فهرست مطالب
عنوان………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. صفحه
فهرست مطالب……………………………………………………………………………………………………………………………………………….. هشت
فهرست شکل ها……………………………………………………………………………………………………………………………………………… یازده
فهرست جداول ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… سیزده
فهرست نمادها……………………………………………………………………………………………………………………………………………… چهارده
چکیده . 1
فصل اول : مقدمه
فصل دوم : مروری بر منابع
2-1- انجماد……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 4
2-1-1- جوانه زنی.. 4
2-1-2- رشد.. 5
الف- ریزساختار انجمادی.. 6
ب- درشت ساختار انجمادی…………………………………………………………………………………………………………………………………… 7
2-2- روش های ریزسازی و بهسازی ساختار. 9
2-2-1- روش های حرارتی…………………………………………………………………………………………………………………………………… 9
2-2-2-ریزسازی و بهسازی شیمیایی.. 9
2-2-3- روش های مکانیکی.. 10
2-2-4- روش های مغناطیسی………………………………………………………………………………………………………………………………… 11
2-2-5- روش های الکتریکی………………………………………………………………………………………………………………………………… 11
2-3-تاثیرات عبور میدان الکتریکی از مذاب… 16
2-3-1-مهاجرت الکتریکی……………………………………………………………………………………………………………………………………. 16
2-3-2-اثر پلتیر . 17
2-3-3-اثر سیبک….. 18
2-3-4-گرمای ژول…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 18
2-3-5-نیروی لورنتز. 19
2-3-6-اثر پوسته ای…………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 20
2-3-7-اثر پینچ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 20
2-3-8- چگالی جریان…………………………………………………………………………………………………………………………………………. 20
2-4- تاثیر میدان الکتریکی بر انجماد……………………………………………………………………………………………………………………….. 21
2-4-1-توزیع میدان الکتریکی در مذاب … 21
2-4-2-تاثیر میدان الکتریکی بر ساختار مذاب………………………………………………………………………………………………………….. 22
2-4-3-تاثیر میدان الکتریکی بر ویسکوزیته. 24
2-4-4-تاثیر میدان الکتریکی بر جوانه زنی……………………………………………………………………………………………………………….. 26
هشت |
2-4-5-مروری بر تحقیقات گذشته…………………………………………………………………………………………………………………………. 29
2-4-6-تاثیر نحوه قرار گیری الکترود در مذاب………………………………………………………………………………………………………… 33
2-4-7-خاصیت وراثتی بهسازی با جریان………………………………………………………………………………………………………………… 34
2-5-مشاهده درجای انجماد مواد…………………………………………………………………………………………………………………………… 36
2-5-1-استفاده از تصویربرداری اشعه ایکس…. 36
2-5-2-استفاده از مواد مدل شفاف… 38
2-6-متغیرهای ابعادی و شکلی مهم در رشد دندریت…………………………………………………………………………………………………. 40
2-6-1-شعاع نوک دندریت (R) و ضریب ناهمسانگردی (A4)…………………………………………………………………………………… 40
2-6-2-سرعت رشد نوک دندریت… 43
2-6-3- مشخصه های شاخه های جانبی.. 45
2-7- بررسی مدل رشد آزاد دندریتی LGK .. 50
2-8-جمع بندی……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 53
فصل سوم: مواد و روش تحقیق
3-1-سوکسینونیتریل……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 54
3-2-طراحی سیستم رشد دندریت سوکسینونیتریل.. 56
3-3-سیستم اپتیکی.. 60
3-3-1-دوربین……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 61
3-3-2-لنز میکروسکوپی………………………………………………………………………………………………………………………………………. 62
3-3-3-منبع روشنایی.. 62
3-4-متغیرهای مورد مطالعه……………………………………………………………………………………………………………………………………. 62
3-4-1-شعاع نوک دندریت (R) و ضریب ناهمسانگردی (A4). 64
3-4-2-سرعت رشد نوک دندریت… 65
3-4-3- مشخصه های شاخه های جانبی.. 67
3-4-4- دمای ذوب……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 68
3-5- حل مدل LGK .. 69
فصل چهار : یافته ها و بحث … 70
4-1- مشخصات ساختاری شاخه های اولیه . 70
4-1-1- زاویه رشد و طول حقیقی.. 70
4-1-2- سرعت رشد.. 72
4-1-3-شعاع نوک دندریت… 79
4-1-4- ضریب ناهمسانگردی.. 82
4-1-5-طول خود متشابهی.. 87
4-2-مشخصات ساختاری شاخه های جانبی……………………………………………………………………………………………………………… 89
4-2-1-فاصله بازوهای جانبی………………………………………………………………………………………………………………………………… 89
نه |
4-2-2-پهنای محاطی.. 96
4-2-3- مساحت سطح تصویر دندریت……………………………………………………………………………………………………………… 101
4-2-4-محیط تصویر دندریت……………………………………………………………………………………………………………………………….. 104
4-2-5-روش پیشنهادی جدید برای محاسبه محیط تصویر دندریت… 107
4-3-پیش بینی سرعت در مدل LGK ………………………………………………………………………………………………………………………. 113
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1-نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 120
5-2- پیشنهادات برای ادامه این تحقیق…………………………………………………………………………………………………………………….. 122
مراجع. 123
ده |
فهرست شکلها
شماره و عنوان شکل……………………………………………………………………………………………………………………………………….. صفحه
شکل 2-1- ریخت های رشد در مقیاس میکروسکوپی. 7
شکل 2-2- شکل گیری ساختار انجمادی یک شمش ریختگی. 8
شکل 2-3- تصویر میکروسکوپی از سیلیکون یوتکتیکی در آلیاژ Al-Si 10
شکل 2-4- تصویر میکروسکوپی آلیاژ A356 11
شکل 2-5- تاثیر چگالی میدان الکتریکی در اندازه دانه آلیاژ آلومینیم 7050 14
شکل 2-6- تصویری نمادین از تغییر ساختار مذاب همزمان با اعمال میدان الکتریکی پالس با چگالی زیاد (HDPEC). 15
شکل 2-7- ساختار یوتکتیک لایه ای ایجاد شده. 15
شکل 2-8- توزیع چگالی جریان در اطراف دندریت ناشی از پدیده سیبک….. 18
شکل 2-9- تصویر نمایی از چگونگی ایجاد نیروی لورنتز. 20
شکل 2-10- نحوه توزیع میدان الکتریکی در داخل مذاب… 22
شکل 2-11- تصویر نمادین از بار الکتریکی موازنه شده دریک کره فلزی در میدان الکتریکی. 22
شکل 2-12- نمودار DSC مذاب آلومینیم در دو حالت اعمال میدان الکتریکی پالسی و بدون اعمال میدان 24
شکل 2-13- ویسکوزیته مذاب آلومینیم در دو حالت همراه با اعمال میدان الکتریکی پالسی و بدون میدان الکتریکی.. 25
شکل 2-14- مدل جوانه زنی.. 28
شکل 2-15- تصویر نمادین از چگونگی تشکیل باران کریستالی 29
شکل 2-16- تغییرات سختی آلیاژLM-25 به صورت تابعی از چگالی میدان الکتریکی اعمال شده به مذاب در دو حالت 30
شکل 2-17- نمودار سرد شدن مذاب A356 با دمای K 953. 31
شکل 2-18- رابطه بین اندازه دانه های فاز آستنیت و چگالی جریان در آلیاژ FeCrNi 32
شکل 2-19- ریز ساختار انجمادی آلیاژ Fe70Cr18Ni12 پس از اعمال جریان پرچگال در دمای.. 33
شکل 2-20- تصویر نمادین از موقعیت های مختلف الکترود در مذاب و ریز ساختار بدست آمده در هر حالت… 35
شکل2-21-تصویر SEM از ساختار آلیاژ LM-29. 37
شکل 2-22- تصویر نمادین از دستگاه تابش اشعه X در حین انجماد نمونه تحت میدان الکتریکی.. 38
شکل 2-23- مراحل رشد منطقه هم محور آلیاژ Sn-50%Pb. 39
شکل 2-24- تصویر نمادین از دستگاه رشد آزاد دندریت هم محور 40
شکل 2-25- تک دندریت آلیاژ سوکسینونیتریل – استون رشد کرده در تحت تبریدهای مختلف…. 41
شکل 2-26- ریزساختار آلیاژ سوکسینونیتریل در حال انجماد در زمان مشابه و در سرعت های مختلف همزدن مذاب 41
شکل 2-27- نمای نوک دندریت از دو جهت مختلف…. 43
شکل 2-28- انطباق نقاط بدست آمده از رابطه 2-21 بر نوک دندریت در دو حالت سهموی بودن نوک دندریت… 44
شکل 2-29- نمودار تغییرات الف) شعاع و ب) سرعت نوک دندریت در تحت تبرید ثابت… 45
شکل 2-30- نمایی از متغیرهای اندازه گیری شده. 47
شکل 2-31- تغییرات پهنای محاطی دندریت بر حسب فاصله از نوک دندریت در حالت بدون بعد شده 48
یازده |
شکل 2-32- تغییرات مساحت سطح دندریت بر حسب فاصله از نوک دندریت در حالت بدون بعد شده 49
شکل 2-33- تغییرات محیط تصویر دندریت بر حسب فاصله از نوک دندریت در حالت بدون بعد شده 50
شکل 2-34- تغییرات فاصله بازوهای جانبی دندریت بر حسب فاصله از نوک دندریت در حالت بدون بعد شده. 51
شکل 3-1- نمودار فازی SCN-ACE.. 57
شکل 3-2- تصویر نمادین از سیستم رشد کنترل شده دندریت… 58
شکل 3-3- جزئیات محفظه رشد دهنده دندریت… 59
شکل 3-4- نحوه تعیین بازوهای فعال و غیر فعال.. 65
شکل 3-5- نمونه ای از نقاط انتخاب شده در نوک یک دندریت و خط درون یابی شده در این نقاط.. 66
شکل 3-6- نمایی از سیستم مختصات در نظر گرفته شده برای نوک دندریت… 66
شکل 3-7- مراحل رشد دندریت در تحت تبرید K1/1 و چگالی جریان mA/mm2 5. 68
شکل 3-8- نمایی از متغیرهای اندازه گیری شده. 70
شکل 4-1- الف): نمونه ای از زوایای α و β اندازه گیری شده برای دندریت SCN خالص….. 73
شکل 4-2- تغییرات سرعت رشد نوک دندریت نسبت به زمان و در چگالی جریان های مختلف…. 77
شکل 4-3- تصاویر دندریت های رشد کرده در تحت تبریدهای: (الف، ب) K1 ، (ج، د) K 1/1. 83
شکل 4-4- تاثیر چگالی جریان بر شعاع نوک دندریت در تحت تبریدهای مختلف…. 84
شکل 4-5- تاثیر چگالی جریان و تحت تبرید در ضریب ناهمسانگردی (A4). 86
شکل 4-6- مدل سه بعدی و سطح مقطع برش خورده نوک دندریت رشد کرده در تحت تبرید K 1/1. 87
شکل 4-7- مراحل تغییر مشخصه های رشد نوک یک دندریت پس از قطع میدان الکتریکی. 88
شکل 4-8- تغییر طول خود متشابهی در چگالی جریان های مختلف…. 90
شکل 4-9- تغییرات فاصله بدون بعد بازوهای جانبی (R/2λ) اندازه گیری شده نسبت به فاصله بدون بعد از نوک دندریت… 94
شکل 4-10- تغییرات پهنای محاطی بدون بعد (X/R) اندازه گیری شده نسبت به فاصله بدون بعد از نوک دندریت… 100
شکل 4-11- تغییرات مساحت سطح تصویر بدون بعد دندریت (F/R2) اندازه گیری شده. 105
شکل 4-12- تغییرات محیط تصویر دندریت بدون بعد (U/R) اندازه گیری شده. 108
شکل 4-13- نامشخص بودن عمق دره های بین دندریتی. 109
شکل 4-14- تصویر نمادین انتخاب متغیرها برای روش پیشنهادی محاسبه محیط تصویر دندریت… 110
شکل 4-15- نقاط بدست آمده و معادله درون یابی شده در آنها به روش پیشنهادی 111
شکل 4-16- تغییرات محیط بدون بعد تصویر دندریت (U/R) اندازه گیری شده 113
شکل 4-17- تغییرات ثابت پایداری (σ*) در چگالی جریان های مختلف…. 116
شکل 4-18- پیش بینی سرعت رشد دندریت در چگالی جریان های مختلف با استفاده از مدل LGK.. 118
دوازده |
فهرست جداول
شماره و عنوان جدول……………………………………………………………………………………………………………………………………. صفحه
جدول 2-1- متغیرهای ساختاری مذاب آلومینیم در دمای ºC750 و در دو حالت بهسازی شده با جریان و بدون جریان.. 23
جدول 2-2- مقادیر ε و υm در دو حالت مذاب آلومینیم خالص اصلاح شده با میدان الکتریکی.. 26
جدول 3-1- خواص پلیمر SCN 57
جدول 3-2- متغیرهای اعمال شده و متغیرهای اندازه گیری شده. 64
جدول 4-1- مقایسه دقت محاسبه روش پیشنهادی برای اندازه گیری زاویه اولر. 74
جدول 4-2- تغییرات سرعت رشد (μm/s) دندریت در تحت تبریدها و چگالی جریان های مختلف…. 76
جدول 4-3- تغییرات ضریب ناهمسانگردی در چگالی جریان های مختلف…. 85
جدول 4-4- تاثیر غلظت و تحت تبرید بر طول خود متشابهی آلیاژ SCN-ACE بر اساس نتایج مرجع. 91
جدول 4-5- ضریب تعیین توابع درون یابی شده در دادههای مربوط به فاصله بازوهای جانبی λ2 90
جدول 4-6- ضرایب مربوط به رابطه توانی 4-9 در تحت تبریدهای مختلف…. 93
جدول 4-7- ضریب تعیین توابع درون یابی شده در داده های مربوط به پهنای محاطی.. 98
جدول 4-8- ضرایب مربوط به رابطه توانی 4-10 در تحت تبریدهای مختلف…. 99
جدول 4-9- ضریب تعیین توابع درون یابی شده در داده های مربوط به مساحت سطح تصویر دندریت… 102
جدول 4-10- ضرایب مربوط به رابطه توانی 4-12 در تحت تبریدهای مختلف…. 103
جدول 4-11- ضریب تعیین توابع درون یابی شده در داده های محیط تصویر دندریت… 112
جدول 4-12- ضرایب و توان های بدست آمده برای رابطه توانی 4-23 ………………………………………………… 112
جدول 4-13- اختلاف سرعت اندازه گیری شده و پیش بینی شده توسط مدل LGK.. 120
سیزده |
فهرست نمادها
ضریب نفوذ حرارتی Tα
زاویه بین بدنه اصلی دندریت و شاخه های جانبی α و β
ضریب جکسون α
ضریب گیبس-تامسون Г
انرژی آزاد فصل مشترک γsl
انرژی اکتیواسیون سیلان ε
تحت تبرید اعمالی به مذاب ΔT
دامنه انجماد آلیاژ ΔT0
تحت تبرید غلظتی ΔTC
تحت تبرید ناشی از انحنا ΔTR
تحت تبرید حرارتی ΔTT
اختلاف انرژی آزاد فاز مذاب و جامد در واحد حجم ∆Gv
تغییرات انرژی آزاد ناشی از جوانه زنی غیرهمگن ΔGhet
تغییرات انرژی آزاد ناشی از جوانه زنی همگن ΔGhom
ویسکوزیته η
زاویه بین جهت جاذبه و بازوهای ثانویه دندریت θ
فاصله بین بازوهای جانبی (ثانویه) 2λ
نفوذپذیری مغناطیسی μ
ضریب پواسون n
انرژی سطحی σ
ضریب هدایت الکتریکی مذاب 0σ
هدایت الکتریکی جوانه σn
ثابت پایداری σ*
چهارده |
زاویه رشد اولری دندریت φ
فوق اشباع انجماد Ω
تحت تبرید غلظتی بدون بعد CΩ
تحت تبرید حرارتی بدون بعد TΩ
زاویه بین خط افق و بازوی اولیه دندریت ω
ضریب ناهمسانگردی A4
مساحت فصل مشترک کلاستر و مذاب Acl
مساحت فصل مشترک بستر و جوانه Asc
مساحت فصل مشترک بستر و مذاب Asl
غلظت اولیه آلیاژ C0
غلظت مذاب در نوک دندریت Ct*
گرمای ویژه مذاب Cp
طول مویینگی d0
اندازه دانهها در شرایط جوانهزنی با اعمال میدان الکتریکی de
ضریب نفوذ جرم در مذاب DL
تابع انتگرال نمایی E1
مساحت سطح تصویر F
گرادیان غلظت Gc
ثابت پلانک h
نرخ جوانهزنی در شرایط انجماد آزاد (غیرجهت دار) I0
تابع ایوانتسوف Iv
میدان الکتریکی Ii
چگالی جریان j
ضریب توزیع چگالی جریان j0
ضریب توزیع تعادلی k0
ثابت بولتزمن kB
پانزده |
طول واقعی بازوی اولیه دندریت LP
طول ظاهری بازوی اولیه LPapp
طول واقعی بازوهای جانبی LS
طول ظاهری بازوهای جانبی LSapp
گرمای نهان ذوب Lf
جرم مذاب M
شیب خط لیکوئیدوس m
متوسط تعداد اتم در کلاستر Nat
عدد همسایگی Ns
عدد پکلت غلظتی PeC
عدد پکلت حرارتی PeT
شعاع نوک دندریتهای اولیه R
فاصله با نزدیکترین همسایه rc
شعاع بحرانی r*
آنتروپی s
دمای اولیه T0
نقطه ذوب Tm
دمای مذاب در نوک دندریت Tt*
محیط تصویر دندریت U
سرعت رشد V
حجم کلاستر یا جوانه تشکیل شده Vs
شانزده |
