دانشکده فنی دانشگاه تهران
سال:1385 | دوره:40 | شماره:7 (پیاپی 101) ویژه مهندسی متالورژی |تعداد مقالات:11

در این تحقیق به منظور ساخت و بررسی خواص جرم ریختنی دیرگداز آلومینا ـ کاربید سیلیسیم ـ کربن جهت کاربرد در راهگاه کوره بلند، ابتدا ترکیبی بر پایه اگریگیت های آلومینای ذوبی قهوه ای با توزیع دانه بندی بهینه طراحی شد و خواص فیزیکی و مکانیکی بدنه های خشک شده در دمای 110oC و پخت شده در دماهای 1000، 1250 و 1500 درجه سانتی گراد ارزیابی گردید. سپس تاثیر مقدار کاربید سیلیسیم بر خواص فیزیکی، مکانیکی و نیز رفتار خوردگی این نوع دیرگدازها ارزیابی گردید. جهت بررسی خوردگی از دو روش آزمایش بوته (Cup Test) وFinger Test بهره گرفته شد. پس از آزمایش خوردگی جهت مشاهده رفتار خوردگی نمونه ها از تکنیک های مطالعات ریزساختاری (SEM/EDS) و فازی (XRD) استفاده شده است. نتایج حاصل نشان داد که با افزایش مقدار کاربید سیلیسیم، میزان خوردگی دیرگدازها افزایش یافته است.

در این تحقیق کاربیدبور از مواد ارزان قیمت اسید بوریک (منبع بور) و اسید سیتریک (منبع کربن) با استفاده از روش سل-ژل تولید شد. در این فرایند پس از آنکه محلول آبی اسیدبوریک در حضور اسیدسیتریک تحت کنترل PH تشکیل ژل پایداری داد، ژل حاصل تحت خلا مورد پیرولیز قرار می گیرد. ترکیب با نسبت استوکیومتری 6/1 در کوره تیوبی با نرخ حرارت دهی 5oC/min تا دماهای 1250-1500oC گرم کرده و به مدت 5/2 ساعت تحت خلا در این دما نگهداشته شد. با توجه به الگوی پراش حاصل، مشاهده می شود که در دماهای پایین واکنش کمتری صورت گرفته به طوری که می توان گفت در دمای 1250oC واکنش اصلا پیشرفت نکرده و محصول کلوخه ای بر جای گذاشته است که با توجه به آنالیزهای XRD  پیک های بدست آمده مربوط به B2O3 و کربن می باشد. با افزایش دما از 1250 به 1350oC تحت شرایط ذکر شده با مطالعه الگوهای پراش بدست آمده مشاهده می شود که نسبت به دمای 1250oC ، واکنش پیشرفت کرده ولی هنوز مواد اولیه واکنش نکرده از قبیل B2O3 و C در نمونه ها مشاهده می شود. با توجه به الگوی پراش اشعه ایکس محصولات بدست آمده در دماهای 1450 و 1500oC تحت شرایط فوق، مشاهده می شود که واکنش نسبت به دماهای 1250 و 1350oC پیشرفت قابل توجهی می کند. بطوری که در دماهای 1450 و 1500oC ، B2O3 واکنش نکرده اصلا مشاهده نمی شود و در این دماها تنها ناخالصی که مشاهده می شود کربن C است. طبق این نتایج، واکنش تشکیل کاربیدبور در 1450oC و بالاتر کامل می شود. طبق آنالیز SEM پودر تولید شده متحداشکل بوده و در اشکال کروی و بیضی گون می باشد محصولات تحت آنالیزXRD، کربن آزاد و اندازه ذرات قرار گرفتند.

در این مقاله ریزساختار و استحاله حافظه داری مربوط به تشکیل فاز R در آلیاژ دوتایی نیکل- تیتانیوم غنی از نیکل با ترکیب 50.23%atNi بررسی شده است. پس از آنیل کردن، نمونه در دمای 773K به مدت 1، 5 و 7 ساعت پیرسازی شد. مطالعات میکروسکوپی نشان داد که فاز شبه پایدار R بصورت ناهمگن و اغلب در حوالی مرزدانه ها جوانه زده و رشد می کند به طوری که مقدار فاز R با زمان پیرسازی افزایش می یابد. مطالعات میکروسکوپ الکترونی TEM، همزمانی تشکیل نابجایی و فاز R در ریز ساختار آلیاژ در حین پیر کردن را نشان می دهد. بر این اساس پیشنهاد می شود که تشکیل فاز R در ریزساختار به میدان های تنش تولید شده در اطراف خطوط نابجایی مرتبط تلقی شود. با افزایش شدت میدان کرنش الاستیک در زمینه، امکان استحاله مستقیم آستنیت به مارتنزیت محدود و تولید فاز میانی R توسعه یافت. مشاهدات نشان داد که در نتیجه عملیات پیرسازی انواع جدیدی از دوقلویی و مورفولوژی خودتطبیقی بسته های دوقلویی در ریزساختار مارتنزیتی، همزمان با حضور فاز R، تشکیل می شوند.

تاثیر ریزساختار بینیتی حاصل از عملیات حرارتی آستمپر بر خواص مکانیکی فولادهای میکروآلیاژ ریختگی حاوی عناصر Ti-V-B در مقایسه با ترکیب حاوی V و ترکیب پایه بدون عناصر میکروآلیاژ مورد ارزیابی قرار گرفته است. امروزه تولید و مصرف فولادهای میکروآلیاژی به علت ویژگی های مکانیکی بسیار خوب و هزینه تولید پایین آن که ناشی از پایین بودن درصد عناصر آلیاژی و کاهش وزن نسبت به استحکام بالا در آنهاست، بسیار مورد توجه است. در پژوهش حاضر، دو ترکیب مختلف از فولادهای میکروآلیاژ به همراه یک ترکیب پایه فولاد ساده کربنی ریخته گری گردید و سپس با انجام عملیات حرارتی آستمپر همدما بر روی نمونه ها جهت رسیدن به ساختار بینیت به بررسی تاثیر ریزساختارهای حاصله بر خواص مکانیکی آن ها پرداخته شد. نتایج حاصله نشان داد که تلفیق مناسب استحکام و چقرمگی در این فولادها، توسط ایجاد ساختاری شامل بینیت و مارتنزیت حاصل می گردد. بررسی ساختار توسط میکروسکوپ نوری و SEM نشان داد که ساختار فوق با آستنیته کردن در دمای 900 درجه سانتیگراد و نگهداری ایزوترم در دمای 410 درجه سانتیگراد در ترکیب حاوی عناصر میکروآلیاژ Ti-V-B بدست می آید. در شرایط عملیات حرارتی مذکور استحکام ترکیب حاوی عناصر Ti-V-B به 850 مگاپاسکال با ازدیاد طول 5/15 درصد رسیده است.

فرآیند شکل دادن سرد در سالهای اخیر بیشتر مورد توجه واقع شده و استفاده از چنین فرآیندهایی در تولید اجزا و قسمتهای کوچک گسترش یافته است. قابل توجه است که در بسیاری از فرآیندهای شکل دهی، تغییرشکل در حضور تنش های فشاری انجام می شود. لذا بررسی رفتار فلزات در این فرآیند جهت شناخت و کنترل شکست نرم که فاکتور اصلی محدود کننده فرآیند است، از اهمیت خاصی برخوردار است. در این پژوهش آزمایش فشار سرد تک محوری بر روی نمونه های استوانه ای شکل از آلیاژهای آلومینیوم و برنج با نسبتهای ارتفاع به قطر(H0/D0) معادل 5/1، 0/1 و 5/0و تحت شرایط اصطکاکی متفاوت و در دو نرخ کرنش اولیه مختلف صورت گرفته است. سپس رفتار فشاری آلومینیوم و برنج تحت شرایط مختلف مورد مطالعه و مقایسه قرار گرفته است. نتایج به دست آمده مبین آن است که در هر دو آلیاژ در حالت بدون روانکاری با کاهش نسبت ارتفاع به قطر اولیه نمونه میزان تنش لازم برای تغییر شکل در یک کرنش ثابت افزایش می یابد، در حالیکه در حالت روانکاری شده در هر دو ماده در یک کرنش ثابت با کاهش نسبت ارتفاع به قطر اولیه نمونه میزان تنش لازم برای تغییر شکل کاهش می یابد. در هر دو آلیاژ از اختلاف میان منحنی تنش کرنش در حالت روانکاری شده و بدون روانکاری سهم اصطکاک در تغییر شکل مورد مطالعه و مقایسه قرار گرفت. مشاهده گردید که ضریب اصطکاک محاسبه شده در هر دو ماده مقداری ثابت و مستقل از نرخ کرنش و نسبت ارتفاع به قطر اولیه نمونه داشته و مقدار آن در برنج کمتر از آلومینیوم حاصل گردیده است. همچنین با تغییر نرخ کرنش هیچ تغییری در منحنی تنش کرنش آلومینیوم و برنج مشاهده نشد.

اکسید رنیوم بدست آمده در فرآیند های صنعتی معمولا به فرم Re2O7 است. این ماده در آب حلالیت بالایی داشته و پس از حل شدن بصورت آنیون ReO-4 در می آید که برای جداسازی آن از محلول از رزین های مبادله یونی استفاده می شود. محققین قبلی، ضریب استوکیومتری واکنش مبادله یونی را بطور ساده انگارانه یک درنظر گرفته اند، در حالی که مقدار واقعی این ضریب بر کمیات ترمودینامیکی و سینتیکی لازم برای محاسبات طراحی و بهینه سازی فرایند تاثیر بسزایی دارد. در این تحقیق، ابتدا ضریب استوکیومتری واکنش مبادله آنیون ReO-4 با Cl- در رزین با استفاده از روابط تعادلی و اندازه گیریهای آزمایشگاهی تعیین شد؛ سپس با بکارگیری مقدار بدست آمده و اندازه گیری تاثیر دما بر ضریب توزیع رنیوم بین محلول و رزین، رابطه تغییر انرژی آزاد استاندارد ظاهری واکنش مبادله یونی بر اساس حالات استاندارد (الف) مبادله کننده یونی: رزین خیس شده در آب مقطر حاوی اسید کلریدریک یک نرمال، (ب) محلول حاوی فلز: پررنات پتاسیوم یک نرمال و (ج) نمک تولید شده در اثر واکنش تبادلی: محلول کلرور پتاسیوم یک نرمال محاسبه شد. در نتیجه مقادیر تغییر انرژی آزاد استاندارد ظاهری برای سه نوع رزین آنیونی (الف) امبرلایت برابر DGoapp=56.781-0.274T ژول بر مول، (ب) واریان برابر DGoapp=53.047-0.257T ژول بر مول و (ج) پیورلایت برابر DGoapp=50.205-0.247T ژول بر مول مشخص شد.

در این پژوهش حل کردن میکروبی کنسانتره مولیبدنیت مجتمع مس سرچشمه با گونه ای بومی از باکتری اسیدی تیوباسیلوس فرواکسیدان جهت استخراج انتخابی رنیم مورد ارزیابی قرار گرفته است. پژوهش نشان داد که حل کردن رنیم بدون حل کردن کامل مولیبدن میسر نمی باشد. با توجه به نزدیک بودن شعاع اتمی این دو عنصر به یکدیگر، این امر می تواند ناشی از جانشین شدن اتم های رنیم بجای مولیبدن در شبکه مولیبدنیت باشد. در یک سری از آزمایش های دیگر دیده شد که در شرایط مطلوب و حضور باکتری، مولیبدن بصورت محلول مجددا اکسیده شده و بصورت اکسید رسوب می کند. در حالی که یک چنین پدیده ای در مورد رنیم اتفاق نمی افتد. لذا از این خاصیت برای جدایش انتخابی این دو عنصر از یکدیگر استفاده شد. شرایط مطلوب برای اکسیده و رسوب مجدد مولیبدن با آزمایش انواع منابع انرژی خارجی در محیط فعالیت باکتری، دانسیته پالپ، محیط کشت باکتری، غلظت ترکیبات مختلف انجام و اثر مثبت یا منفی هر یک از پارامترها بررسی شد. نتیجه نهایی مشخص کرد که با کاربرد سولفات آهن (Fe2+) بعنوان منبع انرژی خارجی برای باکتری، دانسیته پالپ کوچک (1%) و محیط کشت 9K می توان 3/7% رنیم موجود در کنسانتره مولیبدنیت را بصورت محلول درآورد، در حالی که مقدار مولیبدن محلول 54/0% بود.در این پژوهش با استفاده از پیریت بعنوان منبع انرژی خارجی در محیط کشت باکتری بومی اسیدی تیوباسیلوس فرواکسیدان، باکتری تکثیر یافته قادر به تحمل یون مولیبدن تا 250 میلی گرم در لیتر شد. این مقدار تقریبا سه برابر مقداری است که تاکنون برای تحمل این باکتری ها در منابع مختلف خارجی گزارش شده است.

مذاب منیزیم در مجاورت هوا سریعا اکسید شده و موجب تشکیل فیلم سطحی اکسیدی بر روی مذاب می شود، در نتیجه هرگونه تلاطم سطحی در ریخته گری منیزیم، منجر به ورود لایه های اکسیدی جامد به داخل مذاب می شود. کمبل نشان داد که برای هر فلز در حالت مذاب یک سرعت بحرانی وجود دارد که در بالاتر از آن تلاطم سطحی ایجاد می شود. در این تحقیق با بررسی اثر سرعت ورود مذاب به قالب (تلاطم سطحی) بر روی خواص مکانیکی آلیاژ ریختگی منیزیم AZ91C ، ارتباط مورفولو‍ژی مذاب ورودی به قالب و چگونگی رفتار جریان مذاب در قالب در سرعت های اولیه مختلف بررسی شد. تغییر سرعت مذاب در لحظه ورود به قالب توسط تغییر سطح مقطع راهباره در یک قالب کف ریز ایجاد شد. سپس به منظور مشاهده و مقایسه توزیع عیوب و وسعت منطقه حفرات انقباضی (منطقه گرم) ناشی از جهت نامناسب انجماد، صفحات ریخته شده رادیو گرافی شدند. برای مشاهده مستقیم جریان مذاب از تکنیک شیشه گذاری و تصویر برداری از جریان مذاب در سیستم راهگاهی و حفره قالب استفاده گردید. آزمایش خمش سه نقطه ای برای مقایسه خواص مکانیکی صفحات ریخته شده در سرعت های مختلف و در جهت افقی انجام گردید. سطح شکست نمونه های انتخاب شده از آزمایش خمش توسط میکروسکپ الکترونی آزمایش شدند. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که سرعت مذاب در لحظه ورود به قالب اثر مهمی بر خواص مکانیکی و عملکرد قطعات ریختگی دارد، به گونه ای که با کاهش سرعت به کمتر از سرعت بحرانی، تلاطم سطحی مذاب کاهش می یابد، لذا می توان انتظار خواص استحکامی بهتری را داشت. با دقت در تصاویر مربوط به ورود مذاب به قالب ملاحظه می شود که مورفولوژی مذاب ورودی به محفظه قالب در سرعت های کمتر از 0.3 m/s بصورت لایه ای و در سرعت های حدود 0.5 m/s  به قارچی شکل و در سرعت های بالاتر، تبدیل به مورفولوژی فواره ای می شود. بنابراین در صورتیکه ریخته گری مذاب منیزیم در سرعت کمتر از 3/0 انجام شود ، قطعات سالم تولید خواهد شد. تلاطم سطحی و وجود منطقه گرم در قالب های کف ریز ناشی از جهت نامناسب انجماد، سبب کاهش خواص مکانیکی می شوند، لیکن تاثیر تلاطم سطحی در این کاهش به مراتب بیشتر از منطقه گرم می باشد. بعلاوه خواص مکانیکی نمونه ها با فاصله گرفتن از راهباره و کاهش تلاطم بهبود می یابد.

در تحقیق حاضر، پودر مغناطیسی هگزافریت باریم با روش سنتز دمای بالای خود پیشرو یا SHS از پودر آهن، اکسید آهن و نیترات باریم تهیه شد. نسبت مولی Fe/Ba برابر 9 انتخاب شد و نسبتهای مختلف آهن و اکسید آهن مورد استفاده قرار گرفت. آنیل شدن محصولات SHS  در محدوده دمایی 850 تا 1150oC انجام گردید. ساختار فازی، نوع واکنش های صورت گرفته طی SHS و آنیل شدن بر اثر تغییر میزان آهن مورد بررسی قرار گرفت. فرآیند SHS در نمونه با نسبت Fe به Fe2O3  برابر 2 دارای سرعت مناسب بوده و بدون توقف پیش رفت و واکنشها بطور کامل انجام شد. الگوی پراش پرتو ایکس نمونه های SHS شده حاکی از حضور فازهای منوفریت باریم، وستیت، مگنتیت و مقدار کمی آهن، هماتیت و هگزا فریت باریم بود. همچنین نتایج آزمایش DTA/TGA نشان دهنده تشکیل فاز هگزا فریت باریم در طی یک واکنش گرمازا می باشد. نتایج نشان داد که افزایش دمای آنیل سبب پیشرفت واکنش تشکیل هگزافریت باریم شده و میدان پسماند زدای مغناطیسی و مغناطش اشباع نمونه آنیل شده در دمای 1050oC به ترتیب 1.8 kOe و 54.7 emu/g اندازه گیری گردید. تصویر SEM نیز بلورهای شش ضلعی هگزا فریت باریم را با ابعاد کمتر از 2mm در نمونه آنیل شده در دمای 1150oC نشان داد.

خواص مکانیکی آلیاژهای Al-Si-Mg با کنترل مورفولوژی فاز سیلیسیم یوتکتیکی در ریز ساختار بهینه می گردند. در چند دهه اخیر تحقیقات زیادی جهت بهسازی مورفولوژی فاز سیلیسیم از طریق بهسازی شیمیایی و عملیات حرارتی صورت پذیرفته است. از آنجاییکه عملیات ترمومکانیکی (TMP) یکی از روش های مهم فرآوری مواد می باشد، در پژوهش حاضر، تاثیر نرخ کرنش و دمای اعمال تغییر شکل بر رفتار کار گرم آلیاژ ریختگی A356 و تغییرات ریزساختاری مربوطه بررسی شده است. بدین منظور آزمایشهای فشارگرم در محدوده حرارتی 300oC تا 540oC و با نرخ کرنش های 0.001 sec-1 ، 0.01 sec-1 و 0.1 sec-1 انجام شد.  نتایج آزمایش ها مبین تغییر مورفولوژی فاز سیلیسیم در آلیاژ A356 از مخلوط تیغه ای و سوزنی به کروی (قابل مقایسه با فرآیند بهسازی شیمیایی) می باشند. همچنین افزایش استحکام و شکل پذیری در دمای محیط با افزایش دمای تغییر شکل مشاهده گردید.

دراین پژوهش تاثیر ریز ساختار بر تنش تسلیم سوپرآلیاژ IN738-LC موردمطالعه قرارگرفت. برای مشاهده ابعاد وتوزیع رسوبات g' بعد ازعملیات حرارتی استاندارد ازمیکروسکوپ الکترونی رویشی SEM استفاده شد. آزمایشات کشش درمحدوده دمایی 25oC-850oC برروی این سوپرآلیاژ انجام شد. نتایج بدست آمده نشان دادند که تنش تسلیم آلیاژ بین دمای محیط ودمای 450oC ابتدا به آرامی کاهش می یابد و با افزایش دمای آزمایش از 450oC تا حدود 700oC تنش تسلیم افزایش یافته و در دمای بالاتر مجددا با سرعت بیشتری کاهش می یابد. برای بررسی علل این رفتار مطالعات TEM بر روی نمونه های کشیده شده تا %2/0 کرنش پلاستیک صورت گرفت. دردمای 450ºC تعداد بسیارمحدودی از باندهای لغزشی مشاهده شد. همچنین نتایج بدست آمده از مطالعات TEM نشان دادند که در این دما نابجاییها قادر به برش همزمان رسوب و زمینه می باشند. دردمای 700oC دانسیته باندهای لغزشی افزایش چشمگیری داشته و نابجاییها در زمینه مابین رسوبهای g' اولیه متمرکز شده و برش همزمان رسوب و زمینه رخ نمی دهد. پدیده افزایش تنش تسلیم آلیاژ در دمای بالا را می توان به تغییرسیستم لغزشی فازg'  در دمای بالا و در نتیجه عدم امکان برش این رسوبات بوسیله نابجاییهای زمینه در این دما نسبت داد.