پديد آورنده :
كرامتيان، علي
عنوان :
ارزيابي تأثير متغيرهاي ساخت و عمليات حرارتي بر خواص تنش گسيختگي سوپرآلياژ هستلوي ايكس ساخته شده به روش ذوب بستر پودر ليزري
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
شناسايي و انتخاب مواد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
ده، 85ص.، : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
سوپرآلياژ هستلوي ايكس , ذوب بستر پودر با ليزر , خواص تنش گسيختگي , عمليات حرارتي
تاريخ ورود اطلاعات :
1403/11/24
رشته تحصيلي :
مهندسي مواد و متالورژي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1403/11/27
چكيده فارسي :
امروزه توجه ويژه اي بر بهبود خواص مكانيكي دما بالاي قطعات سوپرآلياژ ساخته شده به روش هاي ساخت افزودني براي كاربردهاي نيروگاهي و هوافضا مبذول شده است. پژوهش حاضر بر روي سوپرآلياژ نيكل بنيان هستلوي ايكس ساخته شده به روش ساخت افزودني ذوب بستر پودر با ليزر تمركز داشته و تأثيرات برخي متغيرهاي ساخت و عمليات حرارتي بعد از آن بر عيوب، ساختار ميكروسكوپي و خواص تنش گسيختگي سوپرآلياژ هستلوي ايكس مورد بحث قرار گرفته است. دو توان ليزر 175 و 200 وات و سه الگوي روبش ليزر (شامل ميندر 67 درجه، ميندر 90 درجه، و جزيرهاي) براي بررسي تأثيرات بر عيوب، ريزساختار و خواص مكانيكي انتخاب شدند. عمليات حرارتي در دماي 1175 درجه سانتيگراد به مدت يك ساعت انجام شد. آزمونهاي مكانيكي شامل آزمون تنش گسيختگي و سختيسنجي بودند. نتايج تجربي نشان داد كه متغيرهاي ساخت و الگوي روبش ليزر تأثير چشمگيري بر ويژگيهاي نمونههاي ساخته شده دارند. بررسيهاي مربوط به چگالي نسبي نشان داد كه نمونههاي ساخته شده با الگوي ميندر 67 درجه و توان ليزر 200 وات، بالاترين ميزان چگالي و كمترين ميزان تخلخل را دارا هستند. اين نتيجه به دليل توزيع يكنواخت انرژي و دماي بالاتر در فرآيند ذوب پودر حاصل شد. بررسيهاي ريزساختاري با ميكروسكوپي الكتروني روبشي نشان داد كه ساختار نمونههاي ساخته شده عمدتاً ستوني بوده كه پس از عمليات حرارتي، عمدتاً به ساختار هممحور همراه با توزيع مناسب تر رسوبات كاربيدي تغيير يافته است. همچنين نتايج نشان داد كه الگوهاي متفاوت روبش ميتوانند در تشكيل اندازه و توزيع دانهها نقش مهمي ايفا كنند. نتايج آزمونهاي تنش گسيختگي نشان داد كه نمونههاي ساختهشده بدون عمليات حرارتي (حداكثر عمر خزشي براي نمونه با الگو ميندر 67 درجه و توان 200 وات برابر 446 دقيقه) در مقايسه با نمونههاي عمليات حرارتيشده داراي مقاومت مكانيكي پايينتري بودند. عمليات حرارتي علاوه بر كاهش عيوب ريزساختاري، به افزايش استحكام و زمان شكست نمونهها منجر شد. بهويژه نمونههاي توليدشده با الگو ميندر 67 درجه پس از عمليات حرارتي تركيبي از استحكام بالا و زمان تا شكست طولانيتر (حداكثر عمر خزشي 1626 دقيقه) را نشان دادند. بررسي نمودارهاي كرنش-زمان نشان داد كه اين نمونهها نرخ كرنش كمتري دارند كه بيانگر مقاومت بهتر در برابر تغيير شكل خزشي است. اين رفتار مكانيكي به دليل كاهش تخلخلها، بهبود يكنواختي دانهها، و كاهش تنشهاي پسماند در اثر عمليات حرارتي حاصل شد. بررسيهاي شكستنگاري نيز الگوهاي شكست بيندانهاي و دروندانهاي را آشكار كردند. همچنين افزايش توان ليزر به 200 وات در الگو جزيرهاي منجر به افزايش چگالي انرژي و بهبود اتصال بين لايهها شد. نتايج اين پژوهش نشان مي دهد كه كنترل دقيق متغيرهاي فرآيند ذوب بستر پودر با ليزر و عمليات حرارتي ميتواند به توليد قطعاتي با خواص مكانيكي مناسب تر سوپرآلياژ هستلوي ايكس منجر شود.
چكيده انگليسي :
In recent years, considerable attention has been devoted to enhancing the high-temperature mechanical properties of superalloy components fabricated using additive manufacturing methods for power generation and aerospace applications. This study focuses on the nickel-based superalloy Hastelloy X produced via laser powder bed fusion (LPBF) additive manufacturing. It investigates the effects of selected processing variables and subsequent heat treatments on defects, microstructure, and rupture stress properties of Hastelloy X. Two laser power levels (175 W and 200 W) and three laser scanning patterns (67 degree meander, 90 degree meander, and island scanning) were chosen to examine their influence on defects, microstructure, and mechanical properties. Heat treatment was conducted at 1175 °C for one hour. Mechanical testing included rupture stress tests and hardness measurements. The experimental results demonstrated that the process parameters and laser scanning pattern significantly influenced the characteristics of the fabricated samples. Relative density analysis revealed that samples produced with the 67 degree meander pattern and 200 W laser power exhibited the highest density and lowest porosity. This outcome was attributed to the uniform energy distribution and higher temperatures during the powder melting process. Microstructural analysis using scanning electron microscopy (SEM) showed that the as-built samples primarily exhibited a columnar grain structure, which transformed predominantly into an equiaxed grain structure with a more uniform carbide precipitate distribution after heat treatment. Furthermore, the results indicated that different scanning patterns play a critical role in the grain size and distribution. Rupture stress testing revealed that as-built samples without heat treatment (with a maximum creep life of 446 minutes for the 67 degree meander pattern at 200 W) had inferior mechanical resistance compared to heat-treated samples. Heat treatment not only reduced microstructural defects but also enhanced the strength and time-to-failure of the samples. Specifically, samples fabricated with the 67 degree meander pattern exhibited high strength and prolonged time-to-failure after heat treatment, achieving a maximum creep life of 1626 minutes. Strain-time curve analysis showed that these samples had a lower strain rate, indicating better resistance to creep deformation. This mechanical behavior was attributed to reduced porosity, improved grain uniformity, and decreased residual stresses due to heat treatment. Fractographic analysis revealed both intergranular and transgranular fracture patterns. Additionally, increasing the laser power to 200 W in the island scanning pattern resulted in higher energy density and improved interlayer bonding. The findings of this study highlight that precise control over the LPBF process parameters and heat treatment can lead to the production of Hastelloy X components with superior mechanical properties.
استاد راهنما :
احمد كرمانپور
استاد داور :
احمد رضائيان , عباس بهرامي
