شبيه‌سازي عددي ريزساختار انجمادي در فرايند ذوب بستر پودر با ليزر آلياژ دوتايي Fe-17wt%Cr به روش ميدان فاز

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مواد

دكتري

فرايند ذوب بستر پودر با ليزر به دليل نرخ‌هاي سرمايش بالا، شيب‌هاي دمايي شديد و برهم‌كنش پيچيده پديده‌هاي حرارتي، سيالي و انجمادي، از پيچيده‌ترين فرايندهاي ساخت افزايشي فلزي براي پيش‌بيني ريزساختار محسوب مي‌شود. در اين پژوهش، يك چارچوب عددي چندمقياسي براي پيش‌بيني ريزساختار انجمادي فولاد زنگ‌نزن 316 L ارائه شده است كه در آن پارامترهاي انجمادي موضعي به‌صورت مستقيم از شبيه‌سازي مقياس ماكرو فرايند استخراج و به شبيه‌سازي مقياس ميكرو ريزساختار مبتني بر ميدان فاز منتقل مي‌شوند. اين چارچوب شامل يك مدل چند فيزيكي سه‌بعدي مبتني بر روش حجم محدود براي شبيه‌سازي حوضچه مذاب و يك مدل ميدان فاز براي شبيه‌سازي انجماد سريع آلياژ Fe–17wt.%Cr است. نتايج نشان داد كه با افزايش چگالي انرژي از 104 به 208 ژول بر ميلي‌متر مكعب، نسبت عمق به عرض حوضچه مذاب از 47/0 به 87/0 افزايش يافت، در حالي كه شيب دمايي از 106×44/6 به 106×40/3 كلوين بر متر و نرخ سرمايش از 106×44/6 به 106×04/2 كلوين بر ثانيه كاهش پيدا كرد. اين تغييرات موجب افزايش فاصله اوليه سلولي از 6/3 به 5/5 ميكرومتر و در نتيجه درشت‌تر شدن ريزساختار انجمادي شد. همچنين مشخص گرديد كه در اغلب شرايط فرايندي، رشد سلولي بر رشد دندريتي ستوني غالب است. مقايسه نتايج شبيه‌سازي با داده‌هاي تجربي نشان داد كه مدل ميدان فاز قادر به پيش‌بيني فاصله سلولي اوليه با خطاي متوسط كمتر از 10 درصد است. علاوه بر اين، اثر الگوي روبش دو‌باريكه و رژيم‌هاي مختلف ذوب شامل رسانشي، گذار و سوراخ كليدي بر رفتار حرارتي و ريزساختار انجمادي بررسي شد. نتايج نشان داد كه تغيير الگوي روبش و رژيم ذوب مي‌تواند حالت انجماد، ميزان جدايش عناصر آلياژي و پايداري رشد ريزساختار را به‌طور قابل توجهي تحت تأثير قرار دهد. چارچوب عددي ارائه‌شده مي‌تواند به‌عنوان ابزاري مؤثر براي پيش‌بيني و كنترل ريزساختار در فرايند ذوب بستر پودر با ليزر مورد استفاده قرار گيرد.

238029

متالورژي

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان