مهندسی متالورژی

مهندسی متالورژی

تحلیل وایازشی چندگانه بین متغیرهای کلیدی فرایند لایه‌نشانی مستقیم با لیزر و هندسه روکش‌های ایجاد‌شده ابرآلیاژ اینکونل 718 بر زیرلایه فولاد زنگ‌نزن 316

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
میلاد کریمی 1
محمود سرکاری خرمی 2
قاسم عظیمی رویین 3
فرشید کاشانی بزرگ 4
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
2 استادیار، دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
3 استادیار، مرکز آموزش مهارت های فنی و مهندسی، دانشگاه صنعتی اصفهان ، اصفهان، ایران.
4 استاد، دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
10.22076/me.2023.1983169.1371
چکیده
یکی از روش‌های ساخت افزایشی، لایه نشانی از طریق انرژی مستقیم است که برای تولید و ترمیم قطعات پیچیده در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روش شامل مجموعه‌ای از متغیرها است که تأثیر قابل‌توجهی بر خصوصیات هندسی لایه‌های نشانده شده دارد. در این پژوهش تأثیر توان و سرعت روبش لیزر بر خصوصیات هندسی (پهنا، ارتفاع و زاویه ترشوندگی) روکش‌های اینکونل 718 لایه نشانی شده بر زیرلایه فولاد زنگ‌نزن 316 بررسی شده است. بر اساس نتایج تجربی، معادلات ریاضی برای ارتباط بین متغیرهای کلیدی فرایند و مشخصات هندسی روکش‌ها به‌وسیله روش تجزیه و تحلیل وایازشی چندگانه برقرار شده و نتایج حاصل نشان داد که داده‌های اندازه‌گیری شده با داده‌های پیش‌بینی‌شده تطابق دارد و بر اساس معادله‌ها پیش‌بینی‌شد که سرعت روبش لیزر بر تمامی مشخصات هندسی مورد بررسی روکش‌ها اثر کاهشی دارد، در حالی که توان لیزر بر پهنا و ارتفاع روکش‌ها اثر افزایشی و بر زاویه ترشوندگی اثر کاهشی دارد.
کلیدواژه‌ها
ساخت افزایشی
لایه‌نشانی از طریق انرژی مستقیم لیزر
اینکونل 718
مشخصات هندسی روکش
تجزیه و تحلیل وایازشی

عنوان مقاله English

Multiple regression analysis between key variables of direct laser deposition process and geometry of Inconel 718 superalloy clads on 316 stainless steel substrate

نویسندگان English

Milad Karimi 1
Mahmoud Sarkari Khorrami 2
Ghasem Azimi-Roeen 3
Farshid Kashani 4
1 MSc. Student, School of Metallurgy and Materials Engineering, Collage of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran.
2 Assistant Professor, School of Metallurgy and Materials Engineering, Collage of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran.
3 Assistant Professor, Center of Engineering and Technical Skills Training, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.
4 Professor, Center of Engineering and Technical Skills Training, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.
چکیده English

One of the additive manufacturing methods is deposition with direct energy, which is used to produce and repair complex parts in industries. This method includes a set of variables that significantly affect the geometry of deposited layers. In this research, the effect of power and laser scanning speed on the geometrical features (width, height, and wetting angle) of Inconel 718 clads on 316 stainless steel substrate has been investigated. Based on the experimental results, the mathematical equations for the relationship between the crucial variables of the process and the geometry of the clads were established by the method of multiple regression analysis, and the results showed that the measured data is consistent with the predicted one. Based on the equations, it was predicted that the laser scanning speed has a decreasing effect on all the investigated geometric features of the clads while the laser power has an increasing effect on the width and height of the clads and a decreasing effect on the wetting angle.

کلیدواژه‌ها English

Additive manufacturing؛ Deposition with direct laser energy
Inconel 718
Clad geometry characteristics
Regression analysis
  1. Ngo TD, Kashani A, Imbalzano G, Nguyen KT, Hui D. Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges. Composites Part B: Engineering. 2018;143:172-96.
  2. Gardan J. Additive manufacturing technologies: state of the art and trends. Additive Manufacturing Handbook. 2017:149-68.
  3. Ahn D-G. Directed energy deposition (DED) process: state of the art. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology. 2021;8(2):703-42.
  4. Wilson JM, Piya C, Shin YC, Zhao F, Ramani K. Remanufacturing of turbine blades by laser direct deposition with its energy and environmental impact analysis. Journal of Cleaner Production. 2014;80:170-8.
  5. Dass A, Moridi A. State of the art in directed energy deposition: From additive manufacturing to materials design. Coatings. 2019;9(7):418.
  6. Marya M, Singh V, Hascoet J-Y, Marya S. A metallurgical investigation of the direct energy deposition surface repair of ferrous alloys. Journal of Materials Engineering and Performance. 2018;27(2):813-24.
  7. Ezugwu E, Okeke C. Behavior of coated carbide tools in high speed machining of a nickel base alloy. Tribology Transactions. 2002;45(1):122-6.
  8. Henderson M, Arrell D, Larsson R, Heobel M, Marchant G. Nickel based superalloy welding practices for industrial gas turbine applications. Science and technology of welding and joining. 2004;9(1):13-21.
  9. Onuike B, Bandyopadhyay A. Additive manufacturing in repair: Influence of processing parameters on properties of Inconel 718. Materials Letters. 2019;252:256-9.
  10. Sreekanth S, Ghassemali E, Hurtig K, Joshi S, Andersson J. Effect of direct energy deposition process parameters on single-track deposits of alloy 718. Metals. 2020;10(1):96.
  11. Lee EM, Shin GY, Yoon HS, Shim DS. Study of the effects of process parameters on deposited single track of M4 powder based direct energy deposition. Journal of Mechanical Science and Technology. 2017;31(7):3411-8.
  12. Nabhani M, Razavi RS, Barekat M. An empirical-statistical model for laser cladding of Ti-6Al-4V powder on Ti-6Al-4V substrate. Optics & Laser Technology. 2018;100:265-71.
  13. Sun Y, Hao M. Statistical analysis and optimization of process parameters in Ti6Al4V laser cladding using Nd: YAG laser. Optics and Lasers in Engineering. 2012;50(7):985-95.
  14. Pinkerton AJ. Advances in the modeling of laser direct metal deposition. Journal of laser applications. 2015;27(S1):S15001.
  15. Ansari M, Razavi RS, Barekat M. An empirical-statistical model for coaxial laser cladding of NiCrAlY powder on Inconel 738 superalloy. Optics & Laser Technology. 2016;86:136-44.
  16. Saqib S, Urbanic R, Aggarwal K. Analysis of laser cladding bead morphology for developing additive manufacturing travel paths. Procedia Cirp. 2014;17:824-9.
  17. Marko A, Schafner A, Raute J, Rethmeier M. Relative density prognosis for directed energy deposition with the help of artificial neural networks. Material Testing. 2021;63(1):41-7.
  18. Davim JP, Oliveira C, Cardoso A. Predicting the geometric form of clad in laser cladding by powder using multiple regression analysis (MRA). Materials & Design. 2008;29(2):554-7.
  19. Lian G, Yao M, Zhang Y, Chen C. Analysis and prediction on geometric characteristics of multi-track overlapping laser cladding. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018;97(5):2397-407.
  20. Alizadeh-Sh M, Marashi S, Ranjbarnodeh E, Shoja-Razavi R, Oliveira J. Prediction of solidification cracking by an empirical-statistical analysis for laser cladding of Inconel 718 powder on a non-weldable substrate. Optics & Laser Technology. 2020;128:106244.
  21. Meng G, Zhu L, Zhang J, Yang Z, Xue P. Statistical analysis and multi-objective process optimization of laser cladding TiC-Inconel718 composite coating. Optik. 2021;240:166828.
  22. Saboori A, Aversa A, Marchese G, Biamino S, Lombardi M, Fino P. Application of directed energy deposition-based additive manufacturing in repair. Applied Sciences. 2019;9(16):3316.
  23. Yan X, Su XG. Linear regression analysis. Theory and Computing. 2003.
  24. Ilanlou M, Razavi RS, Nourollahi A, Hosseini S, Haghighat S. Prediction of the geometric characteristics of the laser cladding of Inconel 718 on the Inconel 738 substrate via genetic algorithm and linear regression. Optics & Laser Technology. 2022;156:108507.
  25. Gullipalli C, Thawari N, Chandak A, Gupta T. Statistical Analysis of Clad Geometry in Direct Energy Deposition of Inconel 718 Single Tracks. Journal of Materials Engineering and Performance. 2022:1-11.

  • تاریخ دریافت 29 آذر 1401
  • تاریخ بازنگری 18 آبان 1402
  • تاریخ پذیرش 22 آبان 1402