توصيفگر ها :
مواد تغيير فازدهنده , سوكسينونيتريل , مواد مدل شفاف , دندريت , درجا , گرماي نهان , انجماد جهت دار , مبرد كنترل ساختار انجمادي
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
Solidification structure has direct and indirect effects on the mechanical and physical properties of metals and alloys. For this reason, controlling the Solidification structure of metals and alloys is always one of the main goals of researchers and craftsmen in the production of quality cast parts. Several factors can affect the Solidification structure of parts during the casting and solidification process, including how and how quickly the melt cools, the use of germination materials, and the application of turbulence, vibration, or pressure to the melt. The purpose of this study is to present and develop a new method to control the solidification structure using phase change materials and their latent melting heat. Phase change materials are materials that have a higher latent heat than other materials and can be used to store thermal energy. The effect of latent heat release on the cooling process, latent heating phenomenon, germination rate and final structure of castings has been known for many years. Despite these efforts, the use of these materials in the control of the casting microstructure of metal parts has only recently begun. The molten material used in this research is succinonitrile transparent polymer (SCN) with a melting point of 58 ° C, which has a similar solidification behavior to metals. Due to the low temperature range of the molten material, hydrated disodium hydrogen salt of 12h2o phosphate was used as the phase change agent. The effect of melting temperature and embedding of phase change material in a stainless steel metal refrigerant in a transparent Plexiglas mold on the solidification behavior of SCN polymer in 12 different modes and observed in situ by a special camera, Recorded and examined. Also, the solidification behavior of SCN polymer under the above conditions was simulated using Procast simulation software and the results were compared with the results of practical work. The results of this study showed that by placing the PCM material inside the steel refrigerant and melting the PCM material by SCN polymer casting, the distance between the secondary dendritic arms due to the formation of a refrigeration due to melting of PCM material relative to the PCM sample. The reference without PCM is reduced. Also, the motion speed of the solidification front increases and in a shorter time the surface is done. By casting SCN polymer into the mold, it causes the thermal effect of the polymer to melt the hydrated salt, and by absorbing the heat caused by the latent heat of melting the phase change material, it causes directional solidification, increasing the growth rate and observing the fourth And become the fifth growth of dendritic arms. To investigate the effect of latent heat effect of 12-aqueous hydrogen phosphate phase change material, another material was used as a reference sample with the same physical properties such as density, heat capacity and thermal conductivity and with a higher melting point than SCN polymer casting. , Did not melt the reference sample and the effect of latent heat on the phase change material could be observed, for which a reference sample of 6-aqueous magnesium nitrate salt was used. The designed process has been tested at 4 temperatures of 70, 80, 90 and 100 degrees. The most favorable result at 100 degrees with complete melting of the phase change material has been recorded and simultaneously recorded and examined by a direct observation camera..
