پژوهش نامه ریخته گری
سال:1399 | دوره:4 | شماره:3 |تعداد مقالات:6

هدف از پژوهش حاضر ارایه روشی ابتکاری برای تولید کامپوزیت های پایه فلزی با فاز تقویت کننده الیافی سه بعدی پیوسته به صورت فوم سلول باز فلزی است. در پژوهش حاضر فاز مادر آلیاژ زاماک 5 و جنس فاز تقویت کننده سه بعدی پیوسته، فوم مسی خالص است. در این روش فوم مسی سلول باز در داخل قالب فلزی جایگذاری می شود. سپس مذاب زاماک با فوق گداز مناسب از بستر فوم مسی عبور نموده و کل قالب فلزی پر می شود. در این صورت کل شبکه سه بعدی متخلخل فومی مسی به عنوان فاز دوم صلب در داخل زمینه آلیاژ زاماک قرار می گیرد. برای اتصال بین زاماک و شبکه مسی سه بعدی نیاز است، فصل مشترک این دو، دارای اتصال نفوذی اندکی باشد که بتواند تنش را به خوبی منتقل کند. از این رو این اتصال با فوق گدازهای مختلف و ضخامت های مختلف الیاف شبکه مسی، موردبررسی و آزمون قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که ضخامت الیاف مسی باضخامت تقریبی 800 میکرومتر، PPI 8-10 و دمای فوق گداز حدود 65 سلسیوس، بهترین نتایج را برای نفوذ جرمی مس در مفصل مشترک شبکه مسی با زمینه زاماک، بدون عیوب سرد جوشی و نیامد، فراهم می آورد. همچنین شبکه سه بعدی مسی به عنوان مبرد داخلی باعث ساختار دندریتی ریز می شود.

در این پژوهش اثر میزان 05/0، 1/0 و 15/0 درصد وزنی کربن بر ریزساختار و خواص مکانیکی سوپرآلیاژ 25 Haynesدر حالت آنیل بررسی شده است. آلیاژها به روش ذوب القایی تحت خلا ریخته گری، در کوره ی ذوب مجدد تحت سرباره ی الکتریکی تصفیه و سپس در دمایC 1200 به مدت 30 دقیقه، آنیل انحلالی شدند. نتایج نشان داد که کاربید نوع M6C (غنی از تنگستن) در آلیاژهای حاوی کربن در ساختار رشد و با افزایش کربن، میزان آنها افزایش یافت. با افزایش کربن از 05/0 به 15/0درصدوزنی، اندازه دانه از 44 به 35 میکرومتر کاهش پیدا کرده؛ زیرا کاربیدها مانع از رشد شده و مکان های مستعد جوانه زنی دانه های جدید را نیز فراهم آورده اند. با افزایش میزان کربن به موجب ریزدانگی و افزایش کسر حجمی کاربیدها، سختی از 255 به 290 ویکرز، استحکام تسلیم از 450 به MPa 501 و استحکام کششی نهایی از 946 به MPa 1088 افزایش یافته و در مقابل میزان انعطاف پذیری کاهش اندکی یافت.

سوپرآلیاژ X-750 یک آلیاژ نیکل-کرم رسوب سخت شونده است که مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون و استحکامش را تا دمای ° C 704 حفظ می کند. اگرچه با افزایش دما تا بالاتر از ° C 704 بیشتر اثرات رسوب سختی از بین می رود اما قطعات عملیات حرارتی شده، استحکام مفیدی را تا دمای ° C 982 دارا هستند. به همین دلیل اعمال عملیات حرارتی به منظور پایداری فازهای استحکام بخش در سوپرآلیاژ X-750 امری حایز اهمیت است. هدف از این پژوهش، بررسی تاثیر نرخ سرمایش پس از عملیات انحلال بر ریزساختار و تغییرات ایجاد شده در مورفولوژی و اندازه ذرات رسوبی استحکام بخش به سوپرآلیاژ X-750 و همچنین ارتباط ریزساختار آن با سختی است. به این منظور، ضمن انجام عملیات حرارتی دو مرحله ای انحلال و پیرسازی جهت دست یابی به میزان و اندازه مطلوب ذرات رسوبی γ '، شرایط و نرخ های متفاوت سرمایش پس از عملیات انحلال در نظر گرفته شد و آنالیزهای تصویری بر ریزساختارهای حاصل شده صورت گرفت. نتایج نشان داد که جوانه زنی ذرات رسوبی γ ' ثانویه فارغ از نرخ سرمایش پس از عملیات انحلال اتفاق می افتد اما رشد آن ها وابسته به دمای عملیات پیرسازی بوده است. همچنین تشکیل γ ' ثانویه به محیط سرمایش پس از عملیات انحلال وابسته است و با افزایش نرخ سرمایش، میزان ذرات رسوبی γ ' ثانویه کاهش می یابد. همچنین با افزایش نرخ سرمایش پس از عملیات انحلال، میانگین اندازه ذرات رسوبی γ ' اولیه از 5/126 به 30 نانومتر کاهش یافت و درصد آنها از 59 % به 91/66 % افزایش یافت. بیش ترین سختی متعلق به سیکل عملیات حرارتی 2-AC که دارای بیش ترین میزان γ ' ثانویه است، است.

در این پژوهش فوم های منیزیمی سلول باز با مورفولوژی نامنظم و کروی در اندازه و میزان تخلخل های متفاوت با استفاده از مواد فضاساز نمکی (NaCl) به روش فلزخورانی تولید شدند. پس از تعیین میزان تخلخل های بسته، اثر مورفولوژی و میزان تخلخل بر خواص مکانیکی فوم های تولیدی مورد بررسی قرار گرفت. بررسی ساختار فوم ها نشان دادکه بیش از 93 درصد سلول های فوم های تولیدی دارای تخلخل باز هستند و فوم های با سلول نامنظم میزان بالاتری از سلول بسته را دارا هستند. همچنین درصد تخلخل فوم ها از 54 تا 62 درصد متفاوت بود. نتایج آزمایش فشار نشان داد که با افزایش درصد تخلخل خواص مکانیکی نظیر مدول یانگ فوم و تنش منطقه هموار کاهش می یابد. همچنین فوم های با سلول نامنظم نسبت به فوم های با سلول کروی به علت داشتن منطقه همواره پهن تر در منحنی تنش-کرنش، میزان جذب انرژی بالاتری دارند. سرعت خوردگی فوم ها نیز با انجام آزمایش غوطه وری در محلول شبیه سازی بدن (Simulated Body Fluid; SBF) برای دو نمونه فوم با مورفولوژی سلول کروی و کمترین مقدار سلول بسته اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که اندازه تخلخل فوم ها بر سرعت خوردگی اثرگذار است، به طوری که فوم های با اندازه سلول کوچک تر نسبت به فوم های با اندازه سلول بزرگ تر سرعت خوردگی بیشتری داشتند.

آلیاژهای آنتروپی بالا دسته جدیدی از آلیاژهای چند جزیی هستند که فاز محلول جامد به عنوان فاز اصلی در آنها تشکیل می شود. این آلیاژها به دلیل تنوع عناصراصلی در ترکیب شان، ظرفیت بسیار مناسبی جهت طراحی آلیاژهایی با خواص مورد نظر از جمله وزن کمتر و هزینه کمتر را دارند. در سال های اخیر فعالیت های متعددی در زمینه آلیاژهای دیرگداز آنتروپی بالا جهت کاربردهای دما بالا انجام شده است. با این حال از آنجایی که فلزات دیرگداز عموما دارای چگالی بسیار بالا و تا حدودی گران قیمت است، لذا طراحی ترکیب آلیاژ به نحوی که بتوان وزن و هزینه مواد اولیه را کاهش داد، اهمیت ویژه ای دارد. در این پژوهش با استفاده از محاسبات پارامترهای ترمودینامیکی و فیزیکی ترکیب عناصر در آلیاژهای دیرگداز آنتروپی بالا W-Mo-Ta-Nb-V و W-Mo-Cr-Ti-Al به نحوی بهینه سازی شد که ضمن رسیدن به فاز محلول جامد، وزن و هزینه به حداقل برسد. نهایتا آلیاژ دیرگداز آنتروپی بالا W10Mo27Cr21Ti22Al20 به عنوان آلیاژ با ترکیب بهینه در سیستم آلیاژی W-Mo-Cr-Ti-Al انتخاب و به روش ذوب قوسی در خلاء ذوب و آلیاژسازی شد. این آلیاژ حاوی فاز محلول جامد با ساختار BCC به عنوان فاز اصلی و مقدار کمی فاز لاوه به عنوان فاز فرعی است که توافق خوبی با نتایج محاسباتی دارد. تصویر SEM-BSE آلیاژ ریختگی یک ریزساختار دندریتی را نشان می دهد که دندریت ها غنی از عناصر با نقطه ذوب بالاتر همچون تنگستن و مولیبدن و بین دندریت ها غنی از آلومینیم، تیتانیم و کروم است.

در تحقیق حاضر، رفتار پیری سوپرآلیاژ ریختگی IN718 متاثر از سرعت سرد کردن بعد از عملیات انحلالی مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور، ابتدا سوپرآلیاژ ریختگی IN718 در دمای 1050 درجه سانتیگراد به مدت 150 دقیقه محلول سازی شد و سپس، نمونه ها با سه نرخ سرمایش 240، 5 و 1/0 درجه سانتیگراد بر ثانیه سرد شدند. پس از اتمام این عملیات نمونه ها در دمای 750 درجه سانتیگراد و در سه زمان 30، 60 و 90 ساعت پیرسازی شدند. بررسی های ریزساختاری به وسیله میکروسکوپ های نوری (OM) و الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) و تفرق پرتو ایکس (XRD) نشان دادند که با افزایش سرعت سرد کردن، شرایط برای نیل به انحلال کامل فراهم می شود و تنها مقداری فاز TiC باقی می ماند. با کاهش سرعت سرد کردن و افزایش زمان پیرسازی در کنار افزایش کسر حجمی و اندازه رسوبات ثانویه، میزان استحاله برشی از ''γ به δ نیز بیشتر می شود تا جایی که رسوبات δ نیز رشد می کنند. با افزایش سرعت سرد کردن، به دلیل کاهش میزان رسوبات سرمایشی سختی کاهش می یابد. با افزایش زمان پیرسازی با توجه به رشد غیرعادی رسوبات سختی افزایش و سپس کاهش می یابد. این کاهش سختی می تواند به دلیل رشد غیر نرمال دانه ها و رسوبات ثانویه و تشکیل کروم سفید باشد. با افزایش سرعت سرد کردن پایداری فازی در طول پیری افزایش می یابد. این ثابت فازی را در روند تغییرات سختی نیز می توان ملاحظه نمود.