با توجه به شرایط کاری حاکم بر کوره های قوس الکتریکی، اندازه گیری پارامترهای کنترلی در هنگام بهره برداری، بسیار دشوار است. بعلاوه روش مناسب و ایمن برای انجام اندازه گیری در دماهای بالاتر در دست نیست. از این رو، شبیه سازی عددی فرآیند قوس الکتریکی با قابلیت محاسبه توزیع دما و جریان سیال، روز به روز بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش، محدوده قوس الکتریکی یک کوره ذوب فروسیلیسیم با استفاده از حل عددی مبتنی بر اختلاف محدود در حجم کنترل، شبیه سازی شده است. برای این کار، یک کد کامپیوتری با قابلیت حل همزمان معادلات پیوستگی، انرژی، پتانسیل الکتریکی، میدان مغناطیسی و جریان سیال در حالت دو بعدی و ناپایدار، توسعه داده شده و نتایج آن در قالب نمودارهای توزیع دما و جریان سیال به نمایش در آمده است. علاوه بر این فلاکس حرارت منتقل شده از قوس به مذاب هم با در نظر گرفتن مکانیزم های مختلف حاکم بر آن مورد محاسبه قرار گرفته و ارایه شده است. در انتها، با استفاده از مدل فوق، مطالعات پارامتری به منظور بررسی تاثیر طول قوس و شدت جریان الکتریکی بر میدان توزیع دما و جریان سیال انجام شده است.

با توجه به تعدد عوامل تاثیر گذار بر فرآیند ریخته گری مداوم و لزوم هماهنگی بین عوامل موثر، استفاده از روش های شبیه سازی برای بدست آوردن شرایط بهینه، اهمیت ویژه ای یافته است. هدف از این تحقیق توسعه یک مدل رایانه ای سه بعدی به منظور بررسی انتقال حرارت و انجماد در محدوده قالب سیستم ریخته گری مداوم افقی شمشال و ارزیابی عوامل موثر بر توزیع دما و پروفیل انجماد می باشد. این مدل که در آن تاثیر فاصله هوایی نیز در نظر گرفته شده است، به کمک نتایج تجربی بدست آمده از یک سیستم نیمه صنعتی مورد ارزیابی و تایید قرار گرفته و پس از تایید، تاثیر پارامترهای موثر بر فرآیند مانند ضریب انتقال حرارت بین آب خنک کننده و سطح بیرونی قالب، سرعت ریخته گری، جنس آلیاژ، فوق ذوب مذاب ورودی به قالب، ضخامت قالب، اندازه محصول و اثر سردکردن ثانویه، با کمک مدل سازی رایانه ای مورد بحث قرار گرفته است. به منظور درک صحیح تر از ارتباط مدل با ساختار محصولات و پیش بینی ساختار محصولات تولید شده، تصاویر ساختار مقاطع مختلفی از میلگرد که هر یک تحت شرایط خاص و مشخص تولید شده اند تهیه گردیده و با نرخ سرمایش متناظر خود از مدل توسعه یافته مقایسه شده اند و یک رابطه تجربی مابین نرخ سرد شدن و فاصله بازوهای دندیریتی ثانویه ارایه شده است.

به منظور بررسی نحوه تاثیر فاز b بر سختی و رفتار خوردگی آلیاژ az91d منیزیم، عملیات حرارتی t6, t4 و t8 روی شمش آلیاژ انجام و تغییرات ریزساخت، سختی مقاومت به خوردگی آن بررسی شد. سختی سنجی و بررسی های ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی (sem) و آزمایش خوردگی به دو صورت غوطه وری ثابت و الکتروشیمی (پتانسیودینامیک) در محیط nacl 3/5 % اشباع شده از mg(oh02 با 5/10 –10/3 = ph انجام شد. سطوح خورده شده نیز توسط میکروسکوپ نوری و sem مورد آنالیز و بررسی قرار گرفت. ماکزیمم سختی پس از انجام عملیات حرارتی t6 و t8 پس از 46 ساعت پیرسازی حاصل شد. در مقایسه با نمونه ریختگی، پس از انجام عملیات حرارتی t6، سختی در پیش ترین مقدار به میزان 5/65 درصد افزایش یافت. انجام عملیات t8 پس از 5 درصد نورد افزایش در حدود 72 درصد و پس از 10 درصد نورد حدودا 85 درصد افزایش سختی به همراه داشت. بررسی های ریزساختار نیز نشان دهنده آن است که درعملیات حرارتی t6 رسوب ناپیوسته و در t8 برای هر دو درصد نورد رسوب پیوسته حاکم بوده است. مقاومت به خوردگی آلیاژ پس از عملیات حرارتی t6 در مقایسه با نمونه ریختگی بهبود یافته اما عملیات محلول سازی موجب کاهش مقاومت به خوردگی آن گردید. انجام عملیات حرارتی t8 در هر دو درصد نورد انجام شده بهبود را در رفتار خوردگی آلیاژ حاصل نکرد.

فرایند ریخته گری تک غلتکه تسمه از روش های موجود در فن آوری نوین ریخته گری تسمه است که در تکامل فرایندهای ریخته گری مداوم نزدیک به شکل نهایی در دهه اخیر مقیاس صنعیتی به خود گرفته و کاهش قابل توجهی را در مصرف هزینه و انرژی در مقایسه با روش های سابق ریخته گری مداوم و نورد گرم ورقهای فلزی به دنبال داشته است. اگرچه در دهه های اخیر تلاش های پراکنده ای برای پیش بینی کارایی این فرایند به کمک مدل های عددی صورت گرفته لیکن فاصله زیادی بین مدل های مارکوسکوپی این فرایند و مدل های توسعه یافته میکروسکوپی دقیق از انجماد دندریتی به چشم می خورد در تحقیق حاضر سعی بر بنا کردن مدلی بوده که سهولت کاربرد و ساختار ماکروسکوپی آن راه را بر توسعه میکروسکوپی مدل نبندد. با این هدف مدلی یکپارچه پایدار و دوبعدی از انتقال حرارت جریان سیال و انجماد در حوضچه مذاب و تسمه جامد شده بنا شد. معادله های اصلی مدل را چهار معادله دیفرانسیل جزئی شامل پیوستگی حرکت در دو جهت و انرژی تشکیل می دهند. مدل سازی انجماد از طریق روش آنتالپی در معادله انرژی لحاظ شد و جمله دارسی برای اعمال حرکت جامد تصحیح جریان در ناحیه خمیری به کار فت. با اعمال شرای طمرزی مناسب معادلات مدل به کمک روش اختلاف محدود بر مبنای حجم کنترل حل شدند. به منظور ارزیابی مدل حاصل نتایج شبیه سازی ریخته گری تک غلتکه تسم هآلومینیمی با استفاده از مدل باداده های تجربی دیگر محققین به صورت ضخامت تسمه برحسب سرعت چرخش غلتک مقایسه گردید. سپس فرایند ریخته گری تک غلتکه تسمه سربی به کمک مدل حاصل شبیه سازی شد و مطالعات پارامتری بر روی آن صورت گرفت. پارامترهای بررسی شده در فرایند عبارتند از سرعت چرخش غلتک ضریب انتقال حرارت فصل مشترک تسمه/غلتک ارتفاع مذاب در تاندیش فوق ذوب مذاب فاصله غلتک از دیواره تاندیش و عرض دهانه ورودی مذاب به حوضچه نتایج حاصل از شبیه سازی به صورت توزیع دما در حوضچه مذاب و تسمه میدان های سرعت و خطوط مسیر جریان و همچنین تغییرات ضخامت تسمه با پارامترهای ذکر شده به دست آمدند. این نتایج شیب تند دمایی در تسمه جامد شده در جهت شعاع غلتک و وجود یک جریان گرابی اصلی را در بالای حوضچه مذاب نشان می دهند. همچنین مدل کاهش ضخامت تسمه را با افزایش سرعت چرخش غلتک و فوق ذوب مذاب و افزایش ضخامت تسمه را با افزایش ضریب انتقال حرارت و ارتفاع مذاب پیش بنی می کند.

در فرآیند آندایزینگ سخت آلومینیم، اکسید سخت و ضخیمی از طریق اکسیداسیون آندی بدست می اید که امکان کاربرد آن را در ساخت پیستون ها، سیلندرها، چرخ دنده ها و غیره فراهم می سازد. در پژوهش حاضر فرآیند مذکور بر روی آلیاژهای 1100، 6061 و 7075 آلومینیم تحت شرایط مختلف اعمال شده است . در عملیات آندایزینگ سخت این آلیاژهای در دو نوع محلول الکترولیت شامل اسیدی ساده براساس فرآیند مارتین m.h.c و مخلوط اسیدی بر مبنای فرآیند آلومیلایت مورد استفاده قرار گرفته است . تاثیر عوامل مختلفی از قبیل چگالی جریان، دمای محلول الکترولیت و زمان عملیات بر روی مشخصات پوشش مانند ضخامت ، سختی، ظاهر پوشش و ساختار فیلم آندی مورد بررسی قرار گرفته است . عمل آندایزینگ با جریان مستقیم و در چگالی جریان ثابت انجام شده، نتایج حاصله از آزمایش ها از طریق مقایسه با نتایج ارائه شده در منابع مورد ارزیابی قرار گرفته است .

پوششهای غنی از کرم مورد استفاده در پره های توربین گازی امروزه یکی از پیشرفته ترین سیستمهای محافظ در برابر حمله خوردگی داغ و اکسیداسیون است . در این پروژه تاثیر پارامترهای زمان و ترکیب پودر پوشش بر ساختار و کیفیت پوشش کرومایدی مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرد. برای این منظور نمونه هایی از جنس in738lc به روش سمانتاسیون پودری تحت عملیات پوشش کرومایزینگ نفوذی قرار گرفتند. پس از انجام عملیات کرومایزینگ ، پوششها به کمک میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی (sem) مجهز به سیستم آنالیزeds و همچنین روش xrd مورد مطالعه قرار گرفتند. نمونه های پوشش داده شده به همراه یک نمونه بدون پوشش به مدت 528 ساعت تحت عملیات تست خوردگی داغ در دمای 850 درجه سانتیگراد قرار گرفتند. نتایج حاصل از فرآیند پوشش و همچنین نتایج حاصل از تست خوردگی داغ نشان داد که با افزایش غلظت کروم در ترکیب پودر پوشش درصد کرم لایه پوشش نفوذی افزایش یافته و مقاومت به خوردگی داغ افزایش می یابد. همچنین با افزایش زمان فرآیند پوشش ، ضخامت لایه افزایش می یابد. در نتیجه زمان مرحله شروع خوردگی داغ و زمان تخلیه شدن لایه پوشش از کرم افزایش می یابد. بنابراین با افزایش زمان فرآیند پوشش نفوذی مقاومت به خوردگی داغ آلیاژ بهبود می یابد.به دلیل اینکه ضخامت بیش از حد پوشش باعث افت خواص مکانیکی می شود، و نیز درصد بالای کروم در سطح به ترک خوردن و پوسته ای شدن لایه پیوسته cr2o3 کمک می کند، لذا به نظر می رسد برای زمان فرآیند پوشش و ترکیب کروم پودر پوشش یک حد بهینه باید وجود داشته باشد.

فولادهای ماریجینگ از خانواده فولادهای با استحکام زیاد می باشند. مهمترین ویژگی این فولادها این است که علاوه بر داشتن استحکام کششی بسیار بالا و سختی زیاد، فوق العاده داکتیل و انعطاف پذیر هستند. از اینرو در کاربردهای حساس مهندسی و نظامی، آنجا که در کنار استحکام زیاد، انعطاف پذیری خوبی نیز مورد نیاز است بکار میروند. از پیدایش این فولادها بیش از چهل سال نمی گذرد و تکنولوژی تولید آن نیز در اختیار چند کشور صنعتی قرار دارد. در پژوهش حاضر ضمن معرفی فولادهای ماریجینگ ، بهینه سازی سیکل عملیات حرارتی و پوشش دهی این فولادها مورد تحقیق قرار گرفته است . عملیات حرارتی فولادهای ماریجینگ شامل عملیات حرارتی آنیل محلولی و پیرسازی می باشد که در این میان، فرایند پیرسازی فولادها بیشترین تاثیر را بر روی خواص مکانیکی نهایی قطعه داراست . از اینرو با انجام آزمایشاتی نقش پارامترهای آنیل محلولی و بویژه پیرسازی (دما و زمان) روی استحکام کششی، سختی و مقاومت به ضربه شارپی مورد بررسی قرار گرفت . بررسیهای انجام شده نشان داد که مناسبترین دما برای دستیابی سریع به حداکثر این خواص در محدوده دمایی 480-520 0c قرار دارد. مقدار دقیق این دما برای هر فولاد ماریجینگ بایستی بصورت مستقل مورد تحقیق قرار گیرد. با توجه به نتایج بدست آمده از آزمایشهای انجام شده، بهینه شرایط عملیات حرارتی پیرسازی برای فولاد ماریجینگ c300، زمان 3hr و دمای 480 0c و برای فولاد ماریجینگ t250 زمان 2hr و دمای 500 0c تشخیص داده شد. همچنین با استفاده از نمکهای اکسیدکننده مذاب ، امکان ایجاد پوشش اکسیدی مقاوم در برابر خوردگی مورد بررسی قرار گرفت . آزمایشات انجام شده نشان داد که میتوان از این روش بطور موفقیت آمیزی استفاده نمود.

آلیاژ 2024 آلومینیم به دلیل داشتن استحکام ویژه بالا، مقاومت به خوردگی شیمیایی و خوردگی تنشی مناسب و پذیرش عملیات سختی رسوبی کاربردهای فراوانی در سازه های هوافضایی دارد. اما در کنار مزایای بالا، آلیاژ پس از قرار گرفتن در معرض دماهای بالا، استحکام آن افت زیادی می یابد. لذا جهت دستیابی به استحکامهای زیاد در دماهای محیط و دماهای بالا، در این پژوهش آلیاژ برای اولین بار 2024 آلومینیم تحت نوع خاصی از عملیات ترمومکانیکی تحت عنوان پیرسازی ترمومکانیکی ‏‎(tma)‎‏ قرار گرفت. عملیات مزبور شامل انجام کار مکانیکی در حین انجام فرایند پیرسازی است و بصورت سیکلهای مختلف روی آلیاژ انجام گردیده و تاثیر آن بر خواص کششی، سختی و پایداری حرارتی آلیاژ بررسی شد. نتایج حاصل از آزمایشات سختی و کشش نشان داد که عملیات پیرسازی ترمومکانیکی باعث افزایش قابل توجه سختی و خواص کششی در مقایسه با عملیات حرارتی های مرسوم ‏‎t6‎‏ و ‏‎t3‎‏ گردید.همچنین نتایج حاصل از ارزیابی حرارتی نشان داد که برخی از سیکلهای عملیات پیرسازی ترمومکانیکی انجام شده روی آلیاژ پس از قرار گرفتن آن در معرض دماهای بالا، استحکام بالاتری را نسبت به سایر سیکلهای عملیات حرارتی ‏‎t6‎‏ و ‏‎t3‎‏ ایجاد می نمایند. در نهایت عملیات نوع ‏‎tmaia‎‏ (شامل 25% زمان پیرسازی نهایی به عنوان پیرسازی اولیه، 10% کاهش در سطح مقطع و ادامه پیرسازی تا رسیدن به سیکل کامل) بدلیل دارابودن بهترین خواص کششی، سختی و استحکام در دمای محیط و دمای بالا بعنوان عملیات بهینه پیرسازی ترمومکانیکی ارائه گردید.

پس از یافتن سیکل مناسب ترمومکانیکی برای آلیاژ 7075، تاثیر کوئنچ جهت دار بر رفتار پیرسختی ترمومکانیکی ناشی از این سیکل مورد بررسی قرار گرفت. این نوع کوئنچ در نمونه ایجاد تنشهای ترموالاستیکی می نماید که این تنشها باعث افزایش استعداد زمینه جهت جوانه زنی و به دنبال آن رشد می شوند. البته اثر آن بر جوانه زنی بیشتر از رشد بوده است که این تفاوت به ماهیت انرژی محرکه یعنی تنش های ترموالاستیکی بر می گردد.آزمونهای مکانیکی شامل سختی سنجی، کشش، و ریز سختی سنجی بر روی نمونه های پیرسازی شده صوتر پذیرفت. نتایج حاصل از این آزمونها نشان داد که کوئنچ جهت دار در مقایسه با کوئنچ معمولی باعث کاهش زمان پیرسازی به میزان 34 درصد، درصد افزایش طول نسبی به میزان 26 درصد و افزایش استحکام کششی به میزان 7 درصد گردیده است.نتایج حاصل از شکست نگاری نشان داد که در اثر کوئنچ جهت دار تنش های چند محوره در آزمون کشش به حالت تنش های تک محوره باشکست 45 درجه متمایل می گردد.شکست نگاری توسط میکروسکوپ الکترونی نشان داد که این حالت شکست مربوط به توزیع بیشتر جوانه ها و تغییر مکانیزم شکست حاصل از این نوع توزیع بوده است.

امروزه مدلسازی ریاضی بعنوان یک ابزار توانمند بمنظور شناخت بیشتر فرآیندهای متالورژی و پیش بینی رفتار فرآیندها در اثر تغییرات پارامترهای عملی فرآیند، مورد استفاده قرار می گیرد. در میان فرآیندهای مختلف متالورژی، ریخته گری مداوم بیشتر مورد توجه محققین به لحاظ مدلسازی ریاضی و فیزیکی آن قرار گرفته است. اولین پژوهشهای مربوط به ریخته گری مداوم به دهه 70 برمی گردد که با توسعه یک مدل ساده انتقال حرارت در ریخته گری شمش فولاد، امکان پیش بینی توزیع دما و پروفیل انجماد در شمش و تاثیر بعضی پارامترهای سیستم بر پروفیل انجماد میسر گردید. با پیشرفت و توسعه کامپیوترهای دیجیتالی و با افزایش توان محاسباتی چنین کامپیوترهایی زمینه ای برای توسعه مدلهای جامع تر و دقیق تر در مورد سیستم های مختلف ریخته گری مداوم فراهم آمد بطوریکه تحقیقات وسیعی جهت مدلسازی جنبه های مختلف فرآیند ریخته گری مداوم در دهه اخیر صورت گرفته است که این تحقیقات عمدتا متمرکز بر ریخته گری مداوم فولاد بوده و همچنان ادامه دارد. در پژوهش حاضر یک مدل ریاضی دو بعدی در ارتباط با جریان مذاب همراه با انجماد در ریخته گری نیمه مداوم شمش و بیلت برنجی توسعه یافته است. در این مدل معادلات ممنتوم و حرارت بطور همزمان حمل شده و تاثیر متقابل جریان بر انرژی و بالعکس مدنظر قرار گرفته است. از طرفی بدلیل آشفتگی جریان مخصوصا در منطقه قالب ریخته گری، از مدل دو معادله ‏‎k-‎‏ برای مدلسازی جریان توربولان استفاده شده است که این معادلات با معادلات سرعت و حرارت مرتبط شده و اثرات متقابل در نظر گرفته شده است. انجماد بروش انتالپی مدلسازی شده و جریان مذاب در منطقه خمیری با استفاده از جریان سیال در بستر متخلخل مدلسازی گردیده است. مدل توسعه یافته در این پروژه مبتنی بر سیستم ریخته گری در حال کار در کارخانه مس شهید باهنر بوده و نتایج حاصل از مدل با پاره ای آزمایشهای انجام شده در کاخانه مقایسه شده که رویهمرفته انطباق خوبی بین نتایج محاسباتی و آزمایش بدست آمده است. نهایتا با استفاده از مدل مطالعات پارامتریک برای ارزیابی تاثیر بعضی فاکتورهای عملی بر روند عملیات صورت گرفته است.

در این پژوهش فرایند انجماد ریخته گری در ماسه آلیاژ آلومینیوم ‏‎a319‎‏ مورد شبیه سازی کامپیوتر قرار گرفته است. مطالعات در دو بعد کامپیوتری و تجربی متمرکز و تجربی متمرکز گردیده و نتایج حاصل از شبیه سازی کامپیوتری و نتایج تجربی با یکدیگر مقایسه شده اند.به منظور شبیه سازی انجماد قطعات ریخته گری یک مدل ماکروسکوپی سه بعدی براساس روش عددی اختلاف محدود ارائه شده است. همچنین تاثیر گرمای نهان مذاب از طریق فرمولبندی انتالپی لحاظ گردیده است. همچنین بوسیله آنالیز حرارتی ، رژیم حرارتی قطعات ریخته گری مورد مطالعه قرار گرفته و منحنی های سرد شدن تجربی آنها رسم گردیده است . در نهایت داده ها و منحنی های حرارتی تجربی و مدلسازی شده با یکدیگر مقایسه گردیده اند. در کلیه موارد مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی کامپیوتری با آزمایشات تجربی ، نشان دهنده مطابقت و نزدیکی نسبتا خوب آنها می باشد.