شبيه‌سازي تحولات ريزساختاري در حين تبلور مجدد ديناميكي آلياژ منيزيم AZ61 به روش سلولار اتوماتا

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

كنترل و پيش بيني پديده تبلور مجدد ديناميكي در حين فرايندهاي تغييرشكل داغ به منظور دستيابي به خواص مكانيكي مطلوب از اهميت بسزايي برخوردار است كه بررسي اين تحولات ريزساختاري در دما و نرخ كرنش بالا بسيار پرهزينه است. از اين رو توسعه شبيه‌سازي تحولات ريزساختاري امكان بررسي اثر تغيير پارامترهاي فرايند بر ريزساختار را در هر لحظه با كاهش زمان و هزينه براي آلياژهاي مختلف امكان پذير مي‌كند. در اين پژوهش از روش شبيه سازي مزوسكوپي سلولار اتوماتا با استفاده از روابط كارسختي، تبلور مجدد و ارتباط بين آن‌ها توسعه يافت و مدلي كارامد با الگوريتم‌هاي توليد ريزساختار اوليه، جوانه‌زني، رشد دانه و تغيير توپولوژي براي شبيه سازي تبلور مجدد ديناميكي ناپيوسته آلياژ منيزيم 61 AZدر حين آزمون فشار داغ در نرم افزار متلب ايجاد شد. سپس با انجام مقايسه بين نتايج شبيه‌سازي و داده‌هاي تجربي اعتبارسنجي آن صورت گرفت. روش سلولار اتوماتا قادر به پيش بيني مورفولوژي، توزيع دانيسته نابجايي در دانه‌ها و نمودار سيلان ماده با گسسته‌سازي زمان و فضا به گام‌هاي زماني و سلول است. بدين منظور از معادله كارسختي و بازيابي ديناميكي كاكس-مكينگ-استرين براي بررسي تغييرات دانسيته نابجايي‌ها و از دو مكانيزم جوانه زني مهاجرت مرزدانه متاثر از كرنش و جوانه زني متاثر از ذرات به ترتيب با كسر 95/0 و 05/0 با مكان جوانه زني روي مرزدانه ها و اطراف ذرات رسوب استفاده شد. همچنين براي ايجاد تغييرات توپولوژي دانه‌ها در آزمون فشار داغ الگوريتم نزديك‌ترين همسايه بكار گرفته شد. با كاهش اندازه سلول، گام كرنش كاهش و وضوح و حجم محاسبات افزايش يافت. بنابراين اندازه سلول 1 ميكرون و گام كرنش 001/0 با همگرايي منحني‌هاي سيلان به عنوان حدود آستانه استفاده شدند. براي ايجاد ريزساختار اوليه و دانه‌هاي هم محور همسايگي هفت سلولي به دليل ماهيت احتمالي و تعداد سلول كافي رشد هم محور جوانه‌ها نسبت به ساير انواع همسايگي را موجب گرديد. با تغيير مورفولوژي جوانه‌ها با انحنا و چگالي نابجايي متفاوت نتايج نشان داد كه براي هر چند ضلعي و شكل هندسي جوانه، روابط به كار گرفته شده صادق است. همچنين فشار ناشي از اختلاف چگالي نابجايي بر روي مرزدانه در مقياس 1 تا چند مگاپاسكال است در حالي كه فشار ناشي از انحنا چند ده برابر كمتر از اين ميزان است كه براي جوانه‌هاي كوچك چند ميكروني به دليل انحناي زياد در حين تبلور مجدد ديناميكي اهميت دارد. فشار انحنا در رئوس جوانه‌ها با مورفولوژي‌هاي متفاوت به سمت مركز جوانه و در مرزهاي انحنا دار به سمت مركز تقعر است كه برايند آن‌ها شكل جوانه را تعيين مي‌كند. در همه مورفولوژي‌ها تمايل به داشتن مرز محدب و دايره‌اي شكل شدن جوانه وجود دارد كه اين تمايل در جوانه سه ضلعي بيشتر است. به دليل كارسختي و بازيابي فشار وارد بر مرزدانه و سرعت مرز در حين تبلور مجدد ثابت نخواهد بود و نرخ رشد تابعي از ماده و شرايط تغييرشكل است. نتايج حاصل از شبيه سازي، تطابق ميان ريزساختار، توزيع اندازه دانه، كسر تبلور مجدد و ميانگين قطر دانه را با نتايج تجربي نشان دادند بطوريكه قطر دانه اوليه در حالت تجربي و شبيه سازي به ترتيب 6/44 و 7/44 ميكرون بدست آمدند. قطر ميانگين دانه‌ها در دماي °C400 و نرخ كرنش 1-s 1/0 در حالت تجربي در دو نقطه متفاوت نمونه آزمون فشار داغ به ترتيب 51/7 و 16/5 ميكرون بودند كه در شبيه‌سازي سلولار اتوماتا به ترتيب مقدار 08/7 و 82/5 ميكرون بدست آمدند. همچنين با توجه به غلبه نرخ جوانه زني بر نرخ رشد در اين پارامتر زنر هولومان، كسر تبلور مجدد ديناميكي به ترتيب 79/0 و 63/0 مطابق نتايج تجربي حاصل شد. از اين رو روش سلولار اتوماتا ابزاري قدرتمند در زمينه شبيه‌سازي تحولات ريزساختاري و تبلور مجدد ديناميكي آلياژ منيزيم 61AZ تشخيص داده شد.

210715

جوشكاري

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان

احمد رضاييان، مسعود پنجه پور

ابوذر طاهري زاده، مجيد سيدصالحي