21945

21945

بررسي اثر افزودن ذرات كاربيد تيتانيم بر ريزساختار فولاد ابزار گرم كار به روش آلياژسازي سطحي با ليزر پالسي

دكتري

مهندسي مواد و متالورژي

91-92

1398/8/29

دكتر سيد محمد علي بوترابي

مواد و متالورژي

كامپوزيت‌سازي سطحي به كمك پرتو ليزر، از جمله روش‌هايي است كه براي ارتقاء مقاومت سايشي فولادهاي ابزار مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اين پژوهش، پوشش‌هاي كامپوزيتي H13-TiC با پيش‌نشاني پودر TiC بر روي سطح فولاد H13 و ذوب سطحي آن با يك ليزر پالسي Nd:YAG توليد شد. تأثير متغيرهاي ليزر پالسي، ضخامت لايۀ TiC پيش‌نشانده شده، و اندازۀ ذره‌هاي پودر TiC بر انحلال ذره‌هاي TiC در حوضچۀ مذاب، مكانيسم تشكيل رسوب‌هاي سخت در هنگام انجماد، و اندازه و شكل اين رسوب‌ها مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه كاهش چگالي توان بيشينۀ مؤثر ليزر، افزايش ضخامت لايۀ پيش‌نشانده شده، و كاهش اندازه ذره‌هاي پودر TiC، موجب افزايش غلظت تيتانيم و كربن محلول در حوضچۀ مذاب مي‌شود. در شرايطي كه غلظت كاربيدهاي (Ti,M)C در كامپوزيت كم‌تر از 15 درصد وزني باشد، شكل آن‌ها به صورت گلبرگي ظريف متشكل از چندوجهي‌هاي به هم‌پيوسته يا منفرد و اندازۀ كوچك‌تر از 2 ميكرومتر است. اگر غلظت كاربيدهاي (Ti,M)C در كامپوزيت بيش‌تر از 18 درصد وزني باشد، بيشتر به شكل دندريتي با اندازۀ بزرگ‌تر از 5 ميكرومتر توزيع مي‌شوند. به دليل زياد بودن سرعت سرد شدن حوضچۀ مذاب، تغييرات سرعت سردشدن در اثر تغيير متغيرهاي ليزر به اندازه‌اي نيست كه مكانيسم رشد كاربيدهاي (Ti,M)C را تحت تأثير قرار دهد. با اين وجود، به دليل تغيير تركيب شيميايي حوضچۀ مذاب، دامنۀ انجمادي كاربيدهاي (Ti,M)C نيز تغيير مي‌كند كه مي‌تواند شكل نهايي آن‌ها را تعيين نمايد. با افزايش اندازۀ رسوب‌هاي (Ti,M)C مقدار بالاترين ريزسختي اندازه‌گيري شده در پوشش كامپوزيتي افزايش مي‌يابد و ميانگين آن در كامپوزيت داراي 15 درصد وزني (Ti,M)C به حدود HV0.2 1300 مي‌رسد كه بيش از دو برابر ريزسختي فولاد پايه است.

1399/02/28

The effect of incorporating titanium carbide particles by pulsed laser surface alloying method on the microstructure of hot-work tool steel

4/26/2020 12:00:00 AM

Surface compositing with laser beams is one of the methods used to improve the abrasion resistance of tool steels. In this research, composite coatings were fabricated by preplacing a TiC layer on H13 tool steel and surface melting with a pulsed Nd: YAG laser. The effect of pulsed laser variables, TiC layer thickness, and the size of TiC powder particles on the dissolution of TiC particles in the molten pool, the formation mechanism of hard phases during solidification, and the size and morphology of these precipitates were investigated. The results showed that less effective peak power density, thicker TiC preplaced layer, and smaller particle size of TiC powder could result in a higher concentration of dissolved titanium and carbon in the molten pool. In cases where the concentration of (Ti, M) C carbides in the composite is less than 15% by weight, their shape is a delicate petal consisting of polygons that are connected or individual and have a size of fewer than 2 micrometers. If the concentration of (Ti, M) C carbides in the composite is more than 18% by weight, they are often distributed in a dendritic form with a size greater than 5 micrometers. Due to the high cooling rate of the molten pool, its variation as a result of changes in laser variables are not large enough to affect the growth mechanism of (Ti, M) C carbides. However, due to changes in the chemical composition of the molten pool, the solidification range of (Ti, M) C carbides also changes, which can determine their final morphology. As the size of (Ti, M) C precipitates increases, the maximum microhardness of the composite coating increases. The average microhardness of a composite with 15% by weight (Ti, M) C reaches about 1300 HV0.2, which is more than twice the base steel microhardness.