بهينه سازي خواص تريبولوژيكي آلياژ اينكونل 625 توليدشده به روش ذوب انتخابي ليزر با عمليات حرارتي و كوبش ليزري جهت توسعه كاربردهاي دريايي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

آلياژهاي پايه نيكل، به‌ويژه ابرآلياژ اينكونل 625، به‌دليل برخورداري از استحكام مكانيكي مطلوب، مقاومت مناسب در برابر خوردگي و حفظ خواص مكانيكي در دماهاي بالا، از مواد مهم در كاربردهاي مهندسي پيشرفته به‌شمار مي‌رود. با اين حال، در قطعات توليدشده از اين آلياژ به روش ساخت افزايشي، ويژگي‌هاي سطحي و ريزساختاري مي‌توانند نقش تعيين‌كننده‌اي در عملكرد سايشي و خوردگي قطعه داشته باشند. ازاين‌رو، در اين پژوهش اثر عمليات حرارتي پيرسازي به عنوان يك روش متداول افزايش سختي و روش نوين اصلاح سطح با فرايند كوبش ضربه‌اي با ليزر (LSP) بر خواص ساختاري، مكانيكي و عملكردي آلياژ اينكونل 625 توليدشده به روش ذوب انتخابي ليزري مورد بررسي قرار گرفت. بدين منظور ابتدا با استفاده از طراحي آزمايش تاگوچي، اثر دما و زمان پيرسازي مستقيم بر سختي آلياژ ارزيابي شد. در اين مرحله، دماي 600 درجه سانتي‌گراد و زمان 8 ساعت به‌عنوان شرايط بهينه تعيين شد كه موجب افزايش 41 درصدي سختي نسبت به حالت اوليه شد. سپس به‌منظور بررسي امكان دستيابي به سختي بالا در سطح، بدون عمليات حرارتي و همچنين بررسي نقش وضعيت اوليه سطح بر پاسخ آلياژ بهLSP ، نمونه‌ها در دو وضعيت سطح زبر حاصل از فرايند ساخت افزايشي (LSP1) و سطح پوليش‌شده (LSP2) تحت فرايند اصلاح سطح قرار گرفتند. تغييرات ريزساختار، فاز و ساختار بلوري، بافت بلوري، سختي، تنش پسماند، زبري سطح، رفتار سايشي و مقاومت به خوردگي نمونه‌ها ارزيابي شد. نتايج نشان داد كه اعمال LSP با ايجاد تغيير شكل مومسان شديد در لايه سطحي، موجب افزايش كرنش شبكه، افزايش چگالي نابجايي‌ها و ريزشدگي ساختار بلوري شد. اين تغييرات با افزايش سختي سطح همراه بود. به‌طوري‌كه سختي از 283 ويكرز در نمونه اوليه به‌ترتيب به 307 و 348 ويكرز در نمونه‌هاي LSP1 و LSP2 افزايش يافت كه معادل 9 و 24 درصد افزايش است. همچنين، LSP موجب ايجاد تنش پسماند فشاري به‌ترتيب به ميزان 150 و 254 مگاپاسكال در نمونه‌هاي LSP1 و LSP2 شد. سطح پوليش‌شده به‌دليل انتقال مؤثرتر موج شوك، تغييرات ريزساختاري و مكانيكي شديدتري ايجاد كرد و در نتيجه سختي و تنش پسماند فشاري بيشتري نسبت به سطح زبر اوليه نشان داد. از نظر زبري، اعمال LSP بر سطح زبر LSP1 موجب كاهش حدود 17 درصدي زبري شد، درحالي‌كه زبري سطح LSP2 افزايش يافت، اما همچنان در محدوده كمتر از 1 ميكرومتر باقي ماند. در آزمون سايش، نرخ سايش در بارهاي 10 و 20 نيوتن براي LSP1 به‌ترتيب 25 و 5 درصد و براي LSP2 به‌ترتيب 35 و 39 درصد كاهش يافت كه نشان‌دهنده عملكرد سايشي مطلوب‌تر LSP2 است. اين بهبود در مقاومت سايشي به افزايش سختي، ريزشدگي ساختار و به‌ويژه مقدار بيشتر تنش پسماند فشاري در اين نمونه نسبت داده شد. بررسي رفتار خوردگي نيز نشان داد كه LSP موجب بهبود مقاومت به خوردگي هر دو وضعيت سطحي شد، اما ميزان اين بهبود براي سطح زبر اوليه بيشتر بود. به‌طوري‌كه LSP1 در مقايسه با نمونه اوليه، كاهش 5/87 درصدي در چگالي جريان خوردگي و 2/87 درصدي در نرخ خوردگي ايجاد كرد، درحالي‌كه اين مقادير براي LSP2 نسبت به سطح پوليش‌شده به‌ترتيب 20/6 و حدود 21 درصد بود. در مجموع، نتايج نشان داد كه اثربخشي LSP كاملا به وضعيت اوليه سطح وابسته است، به‌گونه‌اي كه سطح پوليش‌شده براي دستيابي به سختي، تنش پسماند فشاري و مقاومت سايشي بالاتر، و سطح زبر اوليه براي دستيابي به بهبود چشمگيرتر مقاومت به خوردگي، عملكرد مطلوب‌تري نشان داد.

238351

شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

فني مهندسي گلپايگان

دانشگاه صنعتي اصفهان