كنترل هدفمند ساختار انجمادي يك ماده مدل شفاف با استفاده از مواد تغيير فاز دهنده به صورت مشاهده مستقيم

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندس مواد

كارشناسي ارشد

ساختار انجمادي تاثيرات مهمي بر خواص مكانيكي و فيزيكي فلزات و آلياژها دارد. به اين دليل هميشه كنترل ساختار انجمادي فلزات و آلياژها يكي از اهداف اصلي پژوهشگران و صنعتگران در توليد قطعات كيفي ريختگي مي‌باشد. عوامل متعددي مي‌تواند در طول فرايند ريخته‌گري و انجماد، بر ساختار انجمادي قطعات تاثير بگذارد كه از آن جمله مي‌توان به نحوه و سرعت سرد شدن مذاب، استفاده از مواد جوانه‌زا و اعمال تلاطم، ارتعاش يا فشار بر مذاب اشاره كرد. هدف ازاين پژوهش، ارائه روشي جديد براي كنترل ساختار انجمادي با استفاده از مواد تغيير فاز دهنده وگرماي نهان ذوب آنها است. تاثير آزاد شدن گرماي نهان ذوب بر روند سرد شدن، پديده نهان¬گرمادهي، سرعت جوانه¬زني و ساختار نهايي قطعات ريختگي براي سال¬هاي زيادي شناخته شده بوده است. علي¬رغم اين تلاش¬ها استفاده از اين مواد در كنترل ريزساختار ريختگي قطعات فلزي به تازگي شروع شده است. ماده مذاب مورد استفاده در اين پژوهش، آلياژي از پليمر شفاف سوكسينونيتريل با نقطه ذوب 58 درجه سانتي¬گراد مي باشد كه رفتار انجمادي مشابهي با فلزات دارد. از نمك هيدراته دي سديم هيدروژن فسفات 12آبه، به¬عنوان ماده تغيير فاز دهنده اصلي، و از نمك منيزيم نيترات 6آبه، به¬عنوان ماده تغيير فاز دهنده مرجع با نقطه ذوب بالا استفاده شد. تاثير دماي ذوب¬ريزي (70 ،80 ، 90 و 100 درجه سانتي¬گراد) و تعبيه و نوع ماده تغيير فاز دهنده در يك مبرد فلزي از جنس فولاد زنگ¬نزن، بر رفتار انجمادي پليمر سوكسينونيتريل در يك قالب شفاف از جنس پلكسي¬گلس، در حالت¬هاي متفاوت و به¬صورت درجا توسط يك دوربين خاص مشاهده، ضبط و بررسي شد. همچنين نتايج به¬دست آمده با رفتار انجمادي اين پليمر در نمونه¬ مرجع بدون PCM و نمونه مرجع با PCM با دماي ذوب بالا مقايسه شد. رفتار انجمادي پليمر سوكسينونيتريل تحت همه شرايط فوق با استفاده از نرم¬افزار شبيه¬سازي Procast هم شبيه¬سازي شد. نتايج اين پژوهش نشان داد كه ريخته¬گري آلياژ پليمري در درون قالب در دماهاي مشخصي باعث مي¬شود تا ماده تغيير فاز دهنده اصلي تعبيه شده در درون مبرد فولادي، با جذب گرماي نهان ذوب از پليمر مذاب، ذوب شده و باعث ايجاد انجماد جهت¬دار، افزايش سرعت رشد و ايجاد شرايط رشد چهارمين و پنجمين بازوهاي دندريتي شود. همچنين با ذوب ماده PCM درون مبرد، فاصله بين بازو¬هاي دندريتي ثانويه به¬دليل تحت تبريد ناشي از ذوب ماده PCM، در مقايسه با نمونه¬¬هاي مرجع كاهش، سرعت حركت جبهه انجماد افزايش و زمان انجماد كامل پليمر بر روي سطح قالب كاهش مي¬يابد. براي بررسي اثر جذب گرماي نهان ذوب ماده تغيير فاز دهنده اصلي، از نمونه مرجعي با خواص فيزيكي مشابه ولي با نقطه ذوب بيشتر (نمك منيزيم نيترات 6آبه) استفاده شد تا با ريخته¬گري آلياژ پليمري، ذوب نشده و بتوان اثر جذب گرماي نهان ماده تغيير فاز دهنده اصلي بر رفتار انجمادي پليمر سوكسينونيتريل را مشاهده كرد. مطلوب¬ترين نتيجه در دماي 100 درجه سانتي گراد همراه با ذوب كامل ماده تغيير فازدهنده اصلي به¬دست آمد.

213284

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان

احمد كرمانپور، علي مالكي

بهزاد نيرومند