توصيفگر ها :
فولاد زنگ نزن 316L , مواد جوانهزا , ذوبگزينشي ليزري , رشد دانه رونشستي , خواص مكانيكي
چكيده فارسي :
فولاد زنگنزن آستنيتي 316L به دليل چقرمگي بالا، مقاومت عالي در برابر خوردگي و خستگي، زيستسازگاري، قابليت در دسترس بودن و قيمت مناسب، به صورت گسترده در صنايع مختلف از جمله صنايع نفت و گاز، شيميايي و خودروسازي مورد استفاده قرار ميگيرد. در سالهاي اخير تحقيقات گستردهاي در زمينه ساخت افزودني اين فولاد از جمله ذوب گزينشي ليزري انجام شده و قطعاتي با شكل هندسي بسيار پيچيده و دقيق ساخته شده است. يكي از جنبههاي ساختاري قطعات حاصل از فرايند ذوبگزينشي ليزري، شرايط رشد رونشستي و تشكيل دانههاي ستوني است كه ممكن است در برخي موارد نامطلوب باشد. مطالعات نشان دادهاند كه اصلاح و كنترل متغيرهاي فرايند ذوب گزينشي ليزري به خوبي در كنترل ريزساختار نقش دارند. يكي از روشهاي كنترل ريزساختار و ايجاد ريزدانهسازي در فرايند ذوبگزينشي ليزري استفاده از مواد جوانهزا به صورت درجا و يا غيردرجا است. در پژوهش حاضر از 2 درصد وزني نانوپودر سراميكي تيتانيوم نيتريد (TiN)، به عنوان ذرات جوانهزا در پودر 316L به صورت غيردرجا استفاده شده است. هدف از پژوهش حاضر، تعيين شرايط بهينهي ساخت با استفاده از پودر كامپوزيتي جديد و بررسي ريزساختار و خواص كششي حاصل ميباشد. در اين پژوهش از مقادير مختلف چگالي انرژي ليزر به همراه دو استراتژي روبش متفاوت (ميندر 67 و جزيرهاي) براي ساخت استفاده شده است. نتايج نشان داد با افزايش چگالي انرژي از 53 به 9/101 ژول بر ميليمتر مكعب، چگالي قطعات ساختهشده با پودر 316L+TiN و استراتژي روبش ميندر از 5/95% به 7/99% و همچنين در استراتژي روبش جزيرهاي، از 8/90% به 7/99% افزايش مييابد. استفاده از موادجوانهزا باعث شد تا اندازهي طولي دانههاي ستوني به مقدار قابل توجهي كوچكتر شود. علاوه بر تأثير ذرات جوانهزا، تغيير استراتژي روبش نيز باعث تغيير در اندازهي دانهها شد. تغيير استراتژي روبش نيز باعث تغيير مورفولوژي حوضچه مذاب شد به طوري كه بيشترين عرض حوضچه مذاب در قطعهي فولادي 316L ساخته شده به روش جزيرهاي و بيشترين عمق حوضچهها در قطعهي 316L+TiN ساخته شده با استراتژي روبش جزيرهاي بدست آمد. ارزيابي خواص كششي نمونهها در دماي محيط نشان داد با افزودن مواد جوانهزا و ريز شدن ساختار دانهها، استحكام تسليم و استحكام كششي نهايي به ترتيب در استراتژي روبش ميندر، 74 و 87 مگاپاسكال و در استراتژي روبش جزيرهاي 61 و 65 مگاپاسكال افزايش مييابد. از طرف ديگر ازدياد طول نمونههاي 316L+TiN نسبت به نمونه بدون جوانهزا براي استراتژي ميندر و جزيرهاي به ترتيب 14 و 12 درصدكاهش يافت. در مجموع به نظر ميرسد در صورت انتخاب متغيرهاي ساخت مناسب، افزودن جوانهزاي تيتانيوم نيتريد موجب بهبود ريزساختار و خواص كششي فولاد 316L ميشود.
چكيده انگليسي :
Austenitic stainless steel 316L is widely used in various industries including oil and gas, chemical and automotive due to its high toughness, excellent resistance to corrosion and fatigue, biocompatibility, availability and reasonable price. In recent years, extensive research has been done in the field of additive manufacturing of this steel, including selective laser melting (SLM), and parts with very complex and precise geometric shapes have been made. One of the structural aspects of the parts resulting from the selective laser melting process is the epitaxial growth conditions and the formation of columnar grains, which may be unfavorable in some cases. Studies have shown that the modification and control of the variables of the selective laser melting process have a good role in controlling the microstructure. One of the methods of controlling the microstructure and grain refinment in the selective laser melting process is the use of inoculant materials in-situ or ex-situ. In the current research, used 2% weight of ceramic nanopowder titanium nitride (TiN) as inoculant particles in 316L powder. The purpose of the current research is to determine the optimal manufacturing conditions using a new composite powder and to investigate the resulting microstructure and tensile properties. In this research, different values of laser energy density along with two different scanning strategies (Meander 67 and Island) have been used for construction. The results showed that with the increase of the energy density from 53 to 101.9 J/mm3, the density of the parts made with 316L+TiN powder and the meander scanning strategy from 95.5% to 99.7% and also in the island scanning strategy, from 90.8% increases to 99.7%. The use of inoculant materials caused the longitudinal size of columnar beads to be significantly smaller. In addition to the effect of inoculant particles, changing the screening strategy also caused a change in the size of the beads. Changing the screening strategy also changed the morphology of the molten pool so that the largest width of the molten pool was obtained in the 316L steel piece made by the island method and the largest depth of the pools was obtained in the 316L+TiN piece made with the island screening strategy. The evaluation of the tensile properties of the samples at room temperature showed that with the addition of inoculant materials and the fineness of the grain structure, the yield strength and ultimate tensile strength increase by 74 and 87 MPa in the Meander scanning strategy and 61 and 65 MPa in the island scanning strategy. On the other hand, the increase in length of 316L+TiN samples compared to the non-inoculant sample was reduced by 14% and 12%, respectively, for the meander and island strategies. In general, it seems that if the appropriate manufacturing variables are selected, the addition of titanium nitride improves the microstructure and tensile properties of 316L steel.