شبیه سازی ساختار دانه و جدایش عناصر آلیاژی در فرایند ذوب سطحی با لیزر با استفاده از مدل میدان فازی
چکیده
پایش ریزساختار قطعه در هر فرایند متالورژیکی لازمه دست یابی به خواص مطلوب در آن قطعه است. از این رو شناخت و پایش عوامل تاثیر گذار بر ریزساختار نهایی در هر فرایند متالورژیکی همواره یکی از چالش های پیش روی محققین علم مواد بوده است. یکی از فرایندهای متالورژیکی که در چند دهه اخیر کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف یافته است فرایند جوشکاری و عملیات سطحی با استفاده از پرتو لیزر است. به دلیل سرعت انجماد بالا و شیب های حرارتی تند ایجاد شده، تغییرات ریزساختاری مختلفی در حوضچه مذاب و ناحیه متاثر از حرارت ناشی از تابش پرتو لیزر ایجاد می شود. هرچند ناحیه ذوب و منجمد شده و ناحیه تحت تاثیر حرارت در این فرایند در مقایسه با دیگر فرایندهای جوشکاری کوچک است اما تغییرات ریزساختاری حاصل همچنان می تواند بر کارکرد قطعه تاثیرات نامطلوبی داشته باشد. در این تحقیق به دو پدیده رشد دانه در ناحیه تحت تاثیر حرارت و همچنین جدایش عناصر آلیاژی در حوضچه مذاب ناشی از تابش تک پالس لیزر پرداخته شده است. برای این منظور از شبیه سازی میدان فازی استفاده شد. در بررسی رشد دانه ها در ناحیه تحت تاثیر حرارت، مطالعه اثر اندازه دانه اولیه بر ابعاد نهایی ناحیه تحت تاثیر حرارت در یک فلز خالص مورد توجه قرار گرفت. همچنین اثر توان لیزر و دمای اولیه نمونه بر ابعاد و سینتیک تشکیل ناحیه تحت تاثیر حرارت مطالعه شد. علاوه بر شبیه سازی عددی سعی شد یک مدل تحلیلی به منظور شناخت ارتباط بین اندازه دانه اولیه، متغیرهای فرایندی لیزر و ابعاد نهایی ناحیه تحت تاثیر حرارت ارائه شود. نتایج نشان داد که با افزایش اندازه دانه اولیه در شرایط حرارتی ثابت، ابعاد ناحیه تحت تاثیر حرارت کاهش می یابد. همچنین افزایش توان لیزر و دمای اولیه نمونه باعث افزایش خطی ضخامت ناحیه تحت تاثیر حرارت می شود. در بررسی جدایش عناصر آلیاژی در حوضچه مذاب، رفتار ترکیب بین فلزی نیکل – آلومینیم مورد مطالعه قرار گرفت. باتوجه به نتایج حاصل از شبیه سازی، رفتار غیر معمول جدایش آلومینیم در این ترکیب بین فلزی که در تحقیقات قبلی مشاهده شده است مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت.