Skip to main content
SUPERVISOR
Ehsan Foroozmehr,Mahdi Javanbakht
احسان فروزمهر (استاد مشاور) مهدی جوان بخت (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad reza Barzegar shalmani
محمدرضا برزگرشلمانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
One of the important laser applications in recent decades is the laser cladding in which the additive powder is molten using the laser and layered on a substrate which solidification gives the proper clad. Such process is involved with heat transfer and phase transformation which creates solidification microstructures. One of the new important and new approaches to sturdy the evolution of such microstructures is the phase field approach which defines a solidification parameter based on which the system energy is defined and then is minimized in time using a kinetic equation which gives the evolution of the microstructures. In the present work, solidification of the molten pool in laser cladding process for Ti is studied using a multiscale modeling. First, the laser scanning on the substrate is simulated and the mass addition is considered such that the predefined microelements of the additive mass are activated along with the laser motion based on a specific pattern. Simultaneously, the shape and geometry of the molten pool and the temperature field are calculated. Next, different types of solidification behaviors such as equiaxed and columnar growths are studied in the microelements inside the solid-melt interface using the phase field method and the coupled system of Cahn-Hilliard and energy is solved using the finite element method in COMSOL. Numerical procedure is verified based on different microstructures and solid-melt interface velocity compared with those of the previous studies. The evolution of equiaxed and columnar microstructures under overcooling is investigated for different sizes of the substrate and the additive mass, laser powers, anisotropy coefficients and different microcell sizes. The results include the predication of molten pool morphology and evolution, solidification microstructure evolution, and temperature distribution. It is found that the solidification rate increases by increasing the substrate size and decreasing the laser power. Also, change in anisotropy coefficient does show a remarkable effect on the microstructure which implies the dominance of undercooling compared to the anisotropy effect. More aver, increasing the sample size changes the solidification regime and decreases the B. Cs effect on the bulk solidification. The results of the simultaneous growth of different regimes also show that the sonification is suppressed in some directions while it is promoted in other directions, i.e., no interference of different regimes occurs. Keywords: Laser cladding, phase field method, molten pool, solidification, anisotropic
یکی از کاربردهای مهم لیزر در دهه های اخیر، روکش کاری سطحی با استفاده از پرتو لیزر است که در آن با ذوب ماده افزودنی توسط لیزر بر روی یک بستر و در نتیجه انجماد آن، روکش مورد نظر ایجاد می گردد. این فرآیند انجمادی همراه با پدیده انتقال حرارت و استحاله فاز می باشد که منجر به تشکیل میکروساختارهای انجمادی متنوع می گردد. یکی از روش های مهم و نوین مطالعه شکل گیری این میکروساختارها، روش میدان فازی می باشدکه با تعریف پارامتر انجماد و وابسته نمودن انرژی سیستم به آن و کمینه کردن انرژی در طور زمان، چگونگی تحول میکروساختار انجمادی را پیش بینی می کند. در تحقیق حاضر، از یک مدلسازی دومقیاسی بر مبنای میدان فازبرای شبیه سازی انجماد در فلز تیتانیوم استفاده شده است. در مرحله نخست و در مقیاس ماکرو، حرکت لیزر و اضافه شدن جرم افزودنی بر روی بستر شبیه سازی شده و معادله انتقال حرارت گذرا در بستر و جرم افزودنی حل می گردد؛ بدین صورت که همراه با حرکت لیزر المان های ماکروی جرم افزودنی بر طبق الگوی مشخص پس از هر گام زمانی فعال شده و شکل حوضچه ی مذاب و توزیع میدان حرارتی محاسبه می شود. در مرحله بعد و در مقیاس میکرو و با در اختیار داشتن میدان حرارتی در اطراف فصل مشترک جامد-مذاب از مرحله قبل و انتخاب میکروسل مناسب، معادلات مساله انجماد شامل معادلات کوپل کان-هیلیارد و حرارت و بدون لحاظ پدیده نفوذ حل می گردد و انجماد برای رژیم های هم محور و ستونی تحت مادون تبرید در ناحیه مرزحوضچه مذاب شبیه سازی می گردد. برای شبیه سازی فرآیند و حل معادلات مزبور از نرم افزار کامسول استفاده شده است. روند حل معادلات و فرآیند شبیه سازی از طریق مقایسه میکروساختارهای تولید شده و سرعت انتشار آنها با نتایج عددی و تحلیلی موجود صحت سنجی گشته اند. در این پژوهش، انجماد برای رژیم های ستونی و هم محور تحت مادون تبرید و با در نظر گرفتن ضخامت های مختلف برای بستر و جرم ماده افزودنی، توان های متفاوت، ضرایب ناهمسانگردی مختلف و ابعاد مختلف میکروسل شبیه سازی و تحلیل شده است. نتایج شامل پیش بینی شکل و هندسه حوضچه مذاب و روند تکاملی شکل های میکروساختاری و توزیع دمایی درون قطعه ی بستر و روکش می باشد. از نتایج مهم می توان به افزایش سرعت جبهه ی انجماد با افزایش ابعاد بستر و یا کاهش میزان توان اشاره نمود که سبب افزایش نرخ انجماد و رشد شاخه های انجمادی می گردد. هم چنین، تغییر ضریب نا همسانگردی باعث تغییر قابل ملاحظه در تعداد شاخه های انجمادی نمی گردد که این بیانگر غالب بودن اثر مادون تبرید بر ناهمسانگردی در بازه مورد مطالعه است. به علاوه، با افزایش ابعاد میکروسل، روند انجماد مرزی تغییر نموده و اثر آن بر انجماد داخلی کاهش می یابد. نتایج در مورد انجماد همزمان چند رژیم انجمادی نیز بیانگر عدم تداخل این رژیم ها در حین رشد بوده که موجب پس زنی جبهه انجماد و تغییر مسیر آن می گردد. کلمات کلیدی: روکش‌کاری لیزری، روش میدان فازی، حوضچه مذاب، انجماد، ناهمسانگردی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی