19469

16838

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1402

هشت، 88ص. مصور، جدول، نمودار

1403/03/09

كتابنامه

مهندسي مواد

مهندسي مواد

1403/03/12

23040755

تشكيل ساختار غيردندريتي در آلياژها در فرايند نيمه‌جامد "فعال‌سازي مذاب ناشي از اعمال كرنش" بر اساس ايجاد مقدار زيادي تنش‌هاي پسماند در قطعات و نگهداري آن‌ها در دماي نيمه‌جامد است. اين تنش‌هاي پسماند در دماي بالا منجر به تشكيل مرزهاي دانه با زاويه بالا مي‌شود كه در طي گرم شدن مجدد بعدي در حالت نيمه‌جامد به‌راحتي توسط مذاب تر مي‌شوند. اين مسئله موجب از هم پاشيدگي و كروي شدن ذرات جامد در منطقه نيمه‌جامد مي‌شود. به‌طور معمول، تنش پسماند بالاي ذخيره شده در قطعات توسط كار سرد قبلي يا عمليات تغيير شكل شديد پلاستيك تامين مي‌شود. امروزه، نياز روزافزون به توليد قطعات با اشكال نهايي با هندسه پيچيده و دقت ابعادي بالا، منجر به ظهور تعداد زيادي از فرايندهاي ساخت افزودني شده‌است. فرايند ذوب انتخابي توسط ليزر يكي از پركاربردترين روش‌هاي ساخت افزودني براي قطعات فلزي است. قطعات توليدشده به‌روش ذوب انتخابي توسط ليزر، به‌دليل ذوب و سرد شدن بسيارسريع درهنگام ساخت، داراي ريزساختارهاي دندريتي يا سلولي بسيار ظريف با تنش پسماند ذخيره شده بسيار بالا هستند. فرضيه اصلي اين پژوهش بر اين اساس است كه وجود مرز دانه‌هاي زياد به‌همراه تنش پسماند بالا در ساختار ناشي از فرايند ذوب انتخابي توسط ليزر ممكن است بتواند نيازهاي كار سرد فرايند فعال‌سازي مذاب ناشي از اعمال كرنش را از بين ببرد. در اين پژوهش، اثر اين فرايند نيمه‌جامد بدون هرگونه اعمال كار سرد يا تغييرشكل پلاستيك بر روي نمونه‌هاي آلياژ Scalmalloy توليد شده به‌روش ذوب انتخابي توسط ليزر، در كسرهاي مذاب 4/0 و 6/0 و در زمان‌هاي نگهداري مختلف در دو كوره حمام نمك و كوره مقاومتي تحت اتمسفر هوا بررسي شد. هر چند نتايج نشان‌دهنده درستي فرضيه پژوهش بود و ساختارهاي غيردندريتي و شبه كروي مورد نظر در نمونه‌ها ايجاد شد، ولي اين عمليات موجب ايجاد درصد بالايي تخلخل در نمونه‌ها گرديد. ميزان تخلخل ايجاد شده در حمام نمك بيشتر از تخلخل ايجاد شده در كوره مقاومتي تحت اتمسفر هوا بود. ميزان كرويت و اندازه دانه‌ها با افزايش زمان و دماي نگهداري در منطقه نيمه‌جامد افزايش يافت. فاكتور شكل دانه‌ها در زمان نگهداري 0 و 45 دقيقه و در حالت كسر مذاب 4/0 به‌ترتيب از 66/0 به 83/0 و در كسر مذاب 6/0 به‌ترتيب به 78/0 تا 87/0 افزايش يافت. ميانگين قطر معادل دانه‌ها در حالت كسر مذاب 4/0 از 34 ميكرومتر به 90 ميكرومتر و در حالت كسر مذاب 6/0 از 59 تا 84 ميكرومتر افزايش يافت. تخلخل در نمونه‌ها در زمان‌هاي نگهداري 0 تا 45 دقيقه در حالت كسر مذاب 4/0 به‌ترتيب از 26 به 48 درصد افزايش و در كسر مذاب 6/0 از 26 به 12 درصد كاهش يافت. به نظر مي‌رسد دليل اصلي ايجاد تخلخل در نمونه‌ها وجود حدود 5/0% تخلخل پراكنده اوليه در نمونه‌هاي چاپ شده است كه در دماي بالا شروع به انبساط مي‌كند. به همين دليل، تعدادي از نمونه‌ها 3 درصد در جهت طول فشرده شدند تا تخلخل‌هاي اوليه بسته شود و عمليات نيمه‌جامد با كسر مذاب 6/0 بر روي آن انجام شد و اين نتيجه بدست آمد كه تخلخل‌ها حدودا 7 درصد كاهش پيدا كرد ولي كامل ازبين نرفت كه نتيجه قبلي را اثبات كرد.

Formation of a non-dendritic structure in the semi-solid Strain Induced Melt Activated (SIMA) process is based on creation of a large amount of residual stress in the parts and holding them at a semi-solid temperature. The residual stresses lead to the formation of high-angle grain boundaries at high temperatures, which are easily wetted by the melt during the subsequent reheating in the semi-solid state. This results in disintegration and spheroidization of primary solid particles in the semi-solid region. Typically, the high residual stress stored in the parts is provided by prior cold working or severe plastic deformation operations. Nowadays, the increasing need to produce near net-shape parts with complex geometries and high dimensional accuracy has led to the emergence of numerous additive manufacturing processes. selective Laser Melting (SLM) process is one of the most widely used additive manufacturing methods for metal parts. Parts produced by selective Laser Melting process have very fine dendritic or cellular microstructures with very high stored residual stresses due to the their characteristic rapid melting and cooling during fabrication. The main hypothesis of this research is that the presence of a large grain boundary desnsity along with the high residual stresses in the selective Laser Melting induced structure could eliminate the need for the cold working step of the melt activation process.In this research, the effects of this semi-solid process without application of any prior cold working or plastic deformation on selective Laser Melted Scalmalloy alloy samples were investigated at liquid fractions of 0.4 and 0.6 and various holding times in a salt bath furnace and a resistance furnace under atmospheric conditions. Although the results confirmed the research hypothesis and the desired non-dendritic and pseudo-spherical structures were formed in the samples, the processes caused a high percentage of porosity. The porosity content of the samples processed in the salt bath was higher than that in the resistance furnace under atmospheric condition. The sphericity and size of the primary particles increased with increasing the holding time and temperature in the semi-solid region. Shape factor of the primary particles was 0.66 to 0.83 at liquid fraction of 0.4 and holding times of 0 to 45 minutes, respectively. It was 0.78 to 0.87 at liquid fraction of 0.6 and holding times of 0 to 45 minutes, respectively. The average equivalent diameter of the primary particles increased from 34 to 90 m at the liquid fraction of 0.4, and from 59 to 84 m at the liquid fraction of 0.6. Porosity content of the samples increased from 26 to 48% at liquid fraction of 0.4 and holding times of 0 and 45 minutes, respectively. It decreased from 26 to 12% at liquid fraction of 0.6 and holding times of 0 and 45 minutes, respectively. It seems that the main reason for porosity formation in the semi-solid samples is the high temperature expansion of about 0.5 Vol.% scattered porosity in the printed samples. Consequently, a few as printed samples were mechanically compressed by 3% in the longitudinal direction to close the initial porosities, and the semi-solid process at liquid fraction of 0.6 was performed. The result showed about 7% decrease in the porosities, but could not completely eliminate the prorosity formation.

بهزاد نيرومند

عبدالله صبوري

رحمت اله عمادي , احمد رضائيان