ارزيابي ساختار ميكروسكوپي و خواص مكانيكي ساختار دوفلزي فولاد زنگ‌نزن316L- اينكونل 718 ساخته شده به روش ذوب گزينشي ليزر

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

دوفلزي IN718-316LSS با توجه به خواص مكانيكي و خوردگي مناسب در دماي بالا و محيط، زوجي نام آشنا در روش‌هاي اتصال متداول جوشكاري بوده است. در ساليان اخير با توجه به برتري‌هاي بالقوه روش‌هاي ساخت افزودني، پژوهش‌هاي متعددي در حوزه ايجاد ساختار دوتايي از اين دو آلياژ به كمك اين فناوري صورت پذيرفته است. از اين رو هدف‌گذاري پژوهش حاضر، امكان‌سنجي ايجاد ساختار دوفلزي مذكور بر بستري پيش‌ساخته و ارزيابي ناحيه اختلاط حاصل، در متغيرهاي فراوري متفاوت به كمك روش ذوب در بستر پودر با ليزر، تعيين گرديد. بر اساس نتايج حاصل، با افزايش ميزان چگالي انرژي ورودي، فارغ از مقادير متفاوت توان و سرعت، عمق نفوذ، ميزان رقت و ضخامت ناحيه متأثر از تغييرات تركيب شيميايي در ساختار دوفلزي افزايش مي‌يابد. با افزايش چگالي خطي انرژِي ورودي از 125 تا 625 ژول بر متر، حالت ذوب از رسانش با هندسه تك انحنايي به گذرا و سوراخ كليدي با هندسه دو انحنايي تغيير نمود. با توجه به محاسبات صورت گرفته، ناحيه مؤثر در ميزان اختلاط قسمت بالايي حوضچه، در محلي ديده شد كه به طور عمده نيروي مارانگوني نقش غالب را در سيلان مذاب دارد. بر مبناي اين نتايج، مدل تحليلي و محاسباتي بر اساس رابطه كلاسيك هندسي درجه رقت، براي پيش‌بيني تغييرات غلظت در راستاي ساخت ارائه گرديدكه تطابق خوبي با منحني‌هاي تغييرات غلظت بدست آمده از نمونه‌ها به كمك ميكروسكوپ الكتروني بدست داد. به علاوه نقشه‌هاي شيميايي و آناليزهاي خطي تهيه شده از نمونه‌ها در چگالي‌هاي انرژي 625 و 437 ژول بر متر، حاكي از ايجاد فصل مشترك تدريجي با اختلاط شبه‌‍ ايده‌آل؛ در مقادير انرژي 292 تا 417 ژول بر متر، حاكي از اختلاط متوسط و حضور نوارهاي غلظتي غني از آهن و نيكل و در مقادير انرژي كم‌تر از 250 ژول بر متر، حاكي از اختلاط جزئي در نمونه‌ها بود. روند تغييرات چگالي نسبي ساخت، از روند مشابه قبل پيروي نكرد. اين‌بار با افزايش انرژي ورودي، ابتدا چگالي نسبي در ناحيه متأثر از تغييرات تركيب شيميايي از مقدار 93 تا 9/99 درصد افزايش، سپس در سه دسته نمونه بهينه مذكور، ثابت و در نهايت تا مقدار 96/95 درصد افت نمود. نوع عيوب در انرژِي‌هاي ورودي كم‌تر)متناظر با حالت ذوب رسانش( از دسته ذوب ناقص با اثرات هم‌افزا در راستاي ساخت، و در مقادير انرژي‌ ورودي بالا حفرات گازي ناشي از تبخير ماده ديده شد. علاوه بر عيوب فرايندي مذكور، ترك‌هاي انجمادي نيز در حداكثر چگالي انرژي ورودي يعني 625 ژول بر متر داراي فصل مشترك نوع 1 در ناحيه‌اي با نسبت تركيبي 70 درصد فولاد و 30 درصد اينكونل ملاحظه گرديد. حداكثر چگالي انرژي ورودي، ضمن افزايش دامنه انجماد، توزيع همگون‌تر همزمان آهن، موليبدن و نيوبيوم را در زمينه به همراه داشت و شرايط را براي جدايش شديد‌تر عناصر نيوبيوم و موليبدن و ايجاد لاوه‌هاي غني از موليبدن را فراهم آورد و احتمال ترك خوردگي انجمادي را فزوني بخشيد. بالعكس در فصل مشترك نوع 2، ضمن ايجاد اختلاط قابل توجه، وجود نوارهاي غلظتي غني‌تر از آهن و نيكل مانع از توزيع همگون آهن در زمينه نيكل شده و هم‌راستا با كاهش جدايش، مسيرهاي احتمالي رشد ترك را نيز محدود ساخت. فرم كلي ريزساختار حاصل در نمونه‌هاي داراي فصل مشترك 2 به صورت دانه‌هاي هم محور در ناحيه فولادي، تركيب دانه‌هاي ستوني و هم‌محور در ناحيه اختلاط و دانه‌هاي ستوني درشت با جهت‌گيري <100> در ناحيه اينكونلي مشاهده شد. بر اساس نتايج آزمون ”كشش-برش“ نمونه‌هاي دوفلزي داراي فصل مشترك نوع 2، استحكامي در حدود تك‌فلزي اينكونل 718، در عين تغييرشكل پذيري به مراتب بهتر را به علت حضور تركيبي از دانه‌هاي ستوني و هم‌محور دارا بودند. به علاوه نتايج ريزسختي و همچنين محاسبه اندازه دانه در ناحيه فولادي نشان داد كه از جنبه ساختاري و مكانيكي تغييرات محسوسي در ناحيه متأثر از حرارت رخ نداده است. دستيابي به محدوده متغيرهاي بهينه براي فراوري اين دو فلزي از جنبه‌هاي چگالي نسبي ساخت، عيوب متالورژيكي و خواص مكانيكي ضمن ارائه درك صحيح‌تري از توزيع تركيب از مهم‌ترين يافته‌هاي پژوهش حاضر است.

224469

شناسايي و انتخاب مواد مهندسي

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان