عنوان
شبيه‌سازي عددي انتقال حرارت و تشكيل ريزساختار انجمادي در فرايند ساخت افزايشي ذوب بستر پودر
نويسنده اصلي
اعتضادي پورمقدم، رادمان
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
مهندسي مواد
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
چكيده
در اين پژوهش، مشخصه‌هاي حوضچه مذاب و ريزساختار انجمادي تشكيل‌شده در حين فرايند ساخت افزايشي ذوب بستر پودر با كمك شبيه‌سازي عددي و آزمايشات تجربي بررسي شدند. بدين منظور، ابتدا شبيه‌سازي حرارتي فرايند به روش المان محدود انجام شد. شكل و ابعاد حوضچه مذاب و بيشينه دماي آن، شيب دمايي، سرعت انجماد و تاريخچه حرارتي از جمله خروجي‌هاي اين شبيه‌سازي هستند. به منظور اعتبارسنجي نتايج شبيه‌سازي المان محدود، نمونه‌هاي تجربي تك‌باريكه با متغيرهاي مختلف ساخته شده و مشخصه‌يابي شدند. نتايج آزمايشات تجربي نشان داد كه گرچه شبيه‌سازي عددي مقادير ابعاد و شكل حوضچه مذاب را براي حوضچه‌هاي رسانشي (كه در مقادير دانسيته انرژي كمتر ايجاد مي‌شوند) به درستي پيش‌بيني مي‌كند، اما نتايج آن براي نمونه‌هاي داراي حوضچه مذاب سوراخ كليدي قابل اعتماد نيست. دليل اين موضوع ماهيت ناپايدار حوضچه‌هاي سوراخ كليدي و شرايط متفاوت انتقال حرارت در اين حوضچه‌ها مي‌باشد. هم‌چنين با محاسبه بيشينه دماي حوضچه مذاب با كمك مدل المان محدود، امكان تشكيل حوضچه مذاب سوراخ كليدي پيش‌بيني گرديد. لازم به ذكر است كه از مدل المان محدود براي پيش‌بيني عيب ذوب ناقص نيز استفاده شد. هم‌چنين اثر متغيرهاي فرايند ذوب بستر پودر بر بيشينه دما، شكل و ابعاد حوضچه مذاب و نوع آن با كمك شبيه‌سازي المان محدود و آزمايشات تجربي بررسي شد. در ادامه و به منظور پيش‌بيني ريزساختار انجمادي، يك مدل ميدان فازي براي شبيه‌سازي مشخصه‌هاي ريزساختاري توسعه داده شد. شيب دمايي و سرعت رشد انجمادي با كمك مدل المان محدود محاسبه شده و به عنوان ورودي مدل ميدان فازي استفاده گرديد. نتايج خروجي شبيه‌سازي ميدان فازي شامل فاصله بازوهاي اوليه و ثانويه دندريتي، اندازه سلول‌ها و ريزجدايش‌هاي ايجادشده حين فرايند مي‌باشد. به منظور صحت‌سنجي نتايج شبيه‌سازي ميدان فازي، از نمونه‌هاي تك‌باريكه ساخته شده به روش ذوب بستر پودر استفاده شد. نتايج شبيه‌سازي ميدان فازي با نتايج تجربي براي نمونه‌هاي داراي حوضچه مذاب رسانشي تطابق خوبي داشتند، اما در نمونه‌هاي داراي حوضچه مذاب سوراخ كليدي تطابق كمتري وجود داشت. مقادير جدايش عنصر آلياژي نايوبيم در ريزساختار انجمادي توسط مدل ميدان فازي پيش‌بيني شد و نتايج نيز با يافته‌هاي تجربي مطابقت خوبي داشت. هم‌چنين باتوجه به مقادير شيب دمايي و سرعت انجمادي، امكان ايجاد سه نوع ريزساختار شامل سلولي، سلولي-دندريتي و صفحه‌اي در حين فرايند وجود دارد، اما ريزساختار انجمادي غالب در حوضچه مذاب، سلولي و در بعضي نواحي سلولي-دندريتي بود. اين موضوع اهميت پيش‌بيني ريزساختار انجمادي در نواحي مختلف يك حوضچه مذاب و نيز حوضچه‌هاي مذاب ايجادشده توسط متغيرهاي فرايند مختلف را نشان مي‌دهد. درنهايت، اثر متغيرهاي فرايند ذوب بستر پودر بر مشخصه‌هاي ريزساختاري شامل فاصله سلولي، اندازه سلول‌ها و نيز جدايش عنصر آلياژي نايوبيم با كمك شبيه‌سازي ميدان فازي و آزمايشات تجربي بررسي شد.
شماره ركورد
233398
گرايش رشته تحصيلي
شناسايي و انتخاب مواد مهندسي
دانشكده
مهندسي مواد
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان