بررسی رفتار خستگی قطعات آلیاژ اینکونل 625 تولیدشده با فرایند ساخت افزایشی مبتنی بر سیم و قوس الکتریکی

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 11، دوره 32، شماره 2 - شماره پیاپی 24، شهریور 1400، صفحه 137-148   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2021.68429.1005

نویسندگان

قاسم پیروزمنش¹؛ محمود شریفی تبار^{* 2}؛ مهدی شفیعی آفارانی²

¹فارغ التحصیل کارشناسی ارشد مهندسی مواد/ دانشگاه سیستان و بلوچستان

²عضو هیات علمی/ دانشگاه سیستان و بلوچستان

چکیده

در این پژوهش دیوارۀ آلیاژ اینکونل 625 با فرایند ساخت افزایشی مبتنی بر سیم و قوس تولید شد. سپس ریزساختار، سختی، خواص کششی در دمای محیط و دمای 700 درجه سلسیوس و استحکام خستگی در محدودۀ پرچرخه در دو راستای جوشکاری و رسوب‌دهی بررسی شد. مطالعات ریزساختاری نشان داد که دیوارۀ حاوی دندریت‌های محلول جامد و فازهای بین‌دندریتی کاربید نیوبیوم، لاوه و دلتا (Ni₃Nb) بود. با افزایش ارتفاع دیواره مقدار سختی از محدودۀ 380 ویکرز در نزدیکی زیرلایه تا حدود 300 ویکرز در بالای آن کاهش یافت. استحکام تسلیم و کششی دیوارۀ تولیدی در راستای جوشکاری به‌ترتیب در حدود 6/6 و 6/8 درصد بالاتر و قابلیت تغییر طول 23 درصد کمتر از خواص دیواره در راستای رسوب‌گذاری به‌دست آمد. نتایج آزمون خستگی با نسبت تنش 1/0 نشان داد که میانگین تعداد سیکل منجر به شکست آلیاژ در راستای جوشکاری بالاتر از راستای رسوب‌گذاری بود. شکست‌نگاری نمونه‌ها جوانه‌زنی سطحی ترک خستگی را نشان داد و تولید دیواره‌های سالم و بدون عیب با فرایند ساخت افزایشی مبتنی بر سیم و قوس را تأیید کرد.

کلیدواژه‌ها

اینکونل 625؛ خستگی سیکل بالا؛ ساخت افزایشی؛ کشش دمابالا

سایر فایل های مرتبط با مقاله

11-sharifitabar.pdf

مراجع

1. Altıparmak, S.C., Yardley, V.A., Shi, Z. and Lin, J., "Challenges in additive manufacturing of high-strength aluminium alloys and current developments in hybrid additive manufacturing", International Journal of Lightweight Materials and Manufacture, Vol. 4, pp. 246-261, (2021).
2. Huang, W., Chen, S., Xiao, J., Jiang, X. and Jia, Y., "Laser wire-feed metal additive manufacturing of the Al alloy", Optics & Laser Technology, Vol. 134, 106627, pp. 1-9, (2021).
3. Mishra, G.K., Paul, C.P., Rai, A.K., Agrawal, A.K., Rai, S.K. and Bindra, K.S., "Experimental investigation on Laser Directed Energy Deposition based additive manufacturing of Al₂O₃ bulk structures", Ceramics International, Vol. 47, pp. 5708-5720, (2021).
4. Molina, C., Araujo, A., Bell, K., Mendez, P.F. and Chapetti, M., "Fatigue life of laser additive manufacturing repaired steel component", Engineering Fracture Mechanics, Vol. 241, 107417, pp. 1-11, (2021).
5. Ning, J., Yu, Z.S., Sun, K., Hu, M.J., Zhang, L.X., Zhang, Y.B. and Zhang, L.J., "Comparison of microstructures and properties of X80 pipeline steel additively manufactured based on laser welding with filler wire and cold metal transfer", Journal of Materials Research and Technology, Vol. 10, pp. 752-768, (2021).
6. Oliveira, J.P., LaLonde, A.D. and Ma, J., "Processing parameters in laser powder bed fusion metal additive manufacturing", Materials & Design, Vol. 193, 108762, pp. 1-12, (2020).
7. Rovira, D.S., Nielsen, H.M., Taboryski, R. and Bunea, A.I., "Additive manufacturing of polymeric scaffolds for biomimetic cell membrane engineering", Materials & Design, Vol. 201, 109486, pp. 1-11, (2021).
8. Wei, W., Zhang, Q., Wu, W., Cao, H., Shen, J., Fan, S. and Duan, X., "Agglomeration-free nanoscale TiC reinforced titanium matrix composites achieved by in-situ laser additive manufacturing", Scripta Materialia, Vol. 187, pp. 310-316, (2020).
9. Yu, Q., Wang, C., Zhao, Z., Dong, C. and Zhang, Y., "New Ni-based superalloys designed for laser additive manufacturing", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 86, 157979, pp.1-12, (2020).
10. Zhang, K., He, R., Ding, G., Bai, X. and Fang, D., "Effects of fine grains and sintering additives on stereolithography additive manufactured Al₂O₃ ceramic", Ceramics International, Vol. 47, pp. 2303-2310, (2021).
11. Todaro, C.J., Easton, M.A., Qiu, D., Brandt, M., StJohn, D.H. and Qian, M., "Grain refinement of stainless steel in ultrasound-assisted additive manufacturing", Additive Manufacturing, Vol. 37, 101632, (2021).
12. Tarasov, S.Y., Filippov, A.V., Shamarin, N.N., Fortuna, S.V., Maier, G.G. and Kolubaev, E.A., "Microstructural evolution and chemical corrosion of electron beam wire-feed additively manufactured AISI 304 stainless steel", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 803, pp. 364-370, (2019).
13. Zhang, G., Xiong, H., Yu, H., Qin, R., Liu, W. and Yuan, H., "Microstructure evolution and mechanical properties of wire-feed electron beam additive manufactured Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr alloy with different subtransus heat treatments", Materials & Design, Vol. 195, 109063, pp. 1-12, (2020).
14. Bhuvanesh Kumar, M. and Sathiya, P., "Methods and materials for additive manufacturing: A critical review on advancements and challenges", Thin-Walled Structures, Vol. 159, 107228, pp. 1-42, (2020).
15. Fu, R., Tang, S., Lu, J., Cui, Y., Li, Z., Zhang, H., Xu, T., Chen, Z. and Liu, C., "Hot-wire arc additive manufacturing of aluminum alloy with reduced porosity and high deposition rate", Materials & Design, Vol. 199, 109370, pp. 1-13, (2021).
16. Jafari, D., Vaneker, T.H.J. and Gibson, I., "Wire and arc additive manufacturing: Opportunities and challenges to control the quality and accuracy of manufactured parts", Materials & Design, Vol. 202, 109471, pp. 1-50, (2021).
17. Yangfan, W., Xizhang, C. and Chuanchu, S., "Microstructure and mechanical properties of Inconel 625 fabricated by wire-arc additive manufacturing", Surface and Coatings Technology, Vol. 374, pp. 116-123, (2019).
18. Safarzade, A., Sharifitabar, M. and Shafiee Afarani, M., "Effects of heat treatment on microstructure and mechanical properties of Inconel 625 alloy fabricated by wire arc additive manufacturing process", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol. 30, pp. 3016-3030, (2020).
19. Xu, F., Lv, Y., Liu, Y., Shu, F., He, P. and Xu, B., "Microstructural Evolution and Mechanical Properties of Inconel 625 Alloy during Pulsed Plasma Arc Deposition Process", Journal of Materials Science & Technology, Vol. 29, pp. 480-488, (2013).
20. Dhinakaran, V., Ajith, J., Fathima Yasin Fahmidha, A., Jagadeesha, T., Sathish, T. and Stalin, B., "Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) process of nickel based superalloys – A review", Materials Today: Proceedings, Vol. 21, pp. 920-925, (2020).
21. Wang, J.F., Sun, Q.J., Wang, H., Liu, J.P. and Feng, J.C., "Effect of location on microstructure and mechanical properties of additive layer manufactured Inconel 625 using gas tungsten arc welding", Materials Science and Engineering: A, Vol. 676, pp. 395-405, (2016).
22. ASTM B443-19, "Standard Specification for Nickel-Chromium-Molybdenum-Columbium Alloy and Nickel-Chromium-Molybdenum-Silicon Alloy Plate, Sheet, and Strip", ASTM International, West Conshohocken, PA, (2019).
23. ASTM E21-20, "Standard Test Methods for Elevated Temperature Tension Tests of Metallic Materials", ASTM International, West Conshohocken, PA, (2020).
24. Koutiri, I., Pessard, E., Peyre, P., Amlou, O. and De Terris, T., "Influence of SLM process parameters on the surface finish, porosity rate and fatigue behavior of as-built Inconel 625 parts", Journal of Materials Processing Technology, Vol. 255, pp. 536-546, (2018).
25. Kou, S. "Welding Metallurgy: Basic Solidification Concepts", John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, pp. 143-169, (2002).

26. ASTM, ASTM F3056-14e1, "Standard Specification for Additive Manufacturing Nickel Alloy (UNS N06625) with Powder Bed Fusion", ASTM International, West Conshohocken, PA, (2014)