تولید قطعات سه بعدی آلیاژ NiCrBSi با استفاده از ذوب لیزری بستر پودر

آلیاژ NiCrBSi یکی از انواع آلیاژهای پایه نیکل بوده که به دلیل سختی، مقاومت به خوردگی و خواص سایشی بالا کاربردهای گسترده ای را در محدوده وسیعی از دما به خود اختصاص داده اند. این گروه از آلیاژها که تحت عنوان آلیاژهای خودگداز شناخته می شوند، در دهه ۵۰ میلادی توسعه یافته و در صنایع مختلفی نظیر صنایع تولید انرژی و معدن مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله موارد استفاده از این آلیاژها می توان به مواقعی که نیازمندی به مقاومت در برابر سایش و خوردگی در دماهای بالا وجود دارد اشاره کرد. با توجه به سختی بالای این آلیاژها و در نهایت مشکلات موجود در خصوص ماشین کاری آنها، تا به امروز روش عمده بکارگیری این آلیاژها اعمال پوشش بر سطوح وسیعی از قطعات با استفاده از انواع روش های جوشکاری و پاشش حرارتی بوده است. آنچه که امروزه می تواند نویدبخش باشد، توسعه روش های نوین تولید قطعات بوده که از مهم ترین آنها می توان به روش های ساخت افزایشی اشاره کرد. ذوب لیزری بستر پودر یکی از مهم ترین روش های ساخت افزایشی است که می تواند در راستای تولید قطعات با هندسه های پیچیده از آلیاژ NiCrBS بسیار مفید باشد. در این پژوهش، از پودر فلزی آلیاژ NiCrBSi به منظور ساخت قطعات با استفاده از روش LPBF استفاده شده است. برای این منظور پارامترهای ضخامت لایه و همچنین فاصله خطوط اسکن ثابت در نظر گرفته شده و محدوده وسیعی از توان و سرعت روبش لیزر مورد بررسی و آزمایش قرار گرفتند. نتایج نشان دادند که در توان ها و سرعت های بالای روبش لیزر (۱۵۰ تا ۲۰۰ وات و ۹۲۵ تا ۱۲۳۴ میلی متر بر ثانیه) تنش های پسماند قابل توجه ناشی از فرایند LPBF منجر به تشکیل ترک های عمیق و عمود بر جهت ساخت شد. در مقابل در توان مشابه اما سرعت های پایین تر ۵۰ تا ۱۰۰ میلی متر بر ثانیه به دلیل ورود بیش از حد انرژی لیزر به قطعه عیوبی از نوع حفرات سوراخ کلیدی در ساختار ایجاد گردید. بر اساس نتایج متغیرهای بهینه فرایندی در محدوده چگالی انرژی حجمی ۱۵۰ تا ۲۵۰ ژول بر میلی متر مکعب حاصل شدند که دارای ریز ساختاری تقریبا عاری از تخلخل و عیب ذوب ناقص بودند. همچنین مشاهده گردید که میزان تخلخل نمونه های ساخته شده به روش LPBF در مقایسه با پوشش های حاصل از پاشش حرارتی کاهش محسوسی در حدود ۹۷ درصد داشت. ریز ساختار به دست آمده از دانه های ستونی تشکیل شده بود که در راستای جهت ساخت رشد کرده اند. یافته های آزمون سختی سنجی حاکی از آن است که قطعات پرینت شده با پارامتر فرآیندی بهینه با سختی میانگین حدود ۷۵۰ ویکرز در مقایسه با پوشش های پاشش حرارتی متداول که سختی حدود ۷۰۰ ویکرز را داشته اند، افزایش ۶/۵ درصدی را نشان می دهند. اگرچه در ریز ساختار تمامی نمونه ها، ریز ترک هایی به دلیل تنش های پسماند بالای فرآیند و همچنین سختی بالای نمونه مشاهده شد. بررسی های تکمیلی نشان داد که ذوب مجدد لیزری حین فرایند ساخت و همچنین عملیات حرارتی پس از ساخت می توانند در کاهش یا حذف این عیوب موثر باشند. عملیات حرارتی سبب حذف کامل ترک ها گردید اما در نتیجه ی آن درشت شدن اجزای ریز ساختاری و کاهش سختی مشاهده گردید. در مقابل در نمونه های پرینت شده با تکنیک ذوب مجدد لیزری علیرغم کاهش ریزترک های مذکور شباهت ریز ساختاری قابل توجهی با ریز ساختار حاصل از فرایند LPBF بدست آمد. از این رو این روش به عنوان یک تکنیک موثر در زمان پرینت توانایی قابل ملاحظه ای در کاهش ریزترک ها و ارتقاء خواص قطعات پرینت شده از آلیاژ NiCrBSi داشته و بکارگیری آن می تواند سودمند باشد.

کلیدواژه ها:

آلیاژ نیکل کروم-بور-سیلیس ، ساخت افزایشی ، ذوب لیزری بستر پودر ، بهینه سازی پارامتری