فهرست مطالب

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد - پیاپی 56 (بهار 1400)

نشریه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
پیاپی 56 (بهار 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/02/19
  • تعداد عناوین: 7
|
  • نگین مزروعی، احمد صیادی شهرکی* صفحات 1-10

    در پژوهش حاضر اثر افزودن WO3 بر روی سینتر، ریزساختار و اتلاف مایکروویو دی الکتریک ترکیب های Ba(Co1/3Nb2/3)O3 بررسی شد. سرامیک ها(1-x) Ba(Co1/3Nb2/3)O3 - (x) WO3 که 02/0-0=x، به روش مرسوم حالت جامد با سینتر در دمای ºC 1300-1450 به مدت 10 ساعت تهیه شدند. حد حلالیت WO3 در ساختار پروسکایتی Ba(Co1/3Nb2/3)O3 و تشکیل نوع فازهای ثانویه توسط پراش اشعه ایکس (XRD) مطالعه شد. همچنین تغییرات درجه نظم کاتیونی 1:2 با دوپ کردن WO3 با روش پالایش ریتویلد به طور دقیق ارزیابی شد. علاوه براین مطالعات ریزساختاری به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شد. نتایج به دست آمده توسط آنالیز XRD حد حلالیت WO3 در شبکه Ba(Co1/3Nb2/3)O3 را مقدار 02/0=x نشان داد ولی ارزیابی های SEM نشان داد که حتی اضافه کردن مقدار 002/0=x نیز باعث ایجاد فازهای ثانویه با ترکیب های شیمیایی BaWO4 و Ba9CoNb14O45 در این سرامیک ها می شود. از طرف دیگر، محاسبات پالایش ریتویلد کاهش درجه نظم کاتیونی 1:2 را با افزایش مقدار دوپنت WO3 نشان داد، به طوری که درجه نظم کاتیونی با افزایش x از 0 تا 02/0 از مقدار % 95 به % 59 کاهش یافت. فاکتور کیفیت (عکس اتلاف دی اکتریک) سرامیک های دوپ شده با استفاده از روش تشدید دی الکتریک تعیین شد و مشاهده شد که فاکتور کیفیت سرامیک های (1-x) Ba(Co1/3Nb2/3)O3 - (x) WO3با افزایش مقدار x به شدت کاهش یافته به طوری که برای سرامیک دوپ نشده مقدار Q×f برابر با GHz 61000 بوده ولی سرامیک ها با ترکیب 02/0=x از خود پیک رزونانس نشان ندادند که به معنی افزایش بسیار زیاد اتلاف مایکروویو دی الکتریک این ترکیب ها می باشد.

    کلیدواژگان: ساختارهای پروسکایتی، مایکروویو دی الکتریک، اتلاف دی الکتریک، نظم کاتیونی
  • داریوش کوکبی، علی کفلو*، مجید پورانوری، رضا غلامیپور صفحات 11-23

    در این تحقیق تغییرات ریزساختاری حین لحیم کاری دمای بالا برای اتصال غیر همجنس سوپر آلیاژ پایه نیکل اینکونل 738 به ترکیب بین فلزی تیتانیوم آلومیناید (TiAl) با استفاده از لایه واسط آلیاژ آمورف سه تایی نیکل-بور-سیلیسیم مورد بررسی قرار گرفته و تحولات فازی حین انجماد و حالت جامد بحث شده است. بررسی ها نشان داد که ریزساختار اتصال IN738/MBF-30/TiAl متشکل از چهار منطقه مجزای انجماد هم دما در دو سمت، انجماد غیر هم دمای میانی، ناحیه متاثر از نفوذ در سمت اینکونل 738 و ناحیه واکنشی در سمت TiAl می باشد. مناطق تک فازی محلول جامد گاما در سمت اینکونل 738 و محلول های جامد دوفازی AlNi3+Ni3Si در سمت TiAl مناطق انجماد هم دما را تشکیل می دهند. منطقه انجماد غیر هم دما شامل بورایدهای غنی از نیکل و کروم در کنار محلول جامد پایه نیکل ناشی از واکنش های یوتکتیکی می باشد. منطقه متاثر از نفوذ در سمت اینکونل 738 دارای فازهای متفاوتی از بورایدهای غنی از کروم-مولیبدن و بوراید نیکل می باشد. همچنین ناحیه ای موسوم به لایه واکنشی در سمت آلیاژ TiAl ایجاد شد که شامل فازهای متفاوت لایه پیوسته غنی از δ-Ti2Ni در کنار لایه سه فازی از τ2-Al2TiNi، τ4-AlNi2Ti و β1-NiAl می باشد. بررسی سختی نواحی متفاوت نشان داد که برخی فازهای با سختی بالا در ناحیه اتصال تشکیل شده اند و وجود محلول جامد گاما در ناحیه انجماد غیر هم دما در کنار فازهای بورایدی باعث کاهش اثر تخریبی آن ها شده است.

    کلیدواژگان: اینکونل 738 ترکیب بین فلزی تیتانیوم آلومیناید لحیم کاری دمای بالا لایه واسط MBF، 30 ریزساختار میکروسختی
  • بهروز نبوی، مسعود گودرزی*، عبدالخالق خان، احسان احمدی صفحات 25-35

    در تحقیق حاضر، اثر عنصر بین نشین نیتروژن بر رسوب فازهای ثانویه و استحکام کششی آلیاژ اینکونل 718 جوشکاری شده به روش قوسی تنگستن گاز مورد بررسی قرار گرفت. جوشکاری با متغیر ترکیب گاز محافظ Ar + (0-5)%N2 انجام شد. ریزساختار توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ های الکترونی روبشی و عبوری مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج آشکار ساخت که با افزایش نیتروژن، کسر حجمی فازهای غنی از نایوبیم شامل لاوه و کاربید به علت تشدید میکرو جدایش Nb در نواحی بین دندریتی افزایش پیدا می کند. این رویداد به نوبه خود بر اندازه فاز γ" درون فاز γ نیز اثر منفی دارد. نتایج حاصل از آزمون کشش نشان داد که نمونه جوشکاری شده با یک درصد نیتروژن در مقایسه با سایر نمونه ها از بیشترین استحکام تسلیم و کشش نهایی برخوردار است. درحالی که افزایش بیشتر نیتروژن به علت افزایش مقدار فاز لاوه و کاهش اندازه γ" موجب کاهش مقادیر استحکام می گردد.

    کلیدواژگان: نیتروژن، اینکونل 718، فاز ثانویه، استحکام کششی
  • فرزاد پهنانه*، مسعود آقاخانی، فرید نعیمی، معین منصوبی صفحات 37-50

    در این تحقیق از نانو ذرات سنتزشده کامپوزیتی اکسید فلزی بر پایه آلومینا همراه با پوشش منگنز به منظور بهبود ریزساختار و خواص مکانیکی اتصال لب به لب جوش یک پاسه ورق فولاد کم کربن با استفاده از فرآیند GMAW استفاده شده است. پس از انتخاب پارامترهای مناسب جوشکاری و اضافه نمودن مقادیر 25/0 و 5/0 گرم از نانو پودر به دست آمده به درز جوش و انجام فرآیند جوشکاری، نمونه های موردنیاز جهت آزمون ریز سختی سنجی و کشش آماده شدند. سپس، نمونه بهینه با توجه به عدم وجود عیوب ظاهری و متالورژیکی در ریزساختار و با توجه به بیشترین استحکام کششی نهایی انتخاب شد. ریزساختارهای حاصل با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و سطح شکست نمونه ورق بدون مواد نانو نمونه بهینه با حضور مواد نانو مورد مطالعه قرار گرفت. نانو ذرات به منطقه جوش نفوذ کرده و باعث ایجاد ساختار سوزنی شکل (فریت سوزنی) و درهمبافته گردیده است. علت تشکیل این ساختار را می توان حضور نانو ذرات در حین فرآیند جوشکاری و تشکیل مراکز جوانه زا جهت ایجاد جوانه های مناسب در مکان های مناسب دانست. با توجه به نتایج، استحکام کششی نهایی و درصد ازدیاد طول به ترتیب از 387 مگاپاسکال و 8/6 درصد به 408 مگاپاسکال و 6/13 درصد افزایش یافت. مقدار میانگین سختی در ناحیه فلز جوش در نمونه جوشکاری شده با 5/0 گرم پودر نسبت به نمونه بدون پودر از VHN 158 به VHN 172 افزایش یافت.

    کلیدواژگان: نانو ذرات MnO، Al2O3 فرآیند جوشکاریGMAW ریزساختار استحکام کششی نهایی ریز سختی
  • آروین تقی زاده تبریزی*، حسین آقاجانی، حسن ثقفیان، فرهاد فرهنگ لاله صفحات 51-65

    خواص سطحی قطعات صنعتی و مخصوصا رفتار سایشی آن ها در کاربردهای مشخص نقش تعیین کننده ای در طول عمر سرویس دهی دارد. آبکاری کروم و نیتروژن دهی پلاسمایی از جمله دو روش رایج جهت اعمال پوشش های سخت هستند که قابلیت اعمال بر روی زیرلایه های مختلف دارند. در تحقیق حاضر، این دو پوشش بر روی زیرلایه تیتانیومی اعمال شده و رفتار سایشی پوشش های اعمال شده با یکدیگر مقایسه شده است. برای بررسی رفتار سایشی از آزمایش پین بر روی دیسک استفاده شده است. برای تعیین مکانیزم سایش غالب در نمونه ها، از بررسی توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی جهت بررسی سطح اثر قسمت سایش یافته استفاده شده است. نتایج نشان می دهد علیرغم ریزسختی به دست آمده بیشتر در نمونه های آبکاری کروم شده در حدود 597 ویکرز در چگالی جریان 50 آمپر بر دسی متر مربع و 60 دقیقه و 528 ویکرز در نمونه نیتروژن دهی شده در 600 درجه سانتی گراد که تقریبا 3 برابر ریزسختی نمونه تیتانیومی است، این نمونه ها دارای کاهش وزن بیش تری بوده و رفتار سایشی ضعیف تری نسبت به نمونه های نیتروژن دهی شده از خود نشان می دهند. نتایج نشان دهنده فعال بودن مکانیزم سایش چسبان در هر دو نمونه های پوشش کروم دار و نمونه های نیتروژن دهی شده است. هم چنین کم ترین ضریب اصطکاک به دست آمده در نمونه نیتریده شده در دمای 600 درجه سانتی گراد برابر با 519/0 است.

    کلیدواژگان: آبکاری کروم، نیتروژن دهی پلاسمایی، تیتانیوم، رفتار سایشی، مکانیزم سایش
  • محمد خدائی*، رضا امینی صفحات 67-72

    داربست های متخلخل پلیمری زیست تخریب پذیر گزینه های مناسبی برای مهندسی بافت می باشند. در این تحقیق، داربست سه بعدی متخلخل پلی لاکتیک اسید (PLA) به روش لایه نشانی مذاب (FDM) با حدود 70 درصد تخلخل تهیه شد. مطالعه فازهای فیلامنت اولیه و داربست پرینت شده توسط آزمون پراش پرتوی ایکس (XRD) نشان می دهد اختلاف فاز قابل توجهی در اثر فرایند ساخت ایجاد نشده و پلیمر خواص فازی خود را حفظ نموده است. نتایج ارزیابی خواص مکانیکی توسط آزمون فشار نشان می دهد که خواص مکانیکی داربست در دو جهت موازی و عمود محور Z حین پرینت، متفاوت بوده و خواص مکانیکی داربست ساخته شده دارای خاصیت ناهمسانگردی (آنیزوتروپی) می باشد. مطالعه ریزساختاری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نیز نشان می دهد مورفولوژی حفرات داربست در دو جهت، متفاوت می باشد و این، علت اصلی آنیزوتروپی خواص مکانیکی می باشد. بنابراین آنیزوتروپی خواص مکانیکی داربست های تولید شده به روش FDM را باید حین کاربردهای تحت بار درون تنی مدنظر قرار داد.

    کلیدواژگان: مهندسی بافت، داربست متخلخل سه بعدی، تکنیک لایه نشانی مذاب، پلی لاکتیک اسید، آنیزوتروپی
  • حسن جیریائی شراهی، مجید پورانوری*، مجتبی موحدی صفحات 73-84

    آلیاژهای منیزیم، به عنوان سبک ترین آلیاژها با کاربرد سازه ای، به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا پتانسیل قابل توجهی برای بهبود راندمان انرژی در سیستم های مختلف حمل و نقل دارند. در این پژوهش، تاثیر فرآیند اصطکاکی هم زدنی (FSP) بر ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ ریختگی AZ91 بررسی شده است. نشان داده شد که FSP قادر به حذف ساختار دندریتی، کاهش قابل توجه اندازه دانه، شکستن و انحلال جزیی فاز درشت بتا و تشکیل ترکیبات بین فلزی بتا با اندازه زیرمیکرون می باشد. این اصلاحات ریزساختاری منجر به افزایش خواص مکانیکی شامل استحکام کششی و قابلیت جذب انرژی تا شکست به ترتیب؛ به میزان 48% و 283% نسبت به حالت ریختگی شده است. نشان داده شد که FSP می تواند منجر به تغییر مکانیزم شکست آلیاژ ریختگی  از حالت شکست حاکم-تورقی ترد  به شکست حاکم-دیمپلی نرم شود که این منجر به افزایش قابلیت اطمینان به قطعه، در کاربردهای حساس می شود؛ بنابراین می توان نتیجه گرفت که FSP به عنوان یک فرآیند با قابلیت تغییر فرم پلاستیک شدید در دمای بالا، پتانسیل بالایی در بهبود ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژهای منیزیم ریختگی را دارد.

    کلیدواژگان: فرآیند اصطکاکی هم زدنی، آلیاژ ریختگی پایه منیزیم AZ91، اصلاح ریزساختاری، خواص مکانیکی
|
  • Negin Mazrooei, Ahmad Sayyadi-Shahraki * Pages 1-10

    In the present work, effect of WO3 dopant on the sintering behavior, microstructure evolution, and microwave dielectric loss of Ba(Co1/3Nb2/3)O3 ceramics were systematically investigated. (1-x) Ba(Co1/3Nb2/3)O3 – (x) WO3 compounds, where x=0, 0.002, 0.004, 0.008, and 0.02, were prepared by the conventional solid state synthesis route followed by sintering at 1300-1450ºC for 10h at air atmosphere. Solid solution limit of WO3 oxide in the Ba(Co1/3Nb2/3)O3 compound and formation of any secondary phase were determined by X-ray diffraction (XRD) technique. In addition, the obtained XRD patterns were simulated by Rietveld refinement and degree of 1:2 cation ordering was calculated based on the refinement results. Scanning electron microscopy (SEM) was employed to study microstructural development of the ceramic samples and to directly identify secondary phase formation and their morphology. XRD results demonstrated that WO3 could solve into Ba(Co1/3Nb2/3)O3 structure for x<0.02, while detailed investigation by SEM directly indicated that even for Ba(Co1/3Nb2/3)O3 – 0.002 WO3 (x=0.002) composition additional phases were precipitated during high-temperature sintering. According to the XRD results, it was found that BaWO4, and Ba9CoNb14O45 compounds were formed as secondary phases. On the other hand, Rietveld refinement simulation showed that addition of WO3 into Ba(Co1/3Nb2/3)O3 results in a significant decline in the 1:2 cation ordering degree, where it was deceased from 95% to 59% when x was increased from x=0 to x=0.02. Quality factor, Q, (inverse of dielectric loss, 1/tanδ) of the prepared ceramics were measured at the microwave frequency range and it was found that incorporation of WO3 noticeably lowered the quality factor of Ba(Co1/3Nb2/3)O3 materials, where Q×f (f denotes resonance frequency) was measured to be 61,000 GHz for x=0 composition, whereas, measurements did not show any resonant peaks for x=0.02 ceramics, which means the ceramics suffer from a huge microwave dielectric loss.

    Keywords: Complex perovskite structures, Microwave dielectric, Dielectric loss, Cation ordering
  • Dariush Kokabi, Ali Kaflou *, Majid Pouranvari, Reza Gholamipour Pages 11-23

    In this research microstructural evolution during high temperature brazing of dissimilar bonding of IN738 Ni-base superalloy to TiAl intermetallic compound using an amorphous Ni-Si-B ternary alloy was investigated. Phase transformations via solidification and solid state reactions are discussed. Observations indicated that the microstructure of IN738/MBF-30/TiAl joint consist of four different zones; isothermal solidification zone in both sides, athermally solidified zone in the bond center, diffusion affected zone in the IN738 side and reaction layer in the TiAl side. γ-Ni solid solution phase in ISZ of the IN738 side and binary isostructural solid solutions in ISZ of the TiAl side were formed during holding time at bonding temperature. Ni-Cr borides have been formed due to binary eutectics associated with γ-Ni solid solution in the ASZ during cooling. Cr-Mo borides and Ni-rich boride with different morphologies were precipitated in the DAZ. Ni element from MBF-30 molten interlayer reacted with γ-TiAl base, leading to the formation of the reaction layer containing single phase δ-Ti2Ni and triple phase τ2-Al2TiNi+τ4-AlNi2Ti+β1-NiAl layers adjacent to TiAl substrate. Microhardness evaluation of different zones indicated that some high hardness phases have formed in the bond region and presence of the γ-Ni solid solution in the ASZ cause to decrease the detrimental effects of them.

    Keywords: Inconel738 TiAl intermetallic compound high temperature brazing MBF, 30 Microstructure Microhardness
  • Behrooz Nabavi, Massoud Goodarzi *, Abdulkhaliq Khan, Ehsan Ahmadi Pages 25-35

    In this research paper, principal attention is given to the effect of interstitial nitrogen on the precipitation of secondary phases and tensile strength of gas tungsten arc welded (GTAW) Inconel 718. Welding was performed using Ar+(0-5%)N2 shielding gas mixtures. Secondary phases were characterized by optical microscope, field-emission gun scanning electron microscope (FE-SEM) and transmission electron microscope (TEM). The results revealed that with increment of nitrogen content, the volume fraction of Nb-bearing phases like Laves and carbide increased due to increased microsegregation of Nb in interdenderitic region. Moreover, nitrogen was found to have negative role in the size of gamma double prime particles within γ core. According to the tensile test results, Ar+1%N2 weld samples showed the maximum ultimate tensile strength and yield strength compared to other samples. While more nitrogen leads to reduction of both strengths due to increased Laves phase quantity and decreased size of gamma double prime precipitates.

    Keywords: nitrogen, Inconel 718, Secondary phases, Tensile strength
  • Farzad Pahnaneh *, Masood Aghakhani, Farid Naeimi, Moeen Mansoubi Pages 37-50

    This paper reports an investigation carried out to determine the effect of aluminum oxide Nano-particles coated with manganese on the microstructure and mechanical properties of single-pass butt joint of low carbon steel plates of 6.0 mm thicknesses using gas metal arc welding process. After selecting appropriate welding parameters and adding 0.25 gr and 0.5 gr of Nano-particles into the joint line and carrying out the welding, the samples were prepared for micro hardness and tensile tests. Furthermore, the sample with optimum Nano-particles having the highest ultimate tensile strength and without having any visible and metallurgical defects in the microstructure was selected for further investigation.  Subsequently, microstructures of the weld without and with optimum Nano-particles were studied using optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM) and the fractured surface of the weld obtained from tensile testing was investigated for the samples without Nano particles and the optimum sample with Nano materials were studied. The results show that Nano-particles added to the weld pool penetrated into the weld zone and helped in formation of acicular ferrite in the microstructure. Based on the results obtained, ultimate tensile strength and percentage of elongation of samples without Nano-particles and with optimum Nano-particles were increased from 387 MPa and 6.8% to 408 MPa and 13.6%, respectively. In addition, the average hardness of the weld metal without Nano-particles and with optimum Nano-particles were increased from 158 VHN to 172 VHN respectively

    Keywords: MnO, Al2O3 Nano, particles GMAW process Microstructure Ultimate tensile strength Micro, Hardness
  • Arvin Taghizadeh Tabrizi *, Hossein Aghajnai, Hasan Saghafian, Farhad Farhang Laleh Pages 51-65

    The surface properties of industrial parts and especially wear behavior of them plays an important role in life service of them. Chromium coat and plasma nitriding are two common ways of applying hard coat on diverse substrates. In this paper, both of these coats applied on titanium substrate as an advanced engineering materials and the wear behavior of them were compared. For this aim, Pin on disk test was carried out and the weight loss was measured. For determining the wear mechanism of the sample, field emission scanning electron microscopy study was carried out on wear traces. Results show that although the achieved surface micro hardness value of chromium coats is higher than nitride samples, 594 HV at current density of 50 A/dm2 and 60 min versus 528 HV at 600 oC for nitride sample, but they show the weaker wear resistance. Adhesive wear mechanism is determined mechanism at both samples. Also, the lowest coefficient of friction is obtained at sample nitride at 600 oC

    Keywords: Chromium Electroplating, Plasma Nitriding, Titanium, Wear behavior, Wear Mechanism
  • Mohammad Khodaei *, Reza Amini Pages 67-72

    Biodegradable porous scaffold polymers are good candidates for tissue engineering. In this research, a three-dimensional porous poly-lactic acid (PLA) scaffold was prepared using a Fused Deposition Modeling (FDM) including about 70% porosity. The study of the phases of primary filament and scaffold using the X-ray diffraction (XRD) test shows that no significant phase difference has been created due to the manufacturing process and the polymer retains its phases properties. The results of the mechanical properties evaluation by the compression test show that the mechanical properties of the scaffold are different in both the parallel and perpendicular directions of the Z axis during the printing, and the mechanical properties of the scaffold are of anisotropic property. Microstructural study by Scanning Electron Microscope (SEM) also shows that the morphology of scaffold porosities is different in two directions, and this is the main cause of anisotropic mechanical properties. Anisotropy of the mechanical properties of FDM produced scaffolds should be considered during load bearing applications in vivo.

    Keywords: Tissue Engineering 3D Porous Scaffold Fused Deposition Modelin Poly, Lactic Acid Anisotropy
  • Hassan Jiryaei Sharahi, Majid Pouranvari *, Mojtaba Movahedi Pages 73-84

    Magnesium alloys, as the lightest structural alloys, due to their high strength-to-weight ratio offer significant potential for improving energy efficiency of various transportation systems. This paper addresses the influence of friction stir processing (FSP) treatment on the microstructure and mechanical properties of cast AZ91 Mg alloy. It is demonstrated that FSP treatment enables elimination of dendritic structure, significant grain refining, break-up and partial dissolution of coarse β and formation of ultra-fine sub-micron Mg17Al12 particles. These microstructural modifications resulted in enhancement of mechanical properties in terms of tensile strength and energy absorption by 48% and 283%, respectively. It is shown that FSP treatment altered the failure mechanism of the alloy from brittle cleavage-dominant mode to ductile dimple-dominant mode which can increase the potential of Mg alloys to use in safety-critical application. Therefore, it can be concluded that FSP, as a process of sever plastic deformation at high temperature, has a great potential to tailor the microstructure and enhancing the mechanical properties of cast Mg alloys.

    Keywords: Friction Stir Processing, AZ91 Magnesium Cast Alloy, Microstructure Modification, Mechanical Properties