13580

13580

شبيه سازي عددي و فيزيكي فرايند انجماد جهت‌دار به روش بريجمنبه ‌منظور رشد تك‌بلورسوپر آلياژ پايه نيكل

دكتري

مواد و متالورژي

مهرماه1393

مهرماه1393

دكتر سعيد شبستري - دكتر محمدرضا ابوطالبي

چكيده: در اين پژوهش، عوامل مؤثر بر ساختار انجمادي و جهت بلوري در فرايند رشد تك‌بلورسوپر آلياژ پايه نيكل GTD-111مورد بررسي قرار گرفت. بدين منظور از شبيه¬سازي عددي انجماد و انتقال حرارت توسط نرم‌افزار المان محدود ProCASTباقابليت شبيه¬سازي توسعه ريزساختار انجمادي توسط مدول محاسباتي CAFEاستفاده شد. همچنين يك مدل فيزيكي انجماد جهت‌دار و رشد تك‌بلور آلياژ Al-3wt.% Cu جهت بررسي صحت نتايج شبيه¬سازي عدديبه¬كار گرفته شد. به‌منظور ايجاد يك دانه با جهت بلوري مشخص، از يك انتخاب‌كننده بلور مارپيچاستفاده شد. متغيرهاي طراحي انتخاب¬كننده بلور شامل طول گام، قطر داخلي كانال و قطر چرخش مارپيچبه‌عنوان متغير در طراحي اوليه مورد بررسي قرار گرفت. جهت مطالعات پارامتري مقادير طول گام معادل 7، 14، 21، 28، 35 و 42 ميلي‌متر ، قطر چرخش 15 و 20 ميلي‌متر و قطر كانال 3، 5 و 7 ميلي‌متر انتخاب شد. همچنين مطالعات پارامتري بر روي متغيرهاي اصلي اثرگذار بر فرايند رشد تك‌بلورسوپر آلياژ پايه نيكل شامل گراديان دمايي (G) و سرعت رشد (R) مورد ارزيابي قرار گرفت. بدين منظور سرعت¬هاي رشد معادل 3، 5 و 7 ميلي‌متر بر دقيقه بكار گرفته شد. به‌منظور بررسي ريزساختار انجمادي، از آناليز تصاوير ميكروسكوپ نوري و الكتروني استفاده شد. همچنين تعيين جهات بلوري با استفاده از روش تفرق الكترون¬هايبرگشتي (EBSD) انجام گرفت. بررسي¬هاي صورت گرفته نشان¬دهنده عملكرد مطلوب انتخاب¬كننده بلورمارپيچ با طول گام 14 ميلي‌متر، قطر كانال 5 ميلي‌متر و قطر پيچش 15 ميلي‌متر است. با افزايش طول گام مارپيچ علاوه بر كاهش بازدهي انتخاب‌كننده بلورمارپيچ، جهت بلوري تك‌بلور نهايي از راستاي مرجح >001< فاصله مي¬گيرد. كاهش گراديان دمايي ناشي از افزايش سرعت حركت نمونهو يا كاهش دماي بخش داغ كوره منجر به جوانه‌زني دانه¬هاي هم‌محور در جلوي جبهه رشد دانه¬هاي ستوني مي¬گردد. نتايج شبيه¬سازي عددي و بررسي¬هاي عملي رشد تك‌بلورسوپر آلياژ پايه نيكلGTD-111 نشان داد كه سرعت رشد كمتر از mm/min3 و استفاده از يك انتخاب‌كننده بلورمارپيچ با طول گام 14 ميلي‌متر، قطر كانال 5 ميلي‌متر و قطر پيچش 15 ميلي‌متر منجر به ايجاد ساختار تك¬بلور با جهت بلوري نزديك به >001<(اانحراف كمتر از 8 درجه) در راستاي خروج حرارت مي¬شود. كلمات كليدي: رشد تك‌بلور، سوپر آلياژ پايه نيكل GTD-111، انتخاب‌كننده بلور مارپيچ، شبيه‌سازي عددي و فيزيكي، جهت بلوري، تفرق الكترون¬هاي برگشتي (EBSD).