روکش کاری اینکونل 718 با پودر کاربید تنگستن به روش پیش نشانی با استفاده از لیزر Nd:YAG

فرآیندهای لیزری به صورت گسترده ای جهت بهبود خواص سطحی قطعات و اجزا مورد استفاده قرار می گیرند. فرآیند روکش کاری با استفاده از پرتو لیزر روش نسبتاً جدیدی است. که می تواند جهت بهبود خواص سطحی به کار رود. در این پژوهش، روکش کاری سطح سوپرآلیاژ پایه نیکل اینکونل 718. توسط پودر کاربید تنگستن به روش پیش نشانی با استفاده از لیزر Nd:YAG مورد بررسی قرار گرفت.

توان متوسط لیزر، عرض پالس، فاصله ای نقطه ای کانونی از سطح قطعه و پارامترهای پیش نشانی. به عنوان پارامترهای ورودی می باشند. در حالی که میزان رقیق شدن پوشش، عمق ذوب شدگی از قطعه، میزان تخلخل پوشش. و تعداد ترک های عرضی مورد ایجاد. در پوشش خروجی فرآیند می باشند. نتایج تجربی نشان می دهد. که چگالی انرژی لیزر بر روی سطح زیر لایه مهمترین پارامتری می باشد. که تعداد ترک های عرضی را تحت تأثیر قرار می دهد.

همچنین تغییر میزان توان متوسط لیزر بیشترین تأثیر را بر روی رقیق شدگی پوشش و تخلخل آن دارد. بعلاوه، در روکش کاری سطوح بزرگتر، همپوشانی به میزان 50% بین پاس های مجاور، بهترین نتایج را حاصل می کند. نتایج تجربی نشان می دهند. که با تنظیم دقیق پارامترهای مربوط به روکش کاری لیزری می توان به یک پوشش مناسب دست یافت. با مقایسۀ نتایج حاصل از این روش و روش های سنتی می توان نتیجه گرفت. که روکش کاری لیزری می تواند. به عنوان یک روش جایگزین مناسب جهت ایجاد پوشش بر روی سطوح مواد مطرح گردد.

در کاربردهای صنعتی معمولاً نیاز به قطعات با خواص سطحی ویژه. همچون مقاومت به خوردگی مقاومت به سایش و سختی بالا وجود دارد. یک راه حل منطقی و کم هزینه عبارت از ایجاد خواص مورد نظر. تنها بر روی سطوح مورد نیاز از قطعه می باشد. استفاده از جوشکاری برای این منظور باعث رقیق شدن بالای پوشش، ایجاد میکروساختار خشن و ایجاد ترک گرم می شود. با بکارگیری فرآیند روکش کاری می توان از مشکلات مورد ذکر را تا حد زیادی ممانعت نمود. در این روش، فازهای سخت در هنگام تابیدن پرتو لیزر به صورت درجا ایجاد می گردند. واکنش بین ذرات مذاب در این روش در منطقه ای محدود روی می دهد. بنابراین در قطعاتی که سطح آنها در معرض شرایط حاد خورنده یا ساینده قرار دارد. می توان بدون تغییر در خواص کل ماده. خواص سطحی قطعه کار را با لایه ای نازک از مواد مناسب بهبود بخشید.

اینکونل 718 (با نام استاندارد UNS N07718) یک سوپرآلیاژ آستنیتی بر پایه نیکل-کروم است. که با عناصر آلیاژی مانند نیوبیوم، مولیبدن، آهن، تیتانیوم و آلومینیوم تقویت شده است. این ترکیب باعث ایجاد خواص مکانیکی فوق‌العاده در دماهای بالا و محیط‌های خورنده می‌شود.

🛠️ کاربردهای صنعتی

اینکونل 718 به دلیل خواص منحصر به‌فردش در صنایع زیر استفاده می‌شود:

هوافضا: قطعات موتور توربین گازی، دیسک‌ها، فنرها، آب‌بندها

نیروگاه‌ها: تجهیزات مقاوم به حرارت و فشار

پتروشیمی: مبدل‌های حرارتی، شیرآلات، اتصالات

صنایع هسته‌ای: اجزای مقاوم به خوردگی و دمای بالا

خودروسازی پیشرفته: قطعات عملکردی در شرایط شدید

فولاد 1020 یکی از پرکاربردترین فولادهای کم‌کربن است که به دلیل ترکیب شیمیایی ساده، خواص مکانیکی مناسب و قیمت اقتصادی،

در صنایع مختلف جایگاه ویژه‌ای دارد. این فولاد تحت استاندارد AISI تعریف شده و عمدتاً شامل آهن، کربن، و مقدار کمی منگنز است. خواص مکانیکی آن شامل استحکام کششی متوسط، سختی قابل قبول و چقرمگی بالا بوده و برای کاربردهای عمومی بسیار مناسب است.

قابلیت ماشین‌کاری و جوش‌پذیری بالای فولاد 1020 آن را برای تولید قطعات صنعتی، خودرویی و ساختمانی مطلوب ساخته است.

همچنین، این فولاد قابلیت انجام عملیات حرارتی مانند نرمال‌سازی و کربن‌دهی سطحی را دارد که موجب بهبود خواص سطحی آن می‌شود. در مقایسه با گریدهای مشابه مانند 1018 و 1045، فولاد 1020 تعادلی میان سختی، شکل‌پذیری و هزینه ارائه می‌دهد.
در صنایع نوین مانند رباتیک، انرژی‌های تجدیدپذیر و چاپ سه‌بعدی فلزی نیز از فولاد 1020 استفاده می‌شود.

این فولاد در قالب مقاطع مختلفی مانند میلگرد، ورق، لوله و پروفیل تولید شده و در هر بخش از صنعت کاربرد خاصی دارد. بازار جهانی فولاد 1020 تحت تأثیر عوامل اقتصادی، زیست‌محیطی و فناوری‌های نوین در حال تحول است.

با توجه به روندهای آینده، انتظار می‌رود این فولاد همچنان نقش کلیدی در توسعه صنعتی ایفا کند.

تحلیل برگشت فنری در خمکاری ورق‌های فولادی

پدیده برگشت فنری یکی از چالش‌های مهم در فرآیند خمکاری ورق‌های فولادی محسوب می‌شود که مستقیماً بر دقت ابعادی قطعه نهایی تأثیر می‌گذارد.

این پدیده زمانی رخ می‌دهد که پس از اعمال نیرو و انجام تغییر شکل، بخشی از تغییرات الاستیک ماده آزاد شده و موجب بازگشت جزئی ورق به حالت اولیه گردد.

عوامل متعددی بر میزان برگشت فنری تأثیرگذار هستند که از جمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به نوع فولاد، ضخامت ورق، شعاع خمکاری، روش خمکاری، تنش‌های پسماند و اثر باوشینگر اشاره نمود.

فولادهایی با مدول یانگ بالا و استحکام کششی زیاد مانند AISI 1095 و AISI 301 معمولاً برگشت فنری بیشتری نشان می‌دهند. همچنین، ورق‌های نازک‌تر به دلیل نسبت بالای شعاع خم به ضخامت، مستعد برگشت فنری شدیدتری هستند.

انتخاب روش خمکاری نیز نقش تعیین‌کننده‌ای دارد؛ به‌طوری‌که خمکاری سرد موجب افزایش برگشت فنری، و خمکاری گرم یا القایی موجب کاهش آن می‌گردد. اثر باوشینگر و تنش‌های پسماند نیز رفتار ماده را پیچیده‌تر کرده و پیش‌بینی دقیق زاویه نهایی خم را دشوارتر می‌سازد.

در این مقاله، با ارائه جداول مقایسه‌ای، مثال‌های عددی، و معرفی گریدهای فولادی مناسب، راهکارهایی برای کنترل و کاهش برگشت فنری پیشنهاد شده است. هدف آن است که طراحان صنعتی، مهندسان مکانیک و متخصصان تولید بتوانند با شناخت دقیق این پدیده، فرآیند خمکاری را بهینه‌سازی نموده و دقت ابعادی قطعات را افزایش دهند.

این تحلیل می‌تواند در صنایع خودروسازی، سازه‌های فلزی، تجهیزات صنعتی و تولید قطعات دقیق مورد استفاده قرار گیرد.