معرفی فرآیند semi-solid
اولین بار توسط اسپنسر و همکارانش در دانشگاه MIT زمانی که در باره ی پارگی گرم آلیاژ Sn-Pb تحقیق میکردند،ابداع شد.
با اعمال برش مکانیکی به یک آلیاژ نیمه جامد ویسکوزیته آن بشدت کاهش می یابد.
مورفولوژی دانه از دندریتی به کروی تغییر میکند.
تعریف:
یک فرآیند ساخت نزدیک به شکل نهایی است که ماده اولیه آن مذاب یا جامد کامل نیست بلکه دوغاب فلزی نیمه جامد-نیمه مذاب است که مخلوطی متشکل از ذرات جامد غیر دندریتی پخش شده در فاز مذاب فلزی است.
ماده اولیه این فرآیند در ابتدا آلیاژ های فولادی بودند.سپس بدلیل نیاز صنایع هوا فضا و خودرو سازی به آلیاژهای سبک،آلیاژهای Al و Mg مواد اولیه فرآیند شدند.
در این فرآیند،مذاب در حین سرد شدن از حالت مایع کامل تا
منطقه نیمه جامد،پیوسته هم زده میشود و ویسکوزیته به طرز قابل
توجهی کمتر از حالت معمولی خواهد بود.
هم زدن(اعمال برش مکانیکی)---> پخش شدن دندریت ها در مذاب---> کاهش ویسکوزیته در حات نیمه جامد
بنابراین ریز ساختار آلیاژ در حالت نیمه جامد شامل ذرات کروی جامد است که توسط مذاب احاطه شده اند.
چرا فرآیند نیمه جامد؟
در شرایط کارگاهی اغلب انجماد دندریتی داریم.
انجماد دندریتی ---> عدم مذاب رسانی کامل وایجادعیب انقباضی در بین بازوهای دندریتی و ایجاد جدایش
2 روش برای ازبین بردن جدایش
الف-همگن سازی
ب-انجماد در حالت نیمه جامد
فرآیند همگن سازی زمانبر و در مواردی غیر اقتصادی است.
روش دیگر برای رفع این جدایش،از بین بردن دندریت ها و تبدیل
آنها به ذرات کروی است.(semisolid mechanism)
ایجاد ریز ساختار یکنواخت،کاهش انجماد حین انقباض و کاهش میزان حلالیت گاز و حفرات گازی.
رئولوژی مواد نیمه جامد:
طبق تعریف رئولوژی علم جریان و تغییر شکل ماده است و در این راستا پارامترهای گوناگونی چون زمان و درجه حرارت، برروی تنش اعمال شده مؤثر هستند .
در یک تقسیم‌بندی سیالات به دو گروه نیوتنی و غیر نیوتنی تقسیم می‌شوند. در یک سیال نیوتنی تنش برشی متناسب با نرخ برش بوده و ثابت تناسب ویسکوزیته می‌باشد. اما سیالاتی که خاصیت تیکسوتروپی از خود نشان می‌دهند در دسته سیالات غیر نیوتنی قرار می‌گیرند به عبارتی تنش برشی و نرخ برش نسبت مستقیم ندارند. در این حالت ویسکوزیته را ویسکوزیته ظاهری می‌نامند که وابسته به نرخ برش، فشار، دما و زمان خواهد بود.
چنانچه n=1 باشد، سیال همان سیال نیوتنی خواهد بود و K همان ویسکوزیته می‌باشد. در شکل مشخص است که برای مواد با رفتار shear thinning که ویسکوزیته آن با افزایش نرخ برش کاهش می‌یابد مقدار n کمتر از 1 و برای مواد با رفتار shear thickening این مقداربیشتر از 1 خواهد بود.
رفتاررئولوژیکی مواد نیمه جامد:
برای مطالعه رئولوژی مواد نیمه جامد تهیه شده از روش هم زدن، می‌توان سه رفتار کلی را مورد بررسی قرار داد.
1)رفتار سرد شدن پیوسته: که تغییرات ویسکوزیته را در حین سرد شدن پیوسته تحت سرعت سرد شدن ثابت و نرخ برش ثابت تشریح میکند.
2) رفتار شبه پلاستیک (Psuedoplasticity): که ویسکوزیته حالت پایدار را به نرخ برش ارتباط میدهد. این نوع، رفتار Shear Thinning نیز خوانده میشود.
3) رفتارتیکسوتروپی (Thixotropy): که در یک نرخ برش ثابت ویسکوزیته حالت ناپایدار (گذرا) را به زمان ارتباط میدهد.
رفتار سرد شدن پیوسته:
سرد شدن پیوسته می‌تواند اولین گام برای بررسی اثر کسر جامد، نرخ برش و سرعت سرد شدن بر رفتارهای رئولوژیکی دوغاب‌های نیمه جامد به شمار رود.
بطور کلی تحت یک سرعت سردشدن
و نرخ برش ثابت، با افزایش کسر جامد،
ویسکوزیته ظاهری افزایش می‌یابد و
این تغییرات برای مقادیر بالای کسر
جامد بیشتر است.
شامل 42 اسلاید powerpoint
دانلود پاورپوینت انجماد نیمه جامد (semi-solid solidification)