انجمن علمی ریخته گری ایرانپژوهشنامه ریخته گری2588-53675120210522Microstructure and mechanical properties of Al 5083 alloy produced by rapid solidificationبررسی ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ 5083 Al تولید شده به روش انجماد سریع1813612210.22034/frj.2021.291894.1136FAمریم صالحیاستادیار، گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران0000-0002-8940-7207سید پارسا کاشانی ثانیدانشجوی کارشناسی ، مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایرانJournal Article20210623The structure of metals strongly depends on solidification parameters such as cooling rate and supercooling. It is obvious that the cooling rate is an important factor in order to refine metal structure, and especially affecting mechanical properties of metals. In this investigation melt spinning method is used to reach rapid solidification and ribbon shaped samples in Aluminum 5083 alloy were produced. The resulting ribbon samples were studied by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), micro hardness tester, X-ray difractometry, and were compared with their ingot counterparts. The results perfectly shown that the produced ribbons exhibits unique properties such as enhanced solid-solubility level of elements in the Al matrix (solid solution strengthening) and formation of spherically shaped intermetallic phases rich in Fe, Mn and Si and less than 50 nm in size homogenously dispersed in Al matrix which resulted in mechanical properties improvement and microstructural refinement of Al5083 alloy. As an example microhardness was approximately raised over 2 times more than conventional casting methods.ساختار جامدات تحت تأثیر پارامترهای انجماد مخصوصا سرعت سردکردن و تحت تبرید قـرار دارد. به خوبی مشخص شده است که سرعت انجماد نقش مهمی در زمینه اصلاح ساختار فلزات بازی می کند و در نتیجه قویا روی خواص مکانیکی تاثیر خواهد گذاشت. در تحقیق حاضر از روش مذاب ریسی جهت ایجاد سرعت بـالای سـرد کـردن مذاب و تولید نمونه های نواری شکل در آلیاژ آلومینیم5083 استفاده شد. سپس، خواص و ریزساختار به دست آمـده بـا اسـتفاده از میکروسـکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونـی روبشـی (SEM)، پراش اشـعه x (XRD) و میکروسختی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به خوبی نشان می دهد که سرعت بالای سرد کردن در این روش از طریق تشکیل فازهای کروی شکل بین فلزی و غنی از آهن، منگنز، منیزیم و سیلیسیم با ابعاد نانو (تا nm 50( که به طور یکنواخت در ریزساختار توزیع شده اند و همچنین استحکام بخشی محلول جامد ناشی از افزایش حد حلالیت عناصر در فرآیند انجماد سریع، سبب اصلاح ریزساختار و در نتیجه بهبود خواص مکانیکی نمونه های مذاب ریسی حاصل در مقایسه با فرآیندهای معمـول ریخته گری می شود. به طوری که میزان سختی نوارهای مذاب ریسی نسبت به نمونه حاصل از روش های معمول ریخته گری بـه میـزان بیش از دو برابر افزایش نشان می دهد.https://www.foundingjournal.ir/article_136122_b47ec9e89c86de9835ed5b564de5a303.pdfانجمن علمی ریخته گری ایرانپژوهشنامه ریخته گری2588-53675120210522Effect of Directional Solidification Conditions on the Structure and Rollability of 2024 Aluminum Alloyبررسی تاثیر شرایط حاصل از انجماد جهتدار بر ساختار و نورد پذیری آلیاژ آلومینیم 202491813560710.22034/frj.2021.253430.1130FAعلی پیرویاستادیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی مهندسی گلپایگان، دانشگاه صنعتی اصفهان، گلپایگان 67498-87717.رامین بابایی سودانیاستادیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی مهندسی گلپایگان، دانشگاه صنعتی اصفهان، گلپایگان 67498-87717.تقی اصفهانیاستادیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی مهندسی گلپایگان، دانشگاه صنعتی اصفهان، گلپایگان 67498-87717.مرتضی هادیاستادیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی مهندسی گلپایگان، دانشگاه صنعتی اصفهان، گلپایگان 67498-87717.امید بیاتاستادیار،گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه صنعتی همدان، همدان، ایرانJournal Article20201019The 2024 aluminum alloy slab is usually produced at industrial scale with precise control on the solidification parameters using modern machines and undergoing extrusion process after casting in to eliminate the casting structure and increase the quality of the slab. The purpose of this research is to provide directional solidification in the 2024 aluminum alloy slab to control the mushy solidification and improve the rollability. For this reason directional solidification is used to eliminate the casting defects and to obtain thermal gradient between the riser and chiller. After studying on the effect of solution treatment T4 on the microstructure of the produced slab the possibility of avoiding rolling defects such as alligator cracking was studied and was optimized using simulation. The obtained results showed that with the feeder/sample ratio of 0.35 and the use of a suitable chiller, the directional solidification of Al2024 alloy can be obtained with minimum casting defects. Also study on the macrostructure and microstructure before and after solution treatment showed that a significant difference in the increase of the homogenization can be obtained by applying the applied thermal treatment. Furthermore the hardness of the solution treated sample is 30 percent less than of the as-cast sample which is due to the grain growth after thermal treatment and the elimination of the intermetallic phases of higher hardness. Also it was shown that the possibility of improving the rollability and avoiding rolling defects specially alligator cracking is possible using the suitable conditions of directional solidification and thermal solution.شمش آلیاژ آلومینیم 2024 معمولاً در مقیاس صنعتی با کنترل دقیق پارامترهای انجمادی و با استفاده از دستگاههای مدرن تولید میشود و پس از ریختهگری نیز فرایند اکستروژن برای حذف ساختار ریختگی و افزایش کیفیت شمش به کار گرفته میشود. هدف از این تحقیق ایجاد انجماد جهتدار در شمش آلیاژ آلومینیوم 2024 به منظور کنترل انجماد خمیری و ارتقا نورد پذیری آلیاژ است. در این خصوص بهمنظور دستیابی به انجماد جهتدار برای از بین بردن نقصهای ریختهگری، برقراری گرادیان حرارتی بین تغذیه و مبرد انجام شد و با بررسی اثر عملیات محلولی (T4) بر ریزساختار شمش تولیدشده امکان جلوگیری از نواقص نوردی مانند ترک تمساحی بررسی و به کمک شبیهسازی بهینهسازی شد. نتایج بهدستآمده نشان داد که با نسبت مدول تغذیه به قطعه 35/0 و استفاده از مبرد مناسب، میتوان به انجماد جهتدار در آلیاژ Al2024 دست یافت بهنحویکه عیوب ریختگی در آن به حداقل مقدار ممکن برسد. همچنین بررسی ماکرو ساختار و ریزساختار نمونهها قبل و بعد از انجام عملیات محلولی نشان میدهد که تفاوت چشمگیر در افزایش همگنی به کمک عملیات حرارتی طراحیشده قابل حصول است. علاوه بر این، سختی نمونه عملیات محلولی شده 30 درصد از نمونه ریختهگری شده کمتر است که دلیل آن رشد دانه پس از عملیات حرارتی و از بین رفتن فازهای بین فلزی با سختی بیشتر بوده است. همچنین مشخص شد امکان بهبود قابلیت نورد پذیری و جلوگیری از عیوب نورد بهویژه عیب دهان تمساحی، با تدابیر اتخاذشده شامل انجماد جهتدار و عملیات محلولی مناسب امکانپذیر است.https://www.foundingjournal.ir/article_135607_73fd772690179735a023481623031b3a.pdfانجمن علمی ریخته گری ایرانپژوهشنامه ریخته گری2588-53675120210522Effect of Inoculation and Casting Modulus on the as Cast Microstructure of Austenitic Manganese Iron with Nodular Graphiteتأثیر جوانهزا و مدول ریختگی بر ریزساختار انجمادی چدن آستنیتی منگنزی با گرافیت کروی193013560810.22034/frj.2021.205511.1103FAرحیم رحیمپور بصرادانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، ایرانمهران ترابی کفشگریدانشجوی کارشناسی، دانشکده مهندسی مواد و صنایع، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، مازندران، ایرانمجید عباسیدانشیار، دانشکده مهندسی مواد و صنایع، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل0000-0003-0758-9949Journal Article20191016In this paper, the effects of grain refiner amount, its addition method and the casting modulus (wall thickness) on the solidification microstructure of austenitic nodular graphite cast iron with 5 weight percent manganese were investigated. For this purpose, the inoculation was performed with ferrosilicon zirconium after spheroidizing with ferrosilicon magnesium. The grain refiner additions were performed using two basic method, ladle inoculation and pouring stream inoculation in different amounts (0, 0.1, 0.2 and 0.3% by weight). In addition, the casting process was performed in the step form sand-sodium silicate binder mold with 5, 10 and 20 mm thicknesses. Microstructural evaluations and hardness measuring were achieved using the optical and electron microscopes, EDS, MIP4 visual analysis and Rockwell C test method. The results showed that the as cast microstructure of the cast iron consists of nodular graphite and eutectic carbide at the pearlitic matrix. The amount of eutectic carbides and graphite nodule count increase and the amount of pearlite and the size of the graphite’s decrease by decreasing the mold thickness. For all casting modulus (wall thicknesses), the inoculation process decreases the amount of eutectic carbide and graphite size and increases the graphite nodule count and its volume fraction. In addition, it was observed that the pouring stream inoculation is more effective than the ladle inoculation.در این مقاله، اثر میزان و نحوه افزودن جوانهزا و ضخامت قطعه (مدول ریختگی) بر ریزساختار انجمادی چدن نشکن آستنیتی با مقدار اسمی 5 درصد وزنی منگنز بررسی شده است. به این منظور بعد از عمل نشکنسازی چدن مذاب با فروسیلیکومنیزیم، عملیات جوانهزایی با فروسیلیسیم زیرکونیمدار انجام شد. جوانهزایی به دو روش اصلی، افزودن در پاتیل و افزودن حین بارریزی در مقادیر مختلف (صفر، 1/0، 2/0 و 3/0 درصد وزنی) انجام شد. همچنین ریختهگری در قالب ماسهای با چسب سیلیکات سدیم و به شکل پلهای با ضخامتهای 5، 10 و 20 میلیمتر انجام شد. بررسیهای ریزساختاری و سختی توسط میکروسکوپهای نوری و الکترونی روبشی، آنالیز EDS و آنالیز تصویری MIP4 و سختی سنجی راکولسی انجام شد. نتایج نشان داد که ریزساختار ریختگی این چدن شامل گرافیتهای کروی و کاربیدهای یوتکتیک در زمینه پرلیتی است. با کاهش ضخامت نمونهها، مقدار کاربید یوتکتیک و تعداد گرافیتها، افزایش یافته و مقدار پرلیت و اندازه گرافیتها کاهش مییابد. برای تمامی ضخامتهای جداره مشاهده شد که با جوانهزنی، مقدار کاربید یوتکتیک و اندازه گرافیتها کاهش یافته است و در مقابل، تعداد و مقدار کرههای گرافیتهای افزایش یافته است. همچنین نشان داده شد که جوانهزنی در حین بارریزی موثرتر از جوانهزنی در پاتیل است.https://www.foundingjournal.ir/article_135608_c681baf57b03aa7fb964cc2bbe4169cf.pdfانجمن علمی ریخته گری ایرانپژوهشنامه ریخته گری2588-53675120210522Comparison of Ti and Nb Microalloy Addition on the Microstructure and Mechanical Properties of a Quenched-Partitioned Cast Steelمقایسه تاثیر عناصر افزودن میکروآلیاژ Ti و Nb بر ریزساختار و خواص مکانیکی یک فولاد ریختگی با عملیات حرارتی تندسرمایی - بخش بندی شده (Q-P)314013284610.22034/frj.2021.284913.1135FAعلی الماسیدانشجوی دکتری، مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایرانعباس کیان وشاستاد تمام گروه مهندسی مواد، دانشکده مکانیک، دانشگاه تبریز ، تبریز، ایرانابوالفضل توتونچیاستادیار گروه مهندسی مواد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریزJournal Article20210505In the present study, the effect of Ti and Nb microalloying elements on the microstructure and mechanical properties of the quench-partitioned (Q-P) steel was investigated. The samples containing Ti and Nb micro-alloying elements were subjected to Q-P heat treatment and quench-Tempering (Q-T). After Q-P and Q-T heat treatment, the properties of the samples were examined by scanning electron microscopy (SEM), X-ray analysis (XRD), microhardness, tensile tests and. The results showed that Q-P heat treatment of both sample has better mechanical properties compared to Q-T heat treatment. In the Q-P heat treatment, the plasticity of the sample containing Ti microalloy is higher than that of the Nb microalloy sample. In the Q-P heat treatment, the amount of retained austenite (γ<sub>R</sub>) for the sample containing Ti is higher than that of the sample containing Nb. Fracture strength and strain of the sample containing Ti were recorded 1070 MPa and 24%, respectively. The fracture strength and strain of the sample containing Nb were also recorded 980 MPa and 19%, respectively.در مقاله حاضر تاثیر عناصر میکروآلیاژ Ti و Nb بر ریزساختار و خواص مکانیکی یک فولاد استحکام بالا (AHSS ) در عملیات حرارتی تندسرمایی بخش بندی (Q-P ) بررسی شد. نمونه های فولادی حاوی عناصر میکروآلیاژ Ti و Nb تحت عملیات حرارتیQ-P و سرمایش سریع ، برگشت (Q-T ) قرار گرفتند. پس از انجام عملیات حرارتی Q-P و Q-T، بررسی خواص نمونه ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) ، آنالیز اشعه ایکس (XRD)، ریزسختیسنجی، آزمایش کشش و آزمون اریکسون انجام شد. نتایج به دست آمده نشان داد که عملیات حرارتیQ-P نسبت به عملیات حرارتی Q-T از خواص مکانیکی بهتری برخوردار است. در عملیات حرارتیQ-P حاوی میکروآلیاژ Ti، میزان آستنیت باقیمانده (γ_R) نمونه نسبت به نمونه حاوی میکروآلیاژ Nb بیشتر است. استحکام وکرنش شکست نمونه حاوی میکروآلیاژ Ti به ترتیب MPa 1070 و 24 درصد گزارش شد. استحکام و کرنش شکست نمونه حاوی میکروآلیاژ Nb نیز به ترتیب MPa 980 و 19 درصد گزارش شد. در عملیات حرارتی Q-P، شکل پذیری نمونه حاوی میکروآلیاژ Ti نسبت به نمونه میکروآلیاژ Nb بیشتر می باشد.https://www.foundingjournal.ir/article_132846_1cbcfde3bc515b743a22058a110409fe.pdfانجمن علمی ریخته گری ایرانپژوهشنامه ریخته گری2588-53675120210522Calculation of phase diagrams using "Jarvis" algorithmمحاسبه نمودارهای فازی با استفاده از الگوریتم "جارویس"415013715110.22034/frj.2021.292120.1137FAمحمد امین جبارهاستادیار گروه مهندسی مواد و پلیمر دانشگاه حکیم سبزواریJournal Article20210625Phase diagrams are one of the main tools in designing engineering alloys. The calculation of phase diagrams using computational thermodynamics has been of great interest to materials scientists in recent decades. Efforts in the last decades have led to the development of various algorithms for calculating phase diagrams. However, many of the proposed algorithms are either very complex or have limitations in calculating phase diagrams. High computational cost, errors in calculating miscibility gap areas, and inability to distinguish meta-stable equilibrium from stable equilibrium are just some of the limitations of existing algorithms for calculating phase diagrams. Therefore, optimization of existing algorithms or development of new algorithms for calculating phase diagrams has always been of interest to scientists. In the present study, the possibility of using the Jarvis March algorithm to calculate phase diagrams has been investigated. The Jarvis March algorithm is a well-known algorithm in computational geometry for calculating convex hulls. The results show that the proposed algorithm can be successfully used to calculate phase diagrams. The Simplicity of implementation and low computational cost are the main features of the proposed algorithm.نمودارهای فازی یکی از ابزارهای اصلی در طراحی آلیاژهای مهندسی هستند. محاسبه نمودارهای فازی با استفاده از ترمودینامیک محاسباتی در دهه های گذشته مورد توجه ویژه دانشمندان حوزه مواد بوده است. تلاشهای انجام شده در چند دهه گذشته، منجر به توسعه الگوریتمهای مختلفی جهت محاسبه نمودارهای فازی شده است. با این حال بسیاری از الگوریتمهای ارائه شده یا بسیار پیچیده هستند و یا در محاسبه نمودارهای فازی محدودیت هایی دارند. هزینه محاسباتی بالا، خطا در محاسبه نواحی شامل شکاف حلالیت و عدم توانایی در تفکیک تعادل شبیه پایدار از تعادل پایدار تنها بخشی از محدودیتهای الگوریتمهای موجود برای محاسبه نمودارهای فازی هستند. از این رو بهینه سازی الگوریتمهای موجود و یا توسعه الگوریتمهای جدید جهت محاسبه نمودارهای فازی همواره مورد توجه دانشمندان بوده است. در تحقیق حاضر امکان استفاده از الگوریتم جارویس جهت محاسبه نمودارهای فازی مورد بررسی قرار گرفته است. الگوریتم جارویس یک الگوریتم شناخته شده در هندسه محاسباتی جهت محاسبه پوش محدب است. نتایج نشان داد که الگوریتم پیشنهادی می تواند به خوبی جهت محاسبه نمودارهای فازی مورد استفاده قرار گیرد. سادگی پیاده سازی و هزینه محاسباتی پایین از ویژگیهای الگوریتم پیشنهادی است.https://www.foundingjournal.ir/article_137151_94bef3c61c7b93050a8114eb4c87bf7a.pdfانجمن علمی ریخته گری ایرانپژوهشنامه ریخته گری2588-53675120210522Investigation of microstructure and mechanical properties of Al-2Ni-xMn alloys as substitute for hypoeutectic Al-4Ni alloyبررسی ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژهای Al-2Ni-xMn به عنوان جایگزین آلیاژ هیپویوتکتیک Al-4Ni516213981010.22034/frj.2021.303426.1138FAفاطمه یوسفیفارغ التحصیل کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه بینالمللی امام خمینی (ره) قزوینرضا تقی ابادیدانشیار، گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه بینالمللی امام خمینی (ره) قزوینسعید باغشاهیاستاد، گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه بینالمللی امام خمینی (ره) قزوینJournal Article20210906In the current study the microstructure and mechanical properties of Al-2Ni-xMn alloys was investigated as a substitute for Al-4Ni alloys. To this end, different melts containing 2 wt. % Ni and 1, 2, and 4 wt. % Mn were solidified at two cooling rates of 3.5 and 10.4 C/s. According to the results, under the low solidification rate, the tensile strength, fracture strain, and toughness of Al-2Ni-1Mn alloy are lower than those of Al-4Ni alloy by 26, 115, and 137%, respectively. However, further Mn addition impaired the tensile properties. Increasing the solidification cooling rate decreases the size and improves the distribution of Ni(Mn)-rich compounds and porosities within the microstructure and reduces the sizes of secondary dendrite arm spacing and grains. This substantially improved the mechanical properties of Mn-rich alloys. For instance, compared to Al-4Ni alloy solidified at 3.5 C/s, the tensile strength, fracture strain, and toughness of copper mold cast Al-2Ni-1Mn alloy increased by 50, 200, and 330%, respectively.در تحقیق حاضر، ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژهای Al-2Ni-xMn بهعنوان جایگزین آلیاژهای هیپویوتکتیک Al-4Ni مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور نمونههای مذاب حاوی 2 درصد وزنی نیکل و 1، 2 و 4 درصد وزنی منگنز تهیه شده و تحت دو سرعت متفاوت (5/3 و 4/10 درجه سانتیگراد بر ثانیه) منجمد شدند. بر اساس نتایج بهدست آمده، در سرعت انجماد کم، استحکام کششی، کرنش شکست و چقرمگی آلیاژ Al-2Ni-1Mn به ترتیب حدود 26، 115 و 137 درصد بیش از خواص مذکور در آلیاژ Al-4Ni است اما افزودن مقادیر بیشتر منگنز، موجب افت خواص کششی میشود. با افزایش سرعت انجماد، به واسطه کاهش ابعاد و توزیع مناسب رسوبات بینفلزی غنی از نیکل و منگنز و تخلخلها در ریزساختار، کاهش فاصله بین بازوهای ثانویه دندریتی و اندازه دانهها، خواص مکانیکی آلیاژهای غنی از منگنز بهمیزان قابل ملاحظهای بهبود مییابد. بهترین خواص کششی مربوط به نمونه Al-2Ni-1Mn ریختهگری شده در قالب مسی است که در آن استحکام کششی، کرنش شکست و چقرمگی به ترتیب 50، 200 و 330 درصد بیش از خواص مذکور در آلیاژ Al-4Ni منجمد شده تحت سرعت 5/3 درجه سانتیگراد بر ثانیه است.https://www.foundingjournal.ir/article_139810_ca37c1579fd308dfa8b6d8c90245bd3d.pdf