نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

---

در فرایند شکل دهی داغ، قطعه کار تحت تغییر شکل پلاستیک در دماهای بالا قرارگرفته و ریزساختار قطعه کار به دنبال تغییر شکل پلاستیک تغییر می کند. این تغییرات بر روی خواص مکانیکی قطعه‌کار تاثیر می‌گذارد. به منظور بهینه کردن این فرایندها، تغییر شکل پلاستیک قطعه کار و تغییرات ریزساختار باید مورد بررسی قرار گیرند. از آنجایی که در دماهای بالا معمولاً فلزات نسبت به نرخ شکل‌دهی حساس‌اند، تحلیل فرایندهای شکل دهی داغ مستلزم استفاده از یک مدل ترمو-ویسکوپلاستیک است. در این مقاله، با کوپل مدل پیش بینی تنش جریان تدوین شده و تحلیل اجزای محدود ترمو- ویسکو پلاستیک فرایند پرچکاری داغ، توزیع دما، نرخ کرنش، تنش جریان و هندسه قطعه کار در هر مرحله زمانی قابل محاسبه است. در هر مرحله زمانی، نرخ کرنش و دما در هر المان با استفاده از روش اجزای محدود به دست می‌آید. از این مقادیر و تاریخچه تغییر شکل، تغییرات ریزساختار و تنش جریان قابل محاسبه‌اند. واژگان کلیدی : فرایند شکل دهی داغ، تحلیل اجزای محدود، تنش جریان، ریزساختار فرایند پرچکاری داغ

---

---

باتوجه به خواص مطلوب نانوکامپوزیت‌های زمینه‌ی آلومینیومی از قبیل استحکام ویژه بالا، مقاومت خزشی خوب وحفظ استحکام در دماهای بالا، این مواد پیشرفته کاربردهای بالقوه ای درصنایع پیشرفته مانند هوا-فضا، صنایع دفاعی و برخی کاربردهای خاص درخودروسازی یافته‌اند. بااین حال، عدم وجود روش مناسب برای اتصال این گونه مواد، موجب شده که کاربردهای این مواد پیشرفته به شدت محدود شود. لذا پژوهش در زمینه‌ی اتصال این گونه مواد مفید بوده‌ و گامی مؤثر در جهت کاربردی کردن آن‌ها محسوب می‌شود. زمان اتصال یکی از عوامل مهم و مؤثر در اتصال نفوذی با استفاده از فاز مایع گذرا است که برای رسیدن به خواص ریزساختاری مطلوب باید به صورت بهینه انتخاب شود، لذا در تحقیق حاضر اتصال نانوکامپوزیت Al/Al۲O۳ به روش اتصال نفوذی با استفاده از فاز مایع گذرا در دمای۵۸۰ درجه سانتی‌گراد و در زمان‌های ۲۰، ۴۰ و ۶۰ دقیقه انجام شد و تاثیر زمان اتصال بر ریز ساختار اتصال‌ها مورد بررسی قرارگرفت. نتایج نشان داد در زمان‌های اتصال ۲۰ و ۴۰ دقیقه، زمان کافی برای انجماد همدمای مذاب مهیا نبوده و ریز‌ساختار نهایی، شامل مقداری جامد α ایجاد شده در مرحله انجماد هم‌دما و مقداری جامد α اولیه ناشی از سرد شدن مذاب از دمای اتصال تا دمای یوتکتیک و در نهایت جامد یوتکتیک CuAl۲+α در اثر انجماد یوتکتیک مذاب در دمای یوتکتیک است. از آن‌جایی که شکست اتصال‌ها در موارد فوق از میان این ترکیبات ترد یوتکتیکی انجام می‌شود، لذا استحکام اتصال‌ها در این دو زمان کم است. با افزایش زمان اتصال به ۶۰ دقیقه، مذاب به‌صورت کاملاً هم‌دما منجمد شده، ریز‌ساختار نهایی شامل فاز نرم α-Al بوده و استحکام اتصال‌ها به طور چشم‌گیری افزایش می‌یابد. حداکثر استحکام برشی اتصال‌ها در دمای اتصال ۵۸۰ ، در زمان اتصال ۶۰ دقیقه حاصل شده است که در حدود ۸۵% استحکام برشی فلز پایه می‌باشد.

---

اعمال جریان الکتریکی مستقیم و متناوب در زمان ریخته گری و انجماد موجب اصلاح ریزساختاری دانه های آلومینیم و سیلسیم شد. بالاترین مقاومت سایشی در جریان مستقیم به وجود آمده و برای جریان متناوب، مقاومت سایشی متناسب با جریان الکتریکی است. تغییر قطبیت در آلومینیم خالص تغییری در مقاومت سایشی ایجاد نمی کند، ولی برای آلیاژ آلومینیم-سیلسیم، بالاترین مقاومت سایشی در اتصال مذاب به قطب منفی و قالب به قطب مثبت حاصل می شود. اعمال جریان الکتریکی مستقیم در آلیاژ آلومینیم-سیلسیم موجب ایجاد سه ریز ساختار متفاوت شامل سیلسیم های کشیده شده در امتداد شارش الکترون ها در نزدیکی قطب منفی، تیغه های ظریف سیلسیم در قسمت میانی که دانه های بیضی گون α-Al را احاطه کرده اند و تیغه های خرد شده سیلسیم در نزدیکی قطب مثبت است.

---

مواد بر پایه فریت نیکل به دلیل مقاومت شیمیایی (عدم انحلال در الکترولیت و مقاومت به اکسیداسیون), پایداری گرمایی، مقاومت مکانیکی، رسانایی لازم و مقاومت به شوک گرمایی به خصوص از نوع سرمت به عنوان آند خنثی در سیستم الکترولیز آلومینیوم مطرح و مورد توجه قرار گرفته‌اند. در این پژوهش نمونه‌های کامپوزیتی NiO/NiFe۲O۴ با مقادیر ۵۰، ۱۰ و ۱۵ درصد NiO و نمونه‌های سرمت Cu/NiFe۲O۴ با مقادیر ۵, ۱۰ و ۱۵ درصد مس به روش متالورژی پودر تهیه شد و توسط تحلیل پراش اشعه ایکس۱ (XRD)، بررسی‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی۲ (SEM)، اندازه گیری چگالی و خواص مکانیکی مانند استحکام۳ و چقرمگی۴ (آزمایش خمش سه نقطه ای۵), آزمایش رسانایی۶ و مقاومت به خوردگی۷ مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان می‌دهد که برای کامپوزیت NiO/NiFe۲O۴میزان چگالی نسبی کامپوزیت با افزایش درصد نیکل تا ۵% افزایش و در بالاتر از آن کاهش می‌یابد در حالی‌که استحکام همواره کم می‌شود. اما از آنجایی کهNiO چقرمگی و مقاومت خوردگی کامپوزیت را افزایش می‌دهد، کامپوزیت NiO/NiFe۲O۴ ۱۰% می‌تواند شرایط بهینه را به عنوان یک آند خنثی ایجاد نماید. برای سرمت بر پایه فریت نیکل میزان جگالی نسبی تا ده درصد مس افزایش و در مقادیر بالاتر کاهش می‌یابد در حالی‌که با افزایش مس تا پانزده درصد همواره استحکام افزایش می‌یابد. لازم به ذکر است که تا پنج درصد مس نرخ افزایش استحکام چشم‌گیرتر است. رسانایی نمونه‌های سرمت با افزایش درصد مس به طور چشم‌گیری افزایش می‌یابد و تنها نقطه ضعف سرمت در مقایسه با کامپوزیت کاهش مقاومت به خوردگی با حضور فاز فلزی است.

---

- در این تحقیق پوشش نانو کریستالی M‏n-Cu با روش رسوب‌دهی الکتریکی از حمام حاوی سولفات آمونیوم بر زیر لایه فولاد زنگ‌نزن ۳۰۴ AISI ایجاد شد. اثرات چگالی جریان رسوب‌دهی بر ریزساختار، ساختار بلوری و ترکیب شیمیایی پوشش‌ها بررسی گردید. نتایج نشان داد که در چگالی جریان‌های پایین، پوشش‌های غیر پیوسته با مقدار مس زیاد به دست می آید. با افزایش چگالی جریان، پوشش‌های غیربلوری، فشرده و غیریکنواخت با مقادیر کم مس ایجاد می شوند. حضور مقدار بسیار کم مس در لایه نازک رسوب یافته از تبدیل فاز نرم‌تر Mn-g به فاز شکننده Mn-a جلوگیری به عمل می آورد. با تغییر در چگالی جریان پوشش‌دهی، در اندازه دانه پوشش‌ها تغییر چندانی ایجاد نشد.

---

پراکنده‌سازی یکنواخت نانوذرات تقویت‌کننده در زمینه فلزی کامپوزیت‌های ریختگی از اهمیت بالایی برخوردار بوده، بر خصوصیات قطعات تولیدی تاثیر می‌گذارد. در این پژوهش برای اولین بار در ایران تاثیر عملیات فراصوت ناپیوسته در مذاب بر ریزساختار، پراکند‌گی نانوذرات تقویت‌کننده و بهبود خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های ریختگی Al۴۱۳-SiCnp دارای ۵/۰ تا ۲ درصد وزنی تقویت‌کننده مورد بررسی قرار گرفت. یافته‌ها نشان داد که عملیات فراصوت ناپیوسته تاثیر بیش‌تری از عملیات فراصوت پیوسته با زمان مشابه بر بهبود خواص مکانیکی نانوکامپوزیت‌های ریختگی دارد به‌گونه‌ای که برای نمونه‌ کامپوزیتی دارای ۲ درصد وزنی تقویت‌کننده که به‌صورت ناپیوسته در دو دوره ۲۰ دقیقه‌ای تحت عملیات فراصوت قرار گرفته بود، افزایش استحکام تسلیم و استحکام نهایی نسبت به حالت خام به‌ترتیب برابر ۱۰۶% و ۹۴% بود. بهبود خواص مکانیکی تحت عملیات فراصوت ناپیوسته با ریز شدن شدید دانه‌ها و رسوب‌های یوتکتیکی در ساختار زمینه، زدودن بیش‌تر لایه‌های گازی باقی‌مانده روی سطح ذرات، خرد شدن بهتر کلوخه‌ها، ترشوندگی بیش‌تر و پراکندگی یکنواخت‌تر نانوذرات تقویت‌کننده در زمینه در حین مرحله اول انجماد مرتبط دانسته شد.

---

مقدار معین آستنیت باقی‌مانده، انعطاف‌پذیری فولادها را به‌دلیل پدیده TRIP در طول تغییرشکل پلاستیک، افزایش می‌دهد. یک روش برای دست‌یابی به‌مقدار قابل توجه آستنیت باقی‌مانده در فولاد، پارتیشن‌بندی کربن به آستنیت است که باعث پایدارسازی آستنیت در دمای اتاق می‌شود. عملیات‌حرارتی کوئنچ و پارتیشن‌بندی (Q&P) با استفاده از این روش، منجر به ریزساختاری شامل مارتنزیت و آستنیت باقی‌مانده پایدار شده بین صفحات مارتنزیت می‌شود و بنابراین ترکیب بهتری از استحکام و انعطاف‌پذیری را فراهم می‌کند. در این پژوهش، تأثیر پارامترهای فرایند Q&P (دمای کوئنچ، دمای پارتیشن‌بندی و زمان پارتیشن‌بندی) بر ریزساختار و کسر آستنیت باقی‌مانده یک فولاد کربن متوسط کم آلیاژ بررسی شده است. نتایج نشان داد که افزایش زیاد زمان پارتیشن‌بندی، موجب از بین رفتن تیغه‌های مارتنزیت و کاهش کسر آستنیت می‌شود. با افزایش دمای پارتیشن‌بندی، لایه ‌های آستنیت باقی‌مانده ضخیم‌تر می‌شود و کسر حجمی آستنیت باقی‌مانده افزایش می‌یابد. از طرف دیگر، با افزایش دمای کوئنچ، غلظت کربن آستنیت باقی‌مانده به‌شدت افزایش می‌یابد.

---

در این پژوهش، خواص ریزساختاری و مکانیکی اتصالات نفوذی آلیاژهای ۵۷۵۴، ۶۰۶۱ و ۷۰۳۹ آلومینیوم به آلیاژ AZ۳۱ منیزیم بررسی شد. اتصالات نفوذی بین آلیاژهای مورد نظر در دمای ۴۴ درجه سانتی‌گراد، زمان ۶۰ دقیقه، فشار ۲۹ مگاپاسکال و خلاء ^۴-۱۰×۱ تور صورت گرفتند. فصل مشترک اتصالات با استفاده از میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی مجهز به تحلیلگر نقطه‌ای و خطی بررسی شدند. طبق نتایج تحلیل نقطه‌ای حضور ترکیبات بین‌فلزی Al_۱۲Mg_۱۷ و Al_۳Mg_۲ و مخلوطی از این دو فاز در ناحیه نفوذ مربوط به تمامی اتصالات انجام شده، مشاهده شد. هم‌چنین طبق نتایج تحلیل خطی، مقدار سختی آلیاژ آلومینیوم تأثیر به‌سزایی در نفوذ هر چه بیش‌تر اتم‌های منیزیم به­ سمت آلیاژ آلومینیوم داشت و بیشترین نفوذ منیزیم در حالت استفاده از آلیاژ آلومینیوم ۶۰۶۱ مشاهده شد. نفوذ بیش‌تر منجر به ایجاد پیوند قوی‌تری بین اتم‌های منیزیم و آلومینیوم شد و در نتیجه بیشترین میزان استحکام در حدود ۴۲ مگاپاسکال در حالت استفاده از آلیاژ ۶۰۶۱ آلومینیوم حاصل شد.

---

در این مقاله نتایج اولیه پژوهشی در مورد تأثیر نوع ریزساختار و زبری سطح بر زاویه ترشوندگی یک چدن هیپویوتکتیک با آب ارائه می­شود. به این منظور ابتدا چدن مذاب با سرعت­های متفاوت سرد شد و یک نمونه چدن خاکستری با توزیع گرافیت A و یک نمونه چدن سفید با ترکیب مشابه به‌دست ­آمد. سپس دو نمونه چدن در حالت­های پولیش شده، چهار مرحله الکترواچ شده و چهار مرحله سنباده زده شده، تهیه و پس از اندازه­گیری پروفیل زبری، زاویه ترشوندگی آن‌ها اندازه­گیری شد. بیشترین و کمترین مقادیر زاویه ترشوندگی به‌دست آمده، بر روی سطح نمونه چدن سفید که در مراحل سنباده­زنی با سنباده ۸۰ و ۸۰۰ مشاهده شد به‌ترتیب برابر با ۴۲ و ۱۳ درجه بود. در مورد سطوح الکترواچ شده، برای نمونه چدن سفید زاویه ترشوندگی با تغییر زبری سطح بین ۲۵ تا ۳۱ درجه تغییر کرد و بیشترین و کمترین مقدار زاویه ترشوندگی سطوح نمونه چدن خاکستری به‌ترتیب در مرحله اول (۴۰ درجه) و مرحله سوم (۲۵ درجه) الکترواچ به‌دست آمد. زوایای ترشوندگی سطوح سنباده­زده شده این نمونه بین ۲۷ تا ۳۱ درجه متغیر بود. در ادامه فاکتور زبری سطوح با استفاده از رابطه ونزل و فاکتور کسر جامد در تماس با آب با استفاده از رابطه کسی-بکستر محاسبه و زوایای ترشوندگی ونزل و کسی-بکستر مربوط به این سطوح تعیین و با زوایای ترشوندگی که به‌وسیله آزمون ترشوندگی به‌دست آمده بود، مقایسه شد. نتایج نشان داد که ریزساختار و نوع فازهای سطحی، روش زبر کردن سطح و میزان زبری بر ترشوندگی سطوح چدن­ها تأثیرگذار است و امکان تغییر زاویه ترشوندگی فلزات با اصلاح ساختار فازی، روش زبر کردن و میزان زبری سطح آن‌ها وجود دارد. هم‌چنین نشان داده شد که در نمونه چدن خاکستری، سطح نمونه پس از مراحل اول و دوم الکترواچ از رابطه
کسی-بکستر و با افزایش زبری سطح پس از مراحل سوم و چهارم الکترواچ از رابطه ونزل پیروی می­کند. سطح این نمونه در همه مراحل زبر شدن با سنباده از رابطه ونزل تبعیت نمود. نتایج نشان‌دهنده پیروی سطح نمونه چدن سفید از رابطه ونزل در همه مراحل الکترواچ بود. در حالت سنباده زده شده ، رفتار ترشوندگی سطح چدن سفید بسته به زبری سطح متغیر بوده، روند ثابتی نشان نداد.

---

در این پژوهش بررسی ریزساختاری و خواص مغناطیسی هگزافریت باریم دوپ شده با یون‌های کبالت، کروم و قلع با فرمول BaCo_xCr_xSn_xFe_۱۲-۳xO_۱۹ (۵/۰،۳/۰x=) به روش حالت جامد صورت گرفت. بررسی‌های فازی و ساختاری به‌ترتیب با تحلیل پراش اشعه ایکس (XRD) و طیف‌سنجی مادون قرمز (FT-IR) تأیید کننده تشکیل ترکیب تک فاز هگزافریت باریم بدون حضور فاز ثانویه غیرمغناطیسی پس از ۵ ساعت عملیات حرارتی در دمای °C ۱۰۰۰ بود. هم‌چنین طبق تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورفولوژی ذرات به‌صورت کاملاً هگزاگونال با میانگین اندازه ذرات ۲۵۰-۲۰۰ نانومتر بود. بر اساس متغیرهای مغناطیسی اندازه‌گیری شده توسط مغناطیس‌سنج نمونه مرتعش (VSM) هر دو نمونه دارای خاصیت مغناطیسی نرم بودند و بیشترین میزان مغناطش اشباع در نمونه با ترکیب BaCo_۰,۳Cr_۰,۳Sn_۰,۳Fe_۱۱,۱O_۱۹ حاصل شد. مقادیر مغناطش اشباع (M_s) و نیروی وادارندگی (H_c) برای این ترکیب به ترتیب برابر emu/g ۲۱/۴۲ و Oe ۶۵۶ اندازه‌گیری شد.

---

هدف از انجام این پژوهش بررسی امکان بروز پدیده پاشنه فیلی در آلیاژهای تف‌جوشی شده حاوی عامل تبخیر شونده است. به این منظور قطعات برنجی با ترکیب Cu-۲۸Zn در محدوده دمایی ۸۹۰-۹۷۰ درجه ‌سانتی‌گراد به‌مدت ۲۰ دقیقه تف‌جوشی شدند. از قطعات برنجی در شرایط مختلف تف‌جوشی به­صورت درجا، عکس­برداری شد. نتیجه این­ بود که با وجود کشیده شدن مذاب به سمت نواحی پایین بر اثر نیروی جاذبه زمین، پدیده پاشنه فیلی در این قطعات مشاهده نشد و به جای آن قطعات دچار تورم شدند. تغییر ترکیب شیمیایی و افزایش اندازه حفرات در اثر تبخیر روی را می­توان به عنوان اصلی­ترین عامل بروز این پدیده دانست.

---

فولاد زنگ‌ نزن سوپر دو فازی به دسته‌ای از فولاد‌های زنگ نزن دو فازی گفته می‌شود که عدد مقاومت به حفره‌دار شدن آن بالاتر از ۴۰ باشد. فولاد UNS S۳۲۷۵۰ (unified numbering system) یکی از معروف‌ترین فولاد‌های زنگ نزن سوپر دو فازی می‌باشد، که به‌علت خواص مطلوب استحکام و خوردگی در صنایع پالایشگاهی نظیر نفت و گاز کاربرد عمده‌ای پیدا کرده است. با توجه به کاربرد این فولاد اتصال دائم آنها به‌روش جوشکاری اهمیت بالایی می‌یابد و مشکل عمده در این رابطه افت خواص مکانیکی و خوردگی پس از جوشکاری می‌باشد. در این تحقیق جوشکاری فولاد زنگ نزن سوپر دو فازی UNS S۳۲۷۵۰ با روش اصطکاکی اغتشاشی انجام شده است. ابزار مورد استفاده در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی کاربید تنگستن رنیوم‌دار با قطر شانه ۱۶ میلی‌متر و قطر بزرگ پین ۵ میلی‌متر به ارتفاع ۹/۱ میلی‌متر می‌باشد. نتایج حاصل از آزمون پراش پرتوی ایکس نشان داد فازهای مضر نظیر سیگما ((sigma و چی (chi) به‌علت کنترل حرارت ورودی تشکیل نشده‌اند. بررسی‌های ریزساختاری مشخص کرد اندازه دانه‌ها در منطقه اغتشاش نمونه‌های جوشکاری شده کاهش یافته است. آزمون ریزسختی برروی نمونه‌های جوشکاری شده به‌روش ویکرز انجام پذیرفت. متوسط سختی فلز پایه در حدود ۲۸۵ ویکرز به‌دست آمد. آزمون ریزسختی مشخص کرد در منطقه اغتشاش به‌دلیل کاهش اندازه دانه سختی تا حدود ۳۶۰ ویکرز افزایش یافته است. آزمون پلاریزاسیون سیکلی در مورد نمونه‌های اتصال یافته به‌روش اصطکاکی اغتشاشی نشان داد پتانسیل و جریان خوردگی مشابه با فلز پایه می‌باشد. همچنین مشاهده شد در اثر جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی درصد فریت در مقطع جوش به‌دلیل پایین بودن حرارت ورودی و بالا بودن سرعت سرد شدن تغییر قابل ملاحظه‌ای نشان نداده است.
 

---

برخلاف روش‌های متداول افزودن عنصر آلیاژی به کل قطعه، در این پژوهش بهبود خواص سطحی چدن خاکستری با استفاده از روش آلیاژسازی درجای سطحی در حین ریخته‌گری بررسی شد. به این منظور سیم‌های مسی به قطر ۴/۰ و ۸/۰ میلی‌متر قبل از ذوب‌ریزی در قالب نصب شد. آنالیز عنصری، حضور مس در سطح و لایه‌های زیر سطح تا عمق یک سانتی‌متر را نشان داد. بررسی‌های ریزساختاری تغییر توزیع گرافیت از A به D و E، کاهش فازگرافیت و افزایش پرلیت در سطح را نشان دادند. نتایج سختی سنجی نشان داد که سختی سطح نمونه‌های حاوی مس افزایش یافت و نتایج آزمون سایش مشخص کرد که مقاومت سایشی نمونه با مس نسبت به نمونه شاهد افزایش یافته است.
 

---

---

---

---

---

---