جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای ادیبی)
موضوع: ارزیابی اثر پیشگرم و الگوی روبش لیزر بر چگالی نسبی، عیوب و خواص مکانیکی سوپرآلیاژ پایه نیکل هستلوی ایکس فراوری شده به روش ذوب گزینشی با لیزر
ارائه دهنده: عرفان ادیبی
استادان راهنما: دکتر علی مالکی-دکتر احمد کرمانپور
استادان مشاور: دکتر احسان فروزمهر-دکتر محسن بدرسمای
استادان داور: دکتر علیرضا فدایی تهرانی – دکتر احمد رضاییان
چکيده:
در سال‌های اخیر، توسعه فناوری ذوب گزینشی با لیزر قابلیت‌های متفاوتی را برای مهندسین ایجاد کرده است. جذابیت تولید قطعات پیچیده و سفارشی سبب شده تا استفاده از این فناوری در حوزه‌های مختلف از جمله پزشکی، حمل‌ونقل و انرژی گسترش یابد. تولید قطعه با کیفیت به نحوی که استانداردهای مکانیکی متداول را تایید کند، چالش و نیازی است که پژوهش‌های جدید باید پاسخ‌گو باشند. از جمله آلیاژ‌های پرکاربرد در صنعت می‌توان به سوپرآلیاژها اشاره کرد. سوپرآلیاژ هستلوی ایکس یکی از سوپرآلیاژ‌های پرکاربرد در صنایع هوافضا و نیروگاهی است. به علت ماهیت فراوری ذوب گزینشی با لیزر، تولید قطعه چگال به نحوی که عیوب ساختاری قطعه اندک باشد، حائز اهمیت است. بنابراین هدف از انجام این پژوهش، تولید قطعات دارای خواص مکانیکی و ریزساختاری مطلوب از جنس سوپرآلیاژ هستلوی ایکس با تغییر پارامترهای ساخت است. در پژوهش‌های پیشین روش‌هایی مانند بررسی متغیرهای توان لیزر، الگو و سرعت روبش لیزر انجام شده است. دستیابی به پارامترهای بهینه ساخت، شرط لازم تولید قطعه با خواص مطلوب است. بنابراین در تحقیق حاضر به بررسی اثر پیشگرم و الگوی روبش لیزر بر چگالی نسبی و عیوب سوپرآلیاژ هستلوی ایکس فراوری شده به روش ذوب گزینشی با لیزر پرداخته شده است. در خلال تلاش برای بهبود خواص قطعه، بررسی اثر پیشگرم بر خواص مکانیکی قطعه ایده‌ای بود که بررسی آن جذاب به نظر می‌رسید. بررسی کیفی اثر پیشگرم در روش ذوب گزینشی با لیزر این آلیاژ در پژوهش‌های پیشین یافت نشد. به همین جهت این طیف از مطالعات پژوهش به عنوان نوآوری مطرح شده است. در این راستا، نمونه‌هایی با تغییر پارامترهای سرعت و فاصله بین خطوط روبش لیزر در دمای محیط ساخته شد. با بررسی و محاسبه درصد چگالی نسبی، نمونه بهینه از نظر بالاترین چگالی نسبی معرفی شد. پس از ساخت دمای محیط، طراحی آزمایش‌های تجربی به جهت بررسی اثر پیشگرم و الگوی اسکن، انجام شده است. ریزساختار تمامی نمونه‌ها به وسیله میکروسکوپ نوری، الکترونی روبشی و الکترونی روبشی نشری میدانی مشخصه‌یابی شد. همچنین خواص کششی و تنش پسماند در حالت ساخت دمای محیط و ساخت با پیشگرم مورد بررسی قرار گرفت. مجموع بررسی‌های ریزساختاری و مکانیکی پارامترهای بهینه ساخت را ارائه داده است. پنجره فرایندی از پارامترهای سرعت و فاصله بین خطوط روبش لیزر با ثابت در نظر گرفتن توان لیزر و ضخامت لایه، بر اساس چگالی نسبی ارائه شد. ارائه پنجره فرآیند جامع در خصوص تولید قطعه از جنس سوپرآلیاژ هستلوی به روش ذوب گزینشی با لیزر، هدفمند بودن گام‌های برداشته شده را می‌رساند. برای مثال برای تولید قطعات با چگالی نسبی بالای 90 درصد، چگالی انرژی حجمی باید بیشتر از 60 ژول بر میلی‌متر مکعب باشد. ضمنا اگر محدوده چگالی انرژی حجمی 90 تا 120 ژول بر میلی‌متر مکعب باشد، امکان ساخت قطعات با چگالی نسبی بالای 99 درصد فراهم می‌شود. همچنین درصورت افزایش بیش از اندازه چگالی انرژي حجمی، کاهش چگالی نسبی و تشکیل حفرات گازي در نمونه تشدید می‌شود. نتایج بررسی چگالی نسبی و ریزساختار نشان داد که سوپرآلیاژ هستلوی ایکس به نسبت تغییرات پارامتر فاصله بین خطوط روبش لیزر حساسیت دارد. تنها افزایش پارامتر مذکور در محدوده 60 تا 100 میکرومتر و ثابت بودن سایر پارامترهای ساخت، باعث افت چگالی نسبی، افزایش عیوب ذوب ناقص و کاهش خواص مکانیکی شد. همچنین پیشگرم قطعات می‌تواند تا حدودی کمبود انرژی ورودی اولیه به نمونه در حین ساخت برای رسیدن به چگالی نسبی بالاتر را جبران کند. با پیشگرم حساسیت ناشی از افزایش فاصله بین خطوط روبش لیزر در محدود 60 تا 100 میکرومتر از بین رفت و امکان تولید قطعات با چگالی نسبی بالای 99/9درصد، خواص مکانیکی مشابه نمونه بهینه در حالت ساخت دمای محیط، تنش پسماند کمتر به نسبت ساخت دمای محیط و افزایش 60 درصدی نرخ تولید حاصل شد. در حالت ساخت با تغییر الگوی روبش تعدادی ترک انجمادی در امتداد مرزدانه‌ها تشکیل شد. با بررسی چگالی ترک در نمونه‌ها، الگو‌های روبش جزیره‌ای و دوجهته به ترتیب دارای بیشترین و کم‌ترین امکان تشکیل ترک هستند. در الگوی جزیره‌ای با کاهش اندازه جزیره‌های داخلی از 5 به 2/5 میلی‌متر، چگالی ترک‌ها در حدود 10 درصد افزایش یافت.
کلمات کليدی: ذوب گزینشی با لیزر، ساخت افزودنی، سوپرآلیاژ هستلوی ایکس، پیشگرم، الگوی روبش لیزر