ارزيابي اثر پيش‌گرم و الگوي روبش ليزر بر چگالي نسبي، عيوب و خواص مكانيكي سوپرآلياژ پايه نيكل هستلوي ايكس فراوري شده به روش ذوب گزينشي با ليزر

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

در سال‌هاي اخير، توسعه فناوري ذوب گزينشي با ليزر قابليت‌هاي متفاوتي را براي مهندسين ايجاد كرده است. جذابيت توليد قطعات پيچيده و سفارشي سبب شده تا استفاده از اين فناوري در حوزه‌هاي مختلف از جمله پزشكي، حمل‌ونقل و انرژي گسترش يابد. توليد قطعه با كيفيت به نحوي كه استانداردهاي مكانيكي متداول را تاييد كند، چالش و نيازي است كه پژوهش‌هاي جديد بايد پاسخ‌گو باشند. از جمله آلياژ‌هاي پركاربرد در صنعت مي‌توان به سوپرآلياژها اشاره كرد. سوپرآلياژ هستلوي ايكس يكي از سوپرآلياژ‌هاي پركاربرد در صنايع هوافضا و نيروگاهي است. به علت ماهيت فراوري ذوب گزينشي با ليزر، توليد قطعه چگال به نحوي كه عيوب ساختاري قطعه اندك باشد، حائز اهميت است. بنابراين هدف از انجام اين پژوهش، توليد قطعات داراي خواص مكانيكي و ريزساختاري مطلوب از جنس سوپرآلياژ هستلوي ايكس با تغيير پارامتر‌هاي ساخت است. در پژوهش‌هاي پيشين روش‌هايي مانند تغيير پارامتر‌هاي ساخت و درصد عناصر آلِياژي انجام شده است. در تحقيق حاضر به بررسي اثر پيش‌گرم و الگوي روبش ليزر بر چگالي نسبي و عيوب سوپرآلياژ هستلوي ايكس فراوري شده به روش ذوب گزينشي با ليزر پرداخته شده است. بررسي كيفي اثر پيش‌گرم در روش ذوب گزينشي با ليزر اين آلياژ در پژوهش‌هاي پيشين يافت نشد. به همين جهت اين طيف از مطالعات پژوهش به عنوان نوآوري مطرح شده است. در اين راستا، نمونه‌هايي با تغيير پارامتر‌هاي الگو روبش ليزر، سرعت و فاصله بين خطوط روبش ليزر در دماي محيط و پيش‌گرم 200 درجه سانتي‌گراد ساخته شد. مجموع بررسي‌هاي ريزساختاري و مكانيكي پارامترهاي بهينه ساخت را ارائه داده است. پنجره فرايندي از پارامتر‌هاي سرعت و فاصله بين خطوط روبش ليزر با ثابت در نظر گرفتن توان ليزر و ضخامت لايه، بر اساس چگالي نسبي ارائه شد. طبق نتايج به دست آمده از اين پژوهش، براي توليد قطعات با چگالي نسبي بالاي 90 درصد، چگالي انرژي حجمي بايد بيشتر از 60 ژول بر ميلي‌متر مكعب باشد. ضمنا اگر محدوده چگالي انرژي حجمي 90 تا 120 ژول بر ميلي‌متر مكعب باشد، امكان ساخت قطعات با چگالي نسبي بالاي 99 درصد فراهم مي‌شود. همچنين درصورت افزايش بيش از اندازه چگالي انرژي حجمي، كاهش چگالي نسبي و تشكيل حفرات گازي در نمونه تشديد مي‌شود و چگالي نسبي كمتر از 140 ژول بر ميلي‌متر مكعب براي جلوگيري از تشديد عيوب مذكور توصيه شد. نتايج بررسي‌ چگالي نسبي و ريزساختار نشان داد كه سوپرآلياژ هستلوي ايكس به نسبت تغييرات پارامتر فاصله بين خطوط روبش ليزر حساسيت دارد. تنها افزايش پارامتر مذكور در محدوده 60 تا 100 ميكرومتر و ثابت بودن ساير پارامتر‌هاي ساخت، باعث افت چگالي نسبي، افزايش عيوب ذوب ناقص و كاهش خواص مكانيكي شد. همچنين پيش‌گرم قطعات مي‌تواند تا حدودي كمبود انرژي ورودي اوليه به نمونه در حين ساخت براي رسيدن به چگالي نسبي بالاتر را جبران كند. با پيش‌‌گرم حساسيت ناشي از افزايش فاصله بين خطوط روبش ليزر در محدود 60 تا 100 ميكرو‌متر از بين رفت و امكان توليد قطعات با چگالي نسبي بالاي 9/99درصد، خواص مكانيكي مشابه نمونه بهينه در حالت ساخت دماي محيط، تنش پسماند كمتر به نسبت ساخت دماي محيط و افزايش 60 درصدي نرخ توليد حاصل شد. در حالت ساخت با تغيير الگوي روبش تعدادي ترك انجمادي در امتداد مرزدانه‌ها تشكيل شد. با بررسي چگالي ترك در نمونه‌ها، الگو‌هاي روبش جزيره‌اي و دوجهته به ترتيب داراي بيشترين و كم‌ترين امكان تشكيل ترك هستند. در الگوي جزيره‌اي با كاهش اندازه جزيره‌هاي داخلي از 5 به 5/2 ميلي‌متر، چگالي ترك‌ها در حدود 10 درصد افزايش يافت. كلمات كليدي: ذوب گزينشي با ليزر، ساخت افزودني، سوپرآلياژ هستلوي ايكس، پيش‌گرم، الگوي روبش ليزر

221646

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان