فهرست مطالب

پژوهشنامه ریخته گری
سال چهارم شماره 3 (پیاپی 14، پاییز 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/02/06
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سید محمدحسین میرباقری*، ایلیا امینی، احسان عبدی بجندی صفحات 129-136

    هدف از پژوهش حاضر ارایه روشی ابتکاری برای تولید کامپوزیت های پایه فلزی با فاز تقویت کننده الیافی سه بعدی پیوسته به صورت فوم سلول باز فلزی است. در پژوهش حاضر فاز مادر آلیاژ زاماک 5 و جنس فاز تقویت کننده سه بعدی پیوسته، فوم مسی خالص است. در این روش فوم مسی سلول باز در داخل قالب فلزی جایگذاری می شود. سپس مذاب زاماک با فوق گداز مناسب از بستر فوم مسی عبور نموده و کل قالب فلزی پر می شود. در این صورت کل شبکه سه بعدی متخلخل فومی مسی به عنوان فاز دوم صلب در داخل زمینه آلیاژ زاماک قرار می گیرد. برای اتصال بین زاماک و شبکه مسی سه بعدی نیاز است، فصل مشترک این دو، دارای اتصال نفوذی اندکی باشد که بتواند تنش را به خوبی منتقل کند. از این رو این اتصال با فوق گدازهای مختلف و ضخامت های مختلف الیاف شبکه مسی، موردبررسی و آزمون قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که ضخامت الیاف مسی باضخامت تقریبی 800 میکرومتر، PPI 8-10 و دمای فوق گداز حدود 65 سلسیوس، بهترین نتایج را برای نفوذ جرمی مس در مفصل مشترک شبکه مسی با زمینه زاماک، بدون عیوب سرد جوشی و نیامد، فراهم می آورد. همچنین شبکه سه بعدی مسی به عنوان مبرد داخلی باعث ساختار دندریتی ریز می شود.

    کلیدواژگان: آلیاژ زاماک، فوم مسی سلول باز سه بعدی، کامپوزیت پایه فلزی پیشرفته، ریخته گری
  • محمدرضا زمانی، معصومه سیف اللهی*، سید مهدی عباسی، آدلی آخوندزاده صفحات 137-143

    در این پژوهش اثر میزان 05/0، 1/0 و 15/0 درصد وزنی کربن بر ریزساختار و خواص مکانیکی سوپرآلیاژ 25  Haynesدر حالت آنیل بررسی شده است. آلیاژها به روش ذوب القایی تحت خلا ریخته گری، در کوره ی ذوب مجدد تحت سرباره ی الکتریکی تصفیه و سپس در دمایC  1200 به مدت 30 دقیقه، آنیل انحلالی شدند. نتایج نشان داد که کاربید نوع M6C (غنی از تنگستن) در آلیاژهای حاوی کربن در ساختار رشد و با افزایش کربن، میزان آنها افزایش یافت. با افزایش کربن از 05/0 به 15/0درصدوزنی، اندازه دانه از 44 به 35 میکرومتر کاهش پیدا کرده؛ زیرا کاربیدها مانع از رشد شده و مکان های مستعد جوانه زنی دانه های جدید را نیز فراهم آورده اند. با افزایش میزان کربن به موجب ریزدانگی و افزایش کسر حجمی کاربیدها، سختی از 255 به 290 ویکرز، استحکام تسلیم از 450 به MPa  501 و استحکام کششی نهایی از 946 به MPa 1088 افزایش یافته و در مقابل میزان انعطاف پذیری کاهش اندکی یافت.

    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ Haynes 25، کربن، ریزساختار، سختی، خواص کششی
  • محیا شمسیان جزه، حسین عربی، سید محمدعلی بوترابی* صفحات 145-153

    سوپرآلیاژ X-750 یک آلیاژ نیکل-کرم رسوب سخت شونده است که مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون و استحکامش را تا دمای °C 704 حفظ می کند. اگرچه با افزایش دما تا بالاتر از °C 704 بیشتر اثرات رسوب سختی از بین می رود اما قطعات عملیات حرارتی شده، استحکام مفیدی را تا دمای °C 982 دارا هستند. به همین دلیل اعمال عملیات حرارتی به منظور پایداری فازهای استحکام بخش در سوپرآلیاژ X-750  امری حایز اهمیت است. هدف از این پژوهش، بررسی تاثیر نرخ سرمایش پس از عملیات انحلال بر ریزساختار و تغییرات ایجاد شده در مورفولوژی و اندازه ذرات رسوبی استحکام بخش به سوپرآلیاژ X-750 و همچنین ارتباط ریزساختار آن با سختی است. به این منظور، ضمن انجام عملیات حرارتی دو مرحله ای انحلال و پیرسازی جهت دست یابی به میزان و اندازه مطلوب ذرات رسوبی γ' ، شرایط و نرخ های متفاوت سرمایش پس از عملیات انحلال در نظر گرفته شد و آنالیزهای تصویری بر ریزساختارهای حاصل شده صورت گرفت. نتایج نشان داد که جوانه زنی ذرات رسوبی γ' ثانویه فارغ از نرخ سرمایش پس از عملیات انحلال اتفاق می افتد اما رشد آن ها وابسته به دمای عملیات پیرسازی بوده است. همچنین تشکیل γ' ثانویه به محیط سرمایش پس از عملیات انحلال وابسته است و با افزایش نرخ سرمایش، میزان ذرات رسوبی γ' ثانویه کاهش می یابد. همچنین با افزایش نرخ سرمایش پس از عملیات انحلال، میانگین اندازه ذرات رسوبی γ' اولیه از 5/126 به 30 نانومتر کاهش یافت و درصد آنها از 59 % به 91/66 % افزایش یافت. بیش ترین سختی متعلق به سیکل عملیات حرارتی 2-AC که دارای بیش ترین میزان γ' ثانویه است، است.

    کلیدواژگان: اینکونل X-750، عملیات حرارتی سوپرآلیاژ، اندازه ذرات رسوبی γ'، مورفولوژی γ'، نرخ سرمایش پس از عملیات انحلال
  • جابر اسدی، بهمن کروجی*، سید علیرضا حسینی، مصطفی علیشاهی صفحات 155-165

    در این پژوهش فوم های منیزیمی سلول باز با مورفولوژی نامنظم و کروی در اندازه و میزان تخلخل های متفاوت با استفاده از مواد فضاساز نمکی (NaCl) به روش فلزخورانی تولید شدند. پس از تعیین میزان تخلخل های بسته، اثر مورفولوژی و میزان تخلخل بر خواص مکانیکی فوم های تولیدی مورد بررسی قرار گرفت. بررسی ساختار فوم ها نشان دادکه بیش از 93 درصد سلول های فوم های تولیدی دارای تخلخل باز هستند و فوم های با سلول نامنظم میزان بالاتری از سلول بسته را دارا هستند. همچنین درصد تخلخل فوم ها از 54 تا 62 درصد متفاوت بود. نتایج آزمایش فشار نشان داد که با افزایش درصد تخلخل خواص مکانیکی نظیر مدول یانگ فوم و تنش منطقه هموار کاهش می یابد. همچنین فوم های با سلول نامنظم نسبت به فوم های با سلول کروی به علت داشتن منطقه همواره پهن تر در منحنی تنش-کرنش، میزان جذب انرژی بالاتری دارند. سرعت خوردگی فوم ها نیز با انجام آزمایش غوطه وری در محلول شبیه سازی بدن (Simulated Body Fluid; SBF) برای دو نمونه فوم با مورفولوژی سلول کروی و کمترین مقدار سلول بسته اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که اندازه تخلخل فوم ها بر سرعت خوردگی اثرگذار است، به طوری که فوم های با اندازه سلول کوچک تر نسبت به فوم های با اندازه سلول بزرگ تر سرعت خوردگی بیشتری داشتند.

    کلیدواژگان: فوم منیزیم، روش فلزخورانی، خواص مکانیکی، محلول شبیه سازی بدن، سرعت خوردگی
  • حامد ناصرزشگی، علیرضا کیانی رشید*، جلیل وحدتی خاکی صفحات 167-173

    آلیاژهای آنتروپی بالا دسته جدیدی از آلیاژهای چند جزیی هستند که فاز محلول جامد به عنوان فاز اصلی در آنها تشکیل می شود. این آلیاژها به دلیل تنوع عناصراصلی در ترکیب شان، ظرفیت بسیار مناسبی جهت طراحی آلیاژهایی با خواص مورد نظر از جمله وزن کمتر و هزینه کمتر را دارند. در سال های اخیر فعالیت های متعددی در زمینه آلیاژهای دیرگداز آنتروپی بالا جهت کاربردهای دما بالا انجام شده است. با این حال از آنجایی که فلزات دیرگداز عموما دارای چگالی بسیار بالا و تا حدودی گران قیمت است، لذا طراحی ترکیب آلیاژ به نحوی که بتوان وزن و هزینه مواد اولیه را کاهش داد، اهمیت ویژه ای دارد. در این پژوهش با استفاده از محاسبات پارامترهای ترمودینامیکی و فیزیکی ترکیب عناصر در آلیاژهای دیرگداز آنتروپی بالا W-Mo-Ta-Nb-V و W-Mo-Cr-Ti-Al به نحوی بهینه سازی شد که ضمن رسیدن به فاز محلول جامد، وزن و هزینه به حداقل برسد. نهایتا آلیاژ دیرگداز آنتروپی بالا W10Mo27Cr21Ti22Al20 به عنوان آلیاژ با ترکیب بهینه در سیستم آلیاژی W-Mo-Cr-Ti-Al انتخاب و به روش ذوب قوسی  در خلاء  ذوب و آلیاژسازی شد. این آلیاژ حاوی فاز محلول جامد با ساختار BCC به عنوان فاز اصلی و مقدار کمی فاز لاوه به عنوان فاز فرعی است که توافق خوبی با نتایج محاسباتی دارد. تصویر SEM-BSE آلیاژ ریختگی یک ریزساختار دندریتی را نشان می دهد که دندریت ها غنی از عناصر با نقطه ذوب بالاتر همچون تنگستن و مولیبدن و بین دندریت ها غنی از آلومینیم، تیتانیم و کروم است.

    کلیدواژگان: آلیاژهای آنتروپی بالا، وزن، هزینه، محلول جامد، ریزساختار دندریتی
  • مهرداد حناچی، آرش خیابانی، زهرا سادات سید رئوفی* صفحات 175-184

    در تحقیق حاضر، رفتار پیری سوپرآلیاژ ریختگی ‏IN718‎ متاثر از سرعت سرد کردن بعد از عملیات انحلالی مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور، ابتدا سوپرآلیاژ ریختگی IN718 در دمای 1050 درجه سانتیگراد به مدت 150 دقیقه محلول سازی شد و سپس، نمونه ها با سه نرخ سرمایش 240، 5 و 1/0 درجه سانتیگراد بر ثانیه سرد شدند. پس از اتمام این عملیات نمونه ها در دمای 750 درجه سانتیگراد و در سه زمان 30، 60 و 90 ساعت پیرسازی شدند. بررسی های ریزساختاری به وسیله میکروسکوپ های نوری (OM) و  الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) و تفرق پرتو ایکس (XRD) نشان دادند که با افزایش سرعت سرد کردن، شرایط برای نیل به انحلال کامل فراهم می شود و تنها مقداری فاز TiC باقی می ماند. با کاهش سرعت سرد کردن و افزایش زمان پیرسازی در کنار افزایش کسر حجمی و اندازه رسوبات ثانویه، میزان استحاله برشی از ''γبه δ نیز بیشتر می شود تا جایی که رسوبات δ نیز رشد می کنند. با افزایش سرعت سرد کردن، به دلیل کاهش میزان رسوبات سرمایشی سختی کاهش می یابد. با افزایش زمان پیرسازی با توجه به رشد غیرعادی رسوبات سختی افزایش و سپس کاهش می یابد. این کاهش سختی می تواند به دلیل رشد غیر نرمال دانه ها و رسوبات ثانویه و تشکیل کروم سفید باشد. با افزایش سرعت سرد کردن پایداری فازی در طول پیری افزایش می یابد. این ثابت فازی را در روند تغییرات سختی نیز می توان ملاحظه نمود.

    کلیدواژگان: سرعت سرد کردن، پیرسازی، ‏ ریزساختار، ‏ استحاله برشی.‏
|
  • Seyed MohammadHossein Mirbagheri *, Ilia Amini, Ehsan Abdi Bejandi Pages 129-136

    The aim of the present study is to produce advanced metal matrix composites in an innovative route. In fact, reinforcement phase in the advanced composite is a 3D-copper open cell foam as a continuous precursor and liquid of Zamak5 alloy is penetrated into porous space of the 3D-copper foam by casting method. Then effect of supper-heat was investigated on the liquid permeability of the molten Zamak5 and inter-diffusion at Cu/Zamak5 interface during casting in a metallic mold. Results show that by preparing open-cell copper foam with 800 micrometers thickness, 8-20 PPI, and 65 Celsius degree super-heat for Zamak5 casting alloy, production of an advanced 3D-Cu foam-Zamak5 without misrun and cold shut defects during the filling of the metallic mold can be obtained. These condition led to a complete link between 3D-copper foam and Zamak5 matrix, by interfusion mechanism at interface of Cu (3D)/Zamak5 at 450 casting temperature. Also, the 3D copper foam as an internal chill led to formation of fain dendritic structure.

    Keywords: Zamak5 3D-Copper Open Cell Foam, Advanced Composite, Casting
  • MohammadReza Zamani, Masumeh Seifollahi *, Seyed Mahdi Abbasi, Adli Akhondzadeh Pages 137-143

    The effects of 0.05, 0.1 and 0.15 wt% C on the microstructure, hardness and tensile properties of annealed Haynes 25 were investigated. The alloys were melted in a vacuum induction melting furnace and purified through electro slag remelting process then solution annealed at 1200˚C for 30 min. The results indicated that W-riched M6C carbides developed in the microstructure and its amount increase with increase of carbon. By increase of Carbon from 0.05 to 0.15wt%, grain size decrease from 44 to 35 µm. The carbides act as nucleator and also retard grain growth that cause to reduce grain size. Mechanical properties investigation shows that with increasing carbon, as a result of grain refinement and the proper size and morphology of carbides, hardness increases from 255 to 290 Hv, yield strength from 450 to 510 MPa and ultimate tensile strength from 946 to 1088 MPa but ductility decreases slightly.

    Keywords: Haynes 25 Superalloy, Carbon, Microstructure, Hardness, tensile properties
  • Mahya Shamsian Jeze, Hossein Arabi, Seyed MohammadAli Boutorabi * Pages 145-153

    X-750 Superalloy is a precipitation hardened nickel-chromium alloy that maintains its corrosion and oxidation resistance up to 704 °C. Although with increasing temperatures up to 704 °C most of the effects of hard deposition are eliminated, the heat treatment components have a good strength up to 982 °C. For this reason, it is important to apply heat treatment to stabilize the precipitation phases in the X-750 superalloy. The purpose of this study was to investigate the effect of cooling rate on the microstructure and changes in the morphology and size of the particles size of γ' in the X-750 superalloy as well as the relationship between microstructure and hardness. For this purpose, during two-step heat treatment of solution and aging treatment to obtain optimum γ' particle size, different cooling rates after solution treatment were taken and visual analyzes were performed on the obtained microstructures. The results showed that nucleation of secondary γ' particles occurred after cooling rate after solution but their growth was dependent on the aging temperature. The formation of secondary γ' is also dependent on the cooling environment after dissolution and with increasing cooling rate, the amount of secondary γ' depositional particles decreases. Also, with increasing cooling rate after solution treatment, the average size of initial γ' particles decreased from 126.5 to 30 nm and their percentage increased from 59 to 66.91. The highest hardness belongs to the 2-AC heat treatment cycle, which has the highest amount of γ' particles.

    Keywords: Inconel X-750, Superalloy heat treatment, particle size of γ', γ' morphology, cooling rate after solution treatment
  • Jaber Asadi, Bahman Korojy *, Seyed Alireza Hoseini, Mostafa Alishahi Pages 155-165

    In this study, open-cell magnesium foams with irregular and spherical morphology in different sizes and amounts of porosity were produced using the melt infiltration method into a NaCl space holder material. After determining the amount of closed porosity, the effects of morphology and porosity on the mechanical properties of the produced foams were investigated. Structure evaluation of the foams showed that more than 93% of the cells of the produced foams have open porosity and the foams with the irregular cells have a higher amount of the closed cells. Also, the amount of porosity of the foams varied from 54 to 62%. The results of the compression test showed that with increasing the porosity percentage, mechanical properties such as Young's modulus of the foams (E*) and stress of the plateau zone (s*PL) decreased. Also, the irregular cell foams have a higher energy absorption than the spherical cell foams due to the wider plateau zone in the stress-strain curve. The in vitro corrosion rate of the foams was also studied by immersion test in the simulated body fluid (SBF) for two foams specimens with spherical cell morphology and the lowest closed cell amount. The results of the corrosion test have also shown that the size of the porosity of the foams can affect the corrosion rate, so that the smaller cell size foams had higher corrosion rate than the larger cell size foams.

    Keywords: Magnesium foam, melt infiltration method, Mechanical properties, Simulated body fluid, corrosion rate
  • Hamed Naser Zoshki, AliReza Kiani Rashid *, Jalil Vahdati Khaki Pages 167-173

    High entropy alloys (HEAs) are a new class of multicomponent alloys in which the solid solution phase is formed as the main phase. Due to the variety of elements in their composition, these alloys have a good capacity to design alloys with desired properties such as lower weight and lower cost. In recent years, several studies have been conducted on refractory high- entropy alloys (RHEAs) for high temperature applications. However, refractory metals are generally very high density and somewhat expensive, so it is important to design the composition of these alloys so that the weight and cost of raw materials can be reduced. In this study, using calculations of thermodynamic and physical parameters, the composition of elements in W-Mo-Ta-Nb-V and W-Mo-Cr-Ti-Al RHEAs were optimized so that while reaching the solid solution phase, weight and cost are minimized. Finally, W10Mo27Cr21Ti22Al20 RHEA was obtained as the alloy with optimal composition in W-Mo-Cr-Ti-Al system and then melted and casted by VAM method. This RHEA contains a solid solution phase with BCC structure as the main phase and a small amount of Laves phase as a minor phase, which has a good agreement with the calculation results. SEM-BSE image of the as-cast RHEA exhibits a typical dendritic microstructure that the dendrites are enriched with elements with higher melting points such as W and Mo and interdendrites are enriched with Cr, Ti and Al.

    Keywords: High entropy alloys, Weight, Cost, Solid Solution, Dendritic microstructure
  • Mehrdad Hanachi, Arash Khiabani, Zahra Sadat Seyedraoufi * Pages 175-184

    In the present study, cast IN718 superalloys solutionized at 1050◦C for 150 min. Afterwards, the samples were quenched with three various cooling rates including 240◦C/s, 5◦C/s and 0.1◦C/s. After solutionizing, the samples were aged at 750◦C for 30, 60, and 90 hrs. Microstructural investigation was carried out by optical microscopy (OM), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM), and X-ray diffraction (XRD). The results indicated that as the cooling rate increased, the conditions for complete dissolution were provided and only a small amount of MC carbide (TiC) phase remains in the matrix. By reducing the cooling rate and increasing aging time, due to the increase in volume fraction and size of secondary precipitates, the shear transformation of the γ'' to δ increases, and consequently, the δ precipitates increased. After solutionizing, as the cooling rate increased, the hardness due to the decrease in the amount of cooling precipitates decreased. Besides, as the aging time increases, due to the abnormal growth of precipitates, hardness first increased and then experienced a decrease.

    Keywords: IIN718, cooling rate, aging, Microstructure, Shear Transformation