Skip to main content
SUPERVISOR
Behzad Niroumand,Ebrahim Shirani
بهزاد نیرومند (استاد راهنما) ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mehdi Reisi
مهدی رئیسی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1385

TITLE

Microstructural Evolution of a Transparent Model Material during Semisolid Processing
Since the development of semisolid processing, significant studies have been conducted on understanding the solidification process in stirred melts. However, the theories proposed so far for the formation of non-dendritic microstructures appear to be inconsistent. This inconsistency is mainly due to the inability of in-situ observation of the microstructure formation at the early stages of solidification, i.e. during nucleation and early stages of growth. Most of the proposed theories, therefore, are based on indirect observations. Recently, traarent organic materials have been used to study the microstructural evolution during semisolid processing. The present work attempts to study the mechanisms of microstructural formation during rheocasting using traarent 98% pure succinonitrile model alloy and aspecially designed and built optical semisolid simulating device. The results give insight to the relative importance of nucleation rate, shear rate and flow characteristics on the formation of globular microstructure. It was found that the critical factorfor effective dendrite multiplication during the early stages of solidificationwas the presence of turbulent flow rather than shear rate as commonly believed. Combination of copious nucleation and turbulent flow can create such high density of dendrite fragments which would result in preserving of their globular growth mode up to a radius of about 30?m. Otherwise, the solid particles would choose dendritic growth mode even under very high shear rates. When the stirring is combined with rapid heat extraction from the stirrer, a mushy layer was observed to form around the rotating chill. Under turbulent conditions, detachment of dendrite arms from this layer of rapidly coarsening dendrites was suggested to be the origin of the spherical particles in the microstructure. Formation of the layer was also experimentally confirmed for an Al-Si alloy. Furthermore, a new model for coarsening of dendrites in the shear flow was presented. The model takes into account the accelerated convective solute traort due to the convection by incorporating the apparent diffusivity parameter into the existing coarsening models for stagnant melts. The model predictions were in a good agreement with the experimental results in respect to the coarsening rate under different fluid flow conditions.
از ابتدای ابداع فرایندهای ریخته گری در حالت نیمه جامد مطالعات متعددی در رابطه با مکانیزم های تشکیل ریزساختار در این فرایندها انجام شده است. با این حال مرور تحقیقات انجام شده در این زمینه نشان می دهد که هنوز توافق نظر جامعی میان محققین در ارتباط با مکانیزم های مؤثر در تحولات ریزساختاری در فرایندهای ریخته گری نیمه جامد وجود ندارد. علت این مسأله ماهیت غیرشفاف فلزات عنوان می شود که امکان مشاهده ی مستقیم تحولات ریزساختاری در مرحله ی جوانه زنی و لحظات ابتدایی رشد ذرات جامد را غیرممکن ساخته است. به همین دلیل اکثر نظریه های ارائه شده بر اساس مشاهدات غیرمستقیم استوار می باشد. جهت غلبه بر این محدودیت، مواد مدل شفاف جهت مشاهده ی مستقیم تحولات ریزساختاری در برخی از فرایندهای ریخته گری نیمه جامد مورد استفاده قرار گرفته و تحقیقات انگشت شماری نیز با استفاده ازآنها صورت پذیرفته است. هدف از تحقیق حاضر، مطالعه ی درجای مکانیزم ها و پارامترهای مؤثر در تشکیل ذرات جامد در فرآوری نیمه جامد با استفاده از آلیاژ شفاف سوکسینونیتریل با خلوص 99% می باشد. به این منظور دستگاهی برای مشاهده و مطالعه ی مستقیم انجماد آلیاژ مدل تحت شرایط جابجایی اجباری طراحی و ساخته شد. نتایج آزمایش های انجام شده شواهدی را در ارتباط با میزان تأثیرگذاری عواملی همچون نرخ جوانه زنی، الگوی سیلان مذاب و نرخ برش بر تحولات ریزساختاری مراحل آغازین انجماد ارائه نمود. این نتایج حاکی از نقش به مراتب مؤثرتر الگوی سیلان حاکم در مذاب در مقایسه با نرخ برش بر فرایند تکه تکه شدن مؤثر دندریت ها و تشکیل ذرات کروی شکل در شروع انجماد بود. در واقع وجود تلفیقی از جوانه زنی شدید و شدت تلاطم زیاد در شروع انجماد شرایطی را ایجاد می کند تا در حضور دانسیته ی زیاد ذرات، امکان رشد پایدار آنها تا رسیدن به ابعادی در حدود 60 میکرومتر فراهم شود. در غیر این صورت حتی در نرخ های برش زیاد نیز ذرات تشکیل شده در شروع انجماد دندریتی شکل هستند. این یافته با باورهای رایج که وجود نرخ برش زیاد را شرط لازم برای تشکیل ذرات کروی شکل می دانند متفاوت است. در آزمایش هایی که دیسک در حال چرخش توسط یک سیستم خنک کننده سرد می شد نتایج مشاهدات درجا تشکیل یک شبکه ی جامد دندریتی در اطراف دیسک در حال چرخش را مشخص کرد. جدا شدن بازوهای دندریتی از این شبکه ی دندریتی درشت شده در صورت متلاطم بودن جریان در اطراف آن به عنوان یک منبع مؤثر در تشکیل ذرات کروی شکل مشاهده شده در ساختار پیشنهاد گردید. تشکیل این شبکه با نتایج به دست آمده از انجام فرایند مشابه بر روی آلیاژ فلزی Al-7.1wt%Si تأیید شد. همچنین در این تحقیق مدلی در ارتباط با سینتیک درشت شدن بازوهای دندریتی تحت شرایط جابجایی اجباری ارائه شد. این مدل که در واقع شکل تصحیح شده ی مدل کلاسیک کاتامی برای درشت شدن بازوها در شرایط کنترل شونده توسط نفوذ تنها است با وارد کردن پارامتری به نام ضریب نفوذ ظاهری، تأثیر سیلان مذاب را بر افزایش سرعت نفوذ مدنظر قرار داده است. نتایج این مدل نشان داد که قطر بازوها ( d ) در حالت کلی توسط معادله ای به شکل d=At a ? b با زمان انجماد موضعی ( t )و نرخ برش ( ? ? ) ارتباط پیدا می کند و الگوی سیلان حاکم در مذاب تعیین کننده ی ثوابت a و b در معادله ی مذکور می باشد. میزان انطباق مدل پیشنهادی با یافته های آزمایشگاهی مربوط به آلیاژهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت. کلمات کلیدی: ریزساختار غیردندریتی، SCN، نرخ برش، الگوی سیلان، ریخته گری نیمه جامد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی