته می شود.

    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اختلاطی لبه روی هم آلیاژ آلومینیم AA5456، سرعت دورانی ابزار، خواص مکانیکی، ریزساختار
  • مهدی محمودی نیا، امیرحسین کوکبی، مسعود گودرزی* صفحات 41-51

    در تحقیق حاضر، به بررسی اثر متغیر سرعت پیشروی بر ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال فولاد دوفازی DP700 جوشکاری شده به روش اصطکاکی همزدنی پرداخته شده است. جوشکاری در سرعت دورانی rpm 800 و سرعت های پیشروی 50 و mm/min 100 انجام شد. بررسی های ریزساختاری توسط میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی و ارزیابی خواص مکانیکی توسط آزمون های سختی سنجی و کشش صورت گرفت. نتایج ریزساختاری نشان داد منطقه همزده شامل فازهای بینیت، فریت سوزنی و فریت پلی گونال است. همچنین مشخص شد که منطقه متاثر از حرارت، با توجه به پیک دمایی در قسمت های مختلف، به سه ناحیه درونی (پیک دمایی بالاتر از دمای بحرانی Ac3)، ناحیه میانی (پیک دمایی بین دماهای بحرانی Ac1 و Ac3) و ناحیه بیرونی (پیک دمایی کمتر از دمای بحرانی Ac1) قابل تفکیک است. همچنین مشخص شد که در ناحیه متاثر از حرارت بیرونی فاز مارتنزیت تمپر شده و شدت تمپر در این منطقه با افزایش سرعت پیشروی ابزار، به دلیل کاهش نرخ حرارت ورودی، کم می شود. بررسی های سختی سنجی نشان داد که افت سختی در منطقه نرم شده با افزایش سرعت پیشروی از 28 به 20 ویکرز کاهش پیدا می کند. بیشترین سختی اتصال مربوط به منطقه همزده بود که افزایش سرعت پیشروی مقدار متوسط آن از 345 به 375 ویکرز افزایش یافت. نتایج آزمون کشش نشان داد که استحکام نهایی اتصالات ایجاد شده کمتر از فلز پایه (MPa723) می باشد و با افزایش سرعت پیشروی از 662 به MPa671 افزایش می یابد. همچنین مشاهده شد که افزایش سرعت پیشروی از 50 به mm/min100 باعث بهبود 6/2% ازدیاد طول می شود.

    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی همزدنی، فولاد دوفازی فریتی، مارتنزیتی، تمپرشدن مارتنزیت، خواص کششی
  • پژمان زمانی مقدم*، رضا قاسمی، بهناز سعیدی، حمید دهاقین، فرهاد شهریاری، محمود معماری صفحات 53-63
    ایجاد ترکیب سرمتی Cr3C2-NiCr توسط فرایند پاشش سوخت-اکسیژن سرعت بالا (HVOF) منجر به انحلال بخشی از فازهای Cr3C2 در آلیاژ NiCr و افت سختی و مدول الاستیک پوشش می شود. در این تحقیق، پودر Cr3C2-25wt% (Ni-20Cr) توسط فرایند HVOF روی زیرلایه هایی از جنس سوپر آلیاژ Hastelloy X اعمال شدند. تاثیر عملیات حرارتی بر بازیابی فاز Cr3C2و بهبود سختی و مدول الاستیک پوشش مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، بررسی ریزساختاری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی و بررسی ترکیب فازی توسط آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD) روی پوشش قبل و بعد از عملیات حرارتی انجام شد. آنالیز تصاویر میکروسکوپی الکترونی برگشتی نشان داد که طی عملیات حرارتی تا 11 درصد فازهای کاربیدی حل شده در آلیاژ NiCr بازیابی می شوند. در الگوهای XRD پوشش عملیات حرارتی شده، نواحی آمورف محو شدند و پیک های NiCr باریک و با شدت بیشتری در الگوی فاز زمینه مشاهده شدند. همچنین سختی و مدول الاستیک پوشش پس از عملیات حرارتی به ترتیب به میزان HV0.3 156 و  GPa98 افزایش یافت.
    کلیدواژگان: Cr3C2-NiCr، عملیات حرارتی، ریزساختار، ترکیب فازی، خواص مکانیکی
  • مینا افضلی گروه، مرتضی زند رحیمی*، هادی ابراهیمی فر صفحات 65-76
    یکی از بهترین روش های موثر برای بهبود مقاومت به سایش و سختی فولادهای زنگ نزن اعمال پوشش های سطحی است. از جمله این پوشش ها، پوشش های آلیاژی و کامپوزیتی پایه نیکل هستند. در این تحقیق، پوشش کامپوزیتی نیکل- فسفر- اکسیدتیتانیوم با استفاده از روش آبکاری الکتریکی بر روی فولاد زنگ نزن AISI 430 ایجاد شد. تاثیر pH آبکاری (3، 5/3 و 4) بر روی میکروساختار و میکروسختی و رفتار سایشی آن ها مورد بررسی قرار گرفت. به منظور تعیین فازهای موجود و محاسبه اندازه دانه، از روش آنالیز پرتو ایکس (XRD) استفاده شد. مشخصه یابی پوشش به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) صورت پذیرفت. میکروسختی نمونه های بدون پوشش و پوشش دار توسط دستگاه ریزسختی سنج ویکرز اندازه گیری شد. همچنین مقاومت سایشی نمونه های بدون پوشش و پوشش داده شده با کامپوزیت نیکل- فسفر- اکسیدتیتانیوم با استفاده از آزمون پین بر روی دیسک بررسی شد. نتایج آنالیز پرتو ایکس نشان داد که افزایش pH باعث افزایش اندازه دانه ها می شود. همچنین نتایج آزمون میکروسختی و پین بر روی دیسک نشان داد افزایش pH موجب کاهش میکروسختی و مقاومت سایشی می شود. بیشترین سختی (18/618 ویکرز) مربوط به پوشش ایجاد شده در 3pH=، با غلظت gr/L 40TiO2= بود. همچنین بیشترین مقاومت به سایش و کمترین کاهش وزن (mg15/0) نیز مربوط به همین پوشش بود.
    کلیدواژگان: آبکاری الکتریکی، پوشش Ni-P-TiO2، میکروسختی، مقاومت سایشی، pH
  • سعید تقی رمضانی، ضیاء والفی*، ناصر احسانی صفحات 77-90

    در این تحقیق ابتدا پوشش سپرحرارتی NiCrAlY/YSZ با روش پاشش پلاسمایی اعمال و سپس یک لایه سد نفوذی آلومینا با دو فرایند پاشش پلاسمایی محلول پیش ماده و پاشش شعله ای محلول پیش ماده بر روی YSZ لایه نشانی شد. آزمون های اکسیداسیون دما بالا و شوک حرارتی در دمای C 1100 انجام گرفتند. مشخصه های ساختاری پوشش ها با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) بررسی شدند. مقایسه ی ساختاری نمونه ها نشان داد که اعمال پوشش آلومینا با فرایند پاشش شعله ای محلول پیش ماده سبب افزایش خواص حرارتی پوشش ها می شود. خواص اکسیداسیون دمای بالا و مقاومت در برابر شوک حرارتی پوشش های YSZ/Al2O3 با آلومینای ایجادشده به روش پاشش حرارتی محلول پیش ماده با ترکیب مشابه مورد بررسی قرار گرفت. یافته ها نشان دادند که اعمال آلومینا به روش پاشش شعله ای محلول پیش ماده منجر به افزایش مقدار اسپلت های تشکیل شده می شود که تماس مناسب بین اسپلت ها، سبب کاهش نفوذ مولکول های اکسیژن می شود که در جهت کاهش ضخامت لایه TGO و همچنین افزایش مقاومت در برابر شوک حرارتی عمل می کند.

    کلیدواژگان: پوشش سپرحرارتی، سد نفوذی آلومینا، پاشش حرارتی محلول پیش ماده، اکسیداسیون دما بالا، شوک حرارتی
  • نوید احمدی زاده، پوریا نجفی سیار* صفحات 91-102
    در این تحقیق پوشش سریم اکسید به روش رسوب دهی الکتروشیمیایی بر روی زیرلایه مس ایجاد شد. تاثیر دانسیته جریان اعمالی بر مورفولوژی، ساختار کریستالی، شیمی سطح، زبری سطح و رفتار ترشوندگی پوشش ها به ترتیب به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی، آزمون تفرق اشعه ایکس، طیف سنجی تبدیل فوریه اشعه مادون قرمز، میکروسکوپ نیروی اتمی و اندازه گیری زاویه تماس آب بر روی پوشش ها بررسی شدند. نتایج حاصل نشان دادند که با افزایش دانسیته جریان اعمالی پوشش هایی ضخیم تر با میزان ترک سطحی و زبری بیشتر تولید می شوند. همچنین صفحات کریستالی (002) در پوشش های تولید شده در دانسیته جریان های کمتر، رشد بیشتری داشتند و این پوشش ها دارای اندازه بلور بزرگ تری بودند. با اعمال دانسیته جریان های بیشتر، رفتار آبدوستی پوشش های سریا بیشتر شد. اگرچه در ابتدا پوشش های سریا رفتاری آبدوست داشتند اما پس از قرار گرفتن در معرض هوا و جذب هیدروکربن آبگریز شدند. پوشش های ساخته شده در دانسیته جریان های بالاتر میزان جذب هیدروکربن بیشتری از خود نشان دادند.
    کلیدواژگان: رسوب دهی الکتروشیمیایی، سریم اکسید، آبگریزی، جذب هیدروکربن
|
  • Seyed Amin Kafaei, Hamed Sabet *, Mohsen Ghanbari Pages 1-23
    In the current research, the effect of Parameters on friction stir welding of aluminum 6061 metal is carried out using with and without an interlayer. After the welding process, microscopic tests, traction and microscopic examination were performed using optical microscope and scanning electron microscope. Among the welded samples with 4043, 5556, and 2024 aluminum interlayers and without interlayer, the welded specimen with a rotational speed of 1250 rpm and a linear velocity of 50 mm / min with an aluminum interlayer of 2024 has the highest tensile strength 192 MPa and has the most hardness of 154 Vickers. The minimum tensile strength of the welded specimen with the aluminum 4043 as an interlayer at the rotational speed of 800 rpm and the linear velocity of 31.5 mm / min is 166 MPa, and with 96 wickers, it also has the least hardness in the weld button in between All samples were. The microstructure study also showed the larger grain size in the welded samples with the interlayer and without interlayer, with a rotational to linear ratio of 32 rpm as compared to the rest of the specimens. The sample was welded to the aluminum with interlayer of 4043 at a speed of 800 rpm and a linear speed of 31.5 mm / min with the smallest grain size of 9 μm in the samples welded to the interlayer. The results of the tests show that the use of aluminum 5556 and 2024 as an interlayer improves the mechanical properties of the bonding zone.
    Keywords: Friction Stir Welding, Aluminum 6061, Interlayer
  • MohamadAli Safarkhanian * Pages 25-39

    Friction stir welding process is solid state welding method that does not have many common defects in fusion methods. In this method for creating optimum weld, some parameters should be optimized, such as welding tool geometry, rotational speed and travel speed. The aim of this study was to investigate the effect of rotational speed on microstructure and mechanical properties of friction stir lap welding AA5456 in rotary state to optimize the parameter values. For this purpose, Welding process was performed in rotating state, rotating tool was plunged from the cold-worked tube (AA 5456-H321 with 5 mm thickness) surface into the surface of Annealed tube (AA 5456-O with 2.5 mm thickness) and lap joints were produced by rotational speeds of 300, 500, 700 and 900 rpm and welding speed of 45 mm/min. Macro and microstructure of weld cross sections by optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) were studied. Then the hardness profile and tensile shear test were obtained and compared to another. Finally the fracture surfaces of some samples were examined by using a scanning electron microscope (SEM). The Macro and microstructure results show that increasing of rotation speed, increases the vertical flow of material, the height of hook as well as fine-grained sediments in the nugget zone. Increasing the rotational speed, decreases hardness of weld nugget. The results of tensile shear test show that the welding parameter of (700 rpm- 45 mm/min) is the optimal combination of parameters in this study.

    Keywords: Friction Stir Lap Welding, AA5456 Aluminium Alloy, Rotational Speed, Microstructure, Mechanical Properties
  • Mahdi Mahmoudiniya, AmirHossein Kokabi, Massoud Goodarzi * Pages 41-51

    In present research, the effect of tool transverse speed on the microstructure and mechanical properties of friction stir welded DP700 dual-phase steel has been studied. Welding process conducted at a rotational speed of 800 rpm and tool transverse speeds of 50 and 100 mm/min. Optical and scanning electron microscopy were used for microstructural examinations, and mechanical properties were evaluated using microhardness measurements and tensile test. Microstructural investigation revealed that the stir zone consists of bainite, acicular ferrite and polygonal ferrite. It was also revealed that the heat-affected zone (HAZ), based on the peak temperature (Tp), can be subdivided into three different regions: 1) inner HAZ, where Tp is higher than Ac3, 2) Middle HAZ, where Tp lies between Ac1 and Ac3, 3) Outer HAZ in which Tp is lower than Ac1. It was also found that the martensite phase tempers in OHAZ and the degree of tempering decreases with the increment of tool transverse speed. This results confirmed by microhardness measurements where the hardness reduction of the softened zone decreased from 28 to 20HV with an increment of tool transverse speed. The highest hardness of the joints corresponded to the stir zone, and its value increased from 345 to 375HV with rising tool transverse speed. Tensile test results showed that the ultimate strength of the joints was lower than the base metal (723MPa) and it increases from 662 to 671MPa with rising tool transverse speed. It was also revealed that increasing transverse speed improves the total elongation by 2.6%.

    Keywords: Friction Stir Welding (FSW), Ferrite-Martensite Dual-Phase Steel, Martensite Tempering, Tensile Properties
  • Pejman Zamani Moghadam *, Reza Ghasemi, Behnaz Saeedi, Hamid Dahaghin, Farhad Shahriari, Mahmood Memari Pages 53-63
    Deposition of the Cr3C2-NiCr cermet by the HVOF process results in the dissolution of Cr3C2 in the NiCr metal phase and decreasing the hardness and the elastic modulus of the resulting coating. In this study, Cr3C2-25wt% (Ni-20Cr) powder was applied to Hastelloy X super alloy substrates by high velocity oxy-fuel (HVOF) process. Influence of heat treatment on Cr3C2 phase recovery and improvement of hardness and elastic modulus of coatings was investigated. For this purpose, microstructural examination performed by field emission scanning electron microscopy and phase composition analysis by X-ray diffraction (XRD) analysis on the coating before and after heat treatment. Analysis of back scattered electron microscopy images showed that up to 11% of the dissolved carbide phases in the NiCr alloy recovered during heat treatment. In the XRD patterns of the heat-treated coatings, the amorphous regions disappeared and the NiCr peaks pronounced more in the background phase pattern. Also, the hardness and elastic modulus of coating after heat treatment increased by 156 HV0.3 and 98 GPa, respectively.
    Keywords: Cr3C2-NiCr, Heat treatment, Microstructure, Phase Composition, Mechanical Properties
  • Mina Afzali Grouh, Morteza Zandrahimi *, Hadi Ebrahimifar Pages 65-76
    One of the best ways to improve the abrasion resistance and toughness of stainless steels is to apply surface coatings. Among these coatings are nickel base alloy and composite coatings. In this research, nickel-phosphorus-titanium oxide coatings were developed using electrical plating technique and the effect of pH (3, 3.5 and 4) on microstructure and their wear and tear behavior were studied. In this research, nickel phosphorus-titanium oxide coating was deposited onto the AISI 430 steel using electrical plating technique and the effect of TiO2 particles concentration on microstructure and wear behavior was studied. X-ray analysis (XRD) was used to determine the available phases and calculate grain size. Characterization of the coating was performed using SEM (Scanning Electron Microscopy). The michardness was measured by Vickers microhardness device. To test the abrasion resistance of the phosphorus-titanium oxide coated and uncoated samples, a pin on the disk test was used. The results of X-ray analysis showed that the increase of pH causes the increase of grain size. Also the results of microhardness and pin on disk tests showed the increase of pH causes decrease of microhardness and abrasion resistance. The highest hardness (618.18 Vickers) was related to the coating created at pH =3 and TiO2 =40 gr / L. The highest wear resistance and lowest weight loss (0.15 mg) were also observed in the same coating.
    Keywords: Electroplating, Ni-P-TiO2 Coating, Microhardness, Abrasion resistance, pH
  • Saeid Taghi Ramezani, Zia Valefi *, Naser Ehsani Pages 77-90

    In this research, a double layer thermal barrier coating was applied and then an alumina diffusion barrier layer was deposited on the YSZ by two solution precersore plasma and solution precersore flame spraying. High temperature oxidation and thermal shock resistance tests were done at 1100˚C. Microstructure of coatings were studied by optical Microscopy and Field Emission Scanning Electron Microscopy. Comparison of the microstructures of coatings showed that applying of Alumina with the solution precursor flame spray process upgrades the thermal properties. High temperature oxidation and thermal shock resistance of YSZ/Al2O3 coatings with Alumina applied by the solution precersoure thermal spray with the same compound were studied. Findings showed that applying alumina with the solution precursor flame spray process leads to increase the amount of the deposited splats and proper contact between them, causes to decrease the diffusion of O2 and as a result TGO thickness decreases and also thermal shock resistance increases.

    Keywords: thermal barrier coating, Alumina Diffusion Barrier, Solution Precersoure Thermal Spray, high temperature oxidation, Thermal Shock
  • Navid Ahmadizadeh, Pooria Najafisayar * Pages 91-102
    In this study, cerium oxide coatings were fabricated by electrochemical deposition method on copper substrates. The effect of applied current density on morphology, crystallographic structure, surface chemistry, surface roughness & wetting property of coatings was investigated by scanning electron microscopy, X-ray diffractometry, Fourier transform infra-red spectroscopy, atomic force microscopy & static water contact angle measurement methods. The results showed that, by increasing the applied current density, cerium oxide coatings become thicker & rougher including more cracks. Also decreasing of applied current density lead to enhanced growth of (002) crystallographic planes & crystallite size in the microstructure of cerium oxide coatings. More hydrophilic cerium oxide coatings were fabricated at higher applied current densities. Although as-deposited cerium oxide coatings were hydrophilic but their behavior changed to hydrophobic as a result of long exposure to atmosphere & hydrocarbon adsorption. The hydrocarbon adsorption was higher in the case of cerium oxide coatings fabricated at higher applied current densities.
    Keywords: electrodeposition, Cerium Oxide, Hydrophobicity, Hydrocarbon Adsorption