31267

بررسي ريزساختار، خواص مكانيكي و حساسيت به عيوب فرآيندي سوپرآلياژ Hastelloy-x توليد شده به روش ذوب گزينشي ليزري

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد

1401

1403/6/28

سيد حسين رضوي، روح اله عشيري

ميثم خدابخشي

مهندسي مواد و متالورژي

روش ساخت افزايشي ذوب گزينشي ليزري قطعات از جنس Hastelloy-X با چالش تعيين پارامترهاي مناسب فرآيند جهت رسيدن به بهترين خواص مكانيكي روبرو است. از بين اين پارامترها، چهار پارامتر توان ليزر، سرعت اسكن، ضخامت لايه پودر و فاصله همپوشاني به دليل تاثير بر دانسيته انرژي حجمي، از طريق ميزان عيوب تشكيل شده به طور مستقيم بر ريزساختار و از اين طريق بر خواص مكانيكي قطعات تاثير دارند. تعيين پارامترهاي فوق از طريق فرآيندي با عنوان "پارامترگيري" انجام و نتيجه كار نموداري با عنوان "پنجره فرآيندي" مناسب جهت توليد قطعات با كمترين ميزان عيوب و در نتيجه خواص مكانيكي و ريزساختار مطلوب و بهينه است. مرور منابع نشان مي دهد، در قطعات از جنس سوپرآلياژ Hastelloy-X حساسيت به ايجاد ترك و تخلخل بسيار زياد است و در زمان تعيين محدوده هاي هر كدام از پارامترهاي فرآيندي ساخت افزايشي مي بايست جوانب كار در اين خصوص را لحاظ نمود. در هر صورت، به دليل كاربردهاي مورد اشاره براي سوپرآلياژ Hastelloy-X ، تعيين پارامترهاي مناسب فرآيندي، ميزان عيوب و خواص مكانيكي از اهميت ويژه اي برخوردار بوده و مطالعه و بهينه سازي پارامترهاي مذكور، تعيين ميزان عيوب قابل قبول و مسير رسيدن به خواص مكانيكي مطلوب شرايط سرويس، در اين نوشتار مورد توجه است. در اين پژوهش در ابتدا با استفاده از روش مسير منفرد محدوده مناسبي جهت توليد نمونه هاي مكعبي تعيين گرديد در اين مرحله عيوب فرآيندي از جمله گلوله اي شدن، حالت سوراخ كليدي و عدم ذوب از طريق بررسي سطح رويي گرده و سطح مقطع حوضچه مذاب بررسي گرديدند. سپس نمونه هاي مكعبي با استفاده از محدوده پنجره فرآيندي تعيين شده در مرحله مسير منفرد توليد شدند. با بررسي عيوب تخلخل و ترك و همچنين بررسي هاي سطوح مقطع نمونه هاي مكعبي، بهترين مشخصه فرآيندي جهت توليد نمونه هاي خواص مكانيكي تعيين گرديدند. نمونه هاي خواص مكانيكي توليد و مشخصات مكانيكي و سطوح شكست مورد بررسي قرار گرفتند. از نتايج بدست آمده از آزمون هاي خواص مكانيكي مي توان دريافت كه از طريق بهينه سازي مشخصه هاي فرآيندي، قطعات با چگالي تا 99/99 و با كمترين ميزان ترك توليد شده و خواص مكانيكي نمونه هاي توليد شده با مشخصه هاي فرآيندي بهينه استحكام تسليم تا 520 مگاپاسكال و استحكام نهايي تا 820 مگاپاسكال و در حد قطعات كارشده را مي توان توليد نمود. نتايج آزمون كشش گرم نيز حداقل استحكام تسليم 320 مگاپاسكال و استحكام نهايي 547 مگاپاسكال را در دماي ̊C 816 نشان مي دهد كه حدود پذيرش تعريف شده براي قطعاتي همانند سوخت گردان هاي توربين هاي گازي كه به روش ريختگي توليد مي شوند را برآورده مي‌نمايد.

1403/07/12

Investigating the microstructure, mechanical properties and sensitivity to process defects of Hastelloy-x superalloy produced by selective laser melting

1/1/1900 12:00:00 AM

The additive manufacturing method of selective laser melting of Hastelloy-X parts faces several challenges in determining the appropriate process parameters to achieve desired structures showing the best mechanical properties. Among these parameters, four parameters of laser power, scanning speed, thickness of powder layer and hatch distance directly affect the microstructure and thus the mechanical properties of parts through the number of formed defects due to their effect on volumetric energy density. Determining the above parameters through a process called "parameterization" and the result of a diagram called "process window" is suitable for producing parts with the least number of defects and as a result the mechanical properties and microstructure are desirable and optimal. Due to the previously mentioned applications for Hastelloy-X superalloy, determining suitable process parameters, the number of defects and mechanical properties is of particular importance, and studying and optimizing the mentioned parameters, determining the number of acceptable defects and the path to achieve desired mechanical properties for favorable service conditions are considered in this article. In this research, by applying the single-track method, a relative process window for the production of cubic samples was determined. At this stage, the process defects such as balling, keyhole, and lack of melting were investigated by examining the top surface and the cross section of the melt pool. Then, cubic samples were printed using the process window range determined in the single-track stage. By investigating the defects of porosity and cracks, as well as examining the cross-sectional surfaces of the cubic samples, the best process characteristics were determined for the production of samples for controlling the mechanical properties. The samples produced mechanical properties and mechanical characteristics and fracture surfaces were examined. From the results obtained from the mechanical properties tests, it can be seen that through the optimization of the process parameters, parts with a density of up to 99.99 and with the lowest number of cracks were produced, and the mechanical properties of the samples produced with the optimal process parameters yield strength up to 520 MPa and final strength up to 820 MPa can be produced at the same level of wrought parts. The results of the hot tensile test also show a minimum yield strength of 320 MPa and a ultimate strength of 547 MPa at a temperature of 816 °C, which meets the acceptance limits defined for parts such as gas turbine swirlers which are produced basically by casting process.

ذوب گزينشي ليزري، عيوب فرآيندي، ريزساختار، خواص مكانيكي

Hastelloy-X, selective laser melting, process defects, microstructure, mechanical properties

ali ardeshiri

seyyed hoossein razavi, rouholah ashiri