Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad KermanPour,Mahmood Meratian isfahani,Mohammad Hosein Fathi
احمد کرمانپور (استاد راهنما) محمود مراتيان اصفهاني (استاد راهنما) محمدحسين فتحي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hosein Ghazavinizadeh
حسين قزويني زاده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

Evaluation of the Investment Casting Parameters on Microstructure and Wear Behavior of Biocompatible F-75 Cobalt Base Alloy
The ASTM F-75 cobalt base alloy is widely used as a surgical implant material, due to its high corrosion and wear resistance and biocompatibility. The alloy is usually produced by investment casting method. In this work, effects of mold preheating temperatures, type of mold materials and pouring temperature on the as-cast microstructure and wear behavior of the alloy were studied. The investment cast specimens were solutionized for 1 and 4 h at 1220 °C followed by isothermally aging for 7 and 10 h at 850 °C. Samples were characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction, differential thermal analysis, macro hardness and wear test. Effects of the casting parameters on as-cast microstructure and wear behavior of the alloy was also simulated by using ProCAST software. The size of secondary dendrite arm spacing in as-cast microstructure was measured and compared to the simulated results. The SDAS, grain size, volume fraction of carbides, ratio of the volume fraction of blocky carbides to that of eutectic carbides in the microstructure were slightly decreased when the type of mold was slightly changed, although the wear behavior and hardness of the alloy were not changed in this condition. The predicted results were in good agreement with the measured ones. In fact, the cooling capability of molds A and B was in the same order. According to the result of this model, several mold preheating temperature such as 550, 700, 850 and 1000 °C was selected. The results showed that increasing the mold preheating temperature led to considerable change of the volume fraction of carbides in grain boundaries, increasing of average grain size from 50 to 150 µm and SDAS and improving of wear behavior of the alloy. The results showed that change of pouring temperature from 1430 to 1490 °C led to the coarsening of dendrites and increasing of SDAS. The solution heat treatment resulted in removing of eutectic carbides, appropriate distribution of blocky carbides and grain growth. The main structural change observed as a result of aging was the face-centered-cubic (Fcc) to hexagonal close-packed (Hcp) martensitic transformation that led to improvement of wear behavior. The volume fraction of the transformed hcp martensite was a function of time and temperature. According to the experimental and modeling results, investment casting of the F-75 alloy using mold A at mold preheating temperature of 1000 °C and pouring temperature of 1470 °C were determined as the appropriate casting conditions. Keywords : Investment cast, Co alloy, Microstructure, Wear behavior
چکيده آلياژ پايه کبالت F-75 ASTM از جمله مواد زيست سازگار با مقاومت سايشي و خوردگي بالا مي باشد که در ساخت انواع کاشتني هاي جراحي کاربرد وسيعي دارد. در اين پژوهش تأثير متغيرهاي ريخته گري دقيق شامل دماي پيشگرم قالب، جنس قالب و دماي بارريزي بر ساختار ميکروسکوپي و رفتار سايشي اين آلياژ مورد ارزيابي قرار گرفت. نمونه ها با استفاده از روش ريخته گري دقيق با قالب توپرتهيه شد و سپس تحت عمليات حرارتي انحلالي در دماي 1220 درجه سانتيگراد به مدت 1 و 4 ساعت و عمليات حرارتي پيرسازي در دماي 850 درجه سانتيگراد به مدت 7 و 10 ساعت قرار گرفت. براي مشخصه يابي نمونه ها از متالوگرافي نوري و الکتروني، پراش پرتو ايکس، آناليز حرارتي تفاضلي و آزمايش سايش وسختي سنجي ماکرو استفاده گرديد. تأثير متغيرهاي فوق بر ريزساختار آلياژ به کمک نرم‌افزار شبيه‌سازي ProCAST نيز مورد ارزيابي قرار گرفت و فواصل بين بازوهاي دندريتي به عنوان معيار مقايسه انتخاب شد. نتايج نشان داد که با تغيير جنس قالب، فواصل بين بازوهاي دندريتي ثانويه، ساختار دانه بندي، کسر حجمي کاربيدها و نسبت کسر حجمي کاربيدهاي بلوکي به يوتکتيکي موجود در ريزساختار به ميزان کمي تغيير يافت. همچنين تغيير زيادي در رفتار سايشي و سختي آلياژ ديده نشد. بر اساس نتايج شبيه سازي، چهار دماي پيشگرم قالب 550، 700، 850 و 1000 درجه سانتيگراد انتخاب شد. افزايش دماي پيشگرم قالب باعث کاهش محسوسي در رسوبات کاربيدي در مرزدانه ها، افزايش متوسط اندازه دانه از حدود 50 ميکرون به 150 ميکرون، افزايش فواصل بين بازوهاي دندريتي ثانويه، بهبود رفتار سايشي شد. تغيير دماي بارريزي از 1430 تا 1490 درجه سانتيگراد منجر به خشن شدن دندريت ها و افزايش فواصل بين بازوهاي دندريتي ثانويه از 62 تا 72 ميکرون گرديد. سيکل عمليات حرارتي انحلال باعث حذف کاربيدهاي يوتکتيکي ، توزيع مناسب و پخش شدن کاربيدهاي بلوکي و رشد دانه ها شد. با انجام عمليات حرارتي پيرسازي، استحاله برشي تبديل ساختار کريستالي فاز زمينه از مکعبي با وجوه مرکزدار (Fcc) به شش وجهي فشرده (Hcp) رخ داد که باعث بهبود رفتار سايشي آلياژ گرديد. کسر حجمي فاز استحاله يافته با زمان و دماي پيرسازي ارتباط داشت. با توجه به نتايج تجربي و مدل شبيه سازي، دوغاب سراميکي با درصد سيليکاي کمتر براي قالبگيري، دماي پيشگرم قالب 1000 درجه سانتيگراد و دماي بارريزي 1470 درجه سانتيگراد به عنوان شرايط بهينه ريخته گري دقيق آلياژ پايه کبالت زيستي F-75 انتخاب گرديد. کلمات کليدي: ريخته گري دقيق، آلياژ پايه کبالت، ساختار ميکروسکوپي، رفتار سايشي

ارتقاء امنیت وب با وف بومی