فهرست مطالب

پژوهشنامه ریخته گری - سال چهارم شماره 4 (پیاپی 15، زمستان 1399)

پژوهشنامه ریخته گری
سال چهارم شماره 4 (پیاپی 15، زمستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/11/19
  • تعداد عناوین: 5
|
  • مصطفی اطمینان، مریم مرکباتی*، سید مهدی قاضی میرسعید صفحات 193-201

    هدف از انجام این پژوهش، ارزیابی تاثیر عملیات پیرسازی بر خواص گسیختگی تنشی و فشار گرم سوپرآلیاژ پایه کبالت نسل جدید ‏با ترکیب ‏Co-7Al-7W-4Ti-2Ta‎‏ است. پس از ذوب سوپرآلیاژ نامبرده به روش ‏VIM‏ و ذوب مجدد به روش ‏VAR، شمش به دست ‏آمده تحت همگن سازی در دمای 1250 درجه سانتیگراد و به مدت 10 ساعت قرار گرفت. سپس عملیات پیر سازی روی نمونه های همگن سازی ‏شده در دمای ‎‏ 800 درجه سانتیگراد طی زمان های 8، 16 و 24 ساعت انجام شد. پس از بررسی های ریزساختاری و آنالیز فازی بوسیله ‏میکروسکوپ الکترونی و آزمایش الگوی تفرق اشعه ‏ایکس، خواص مکانیکی دما بالا شامل آزمایش های فشار گرم و گسیختگی تنشی ‏انجام یافت. نتایج نشان داد که آلیاژ مذکور در حالت ریختگی حاوی فازهای گاما، گاماپرایم، بتا و آلفا‏ است که با انجام عملیات همگن سازی ‏فازهای گاماپرایم، بتا و آلفا‏ در داخل فاز گاما انحلال می یابند. با پیرسازی آلیاژ مورد مطالعه رسوب های گاماپرایم جوانه زنی و رشد می کنند که با ‏افزایش زمان پیرسازی کسر حجمی و اندازه این رسوب ها نیز افزایش می یابد. نتایج آزمایش فشار روی نمونه پیرسازی شده به مدت ‏‏16 ساعت در محدوده دمایی ‏‎500 تا 1000 درجه سانتیگراد نشان داد که استحکام آلیاژ در دمای 700 درجه سانتیگراد افزایش یافت که نشان دهنده بروز پدیده ‏تسلیم نامتعارف به واسطه رسوب دهی فاز گاماپرایم است. همچنین حداکثر مقاومت در برابر گسیختگی تنشی در دمای ‏‎770 درجه سانتیگراد تحت تنش ‏‏300 مگاپاسکال و به مدت 22 ساعت مربوط به نمونه ای بود که در دمای 800 درجه سانتیگراد به مدت 16 ساعت پیرسازی شده بود.‏

    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ پایه کبالت نسل جدید، پیرسازی، فشار گرم، گسیختگی تنشی
  • دانیال یوسف پور، مجید عباسی*، مجتبی جواهری صفحات 203-213

    در این تحقیق، اثر منگنز بر ریزساختار انجمادی چدن با گرافیت های کروی با استفاده از روش های تجربی ‏و نرم افزار ‏JMatPro‏ بررسی و ارزیابی شد. به این منظور نمونه های چدن با مقادیر مختلف 0.5، 5، 11 و ‏‏17 درصد وزنی منگنز به روش ریخته گری در ماسه تولید شد. مشخصه های ریزساختار مانند نوع فازهای ‏موجود، تعداد کره های گرافیتی، میزان کرویت کره های گرافیتی و کسر حجمی کاربیدها و گرافیت با ‏استفاده از میکروسکوپ نوری مجهز به نرم افزار پردازش تصویر ‏MIP4‎، میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز ‏به ‏EDS‏ و سختی سنجی برینل بررسی شد. در ادامه با استفاده از داده های نرم افزار ‏JMatPro‏ و پردازش ‏آن، چگونگی جدایش منگنز و تحلیل فازی در دماهای مختلف انجماد بررسی شد. مشاهدات میکروسکوپی ‏نشان داده است که حضور منگنز با مقادیر 5، 11 و 17 درصد وزنی در چدن سبب کاهش دماهای بحرانی ‏انجماد، ایجاد کاربیدهای یوتکتیکی، کاهش اندازه و تعداد کره های گرافیتی در ریزساختار نهایی می شود. ‏ارزیابی کمی گرافیت ها نشان داد که تعداد و درصد کرویت آنها با افزایش مقدار منگنز تا 17 درصد وزنی ‏به ترتیب تا حدود 60 و 28 درصد کاهش می یابد. نتایج بررسی جدایش عناصر منگنز و کربن در حین ‏انجماد با نرم افزار ‏JMatPro‏ نشان داده است که با افزودن 5 تا 11 درصد وزنی می توان به زمینه آستنیتی ‏با ترکیب مشابه فولادهای آستنیتی منگنزی به همراه توزیع مناسب تری از گرافیت های کروی شده و ‏کاربیدها دست یافت.  ‏

    کلیدواژگان: چدن منگنزی با گرافیت کروی، نرم افزار ‏JMatPro، جدایش، منحنی انجماد
  • محمد مصطفوی، مصطفی جعفرزادگان، رضا تقی ابادی* صفحات 215-226

    در این تحقیق، اثر افزودن مقادیر مختلف سیلیسیم (1، 2، 3 و 5 درصد وزنی) بر ریزساختار و قابلیت ریخته گری آلیاژهای هیپویوتکتیک Al-4.5Cu-Si مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج به دست آمده، افزودن سیلیسیم موجب افزایش ابعاد و کسر حجمی تیغه های سیلیسیم یوتکتیک در ساختار آلیاژ می شود. افزودن سیلیسیم همچنین موجب بهبود سیالیت ریخته گری، کاهش میزان تخلخل های ساختاری و ارتقای مقاومت آلیاژ در مقابل پارگی گرم می شود. نتایج آزمون ریخته گری میله محدود حاکی از آن است که شاخص حساسیت به پارگی گرم آلیاژ پس از افزودن 1، 3 و 5 درصد وزنی سیلیسیم به ترتیب حدود 48، 78 و 88 درصد کاهش می یابد. در توافق با نتایج آزمون پارگی گرم، حضور گسترده بازوهای دندریتی و تخلخل های انقباضی بر روی سطح شکست پارگی گرم آلیاژ A206 حاکی از توانایی اندک مذاب این آلیاژ در تغذیه انقباضات انجمادی و ترمیم ترک های گرم ایجاد شده است. با افزایش غلظت سیلیسیم میزان تخلخل های انقباضی روی سطح شکست پارگی گرم کاهش یافته و به واسطه افزایش سیالیت و میزان فاز یوتکتیک سه تایی Al-Si-Cu و در نتیجه بهبود شرایط تغذیه و ترمیم ترک های گرم شکل گرفته هنگام انجماد، میزان دندریت های آزاد روی سطح تا حد چشم گیری کاهش می یابد و فضای مابین دندریت ها به نحو موثری توسط مذاب تغذیه می شود. با این حال در نمونه حاوی 5 درصد وزنی سیلیسیم میزان ذرات سیلیسیم یوتکتیک روی سطح شکست افزایش یافته و علایم شکست ترد روی سطح شکست پارگی گرم پدیدار می شود.

    کلیدواژگان: آلیاژ A206، سیلیسیم، قابلیت ریخته گری، پارگی گرم، سیالیت
  • محدثه داوری، محمدامین جباره* صفحات 227-236

    دمای ذوب یکی از مهمترین ویژگی های وابسته به اندازه در نانوذرات است. مطالعه تجربی دمای ذوب نانو ذرات بسیار پیچیده ‏است از این رو مدل های ریاضی مختلفی جهت پیش بینی دمای ذوب نانو ذرات آزاد و نانو ذرات جاسازی شده در فاز زمینه ارایه ‏شده است. با این حال اغلب این مدل ها صرفا بر مبنای خصوصیات فاز جامد ارایه شده اند و ویژگی های فاز مایع را در نظر نمیگیرند. ‏این امر موجب می شود که نتایج حاصل از این مدل ها عمدتا با خطای زیادی همراه باشد. لذا ارایه مدل های جدید که دقت محاسباتی ‏بالاتری داشته باشند، امری ضروری است. در تحقیق حاضر، بر اساس محاسبه انرژی آزاد گیبس فاز جامد و مایع، مدلی ترمودینامیکی ‏جهت محاسبه دمای ذوب نانو ذرات جاسازی شده در فاز زمینه ارایه شده است‎.‎‏ مدل ارایه شده جهت محاسبه دمای ذوب در سه ‏سیستم متفاوت شامل نانو ذرات نقره در زمینه نیکل و نانوذرات سرب در زمینه مس و روی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد ‏که در سیستم های مورد مطالعه کاهش اندازه ذرات موجب افزایش دمای ذوب نانوذرات خواهد شد. مقایسه نتایج حاصل از مدل با ‏داده های تجربی و همچنین نتایج حاصل از مدل های موجود، دقت بالاتر مدل ارایه شده در مقایسه با سایر مدل ها را تایید می کند. ‏علاوه بر اندازه، اثر شکل نانو ذرات بر دمای ذوب آنها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که تغییر دمای ذوب با تغییر شکل ‏نانو ذرات تنها در نانوذرات کوچک تر از 10 نانومتر مشهود است.

    کلیدواژگان: نانو ذره، ترمودینامیک، دمای ذوب، مدل سازی
  • پرستو فلاح*، امیر کبریایی، ناصر ورهرام صفحات 237-246

    در این تحقیق اثر سرعت کشش در فرآیند انجماد جهت دار بر ساختار سوپرآلیاژ پایه نیکل GTD-111 مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور، ابتدا نمونه های جهت دار تحت سرعت های کشش mm/min 10 و1 در کوره بریجمن (مجهز به ناحیه خنک کننده گرافیتی) ریخته گری شد. سپس بررسی های ساختاری توسط میکروسکوپ نوری (OM) و الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) در مقاطع طولی و عرضی (نسبت به راستای انجماد) در پایین (محل شروع انجماد) و بالای (محل خاتمه انجماد) نمونه های انجماد جهت دار یافته صورت گرفت. نتایج نشان داد با افزایش سرعت کشش، اندازه منطقه پلی کریستال در پایین نمونه های جهت دار افزایش یافت. افزون بر این، با افزایش سرعت کشش از mm/min1R= به mm/min10R=، فواصل بازوهای دندریتی اولیه و ثانویه به ترتیب از μm 445 به μm252 و از μm 110 به μm60 کاهش یافت. اندازه رسوبات گاماپرایم نیز با افزایش سرعت کشش از mm/min1R= به mm/min10R= در بالای نمونه ها از μm468 به μm421 و در ناحیه پایین آن ها از μm711 به μm 604 کاهش یافت. همچنین با توجه به جهت خروج حرارت حین انجماد جهت دار در یک سرعت کشش ثابت، ناحیه پایین نمونه تا لحظات پایانی انجماد در معرض حرارت خروجی از ناحیه بالای آن بوده که باعث افزایش اندازه گاماپرایم ناحیه پایینی (μm 711 در mm/min1R= و μm 604 در mm/min10R=) نسبت به بالای نمونه (μm 468 در mm/min1R= و μm 421 در mm/min10R=) شد. بهترین ریزساختار متعلق به بالای نمونه جهت دار با سرعت کشش بالاتر (mm/min10) است که دارای اندازه گاماپرایم کوچک با توزیع همگن و مورفولوژی منظم می باشد.

    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ GTD-111، انجماد جهتدار، سرعت کشش، ذرات گاماپرایم
|
  • Mostafa Etminan, Maryam Morakabati *, Seyed Mahdi Ghazi Mir Saeed Pages 193-201

    The aim of this study was to evaluate the effect of aging on the stress rupture and hot pressure of novel cobalt base superalloy of Co-7Al-7W-4Ti-2Ta composition. After melting the superalloy by VIM method and remelting by VAR method, the ingot was homogenized at 1250 °C for 10 hours. Then, aging treatment was performed on homogenized samples at 800 °C for 8, 16 and 24 hours. After microstructural and phase analysis by SEM and X-ray diffraction pattern testing, the high temperature mechanical properties including hot pressure and stress rupture tests were performed. The results showed that the alloy in the cast condition contains ɣ, ɣ‘, a and β phases in which the ɣ‘, a and β phases are dissolved in ɣ phase by homogenization treatment. By aging of the studied alloy, ɣ‘ precipitates nucleate and grow, where in by increasing aging time the volume fraction and size of these precipitates increases. The results of pressure tests in the temperature range of 500 °C to 1000 °C showed that the strength of the alloy increased at a temperature of 700 °C, which indicates the occurrence of the stress anomaly phenomenon as a consequence of ɣ‘precipitation. Besides, the highest resistance to stress rupture at 770 °C under 300 MPa for 22 hours was achieved for the specimen aged at 800 °C for 16 hours.

    Keywords: Novel Co-base superalloy, aging, Hot compression, stress rupture
  • Daniel Yousefpuor, Majid Abbasi *, Mojtaba Javahery Pages 203-213

    In this research, the effect of manganese addition on the as cast microstructure of nodular ‎cast iron was investigated using experimental and simulation methods. For this purpose, ‎required cast sample with different manganese contents 0.5, 5, 11 and 17 wt.% were ‎produced in sand mold. The as cast microstructures were examined by optical microscopy ‎equipped by image analysis (MIP4 software) and hardness measurement. Then, using JMatPro ‎simulation software, the manganese segregation, the fraction, analysis and stability of the phase’s ‎at different temperature were predicted based on thermal analysis. The results showed that ‎the addition of manganese with 5, 11 and 17% weight percent has strongly affected the ‎solidification characterization, hardness, and morphology of graphite. A quantitative ‎evaluation of the graphite morphology showed that with increasing manganese content to ‎‎17 weight percent, the number of nodal counts and nodularity decrease 60 and 28 percent ‎respectively. The results of the JMatPro software showed that the M7C3 carbide is formed ‎alongside the ledeburitic composition. Also, the thermodynamically analysis of this software ‎revealed that manganese reduces the eutectic temperature and increases the solidification range.

    Keywords: Manganese nodular cast iron‎, JMatPro software, Segregation, Solidification Curve.‎
  • Mohammad Mostafavi, Mostafa Jafarzadegan, Reza Taghiabadi * Pages 215-226

    This study was conducted to investigate the effect of Si addition (1, 2, 3, and 5 wt. %) on the microstructure and castability of hypoeutectic Al-4.5Cu-Si alloys. According to the results, Si addition increased the average size and volume fraction of eutectic Si platelets in the microstructure. Adding Si also improved the fluidity and decreased the porosity content of the alloy, and enhanced its resistance against hot tearing. According to the constrained rod test results, the hot tearing sensitivity index (HTS) of the alloys containing 1, 3, and 5 wt. % Si, was decreased by 48, 78, and 88%, respectively. In agreement with hot tearing testing results, the extensive existence of dendrites and shrinkage micropores on the hot torn surface of the alloy without Si implies on its low potential in feeding the solidification shrinkages and healing hot cracks. Adding Si decreased the amount of shrinkage micropores on the hot torn surface and due to improving the fluidity as well as increasing the amount of Al-Cu-Si ternary eutectic at the last stage of solidification, improved the feeding characteristics of alloy. Therefore, the amount of free dendrite arms was significantly decreased on the fracture surface. However, adding 5 wt. % Si increased the amount of eutectic Si on the hot torn surface giving rises to a more brittle fracture mode.

    Keywords: A206 alloy, Silicon, Castability, Hot tearing, Fluidity
  • Mohadeseh Davari, Mohammad Amin Jabbareh * Pages 227-236

    Melting temperature is one of the most important size-dependent properties in nanoparticles. The experimental ‎study of nanoparticle melting is so complicated. So, many mathematical models have been proposed to ‎predict the melting temperature of free and embedded nanoparticles. However, most of these models are based ‎solely on solid phase properties and does not take the properties of the liquid state into account. This causes ‎inaccuracies in the results of these models. Therefore, development of new models with more accuracy is ‎essential. Based on the calculation of Gibbs free energies of solid and liquid phases, in the present study, a ‎thermodynamic model is proposed to calculate the melting temperature of embedded nanoparticles. The ‎proposed model used to calculate the melting temperature of silver nanoparticles embedded in nickel matrix ‎and Pb nanoparticles embedded in Cu and Zn matrices. The results showed that in the studied systems, ‎reducing the particle size will increase the melting temperature of the nanoparticles. Comparing the calculated ‎results with the available experimental data as well as the results of the previous models confirms the higher ‎accuracy of the proposed model. In addition to the particle size, the effect of nanoparticle shape on the melting ‎temperature is investigated. The results showed that the change in melting temperature with the change in ‎nanoparticles shape is evident only in nanoparticles smaller than 10 nm.‎

    Keywords: Nanoparticle, Thermodynamic, Melting temperature, Modeling
  • Parastoo Fallah *, Amir Kebriyaei, Nasser Varahram Pages 237-246

    Effects of withdrawal rate on the structure of directionally solidified GTD-111 Ni-based superalloy were investigated. To this end, DS specimens were first obtained by the Bridgman Furnace (equipped with a graphite cooling zone) at withdrawal rate of 1 and 10 mm/min. Then, structural investigation was carried out by optical microscopy and field emission scanning electron microscopy at longitudinal and transverse sections with respect to solidification direction at the bottom (location of starting solidification) and top (location of finishing solidification) zone of specimens. The results showed that the polycrystalline grain zone at bottom of the specimen enlarged with increasing the withdrawal rate. Furthermore, with increasing withdrawal rate from R=1mm/min to R=10mm/min, the primary and secondary arm spacing decreased from 445μm to 252μm and from 110μm to 60μm, respectively. The γʹ size also decreased from 468μm to 421μm at top of specimens and from 711μm to 604μm at bottom of specimens with increasing the withdrawal rate from R=1mm/min to R=10mm/min. In addition, due to the direction of heat transfer during directional solidification at a constant withdrawal rate, the bottom zone of specimen was exposed to heat output from top zone. This led to increase the γʹ size at bottom zone (711μm at R=1mm/min and 604μm at R=10mm/min) compared to the top zone (468μm at R=1mm/min and 421μm at R=10mm/min) of specimen. The best microstructure belonged to the top zone of DS specimen with withdrawal rate of 10mm/min which has a small gamma-prime average size, homogenous distribution, and regular morphology.

    Keywords: GTD-111 superalloy, Directional Solidification, Withdrawal rate, Gamma Prime Particles