بررسی تجربی تنش پسماند در قطعات با مقطع متغیر در فرآیند ذوب انتخابی لیزری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران

2 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران

چکیده

یکی از چالش‌های مهم در فرآیند ذوب انتخابی لیزری، ایجاد تنش‌های پسماند در قطعات تولید شده می‌باشد. تنش‌های پسماند می‌تواند روی دقت ابعادی، خواص مکانیکی و عملکرد قطعه اثرات منفی داشته باشد. در اغلب قطعات صنعتی مانند پره­های توربین، مقطع قطعه در طول آن تغیر می­کند که می­تواند در مقدار تنش­های پسماند تأثیرگذار باشد. مهمترین پارامترهای فرآیند ذوب انتخابی لیزری شامل توان لیزر، سرعت اسکن، ضخامت لایه­ها و فاصله هاشور مسیر اسکن می‌باشد. پارامترهای مذکور روی پروفیل حرارتی ایجاد شده در حین فرآیند ساخت موثراند؛ بنابراین می توانند در ایجاد تنش‌های پسماند در قطعات  نقش اساسی داده باشند. در این مقاله با روش تجربی تأثیر پارامتر فاصله هاشور مسیر اسکن روی مقدار تنش پسماند نمونه‌های اینکونل 625 با مقاطع متفاوت در فرآیند ذوب انتخابی لیزری مورد بررسی قرار گرفته است؛ به گونه­ای که چگالی انرژی از محدوده مناسب برای تراکم نمونه­ها خارج نشود. با استفاده از روش تست غیر مخرب پراش اشعه ایکس، تنش پسماند در مرکز سطح نمونه‌ها و فصل مشترک مقاطع نمونه­ها اندازه­گیری شده است. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش فاصله هاشور مسیر اسکن، مقدار تنش پسماند کاهش می­یابد. همچنین مقایسه مقدار تنش پسماند در مرکز سطح دو بخش پایینی و بالایی نمونه‌ها نشان می‌‌دهد که مقدار تنش پسماند در فصل مشترک دو سطح مقطع تقریباً به نصف کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental study of residual stress in parts with variable cross section in selective laser melting process

نویسندگان [English]

  • Morteza Mansouri 1
  • Afshin Kazerooni 2
  • Mohammad Meghdad Fallah 2
1 Department of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran.
2 Department of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

One of the major challenges in the selective laser melting process is the generation of residual stresses in the processed parts. The residual stress can have detrimental effects on the dimensional accuracy, mechanical properties and performance of the part. In most industrial components, such as turbine blades, the cross section of the part changes along its length which can affect  the amount of residual stress. The most important  parameters of selective laser melting process include laser power, scanning speed, layer thickness and hatch spacing. These parameters are effective on the thermal profile created during the manufacturing process. Therefore, they can play an essential role in the formation of residual stresses in parts. In this paper, the effect of hatch spacing parameter on the residual stress magnitude of Inconel 625 samples with different cross sections has been investigated experimentally; so that the energy density does not exceed the appropriate range for the density of the samples. Using the non-destructive X-ray diffraction method, the residual stresses measured in the center of the sample surface and the intersection of the two variable sections of the samples. The results showed that the use of a larger hatch space significantly reduces the amount of residual stress. Also, the comparison of the amount of residual stress in the center of the surface of the lower and upper parts of the samples shows that the amount of residual stress in the interface between the two cross sections is reduced by almost half.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Selective Laser Melting Process (SLM)
  • Residual Stress
  • Samples with variable cross section
  • Inconel 625

مراجع

[1] F. Xu, Y. Lv, Y. Liu, F. Shu, P. He, B. Xu, Microstructural evolution and mechanical properties of inconel 625 alloy during pulsed plasma arc deposition process, Journal of Materials Science & Technology, Vol. 29, No. 5, pp. 480– 488, 2013.
[2] Ö. Özgün, H. Özkan Gülsoy, R. Yilmaz, F. Findik, Injection molding of nickel based 625 superalloy: Sintering, heat treatment, microstructure and mechanical properties, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 546, pp. 192–207, 2013.
[3] C. Nath, Z. Brooks, T. R. Kurfess “ On Machinability Study and Process Optimization in Face Milling of stone Alloys with Indexable Copy Face Mill Inserts, Procedia Manufacturing, Vol. 1, pp. 487–500, 2015.
[4] M. A. Balbaa, M. A. Elbestawi, J. McIsaac., An experimental investigation of surface integrity in selective laser melting of Inconel 625, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 104, No. 9– 12, pp. 3511–3529, 2019.
[5] J. Zhang, S. Li, Q. Wei, Y. Shi, L. Wang, and L. Guo, Cracking behavior and inhibiting process of inconel 625 alloy formed by selective laser melting, Chinese Journal of Rare Metals, Vol. 39, pp. 961–966, 2015.
[6] JP. Kruth, J. Deckers, E. Yasa, R. Wauthle, Assessing and comparing influencing factors of residual stresses in selective laser melting using a novel analysis method, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, vol. 226, No. 6, pp. 980–991, 2012.
[7] A. S. Wu, D. W. Brown, M. Kumar, G. F. Gallegos, W. E. King, An experimental investigation into additive manufacturing-induced residual stresses in 316L stainless steel, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 45, pp 6260-6270, 2014.
[8] Y. Lu, S. Wu, Y. Gan, T. Huang, C. Yang, L. Junjie, J. Lin, Study on the microstructure, mechanical property and residual stress of SLM Inconel-718 alloy manufactured by differing island scanning strategy, Optics & Laser Technology, Vol. 75, pp. 197-206, 2015.
[9] I. Yadroitsev, I. Yadroitsava, Evaluation of residual stress in stainless steel 316L and Ti6Al4V samples produced by selective laser melting, Virtual and Physical Prototyping, Vol. 10, No. 2, pp. 67-76, 2015.
[10] L. M. Sochalski-Kolbus, E.A. Payzant, P.A. Cornwell, T.R. Watkins, S.S. Babu, R.R. Dehoff, M. Lorenz, O. Ovchinnikova, C. Duty, Comparison of residual stresses in inconel 718 simple parts made by electron beam melting and direct laser metal sintering, Metallurgical and Materials Transactions A, Vol.46, No.3, pp. 1419-1432, 2015.
[11] B. Cheng, S. Shrestha, K. Chou, Stress and deformation evaluations of scanning strategy effect in selective laser melting, Additive Manufacturing, Vol. 12, pp. 240-251, 2016.
[12] Z. Xiao, C. Chen, H. Zhu, Z. Hu, B. Nagarajan, L. Guo, X. Zeng, Study of residual stress in selective laser melting of Ti6Al4V, Materials & Design, Vol. 193, 2020.
[13] S. Zou, H. Xiao, F. Ye, Z. Li, W. Tang, F. Zhu, C. Chen, C. Zhu, Numerical analysis of the effect of the scan strategy on the residual stress in the multi-laser selective laser melting, Results in Physics, Vol. 16, 2020.
[14] Z. Tan, S. Gao, L. Lan, and B. He, Effect of Rescanning Strategy on Residual Stress and Distortion of Two alloys Manufactured by Selective Laser Melting, Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 30, pp. 6493–6501, 2021.
[15] S. Gao, Z. Tan, L. Lan, G. Lu, B. He, Experimental Investigation and Numerical Simulation of Residual Stress and Distortion of Ti6Al4V Components Manufactured Using Selective Laser Melting, Journal of Materials Engineering and Performance, 2022.
[16] P. Mercelis, J. P. Kruth. Residual stresses in selective laser sintering and selective laser melting, Rapid Prototyping Journal, Vol. 12, pp. 254-265, 2006.
[17] S. Kou, Welding Metallurgy, Second Edittion, Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, 2002.
[18] H. Shipley, D. McDonnell, M. Culleton, R. Coull, R. Lupoi, G. O'Donnell, D. Trimble, Optimisation of process parameters to address fundamental challenges during selective laser melting of Ti-6Al-4V: a review, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 128, pp. 1-20, 2018.
[19] C. Pleass, S. Jothi, Influence of powder characteristics and additive manufacturing process parameters on the microstructure and mechanical behaviour of Inconel 625 fabricated by Selective Laser Melting, Additive Manufacturing, Vol. 24, 419–431, 2018.
مهندسی ساخت و تولید ایران
دوره 9، شماره 2
اردیبهشت 1401
صفحه 8-17

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار