فهرست مطالب

پژوهشنامه ریخته گری - سال پنجم شماره 3 (پیاپی 18، پاییز و زمستان 1400)

پژوهشنامه ریخته گری
سال پنجم شماره 3 (پیاپی 18، پاییز و زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/02/03
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سید میثم سجادی*، سید محمدعلی بوترابی، مهدی محمدعلیها صفحات 165-174

    فرآیند ریزدانه سازی با اعمال روش های عملیات حرارتی نمی تواند به طور موثری برای فولادهای تک فاز آستنیتی از جمله فولادهای هادفیلد به کار گرفته شود. دیگر روش های جوانه زنی‏ مانند روش های ترمومکانیکی، انرژی، هزینه و پیامدهای زیست محیطی بیشتری به همراه دارند. در این مقاله عوامل جوانه زای مبتنی بر عناصر کمیاب خاکی (REM) و به طور خاص 2CeO و Hf  به صورت ریختگی و با مقادیر 0 ، 05/0 و 1/0 درصد وزنی 2CeO و همچنین 0 و 05/0 درصد وزنی Hf در یک دمای بارریزی ثابت به یک فولاد هادفیلد ریختگی افزوده شد. بررسی های میکروسکوپ نوری، XRD و SEM به منظور تحلیل ریزساختار مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان از تاثیر مقدار جوانه زا بر اندازه ی دانه های آستنیت، جدایش، کاهش 80/42% فاصله ی ‏بین لایه ای پرلیت نسبت به نمونه ی ‏پایه، کاهش میکروحفرات انقباضی و افزایش سختی این فولادها علی رغم تغییر اندک خواص مکانیکی داشت. بررسی اندازه دانه، کاهش 38/6 % اندازه دانه در نمونه ی حاوی 2CeO wt% 1/0 نسبت به نمونه ی ‏پایه را نشان می دهد. تغییرات مقدار سختی در فولادهای جوانه زنی شده نسبت به فولاد پایه شاهد افزایش 95/80 درصدی در حالت ریختگی است که این شاخصه با توجه به لزوم دارا بودن خواص بالای ضد سایش در این فولادها به شکل ویژه تری حایز اهمیت است.

    کلیدواژگان: فولاد هادفیلد، اندازه دانه، ریخته گری، REM، جوانه زنی، جدایش
  • علی خیرابی، محمد پورغریب شاهی* صفحات 175-183

    منحنی سرمایش و تاثیر آن بر نتایج آزمایش کشش در سه روش ریخته گری رایج در ماسه 2CO (CSC) ،دوشابی با چسب حل شونده در آب مطابق روش کمبل (ABL) و با چسب رایج سیلیکات سدیم (DWS) در این پژوهش مورد مقایسه قرار گرفته است. بر اساس نتایج آزمایش کشش مقادیر σ_UTSو ε_f در ریخته گری در نمونه های CSC مقدار MPa 125 و 3% داشت. با به کار گیری روش DWS این مقادیر به MPa193 و 5/11% بهبود پیدا کردن و روش ABL آنها را تا حد MPa218 و 19% ارتقا داد. بر اساس شواهد بدست آمده از متالوگرافی اندازه SDAS های دندریت های -Alα را در روش CSC برابر m80μ، در DWS برابر m40μ و در ABL برابر m20μ بودند. روش دوشابی همراه با چسب حل شونده در آب، به دلیل ایجاد سرعت سرمایش °C/s 2/1 در برابر °C/s 17/0 در حالت DWS توانست اندازهSDAS را 50% بیش از حالت DWS بهبود دهد. این تغییر موجب شد مقدار ε_f به اندازه 65% نسبت به دیگر روش دوشابی ارتقا یابد ولی در پارامتر σUTS تنها 13% افزایش مشاهده شد. بر اساس پژوهش های پیشین، نتایج بهبود یافته کششی تنها به دندریت های α-Al که تحت تایر سرعت سرمایش هستند، نسبت داده می شد. نتایج حاصل از فرایند DWS حاکی از تاثیر عواملی بیشتر از دندریت ها در افزایش خواص مکانیکی بویژه σUTS در آلیاژ هایAl-Si دارد و خلا موجود در بررسی های پژوهش های پیشین را مشخص می کند.

    کلیدواژگان: ریخته گری دوشابی، 356A، چسب حلال در آب، آنالیز حرارتی، استحکام کششی نهایی
  • نجم الدین عرب* صفحات 185-192
    فولاد پر منگنز یا هادفیلد، آلیاژی غیرمغناطیسی از آهن، منگنز، کربن با ترکیب حدود 4/1-1 درصد کربن و 14-10 درصد منگنز است که نسبت منگنز به کربن در این فولادها از اهمیت ویژه ای برخورداراست. مقاومت سایشی خوب و ساختار میکروسکوپی مناسب به همراه قابلیت بالای کار سختی از مهم ترین خواص این نوع از فولادها است. بیشترین محدودیت ها در تولید قطعات منگنزی، به تشکیل کاربیدهای منگنز درشت در زمینه، عدم حلالیت کامل این کاربیدها در عملیات حرارتی آنیل محلولی تمایل به ساختار انجمادی درشت دانه، در این فولادها است. در این پژوهش، اثرات افزایش عنصر آلیاژی زیرکونیم به مقدار 15/0 تا 25/0 درصد و تاثیر عملیات حرارتی آنیل محلولی بر مقاومت سایشی، و ساختار میکروسکوپی این فولادها مورد بررسی گرفته است. آزمایش سایش در شرایط آزمایشگاهی در مسافت های 500، 1000 و 1500 متر انجام شده است. نتایج مبین بهبود مقاومت سایشی در نمونه های حاوی عنصر زیرکونیم هم در حالت ریختگی و هم در شرایط عملیات حرارتی آنیل شده است. بررسی ساختار میکروسکوپی نشان داد که افزایش عنصر زیرکونیم علاوه بر افزایش حلالیت کاربیدهای منگنز در زمینه در حالت ریختگی و آنیل شده، باعث ریز شدن و بهبود توزیع کاربیدهای منگنز حل نشده در ساختار پس از آنیل محلولی در این فولادها شده و این اثرات در فولاد با 25/ 0 درصد زیرکونیم نمایان تر است.
    کلیدواژگان: فولاد پر منگنز، زیرکونیم، تمپر، چقرمگی، مقاومت سایشی
  • حمید دانشمند، مسعود عراقچی*، محمد سلیمانی صفحات 193-204
    ریخته گری تبرید مستقیم یک روش مناسب برای تولید بیلت های آلومینیومی با قطر بالا است. در این روش آلومینیوم مذاب در یک قالب ریخته می شود و قالب به صورت آبگرد خنک می شود. باوجود بهبودهای حاصل شده در فرایند ریخته گری، همچنان عیوب ناخواسته ای در حین تولید محصول پدیدار می شود. برای مقابله با این مشکلات، از روش های بهبودیافته فرایند تبرید مستقیم (DC) ازجمله ریخته گری تبرید مستقیم با استفاده از بالاپوش (Hot top) و ریخته گری در حضور میدان مغناطیسی با فرکانس پایین (LFEC) استفاده می شود. با توجه به مزایای ریخته گری تبرید مستقیم در حضور میدان مغناطیسی، شبیه سازی این فرایند به منظور بررسی هرچه بهتر تاثیر میدان مغناطیسی بر حوضچه مذاب اهمیت پیدا می کند، به نحوی که قبل از هرگونه کار تجربی یک تقریب عددی از میزان تاثیرگذاری میدان مغناطیسی حاصل می شود. در این گزارش، شبیه سازی فرایند ریخته گری تبرید مستقیم در حضور میدان مغناطیسی با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent 19.2 صورت گرفته است. خروجی شبیه سازی شامل پروفیل های توزیع دما، کسر حجمی مایع، سرعت و خطوط جریان در حالت پایدار برای ریخته گری DC و LFEC برای بیلت آلیاژ آلومینیوم 7075 با قطر 18 و14 اینچ و قالب های مربوطه است.
    کلیدواژگان: ریخته گری تبرید مستقیم، بیلت، آلیاژ آلومینیوم 7075، شبیه سازی، شدت میدان مغناطیسی
  • معصومه سیف اللهی*، نیما کچویی، سیدمهدی عباسی، سید مهدی قاضی میرسعید صفحات 205-213
    هدف از این پژوهش، کاهش عناصر مضر و بهبود خواص خستگی آلیاژ از طریق کنترل میزان خلا و زمان نگهداری مذاب در کوره است. در این پژوهش مقدار خلا 0.1 و 0.001 میلی بار در کوره القایی تحت خلا اعمال شد و مذاب در زمان های 3 و 30 دقیقه در بوته نگه داشته شد. نتایج نشان داد با افزایش خلا از 0.1 به 0.001 میلی بار، اندازه دانه در نمونه های با زمان نگه داری 3 دقیقه، به ترتیب از 44 به 66 میکرومتر و در زمان نگهداری 30 دقیقه نیز از 71 به 78 میکرومتر افزایش یافت و رشد دانه اتفاق افتاده است. در زمان 30 دقیقه، با افزایش میزان خلا، رشد دانه ی چندانی اتفاق نیفتاده و اندازه دانه تقریبا ثابت مانده است. با افزایش خلا میزان کاربیدها در نمونه نگهداری شده به مدت 3 دقیقه، از 6.9 درصد به 8.05 درصد کاهش یافت. همچنین با گذشت زمان از 3 به 30 دقیقه، کسر حجمی رسوبات کاربیدی کاهش یافته است. نمونه ها تحت آزمایش خستگی کم چرخه ی کرنش کنترل (دامنه ی کرنش ثابت 6/0 درصد) و دمای 750 درجه سانتی گراد قرار گرفتند. در زمان نگهداری 3 دقیقه با کاهش خلا اعمالی از 0.1 به  0.001 میلی بار، میزان چرخه های قابل تحمل در نمونه قبل از شکست در حدود 26 درصد افزایش یافت. همچنین در زمان 30 دقیقه، با افزایش میزان خلا، تعداد چرخه های خستگی در حدود 15 درصد ارتقا یافته است. برای حالتی که میزان خلا اعمالی به کوره القایی تحت خلا ثابت باشد با کاهش یافتن زمان نگهداری مذاب در بوته، تعداد چرخه های مفید خستگی افزایش پیدا می کند.
    کلیدواژگان: Hastelloy X، زمان نگهداری مذاب، خلا اعمالی در کوره VIM، عمر خستگی، ریزساختار
  • محمدباقر لیمویی، شبنم حسینی، پیمان عمرانیان محمدی، علی نجاریان، حمید عمرانی، محمد حسین زاده، مصطفی افرازیده صفحات 215-222

    در این پروژه اثر ترکیب شیمیایی و مقدار جوانه زا روی ریزساختار به ویژه فریت و تعداد کره های گرافیتی و هم چنین خواص مکانیکی شامل استحکام کششی و سختی چدن نشکن فریتی بررسی شدند. به طوری که از نمونه بدون جوانه زا و دو جوانه زا پایه سیلیسیم و باریم با مقاددیر مختلف 1/0 درصد، 15/0 درصدو 2/0 درصد استفاده شد. نتایج نشان داد که به طور کلی افزایش جوانه زا باعث افزایش مقدار فریت از 75 درصد به 90 درصد و تعداد کره های گرافیتی از 125 به 175 عدد شده اما استحکام کششی و سختی کاهش یافته است، به طوری که استحکام نهایی کشش از 550 مگاپاسکال برای شرایط بدون جوانه زا در حضور جوانه زاهای پایه باریم و سیلیسیم به ترتیب به 460 و 440 مگاپاسکال و سختی از 178 برینل برای شرایط بدون جوانه زا در حضور جوانه زاهای پایه باریم و سیلیسیم به ترتیب به 165 و 163 برینل رسیده است. در مقایسه دو جوانه زا، تفاوت چندانی از لحاظ میکروساختاری مشاهده نشد اما از لحاظ خواص مکانیکی در نمونه های با جوانه زا پایه باریم نتایج مطلوب تری حاصل شد.

    کلیدواژگان: چدن نشکن فریتی، جوانه زا، میکروساختار، باریم، سیلیسیم
|
  • Seyed Meysam Sajjadi *, Seyed MohammadAli Boutorabi, Mehdi Mohammadaliha Pages 165-174

    The fine-graining process by applying heat treatment methods. cannot be effectively applied to austenitic single-phase steels, including Hadfield steels, Other grain refining methods, such as thermomechanical methods, need more energy, cost, and more environmental consequences. In this paper, REM-based inoculations (Rare Earth Metals) and specifically CeO2 and Hf with values of 0, 0.05, and 0.1 wt% of CeO2, as well as 0 and 0.05 wt% of Hf, were added into an austenitic high Mn Hadfield cast steel. The results showed the effect of inoculation amount on austenite grain size, segregation, reduction of shrinkage microporosity, pearlite layer spacing, and increase in hardness of these steels despite small changes in mechanical properties. Changes in the amount of hardness in inoculated steels compared to base steels led to an increase of 80.95% in the as-cast condition, which is a particularly important feature due to the need for high anti-wear properties in these steels.

    Keywords: Hadfield Steel, Grain Size, Casting, REM, Inoculation, Segregation
  • Ali Kheirabi, Mohammad Pourgharibshahi * Pages 175-183

    This research investigated the cooling curves and tensile test results of three casting methods conventional CO2 sand casting (CSC), ablation casting with a water-soluble binder (ABL), and Ablation casting with Na2SiO3 binder (DWS). With the as-cast CSC samples, the σUTS and εf were 125 MPa and 3%, respectively which were promoted by the DWS process to 193 MPa and 11.5 %, respectively. The ABL process could increase the σUTS and εf to 210 MPa and 19 %, respectively. According to metallography examinations, the SDAS of α-Al dendrites decreased from 80µm in CSC to 40µm in DWS and 20µm in ABL. Ablation with a water-soluble binder had the most effect on tensile mechanical properties as it provided the highest cooling rate (1.2 °C/s) comparing to the two other processes. The differences between these two Ablation procedures were 50% in SDAS and 65% in εf, while 13% with respect to σUTS. Prior researches attributed these enhancements to the α-Al dendrites SDAS affected by the high cooling rate experienced. The DWS results, however, reveal a research gap indicating the participation of other factors besides merely the α-Al dendrites in improvement of the mechanical properties in Al-Si alloys.

    Keywords: Ablation Casting, A356, Water-soluble binder, Thermal analysis, Ultimate Tensile Strength
  • Najmodin Arab * Pages 185-192
    Standard manganese steel or Hadfield steel is a non-magnetic alloy of iron, manganese, carbon with a composition of 1.0-1.4% carbon and 10-14% manganese. It is important to maintain the ratio of manganese to carbon in this steel. The good abrasion resistance, microstructure and hardenability are the main properties of these steels. The important limitations in the production of high manganese steel parts, are formation of coarse manganese-carbides during the solidification process, and partially solution of carbides in microstructure during solution annealing heat treatment. In this research, the effects of increasing zirconium alloy element and the effect of solution annealing heat treatment on microstructure and abrasion resistance of manganese steels is investigated by analyzing microstructure and wear conditions Wear test was carried out at 500, 1000 and 1500 meters distance. The wear test results showed that Zr can modify wear resistant in as cast and solution treatment conditions. The microstructure assessment results shows that increasing of Zirconium element increase solution tendency of carbides in as cast and heat treated condition, and modify remained carbide sizes and distribution in Zr content steels especially in 0.25% Zr.
    Keywords: Manganese Steels, Zirconium, Solution Annealing, Microstructure, Wear resistance
  • Hamid Daneshmand, Masoud Araghchi *, Mohammad Soleimany Pages 193-204
    Direct Chill casting is a suitable method for the production of high diameter aluminum sheets. In this method, molten aluminum is poured into a mold and the mold is cooled by hydrogen. Despite the improvements made in the casting process, unwanted defects still appear during the production of the product. To deal with these problems, improved methods of direct refrigeration (DC) process are used, including direct refrigeration casting using hot top and casting in the presence of low frequency magnetic field (LFEC). Due to the advantages of direct refrigeration casting in the presence of a magnetic field, simulation of this process is important in order to better investigate the effect of the magnetic field on the molten pool, so that before any experimental work a numerical approximation of the magnetic field effect is obtained. Be. In this report, the direct refrigeration casting process is simulated in the presence of a magnetic field using ANSYS Fluent 19.2 software. The simulation output includes temperature distribution profiles, liquid volume fraction, velocity and steady-state flow lines for DC and LFEC casting for 70- and 14-inch diameter aluminum alloy billets and associated molds.
    Keywords: Direct Chill (DC) casting, billet, 7075 aluminum alloy, Simulation, magnetic field strength
  • Masumeh Seifollahi *, Nima Kachuee, Seyed Mahdi Abbasi, Seyed Mahdi Ghazi Mir Saeed Pages 205-213
    The aim of this study is the improvement of fatigue properties via controlling the vacuum pressure and melt holding time. The vacuum pressure of 10-1 and 10-3 mbar were applied during melting in VIM and the melt were kept for 3 and 30 minutes. The results show that with increasing the pressure from 10-1 to 10-3 mbar at 3 and 30 min, the grain size increase from 44 to 66 µm and from 71 to 78 µm, respectively. Also, the volume fraction of carbides at 3 min decrease from 9.6 to 8.05 vol% with increasing the pressure and it also decrease with increasing time as well. High temperature low cycle fatigue test was carried out at strain of 0.6% and temperature of 750°C. At 3 and 30 min with increasing pressure, the cycling life increase 26% and 15%, respectively. At constant pressure, with decreasing time, the cycling lives also increase.
    Keywords: Hastelloy X, Melt holding time, vacuum pressure, Fatigue life, Microstructure
  • MohammadBagher Limooei, Shabnam Hosseini, Peiman Omranian Mohammadi, Ali Najarian, Hamid Omrani, Mohammad Hosseinzadeh, Mostafa Afrazideh Pages 215-222

    The effect of chemical composition and amount of inoculant on microstructure specially ferrite phase and graphite nodule count and mechanical properties containing ultimate tensile strength (UTS) and hardness of ferritic ductile iron were considered. In this project, three conditions were evaluated. They were without inoculant, barium and silicon base inoculants were used. Inoculant percentages were 0.1, 0.15 and 0.2 percent. The results show that inoculation encourages the ferrite formation from 75 percent to 90 percent in matrix, increasing the nodule count from 125 to 175, decreasing the hardness from around 200 HB to close 160 HB and decreasing the UTS from more than 500 MPa to close the 400 MPa. In comparison between barium and silicon base inoculants, it was seen that effect of inoculants on the microstructure was same but on the mechanical properties was different and barium base inoculant had more appropriate effect in comparison with silicon base inoculant.

    Keywords: Ferritic ductile iron, Inoculant, Microstructure, Barium, Silicon