توصيفگر ها :
ذوب گزينشي با ليزر , ساخت افزودني , سوپرآلياژ هستلوي ايكس , پيشگرم , الگوي روبش ليزر
چكيده فارسي :
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
چكيده انگليسي :
In recent years, the development of selective laser melting technology (SLM) has created different capabilities for engineers. The attractiveness of manufacturing complex geometries and customized parts with this technology has expanded its applications in various fields, including medicine, transportation, and energy. Producing high-quality parts in a way that confirms common mechanical standards is a challenge and a need that new research must address. Hastelloy X (HX) is a widely used superalloy in the aerospace and power plant industries. Due to the nature of the SLM process, it is important to produce a dense part with the least microstructural defects. In previous research, methods such as changing the manufacturing parameters and the percentage of alloy elements have been investigated. In the current research, the effect of preheating and laser scanning patterns on the relative density and defects of HX processed by SLM has been investigated. In this regard, a number of specimens were fabricated by changing the parameters of scanning pattern, scanning speed, and hatch distance at ambient temperature and preheated to 200 degrees Celsius. The results of microstructural and mechanical investigations led to the optimal manufacturing parameters. A process window of parameters of laser scanning speed and hatch space with constant laser power and layer thickness was presented based on relative density. According to the results obtained from this research, to produce parts with a relative density above 90%, the volumetric energy density (VED) must be more than 60 J/mm3. It was shown that the VED in the range of 90 to 120 J/mm3 allows the production of parts with a relative density of over 99%. With the increase in VED, more than 120 J/mm3, a decrease in relative density and an increase in the gas cavities in the sample were observed. To investigate hatch space, this parameter was varied within the range of 60 to 100 μm with the other parameters being constant. With the increasing of hatch space, the lack of fusion (LOF) defects increased, causing the deterioration of mechanical properties. The results of the relative density and microstructure investigation showed that HX is sensitive to the changes in the parameter of the hatch space. Regarding the preheating process, it was demonstrated that the preheating of the parts can partially compensate for the lack of initial input energy to the sample during manufacturing to reach a higher relative density. With preheating process, the sensitivity to the hatch space was eliminated. Preheating included, the manufactured samples showed relative density above 99.9% and desired mechanical properties, similar to the optimal sample manufactured with smaller hatch space. It is worth mentioning that the residual stress of the specimens manufactured with preheating is less compared to the parts without it. In addition, a 60% increase in production rate was achieved by preheating. Concerning the scanning pattern, the number of solidification cracks formed along the grain boundaries was increased, by changing it from bidirectional to the island pattern. By examining the crack density in the samples, the island and bidirectional scanning patterns have the highest and the lowest amount of crack formation, respectively. In the island scan pattern, by reducing the size of the internal islands from 5 to 2.5 mm, the density of cracks increased by about 10%.
