دانلود رایگان ترجمه مقاله خصوصیات روان کننده های اسپری (ساینس دایرکت – الزویر 2008)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

تمام آزمایش‌ها با پارامترهای شار اسپری یکسان (ازجمله فشار هوا، نرخ جریان هوا، فشار آب، نرخ جریان آب و دمای آب) انجام شدند. برای شرح توزیع شار حرارتی در دماهای متفاوت صفحه، از تصاویر الگوهای شار روان کار استفاده شد. در قسمت چهارم، نتایج تصاویر مادون‌قرمز اسپری ارائه شده و مورد بحث قرار گرفته شدند. تصاویر مادون‌قرمز اطلاعاتی در مورد توزیع دمایی در مخروط پاشش ارائه دادند. قسمتی از اسپری که دمایی بالاتر از دمای محیط داشت به‌عنوان منطقه تحت تأثیر حرارت(HAZ) انتخاب گشت. تصاویر متعددی مربوط به مراحل اولیه و زمان های بعد از آن نشان داده شده و مورد بحث قرار گرفته شدند. بااینکه نتایج برای شرایطی بیان شدند که نازل در طول فرایند مکان ثابتی داشته است اما می توان از نتایج HFS و تصاویر مادون‌قرمز برای روش های دیگری ازجمله پالسی و روبشی نیز استفاده کرد. می توان از داده های به دست آمده در این تحقیق برای تولید روان کارهای جدید و یا برای انتخاب روش مناسب اعمال آن ها بر روی قالب ها استفاده نمود. نتایج HFS و تصاویر مادون‌قرمز می توانند برای بررسی اثر سرمایش روان کار در شرایط صنعتی مورد استفاده قرار گیرند.

2. تجزیه روان کار
قسمت SDT2960 دستگاه TA اندازه گیری های TGA و DTA را هم‌زمان انجام داد. داده‌های TGA کسر اجزای فرار را با بررسی تغییرات وزنی در حین گرم شدن نمونه ارائه دادند. داده های DTA مناطق دمایی و اندازه جریانات بحرانی را در طی گرمایش تشخیص دادند. با استفاده از دستگاه‌هایی می توان انرژی آزاد/جذب‌ شده ناشی از

) نتایج DTG (خط‌چین‌ها) و TA (خطوط پررنگ) با نرخ گرمایش C/min°5.
واکنش های شیمیایی یا تغییر فاز در حین گرمایش را نیز اندازه گیری نمود.
اندازه گیری ها در اتمسفر هوا انجام شدند. نمونه‌ها قبل از اندازه‌گیری‌های TGA/DTA خشک شدند. آزمایش-های TGA/DTA در شکل های 1 و 2 برای نرخ گرمایش 5 و C/min°10، به ترتیب نشان داده شده اند. تغییرات فیزیکی ای که دارای تغییرات انرژی بدون تغییر در جرم بوده، مثل تغییر فاز، در منحنی DTA شناسایی شدند. برای تشخیص وجود چنین پدیده ای مشتق اول توزین حرارتی(DTG)، یا df/dt– به دست آمد. همان‌گونه که در شکل b1 نشان داده شده است DTA و DTG همان دمای تحول را نشان می دهند. ازآنجایی‌که DTA و DTG همان تحول را نشان می دهند، داده های DTA برای توصیف تجزیه روان کار استفاده شدند. نمونه در دمای حدود C°250 شروع به تبخیر کرد. روان کار در سه مرحله اصلی و در دماهای 345، 390 و C°485 تجزیه شد. در تحول های اول و سوم، روان کار به‌آرامی تجزیه گشت. در مراحل اول و دوم، حدود 30% و 50%-40 روان کار تبخیر شد. تحول دوم از هر سه سریع تر بود. داده ها نشان می دهند که حداقل 70% روان کار در زیر دمای C°380 تجزیه نشده بود. این امر نشان می دهد که قبل از تزریق فلز مذاب در قالب، مقداری کافی روا ن کار بر روی قالب به‌جا خواهد ماند.
در فرایند ریخته گری تحت‌فشار، روان کار رقیق‌شده، با پاشش به سطح درونی قالب اعمال می شود. این پاشش در طی عملیات روان کاری، روان کار را در معرض دماهای بالا قرار می دهد؛ همچنین هنگام تماس با فلز مذاب نیز روان کار هر چه بیشتر گرم می شود. بدین دلیل، سینتیک رخدادهایی که باعث تجزیه روان کار می شوند در این عملیات اهمیت دارند. داده های TGA در نرخ های گرمایش 5، 10، 25 و C/min°50 به دست آمدند. دمای تحول ها با افزایش نرخ گرمایش افزایش می یابد. در نرخ های گرمایش بالا، منحنی TGA تجزیه کمتری نسبت به نرخ های گرمایش کم نشان می دهد. نتایج در شکل 2 نشان داده شده اند. این داده های TGA در نرخ های گرمایش مختلف می توانند در تعیین پارامترهای سینتیکی مورد استفاده قرار گیرند (kubicek and lesko, 1979).

3. آزمایش های اعمال روان کار
برای شبیه‌سازی شرایط روان کاری قالب، از یک صفحه گرم شده در این تحقیق استفاده شد. صفحه ی آزمایش از فولاد H13 تهیه شده که ماده ای متداول در ساخت قالب ها می باشد (شکل 3). ابعاد صفحه 10.2cm×12.7cm×1.3 cm در نظر گرفته شدند. به‌منظور کاهش اتلاف حرارت و برای اطمینان از اینکه گرما توسط اسپری به صفحه ی سرد شده هدایت می شود، صفحه ی آزمایش عایق بندی شد al., 2000). (Liu et. لبه های صفحه با استفاده از سیلیکون بسته شده تا از نفوذ

آب درون قطعات نگه دارنده صفحه در حین پاشش جلوگیری شود (Sabau andWu, 2007; Sabau and Hatfield, 2007). نازل اسپری با فاصله mm190 از صفحه ی آزمایش قرار داده شد. جهت گیری نازل به شکلی بود که مایع اسپری بر مرکز صفحه عمود باشد. نازل برای حذف تغییرات شار حرارتی ناشی از تغییر مکان و یا جهت گیری نازل با استفاده از تجهیزاتی کاملاً ثابت گردید. آزمایش ها در دماهای اولیه صفحه 150، 200 و C°300 با استفاده از روان-کار و آب دیونیزه انجام شد. دمای مایع C°25 بود. فشار مایع و هوا هر کدام MPa466/0در نظر گرفته شدند(50 psi). آزمایش ها به شکل L# وW# به ترتیب برای روان کار و آب نام‌گذاری شده و # نشان‌دهنده‌ی دمای صفحه می باشد. به‌عنوان‌مثال L150 نشان دهنده تمام آزمایش هایی است که دمای اولیه صفحه آن ها C°150 بوده است. آزمایش های مختلف، و برای هر کدام از شرایط، نشان دادند که داده های به‌دست‌آمده دارای تکرارپذیری بالایی می باشند (Sabau and Hatfield, 2007). کل نرخ اسپری عبوری از نازل cm3/s 5/10 به دست آمد. نرخ جریان جرمی مایع بر ناحیه آزمایش اندازه گیری نشد زیرا متغیر مهندسی ای نیست که بتوان به‌آسانی آن را در حین روان کاری قالب اندازه گیری کرد. بیشتر داده های تحقیقات اولیه مربوط به سرمایش اسپری به صورت شار حرارتی-دما بیان‌شده‌اند. در فرایند ریخته گری تحت‌فشار، اعمال روان کار به‌ندرت به حالت پایا می رسد زیرا روان کار در کسری از ثانیه یا چند ثانیه اعمال می شود. بدین دلیل، در این مقاله داده ها به صورت شار حرارتی-زمان و یا دمای سطحی-زمان ارائه می شوند. در این قسمت در مورد تغییرات شار حرارتی و دمای سطحی بحث خواهد شد.

3.1 حس‌گر شار حرارتی
حس‌گر شار حرارتی HFM-8/H، که توسط شرکت Vatell تأمین گردید، برای دستیابی به داده های شار حرارتی و حرارت سطحی مورد استفاده قرار گرفت. حس‌گر شار حرارتی در مرکز صفحه نصب گشت. این حس‌گر یک پیل گرم‌سنج افتراقی می باشد. اطلاعات مربوط به حس‌گر شار حرارتی توسط تولیدکننده تأمین گشته و در تحقیقات پیشین ارائه گردیده است (Sabau and Wu, 2007; Sabau and Hatfield, 2007). حس‌گرهای شار حرارتی و دما، فیلم های نازکی هستند که به روش های اختصاصی بر روی زیر لایه نشانده می-شوند. فیلم هایی که حس‌گر HFM را تشکیل می دهند، ضخامتی کمتر از mµ2 دارند. به علت ضخامت این فیلم ها زمان پاسخ این حس‌گر شار حرارتی حدوداً sµ6 می باشد. ترموکوپل حس‌گر و پیل گرم‌سنج افتراقی توسط دستگاه NIST کالیبره شدند. با کالیبره کردن، تمام ثوابت موردنیاز برای به دست آوردن شار حرارتی (W/m2) مهیا گشتند. این حس‌گر برای دماهای تا حدود C°700 طراحی شده و حساسیت آن 150±10_V/W/cm2 می باشد. برای جمع‌آوری داده ها از دستگاه تأمین‌شده توسط Dataq Instruments, Inc با سرعت Hz 60 استفاده شد. دمای سطح صفحه همان دمای اندازه گیری شده توسط ترموکوپل درون حس‌گر شار حرارتی در نظر گرفته شد، زیرا ترموکوپل در فاصله بسیار کمی از سطح جایگذاری شده است.

3.2 داده های شار حرارتی

نتایج دمای سطح و شار حرارتی به ترتیب در شکل a4 و b، برای سه حالت در نظر گرفته‌شده، نشان داده‌شده‌اند. برای حالت L150، مشاهده شد که دمای سطحی صفحه، Ts، در s8 C°25 کاهش داشته است. در s5/0 اولیه، دما ابتدا به C°135 کاهش یافته و سپس تا C°140 افزایش یافته است. این تغییرات زیگزاگی برای هر دو حالت L150 و L200 مشاهده شدند. در حالت L150 شار حرارتی به نصف کاهش یافت، تقریباً 250kW/m2. نتایج هر دو حالت L150 و L200 مشابه بوده ولی حداکثر شار حرارتی تقریباً300kW/m2 بیشتر از حالت L150 بود. از 5/0 تا s2 تغییرات دمایی بسیار کم بوده ولی شار حرارتی به کاهش یافتن ادامه داد. در s5 اخیر پاشش مقدار کمی فوق گداز به وجود آمد، مقدار کمی از مایع به جوش آمده و کاهش حرارت به‌طور عمده از طریق همرفت مایع انجام شد(Altan et al., 1991). در حالت L300 توزیع شار حرارتی و دمای سطحی تغییر یافت؛ و شار حرارتی در مقدار حداکثر خود در زمان بیشتری نسبتاً پایدار ماند. در این حالت مرحله شار حرارتی پایدار تقریباً s3 طول کشید. همچنین، تغییرات زیگزاگی Ts، که در حالت های L150 و L200 مشاهده شد، در حالت L300 مشاهده نگردید. در عوض، در s5/0 اول Ts کاهش شدید و خطی نشان داد. شبیه سازی عددی دمای سطحی مرحله اولیه نشان داد که کاهش ناگهانی دما به علت وجود شارهای سرمایشی قوی بوده است (Sabau and Wu, 2007).
برای درک هر چه بیشتر تفاوت ها بین حالت های L200و L300 الگوی مخروط پاشش و سیلان روان کار مورد بررسی قرار گرفتند. تصاویری که برای حالت های L200و L300 گرفته شدند به ترتیب در شکل a6 و b نشان داده شده اند.
اختلاف های این دو حالت به شرح زیر می باشند:
• در حالت L200 روان کار در سطح بزرگ‌تری نسبت به حالت L300 پخش شد؛
• در نزدیکی لبه های منطقه پخش‌شدگی روان کار، خطوط روان کار در حالت L200 از L300 بلندتر بوده-اند؛
• خطوط روان کار در حالت L200 از L300 ضخیم تر بوده اند؛
• مخروط پاشش در حالت L200 از نازل تا صفحه پیوسته بوده ولی در حالت L300 به‌صورت قارچی شکل بوده است.