پارگی گرم یکی از عیوب متداول در آلیاژهای ریختگی با دامنه انجماد بالا است که در ناحیه نیمه جامد آلیاژ در حال انجماد رخ می دهد. عیوب ساختاری از جمله اکسیدهای دولایه بر ایجاد پارگی گرم تاثیر می گذارند. جابجایی کنترل نشده ی فلز مذاب و طراحی ضعیف سیستم راهگاهی عوامل اصلی ایجاد این اکسیدها در داخل مذاب هستند. در تحقیق حاضر تاثیر سه نوع سیستم راهگاهی بر وقوع پارگی گرم در آلیاژ a206 از طریق شبیه سازی با نرم افزار procast و انجام آزمون های ریخته گری در قالب های t شکل در دو حالت با قید و بدون قید بررسی شد. برای بررسی تاثیر نوع سیستم راهگاهی بر ایجاد اکسیدهای دولایه و در نهایت بر خواص مکانیکی و استعداد به پارگی گرم قطعات، نیروی لازم برای پارگی و شکست نمونه ها در حالت با قید و بدون قید و سطوح پارگی و شکست نمونه ها در این دو حالت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که نوع سیستم راهگاهی بر روی سرعت و تلاطم سطحی مذاب و در نتیجه تشکیل اکسیدهای دولایه و میزان استعداد به پارگی گرم آلیاژ a206 تاثیر می گذارد. نتایج شبیه سازی پر شدن قالب و انجماد قطعات نشان داد که سیستم راهگاهی فشار طبیعی با اضافه راهگاه کنترل موج باعث کاهش میزان تلاطم سطحی مذاب در هنگام پر کردن قالب، کاهش استعداد به پارگی گرم با توجه به معیار کلین و دیویس و افزایش سرعت سرد شدن مذاب می شود. آزمایشات ریخته گری در حالت با قید، پیش بینی معیار کلین و دیویس برای استعداد به پارگی گرم را تایید کرد به طوری که شدیدترین پارگی با سیستم راهگاهی فشاری و کمترین پارگی با سیستم راهگاهی فشار طبیعی با اضافه راهگاه کنترل موج بدست آمد. همچنین نتایج آزمایشات ریخته گری نشان داد که سیستم راهگاهی فشار طبیعی با قسمت اضافه راهگاه کنترل موج، باعث کاهش حضور اکسیدهای دولایه و کاهش اندازه متوسط دانه ها در نقاط گرم قطعه شده و در نتیجه موجب افزایش خواص کششی نمونه ها در حالت بدون قید، بهبود مقاومت به پارگی گرم نمونه ها در حالت با قید و چگالی و سختی بالاتر نمونه ها در هر دو حالت می شود.

کاربیدهای سمانته به گروه مواد سخت، مقاوم به سایش و دیرگداز تعلق دارند که در آن ذرات سخت کاربید به وسیله یک بایندر فلزی به یکدیگر متصل شده و به روش متالورژی پودر تولید می شوند. کاربیدهای سمانته کاربردهای گسترده ای اعم از برش فلزات، معدن کاری، سوراخکاری صخره ها و برش سنگ، شکل دهی فلزات بکار گرفته دارند. اگرچه سرمت های کاربید تنگستن- کبالت مهم ترین نوع تجاری کاربیدهای سمانته کاربید تنگستن هستند اما دارای معایب و محدودیت هایی هستند که زمینه تحقیقات بسیاری را فراهم آورده است. بیشتر تحقیقات در دو راستای جایگزین کردن کبالت به طور کامل یا جزئی با یک بایندر دیگر، جایگزین کردن کاربیدتنگستن به وسیله فاز کاربیدی سخت تر و ریز دانه کردن فاز کاربیدی، جهت گیری شده است. در این تحقیق، از فرایندهای آسیاکاری و تف-جوشی فاز مایع جهت تولید نانوکامپوزیت wc-20wt.%(fe,co) استفاده شد و تغییرات ریزساختاری و خواص مکانیکی نانوکامپوزیت تولیدی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین برخی از پارامترهای موثر در خواص کاربیدهای سمانته مانند زمان آسیاکاری، تغییر نسبت آهن به کبالت، تغییر دمای تف جوشی و اثر افزودن کربن اضافی به منظور حذف فاز اتا، مورد ارزیابی قرار گرفت. از آزمون های پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری، سختی سنجی، سنجش و تعیین استحکام گسیختگی عرضی و چقرمگی شکست جهت مشخصه یابی نمونه ها، استفاده شد. نتایج نشان داد که سنتز پودر نانوکامپوزیت wc-20 wt.% (fe,co) با نسبت های آهن به کبالت 2به8، 1به1 و 7به3، به روش آسیاکاری پس از 25 ساعت آسیاکاری، با اندازه دانه کریستالی کمتر از 30 نانومتر و اندازه ذرات کمتر از 300 نانومتر، ترشوندگی مناسب و توزیع همگن کاربید تنگستن در بایندر محلول جامد(fe,co) امکان پذیر است. با افزایش زمان آسیاکاری در هر ترکیب شیمیایی، چگالی نسبی حاصل پس از تف جوشی، افزایش یافته و ذرات کاربید تنگستن از توزیع یکنواختی برخوردارند. چگالی نسبی در نمونه با نسبت آهن به کبالت برابر، پس از 25 ساعت آسیاکاری و تف جوشی کردن در دمای 1350 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت، به مقدار 2/98 درصد رسید. قطعه تولیدی از پودر نانوکامپوزیت تولید شده به روش آلیاژسازی، پس از پرس کردن و تف جوشی در دمای 1350 درجه سانتی گراد، نانوساختار بوده و اندازه دانه کریستالی کاربید تنگستن در نمونه ها، کمتر از 65 نانومتر است. با افزایش زمان آسیاکاری، سختی نمونه ها پس از تف جوشی افزایش یافته و در نمونه با نسبت آهن به کبالت برابر، به 1241 ویکرز می رسد و همچنین تغییرات سختی کاهش می یابد. استحکام گسیختگی عرضی و چقرمگی شکست نمونه ها با افزایش زمان آسیاکاری، کاهش می یابد. مشخصه یابی نانوکامپوزیت wc-20 wt.% (fe,co) با درصدهای مختلف آهن و کبالت نشان داد، نمونه با نسبت آهن به کبالت برابر، دارای بیشینه مقادیر چگالی نسبی، سختی، استحکام گسیختگی عرضی و چقرمگی شکست به ترتیب معادل %2/98، hv301241، mpa6/2079 و mpa?m 7/21 و مشخصات بهینه ریزساختاری است. پس از تف جوشی نانوکامپوزیت های تولیدی ، فاز ناخواسته اتا ایجاد شد که این فاز با افزودن کربن به مواد اولیه آلیاژسازی حذف گردید. سختی و چقرمگی شکست نمونه بهینه پس از حذف فاز اتا به ترتیب معادل hv301357 و mpa?m 9/24 است.

هدف از این پژوهش تولید پودر سرمت نانوساختار (w,ti)c-ni-co به روش مکانوشیمیایی و سنتز احتراقی است. در این راستا از سه گروه مخلوط پودری با نسبت های مختلف جهت تولید این نانوکامپوزیت استفاده شد که در گروه a ازترکیب پودرهای تنگستن،تیتانیم،نیکل، کبالت وکربن با نسبتهای مختلف تنگستن به تیتانیم ، گروه b از ترکیب پودرهای کاربید تنگستن، تیتانیم، نیکل ، کبالت وکربن و گروه c از آلیاژ نیکل- تیتانیم به جای عناصر تیتانیم ونیکل استفاده شد. آسیاب کاری مخلوط پودری تمام گروه های a، b وc در بازه زمانی صفر تا 60 ساعت انجام گرفت. نتایج آنالیز فازی نشان داد که در گروه a پس از 35 ساعت آلیاژسازی محلول جامد نیکل-کبالت تولید می شود ولی فاز سخت کاربیدی تولید نمی شود و تنها افزایش کرنش شبکه و ریز شدن اندازه دانه های تنگستن وتیتانیم را به دنبال دارد. با افزایش زمان آلیاژسازی تا 60 ساعت پیک هایی باشدت کم از فاز کاربیدی تشکیل می شود. در گروه b تشکیل فاز کاربیدی پس از 35 ساعت رخ می دهد ودر گروه c پس از 60 ساعت کاربید دو تایی (w,ti)c تشکیل می شود.نمونه های تولیدی از پودر نانوکامپوزیتی تولید شده به روش آلیاژسازی مکانیکی در گروه های a وc ، پس از پرس کردن و عملیات حرارتی در دمای 1100 درجه سانتیگراد، دارای پیک هایی تیزاز فاز کاربیدی تشکیل شده واندازه دانه کریستالی کاربید تیتانیم در نمونه های گروه a کمتر از 60 نانومتر است. همچنین نمونه تولید شده پس از 35 ساعت آسیاب کاری در گروه b، پس از تبدیل به قرص در دمای 1200 درجه سانتیگراد عملیات حرارتی شد و کاربید دوتایی (w,ti)c تولید شد. تغییرات ریزساختاری و خواص مکانیکی نانوکامپوزیت تولیدشده توسط آزمون های میکروسکوپ الکترونی روبشی و نشر میدانی و ریزسختی سنجی نمونه ها مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده شد که ریز ساختار نمونه های عملیات حرارتی شده حاوی ذرات کروی خاکستری رنگ کاربید در زمینه روشن فلزی می باشد که به صورت یکنواخت در ساختار پراکنده شده اند. نتایج ریزسختی نانوکامپوزیت پودری تولید شده با نسبت های مختلف تنگستن به تیتانیم نشان داد که با افزایش نسبت تنگستن به تیتانیم، سختی نمونه ها کاهش می یابد. همچنین این روند کاهش سختی نیز پس از عملیات حرارتی نمونه ها مشاهده شد که حداکثر ریزسختی به دست آمده از نانوکامپوزیت های-تولیدشده 355 ویکرز بود.

الیاف کربن به دلیل دارا بودن ویژگی های منحصربه فرد، به عنوان گزینه مناسبی برای تقویت کامپوزیت های زمینه فلزی به شمار می-روند. در این پژوهش کامپوزیت ریختگی زمینه آلیاژ آلومینیم a413، تقویت شده با الیاف کوتاه کربن، با استفاده از ترکیبی از فرایند ریخته گری گردابی وکوبشی تولید شد. در ادامه تاثیر اعمال فشار، درصد حجمی الیاف و پوشش الیاف بر چگالی و تخلخل، توزیع تقویت کننده، خواص مکانیکی، هدایت الکتریکی و خواص سایشی کامپوزیت های تولیدی مورد بررسی قرار گرفت. به منظور پوشش دهی الیاف کربن، از روش الکترولس نیکل-فسفر استفاده و تاثیر افزودن غلظت های مختلف سورفکتانت pva به حمام الکترولس، بر یکنواختی پوشش اعمالی بر الیاف کربن بررسی گردید. غلظت بهینه pva در حمام g/lit 0/5 تشخیص داده شد. اعمال فشار بر مذاب، باعث افزایش چگالی نمونه ها و کاهش تخلخل آنها می شود. همچنین با افزایش درصد الیاف کربنی به ساختار، چگالی نمونه ها کاهش و تخلخل آنها افزایش یافت. پوشش دادن الیاف کربن منجربه افزایش چگالی و کاهش درصد تخلخل شد. نتایج به دست آمده حاکی از توزیع عمدتاً دسته ای الیاف در ساختار برای کامپوزیت های تقویت شده با الیاف بدون پوشش است که عدم اعمال فشار بر مذاب منجر به عدم نفوذ و اعمال فشار باعث نفوذ مذاب در بین دسته های الیاف می شود. استفاده از الیاف پوشش داده شده به همراه اعمال فشار بر مذاب در فرایند ریخته گری منجر به دستیابی به توزیع یکنواخت الیاف در زمینه می گردد. در کامپوزیت های تقویت شده با الیاف بدون پوشش و بدون فشار، با افزایش درصد تقویت کننده، افت خواص مکانیکی و خواص سطحی مشاهده شد. نتایج نشان می-دهد، در کامپوزیت های تولید شده تحت شرایط اعمال فشار بر مذاب و الیاف بدون پوشش تا 2درصد حجمی الیاف، خواص مکانیکی بهبود یافته و با افزودن 3 درصد افت خواص رخ می دهد. در حالی که در کامپوزیت تقویت شده با 3 درصد حجمی الیاف دارای پوشش و منجمدشده همراه با اعمال فشار، استحکام بیش از دو برابر و سختی نزدیک به دو برابر نسبت به نمونه غیرکامپوزیتی منجمد شده بدون اعمال فشار افزایش یافت. نتایج حاصل از آزمون سایش نشان از افت خواص سایشی در شرایط بدون فشار و بهبود خواص سایشی در حضور الیاف کربنی و تحت فشار دارد. نتایج اندازه گیری مقاومت الکتریکی نمونه ها نشان دهنده کاهش رسانایی الکتریکی نمونه های کامپوزیتی نسبت به نمونه های مشابه غیرکامپوزیتی است.

الیاف کربن به دلیل دارا بودن ویژگی¬های منحصربه¬فرد، به عنوان گزینه مناسبی برای تقویت کامپوزیت¬های زمینه فلزی به شمار می-روند. در این پژوهش کامپوزیت ریختگی زمینه آلیاژ آلومینیم a413، تقویت شده با الیاف کوتاه کربن، با استفاده از ترکیبی از فرایند ریخته¬گری گردابی وکوبشی تولید شد. در ادامه تاثیر اعمال فشار، درصد حجمی الیاف و پوشش الیاف بر چگالی و تخلخل، توزیع تقویت¬کننده، خواص مکانیکی، هدایت الکتریکی و خواص سایشی کامپوزیت¬های تولیدی مورد بررسی قرار گرفت. به منظور پوشش¬دهی الیاف کربن، از روش الکترولس نیکل-فسفر استفاده و تاثیر افزودن غلظت¬های مختلف سورفکتانت pva به حمام الکترولس، بر یکنواختی پوشش اعمالی بر الیاف کربن بررسی گردید. غلظت بهینه pva در حمام g/lit 5/0 تشخیص داده شد. اعمال فشار بر مذاب، باعث افزایش چگالی نمونه¬ها و کاهش تخلخل آنها می¬شود. همچنین با افزایش درصد الیاف کربنی به ساختار، چگالی نمونه¬ها کاهش و تخلخل آنها افزایش یافت. پوشش دادن الیاف کربن منجربه افزایش چگالی و کاهش درصد تخلخل شد. نتایج به دست آمده حاکی از توزیع عمدتاً دسته¬ای الیاف در ساختار برای کامپوزیت¬های تقویت¬شده با الیاف بدون پوشش است که عدم اعمال فشار بر مذاب منجر¬به عدم نفوذ و اعمال فشار باعث نفوذ مذاب در بین دسته¬های الیاف می¬شود. استفاده از الیاف پوشش¬داده شده به همراه اعمال فشار بر مذاب در فرایند ریخته¬گری منجر به دستیابی به توزیع یکنواخت الیاف در زمینه می¬گردد. در کامپوزیت¬های تقویت شده با الیاف بدون پوشش و بدون فشار، با افزایش درصد تقویت¬کننده، افت خواص مکانیکی و خواص سطحی مشاهده شد. نتایج نشان می-دهد، در کامپوزیت¬های تولید شده تحت شرایط اعمال فشار بر مذاب و الیاف بدون پوشش تا 2درصد حجمی الیاف، خواص مکانیکی بهبود یافته و با افزودن 3 درصد افت خواص رخ می¬دهد. در حالی¬که در کامپوزیت تقویت شده با 3 درصد حجمی الیاف دارای پوشش و منجمدشده همراه با اعمال فشار، استحکام بیش از دو برابر و سختی نزدیک به دو برابر نسبت به نمونه غیرکامپوزیتی منجمد شده بدون اعمال فشار افزایش یافت. نتایج حاصل از آزمون سایش نشان از افت خواص سایشی در شرایط بدون فشار و بهبود خواص سایشی در حضور الیاف کربنی و تحت فشار دارد. نتایج اندازه¬گیری مقاومت الکتریکی نمونه¬ها نشان¬دهنده کاهش رسانایی الکتریکی نمونه¬های کامپوزیتی نسبت به نمونه¬های مشابه غیرکامپوزیتی است.