بررسی ریزساختاری پوشش‌های الکترواسپارک ذوب مجدد شده توسط لیزر بر روی اینکونل IN738LC

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری بخش مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه تربیت مدرس

2 استادیار بخش مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه تربیت مدرس

3 دانشیار بخش مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

فرایند پوشش دهی الکترواسپارک به عنوان فرایندی جهت ایجاد لایه واسط جهت جوشکاری یا لایه نشانی لیزر بر روی آلیاژ IN738LC  استفاده گردید. از آنجایی که آلیاژ IN738LC حساسیت بسیار زیادی به ترک های ذوبی در منطقه متاثر از حرارت دارد در صورتی که بتوان پارامترهای فرایند الکترواسپارک را به طور بهینه انتخاب نمود، لایه پوششی با ایجاد حداقل ترک ذوبی قابل دستیابی است. لایه ایجاد شده توسط فرایند الکترواسپارک دارای ریزساختار منحصر بفرد متشکل از ستون های فاز گاما است. به دلیل سرعت سرمایش بسیار بالا در این فرایند میزان جدایش عناصر آلیاژی بسیار کم است. ریزساختار این پوشش ها بسیار ریزدانه است که در مقایسه با فلز ریخته گری پایه از نظر مقاومت به اشاعه ترک دارای عملکرد بهتری می باشد. نتایج عملیات ذوب مجدد لیزر حاکی از بدست آمدن لایه چگال با حذف عیوب پوشش های الکترواسپارک مانند تخلخل و ذوب نشدن کافی مرز لایه ها بوده است. نتایج سختی سنجی نشانگر کاهش سختی لایه ذوب مجدد لیزر شده در مقایسه با پوشش های الکترواسپارک به علت تغییر ریزساختاری و درشت تر شدن نسبی ساختار در نتیجه لیزر است. در لایه ذوب مجدد لیزر شده اثری از ترک های ذوبی یا انجمادی مشاهده نشده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Microstructural investigation of laser remelted electrospark deposited layer on IN738LC super alloy

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ebrahimniya 1
  • Farshid Malek Ghayeni 2
  • Hamidreza Shahverdi 3
چکیده [English]

Electrospark deposition method has been used for creating an intermediate layer on the IN738LC superalloy for subsequent laser welding or laser cladding. With using proper Electrospark deposition parameters a crack free or at least less crack susceptible layer can be formed by same filler metal on this alloy. ESD layer has unique microstructure consists of columnar gamma phase. Because of very rapid cooling rate involved in electrospark deposition method, the layer with very low elemental segregation can be obtained. Having fine grain microstructure in comparison to as cast base metal, ESD layer is more crack resistance. Laser remelted ESD layer is dense and the ESD defects like lack of fusion between layers and porosity are eliminated in laser remelted layer. Hardness results show lower hardness value for remelted laser area in comparison with ESD layer. Furthermore, no solidification or liquation crack found in remelted layer.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Electrospark
  • Laser
  • Inconel
  • liquation crack

[1] Nathaniel, O. K., “Characterization of Inconel 718: Using Gleeble and Varestraint Testing Methods to Determine the Weldability of Inconel 718”, 2010 , MS Thesis, California Polytechnic State University - San Luis Obispo.

 [2] DuPont, j. N.,  Lippold, J. C.,  Kiser S. D., “Welding metallurgy and weldability of nickel-base alloys”,  John Wiley & Sons, INC., New Jersey, 2009.

 [3] Egbewande, A.T., Buckson, R. A., Ojo, O. A., “Analysis of laser beam weldability of Inconel 738 superalloy”, Materials characterization 61, 2010, pp. 569-574.

 [4] Danis, Y., Arvieu, C., Lacoste, E.,  Larrouy, T.,  Quenisset, J. M.,“An investigation on thermal, metallurgical and mechanical states in weld cracking of Inconel 738LC superalloy” , Materials and Design, 31 , 2010., pp 402–416 .

 [5] Zhong, M., Sun, H., Liu, W., Zhu, X., He, J., “Boundary liquation and interface cracking characterization in laser deposition of Inconel 738 on directionally solidified Ni-based superalloy”, Scripta Materialia 53, 2005.,pp 159–164.

 [6] Durocher, J., Richards, N.L., “Characterization of the Micro-Welding Process for Repair of Nickel Base Superalloys”, ASM International, Journal of Materials Engineering and Performance,Volume 16(6), 2007.

 [7] Ojo, O.A., Richards, N.L., Chaturvedi, M.C., “Microstructural study of weld fusion zone of TIG welded IN 738LC nickel-based superalloy”, Scripta Materialia 51, 2004, pp 683 – 688.

 [8] Ojo, O.A., Richards, N.L., Chaturvedi, M.C., “Study of the Fusion Zone and Heat-Affected Zone Microstructures in Tungsten Inert Gas–Welded INCONEL 738LC Superalloy”, Metallurgical and materials transactions A, 2006, pp 421- 434.

 [9] Sidhu, R.K., Ojo, O.A., Chaturvedi, M.C., “Microstructural Analysis of Laser-Beam-Welded Directionally Solidified INCONEL 738”, Metallurgical and materials transactions A, volume 38A, 2007, pp 858— 869 .

 [10] Ojo, O.A., Richards, N.L., Chaturvedi. M.C., “Contribution of constitutional liquation of gamma prime precipitate to weld HAZ cracking of cast Inconel 738 superalloy”, Scripta Materialia 50, 2004,  pp 641–646.

 [11] R. N Johnson, J. A Bailey, “Electro-Spark Deposited for replacement of chrome plating”, Pacific Northwest National Laboratory, 2005, Contractor Report ARAET-CR-05002.

 [12] Sartwell, D.B., “Electrospark Deposition for Depot- and Field-Level Component Repair and Replacement of Hard Chromium Plating”, U.S. Department of defense, Environmental Security Technology Certification Program (ESTCP), Final Report, 2006.

 [13] Tang, S.K., “The Process Fundamentals and Parameters of Electro-Spark Deposition”, MS thesis, Waterloo University, Ontario, Canada, 2009.

 [14] Sheldon, G.L., Johnson, R.N., “Spark deposition- a technique for producing wear resistant coatings”, International Conference on Wear of Materials, 1985.

 [15] Johnson, R.N., “ElectroSpark Deposition: Principles and Applications,” Society of Vacuum Coaters, 45th Annual Technical Conference Proceedings, 2002, pp 87 – 92.

 [16] Wang, M.C., Wang, W.f., Xie, Y. J., Zhang, J., “Electro-spark epitaxial deposition of NiCoCrAlYTa alloy on directionally solidified nickel-based superalloy”, Trans. Nonferrous Met. Soc. China 20, 2010,  pp 795-802.

 [17] Ebrahimnia, M., Ghaini, F.M., Shahverdi, H.R., “Hot cracking in pulsed laser processing of a nickel base superalloy built up by electrospark deposition”, Science and Technology of Welding and Joining, 2014 (19): 25-29.

  [18]  ابراهیم نیا، محمد. مالک قایینی، فرشید. شاهوردی، حمیدرضا. 1392، بررسی ریزساختار لایه های ایجاد شده توسط فرایند الکترواسپارک بر روی سوپر آلیاژ IN738LC ، اولین همایش ملی فلزات و آلیاژهای غیر آهنی، ‏(مواد و فناوری های نوین کاربردی)‏، ‏ مشهد–  سالن همایش‌های فردوسی جهاد دانشگاهی مشهد.