شبيه سازي تغييرات ريزساختار آلياژ قلع - آنتيموان ناشي از تغيير شكل پلاستيكي شديد و آنيل پس از آن

دكتري

چكيده در اين تحقيق، سينتيك فرايند آنيل پس از تغيير شكل پلاستيك شديد آلياژ لحيم قلع - آنتيموان با استفاده از روش كوپل المان محدود – مونت كارلو شبيه سازي شد. فرايند تغيير شكل پلاستيك شديد با استفاده از فرايند پرس در كانال با مقاطع يكسان (ECAP) انجام گرفت. در اين روش تغييرشكل، نمونه درون قالب با دو كانال هم مقطع كه با هم در يك زاويه خاص تقاطع دارند قرار گرفته ، با حفظ سطح مقطع، كرنشي قابل ملاحظه¬اي به نمونه وارد شده و ساختار ريزدانه مي‌شود‌. نمونه‌هاي تغييرشكل يافته تحت فرايند آنيل قرار گرفتند و سريعا كوئنچ شدند تا ساختار براي مطالعات ميكروسكوپي حفظ گردد‌. در ابتدا، براي تعيين رفتار تغييرشكل آلياژ ، تست فشار گرم روي نمونه¬انجام گرديد و معادلات ساختاري استخراج و نقشه فرايند آلياژ ترسيم شد. در ادامه از يك مدل تداخل فازي– عصبي بهره برده شد تا بين پارامترهاي موثر بر رفتار كارگرم و تنش سيلان مدلي مبتني بر هوش مصنوعي ارائه شود. ضرايب معادله جانسون – كوك با استفاده از مدلسازي معكوس هوش مصنوعي و با كمك الگوريتم رقابت استعماري بدست آمد و نتايج حاصل با معادلات ساختاري و مدل تداخل فاري مقايسه شد. در ادامه فرايند تغيير شكل شديد به كمك تحليل المان محدود انجام و توزيع تنش و كرنش در ناحيه مورد نظر براي شبيهسازي محاسبه شد در مرحله بعد، با ريزساختار اوليه پيش از اعمال كرنش به منظور پيش¬بيني ساختار تبلورمجدد يافته نمونه تغييرشكل يافته يك مدل مونت كارلو بهره توسعه يافت تا روند پيشرفت تبلور مجدد حين حرارتدهي پس از تغييرشكل مورد بررسي قرار گيرد و ريزساختار نهايي در دماهاي مختلف معين شود‌. به منظور اعتبارسنجي مدل مونت-كارلو نمونه آلياژ تغييرشكل¬يافته قلع-آنتيموان تحت عمليات آنيلينگ قرار گرفت و ريزساختار و ريزساختار مورد بررسي قرار گرفت كه با ريزساختار پيش¬بيني شده توسط مدل مقايسه شد و نتايج خوبي را نشان داد. با استناد به نتايج عددي و با تكيه بر روش مدلسازي مبتني بر مكانيك آماري و بر پايه قوانين كاهش سطح انرژي داخلي، روند تحولات ريزساختاري حين آنيل پس از تغييرشكل، سينتيك جوانه زني و رشد دانه‌هاي جديد و همچنين ريزساختار نهايي حاصل از تغييرشكل پيش بيني گردد‌. نتايج مستخرج از الگوريتم¬هاي نوين هوش مصنوعي شامل سيستم عصبي– فازي و رقابت استعماري براي بررسي رفتار معادلات رفتاري ماده مورد تحقيق حين كارگرم و تغييرشكل پلاستيك شديد پتانسيل خوب اين روش را در پيش¬بيني و مدل¬سازي نشان داد. در ادامه نشان داده شد كه با بهره بردن از شبيه‌سازي المان محدود مي¬توان ميدان‌هاي تنش و كرنش حين تغييرشكل را استخراج نمود و در ادام با استفاده از معادلات حالت براي محاسبه پارامترهاي حالت ريزساختاري ماده از آنها بهره برد. در پايان با كوپل نمودن خروجي¬هاي شبيه¬سازي المان محدود و الگوريتم مونت كارلو شبيه¬-سازي ريزساختار صورت گرفت كه سينتيك آنيل و اندازه دانه بعد آنيل معين شدند كه در تطابق خوبي با مطالعات تجربي بودند. واژه‌هاي كليدي: آلياژ قلع – آنتيموان، ، پرسكاري در كانال¬هاي زاويه¬دار همسان، مونت كارلو، هوش مصنوعي، المان محدود

190403

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر عليرضا ايواني

مهندسي مواد

دكتر سيد حسين سيدين - دكتر محمدرضا ابوطالبي