فهرست مطالب

پژوهشنامه ریخته گری - سال پنجم شماره 2 (پیاپی 17، تابستان 1400)

پژوهشنامه ریخته گری
سال پنجم شماره 2 (پیاپی 17، تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/02/02
  • تعداد عناوین: 6
|
  • نجمه پیرنجم الدین، باقر محمدصادقی*، سید محمدعلی بوترابی صفحات 67-77

    در این تحقیق تاثیر افزودن آنتیموان و مدول ریختگی بر ریزساختار، مورفولوژی گرافیت، و خواص مکانیکی یک چدن نشکن مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. بدین منظور یک چدن نشکن با مدول های ریختگی مختلف 8، 15 و 30 میلی متر ریخته گری شد. همچنین به منظور بررسی تاثیر عنصر آنتیموان در یک قالب دیگر با شرایط مشابه قبل، 01/0 درصد وزنی آنتیموان، به مذاب اضافه شد. سپس ریزساختار با استفاده از میکروسکوپ نوری مورد بررسی قرار گرفت. برای تحلیل تصاویر ریزساختار از نرم افزار پردازش تصویر MIP4 استفاده شد. برای بررسی خواص مکانیکی، آزمایش سختی برینل و کشش انجام شد. نتایج این تحقیق نشان داد، با افزایش مدول ریختگی تعداد کره گرافیتی از 500 به 235 کره در میلی متر مربع، درصد کرویت از 71 به 63 درصد کاهش یافت. همچنین بررسی نتایج آزمایش سختی و کشش حاکی از آن است که با افزایش مدول ریختگی، سختی از 289 به 212 برینل و استحکام تسلیم از 430 به 350 مگاپاسکال کاهش می یابد. مقایسه نمونه های حاوی آنتیموان و بدون آنتیموان نشان داد، آنتیموان سبب افزایش درصد کرویت، تعداد کره گرافیتی وکسر حجمی پرلیت می شود. به عنوان مثال برای نمونه با مدول 15میلی متر حضور آنتیموان، تعداد کره گرافیتی را 49% افزایش داد، درصد کرویت را از 65 به 5/68 درصد بهبود بخشید، همچنین کسر حجمی پرلیت را تقریبا 11% افزایش داد.

    کلیدواژگان: مدول ریختگی، چدن نشکن، مورفولوژی گرافیت، آنتیموان
  • سید محمدحسین میرباقری*، مریم طرفه، جمشید آقازاده، سهیل نخودچی صفحات 79-92

    هدف از پژوهش حاضر بررسی رفتار خزشی سوپرآلیاژ پایه نیکل GTD111 تولید شده به روش انجماد جهت دار است. ابتدا استوانه هایی از این آلیاژ به روش بریجمن رشد داده شدند. سپس با تهیه نمونه، تحت آزمون خزش در دمای C870 بر حسب دمای کاری پره های توربین صنعتی و تنش های متفاوت قرار گرفتند. رفتار خزشی و تغییرات ریزساختاری این آلیاژ مورد توسط آزمون های مختلف اندازه گیری و بررسی شدند. با توجه به این که هدف این پروژه، شناسایی رفتار خزشی سوپرآلیاژ مذکور در شرایطی است که دانه های ستونی از زاویه ایده ال طی انجماد جهت دار انحراف پیدا کنند، ابتدا دانه بندی در نمونه های ریخته گری تعیین شد، سپس با تعیین میزان انحراف دانه ها، رفتار مکانیکی آنها بررسی شد. همچنین، از شبیه سازی کامپیوتری بهره گرفته شد تا دانه بندی نمونه های ریخته گری شده، مدل سازی شود. با مدل سازی سه بعدی دانه ها در نمونه های خزش و سپس تغییر زاویه رشد دندریت ها در هر دانه، تحلیل کامپیوتری رفتار خزشی نمونه با استفاده از معادله نورتون و تغییرات عمر خزشی با تغییر زاویه انحراف دانه ها بدست آمد. نتایج نشان داد، افزایش زاویه انحراف طی رشد دندریت ها در یک دانه از صفر تا 3 درجه، موجب 4/0درصد افزایش در تنش متوسط و افزایش زاویه رشد در همان دانه از 3 به 10 درجه، موجب 5 درصد افزایش و افزایش از 10 به 20 درجه، موجب 11 درصد افزایش در تنش متوسط در این دانه در مقطع میانی نمونه شد.

    کلیدواژگان: سوپرآلیاژ پایه نیکل، انجماد جهت دار، خزش، شبیه سازی ریزساختاری، انحراف دانه
  • سعید فراهانی*، نور ازما نوردین، حمیدرضا قندور صفحات 93-106

    در این تحقیق تاثیر زمان های نگهداری مذاب برای مدت 15، 30 و 45 دقیقه در فوق گدازی 200، 250 و300 درجه سانتی گراد بر روی فازهای Mg2SiP اولیه، Mg2SiE یوتکتیکی، Al5FeSi، Al5Mg8Si6Cu2 ،Al2Cu، دمای تشکیل این فازها و نیز سختی کامپوزیت Al-20Mg2Si-2Cu مورد بررسی قرار گرفت. مشاهدات ریزساختاری و آنالیز کمی نشان داد که بهترین بهسازی در فوق گدازی 300 درجه سانتی گراد و زمان نگهداری 15دقیقه ایجاد شد. در مقایسه با نمونه مرجع که دارای 100 درجه سانتی گراد فوق گدازی بود، شکل دندریتی و خشن ذرات Mg2SiP به چندوجهی ریز تبدیل گردید. اندازه متوسط ذرات بطور چشمگیری از 1179 به 5/255 میکرومتر کاهش پیدا کرد. مساحت ذرات و نسبت ابعادی بترتیب به میزان 83% و 13% کاهش یافت. تعداد ذرات در واحد سطح از 9 به 57 افزایش پیدا کرد. فوق گدازی موجب تبدیل β-Fe سوزنی به فازFe- αخط چینی شد، هرچند تغییر محسوسی در ویژگی فازهای Mg2SiE، Al5Mg8Si6Cu2 وAl2Cu مشاهده نشد. ارتباط مناسبی بین دمای تشکیل و تغییر ساختاری فازMg2SiP یافت شد. پس از اعمال فوق گدازی 300 درجه سانتی گراد بمدت 15دقیقه، دمای تشکیل فاز Mg2SiP از 3/647 به 4/664 درجه سانتی گراد افزایش یافت. کامپوزیت هایی که تحت عملیات فوق گدازی قرار گرفتند صرفنظر از دما و زمان، سختی بالاتری نسبت به نمونه مرجع نشان دادند. بیشترین سختی بمیزان 1/82 ویکرز بدست آمد که می تواند مرتبط با افزایش تعداد ذرات و کاهش فاصله بین ذرات باشد.

    کلیدواژگان: کامپوزیت، Mg2Si، فوق گدازی، ریزساختار، آنالیز حرارتی
  • امین جعفری رامیانی*، درسا یوسفی، مهدیه مهاجری صفحات 107-118

    محاسبه وزن مواد بار کوره های ذوب، اغلب از راه موازنه جرم ساده عناصر آلیاژی در مواد ورودی و مذاب خروجی انجام می شود. اما در فرایندهای ذوب، پیچیدگی ها و پدیده های گوناگونی هست که اغلب در محاسبات موازنه جرم نادیده گرفته می شود و سبب عدم اطمینان در محاسبه بار کوره می گردد. خطای محاسبه، باعث اصلاح چندباره ذوب، تاخیر در تخلیه، افزایش هزینه و کاهش کیفیت مذاب می شود. در پژوهش حاضر تلاش بر این بوده که پیچیدگی ها و جنبه های مهم مساله ذوب، که اغلب نادیده گرفته شده، در کوره شناسایی و در یک مدل ریاضی مناسب درنظر گرفته شود. هدف پژوهش حاضر توسعه مدلی است، که نه تنها وزن مواد اولیه برای ترکیب شیمیایی ذوب هدف را بهینه سازی کند، بلکه هدررفت ناهمگن عناصر آلیاژی، ناخالصی های غیرفلزی مواد بار، و اصلاح ذوب اولیه در کوره را نیز درنظر بگیرد. این مقاله، یک مدل بهینه سازی استاندارد و یک الگوریتم حلقه ی تکرار برای موازنه جرم غیرخطی مساله ذوب ارایه می کند. یک مساله ذوب آلیاژ برنج با 7 عنصر آلیاژی و 8 نوع مواد بار در مقیاس صنعتی طرح و بررسی گردید، تا کارکرد مدل را مورد آزمایش قرار دهد. نتایج عددی مدل کسر وزنی مواد اولیه، و وزن و ترکیب شیمیایی ذوب اصلاح شده را با کمترین هزینه مواد نشان می دهد. تحلیل بهینه بودن جواب، تایید کرد که کمترین مقدار هزینه به دست آمده است. مدل استاندارد غیرخطی، ابزاری قابل اعتماد و سریع برای بهینه سازی هزینه و محاسبه بار کوره است که پتانسیل های قابل توجهی برای کاهش هزینه و تسهیل اتوماسیون صنعتی فرایند ذوب ایجاد می کند.

    کلیدواژگان: محاسبه بار کوره، بهینه سازی غیرخطی، ذوب، موازنه جرم، هدررفت مواد
  • قاسم عیسی آبادی* صفحات 119-138

    یکی از الزامات اصلی تولید قطعات ریختگی آلیاژ های آلومینیوم، ارزیابی دقیق کیفیت مذاب است و تاکنون روش های متعددی برای افزایش کیفیت مذاب این آلیاژها ارایه شده اند که مرسوم ترین آنها فرایند گاززدایی چرخش، استفاده از فلاکس و فیلترهای سرامیکی هستند. در حالی که هیدروژن محلول در مذاب آلیاژهای آلومینیوم عامل اصلی کاهش کیفیت قطعات ریختگی آلومینیومی قلمداد می شود، این مقاله با بررسی پژوهش های منتشر شده نشان می دهد که هیدروژن هیچ نقشی در کیفیت ابن آلیاژها ندارد و تنها عامل موثر بر کیفیت این آنها فیلم های اکسیدی و آخال ها هستند. همچنین در این مقاله روشی مبتنی بر انجام آزمون فشار کاهش یافته و کشش تک محوری برای ارزیابی آسیب های وارد شده به مذاب آلیاژهای آلومینیوم در مراحل مختلف تولید ارایه شده است که استفاده از آن می تواند منجر به ارزیابی مناسب کیفیت آلیاژهای ریختگی آلومینیوم و میزان آسیب وارد شده به مذاب در هر یک از مراحل تولید شود.

    کلیدواژگان: آلیاژهای آلومینیوم ریختگی، کیفیت، فیلم اکسیدی، آخال، فشار کاهش یافته
  • نازنین همایون جم، فاطمه اصغری، احمد سعادتی، مهدی ملکان* صفحات 139-159

    فرآیند ریخته گری دقیق، روشی قابل اطمینان برای تولید اشکال پیچیده و ظریف، با کیفیت سطحی مناسب و دقت ابعادی بالا است. بزرگ ترین مزیت ریخته گری دقیق امکان تولید انواع گسترده ای از محصولات صنایع مختلف است و اجسام غیرقابل ماشین کاری را می توان به همان شکل از پیش تعیین شده ریخته گری کرد، به طوری که قطعه نهایی عموما نیازی به جوشکاری و مونتاژ کردن ندارد و درنتیجه باعث صرفه جویی در زمان و هزینه می شود. این روش در دوران باستان به منظور تولید اسلحه، جواهرات و مجسمه های هنری استفاده میشد. پس از گذشت قرنها، این تکنولوژی پیشرفت کرده و در ریختهگری انواع آثار هنری، قطعات صنعتی و تولید پره های توربین به کار میرود. مقاله حاضر، مروری بر به کارگیری فرآیند ریختهگری دقیق در تولید قطعات هنری است. در این مقاله تاریخچه ریخته گری دقیق، خصوصیات موم مدل، چسب، مواد افزودنی و پرکننده ها، روند ساخت پوسته های سرامیکی برای آلیاژهای غیرآهنی، مقایسه موم زدایی با دو روش ماکرویو و اتوکلاو، ذوب ریزی و عملیات نهایی، روش پرینت سه بعدی برای ساخت مدل و نهایتا شبیه سازی های مورد استفاده برای پیش بینی عیوب و بهینه سازی مدل به طور مجزا مرور خواهد شد.

    کلیدواژگان: ریخته گری دقیق، زیورآلات، نمونه سازی سریع، نقص های ریختگی، شبیه سازی
|
  • Najme Pirnajmedin, Seyed MohammadAli Boutorabi Pages 67-77

    In this study, the effects of Sb addition and casting modulus on the microstructure, morphology of graphite, and mechanical properties of ductile cast iron were investigated. For this purpose, a ductile cast iron with different casting modulus of 8, 15 and 30 mm were cast. Also, in order to examine the effect of Sb element in another mold with similar conditions, 0.01 wt% of Sb was added to the melt followed by the microstructure evaluation using an optical microscope. MIP4 image processing software was used to analyze the microstructure images. Brinell hardness and tensile tests were conducted to evaluate the mechanical properties. The results of this study showed that with increasing the casting modulus, nodule count decreased from 500 to 235 nodule per square mm, also nodularity decreased from 71 to 63%. In addition, the study of the results of hardness and the tensile test showed that with increasing the casting modulus, the hardness decreases from 289 to 212 HB and the yield strength from 430 to 350 MPa. Comparison of samples containing Sb and without Sb showed that Sb increased the nodularity, nodule count and volume fraction of perlite. For example, for the sample with 1 mm modulus, the presence of Sb increased the nodule count by 49%, improved the nodularity from 65% to 68.5%, and also increased the perlite volume fraction by almost 11%.

    Keywords: Casting Modulus, Ductile Cast Iron, Graphite Morphology, Antimony
  • Seyed MohammadHossein Mirbagheri *, Maryam Torfeh, Jamshid Aghazadeh, Soheil Nakhodachi Pages 79-92

    The aim of this study was to investigate the creep behaviour of GTD111 nickel base superalloy produced by directional solidification method. First, a cluster of cylinders of this alloy were cast by Bridgman method. Then, by preparing the tensile specimens, they were subjected to creep test at 870˚C and different stresses. Creep behaviour and microstructural changes of this alloy were measured and evaluated by various tests. Considering that the aim of this project is to identify the creep behaviour in the condition that the grains deviate from the ideal angle during directional solidification, first the grain structure was determined in casting samples, then their mechanical behaviour was investigated by determining the grain deviation. Also, numerical simulation was used to model the grain size of the cast samples. By three-dimensional modelling of grains in creep specimens and then changing the growth angle of dendrites in each grain, numerical analysis of the creep of the specimen using Norton equation and changes in creep life by changing the deflection angle of the grains was obtained. The results showed that increasing the angle of deviation during the growth in a grain from zero to 3 degrees caused a 0.4% increase in mean stress and increasing the growth angle in the same grain from 3 to 10 degrees, caused a 5% increase and an increase from 10 to 20 degrees caused an 11% increase in mean stress in this grain in the middle section of the sample.

    Keywords: Nickel Base Superalloy, Directional Solidification, Creep, Microstructural simulation, Grain misorientation
  • Saeed Farahany *, Nur Azma Nordin, Hamidreza Ghandvar Pages 93-106

    In this study, the effect of melt holding times for 15, 30, and 45 minutes at superheating temperatures of 200, 250, and 300 °C on the phase of Mg2SiP, eutectic Mg2SiE, Al5FeSi, Al5Mg8Si6Cu2, Al2Cu, nucleation temperature of these phases, and the hardness of Al-20Mg2Si-2Cu composite were examined. Microstructural observations and quantitative analysis showed that the best modification was achieved at superheating of 300 ° C and a holding time of 15 minutes. Compared with the reference sample with 100 ° C superheating, the dendritic and coarse morphology of Mg2SiP particles changed to the fine polyhedral. The average particle size decreased dramatically from 1179 to 255.5 μm. Particle area and aspect ratio decreased by 83% and 13%, respectively. The number of particles per unit area increased from 9 to 57. Superheating converted the needle β-Fe to the β α-Fe Chinese script, although no significant change in the features of the Mg2SiE, Al5Mg8Si6Cu2, and Al2Cu phases was observed. A good correlation was found between the nucleation temperature and the microstructural transformation of the Mg2SiP phase. After implementing superheating of 300 °C for 15 minutes, the nucleation temperature of the Mg2SiP phase increased from 647.3 to 664.4 °C. The superheating treated composites showed higher hardness than the reference specimen, regardless of temperature and time. The highest hardness was obtained with 82.1 Vickers, which could be attributed to increasing the number of particles and reducing the distance between particles.

    Keywords: Composite, Mg2Si, superheating, Microstructure, Thermal analysis
  • Amin Jafari-Ramiani *, Dorsa Yousefi, Mahdiye Mohajeri Pages 107-118

    Melting furnace charge calculation is often performed based on the mass balance of alloying elements between input materials and output melt. However, real melting processes are concerned with phenomena and complexities, which are ignored in simplified mass balance calculations. That causes uncertainty in the charge calculations, which further leads to multiple melt corrections, delays in tapping, cost raises, and melt quality problems. This study aimed to develop a model that not only optimizes charge materials for a specified target melt, but also considers non-homogeneous element loss, non-metal contaminations in charges, and correction of initial melt in the furnace. This paper proposes a standard optimization approach with an iterative algorithm for non-linear mass balance in the melting problem. A test case was introduced to find charge materials for target brass alloy C47940 in a 10-ton induction furnace, with an initial 7-ton out-of-range melt. The matrix of coefficients was built according to the numerical algorithm of the model. The results of the test case showed the optimum mass fractions of charge burdens. An optimality analysis was conducted and showed that the solution has reached the minimum possible cost. The non-linear iterative algorithm revealed a convergent and fast performance which has potential for reliable optimization in melting operations with significant benefit for industrial automation.

    Keywords: Furnace Charge Calculation, Non-Linear Optimization, Melting, Mass Balance, material loss
  • Ghasem Eisaabadi * Pages 119-138

    Using a high quality, clean melt is a fundamental prerequisite for production of high-quality Al castings. So far, a variety of techniques have been suggested to increase the quality of cast Al alloys including, rotary degassing and the use of fluxes and ceramic foam filters during melt preparation and casting. While the dissolved hydrogen in molten Al alloys is considered as the main cause of the formation of pores and therefore, the low quality of cast aluminum alloys, the study of the literature in this paper demonstrates that hydrogen itself has almost no negative impact on the quality of these alloys. The present paper suggests that the sole factor that impairs their quality is the presence of oxide films and inclusions. Also, this paper suggests a practical procedure to evaluate the damages to cast Al alloys during the production steps that is based on the reduced pressure test and uniaxial tensile test.

    Keywords: Cast Aluminum Alloys, Quality, Oxide film, Inclusion, Reduced Pressure Test
  • Nazanin Homayounjam, Fatemeh Asghari, Ahmad Saadati, Mehdi Malekan * Pages 139-159

    The investment casting process is a reliable way to produce complex and delicate shapes , with good surface quality and high dimensional accuracy. The main advantage of investment casting is the ability to produce a wide variety of products from different industries, and non-machinable components can be cast in the same predetermined way, so that the final component generally does not need to be welded and assembled, thus saving time and money. This method was used in ancient times to produce weapons, jewelry and artistic sculptures. Over the centuries, this technology has advanced and is used in the casting of various works of art, industrial parts and the production of turbine blades. The present article is an overview of the application of investment casting process in the production of artistic pieces. In this article, investment casting history, model wax properties, adhesives, additives and fillers, ceramic shell fabrication process for non-ferrous alloys, comparison of microwave and autoclave dewaxing methods, smelting and final operations, 3D printing method for Model construction and finally the simulations used to predict defects and model optimization will be reviewed separately.

    Keywords: Investment Casting, jewelry, Rapid prototyping, Casting Defects, Simulation