تجزیه و تحلیل رابطه بین ترک ها و استرس داخلی باقیمانده در فرآیند روکش لیزر
به عنوان یک فناوری کلیدی در زمینه هایی مانند تولید مکانیکی و هوافضا ، روکش لیزر معمولاً برای ترمیم قطعات ، تقویت سطح و آماده سازی پوشش عملکردی استفاده می شود. در حالی که ویژگی اصلی آن "گرمایش سریع و خنک کننده سریع" روکش کارآمد را امکان پذیر می کند ، به راحتی استرس داخلی باقیمانده بین لایه روکش و بستر را القا می کند. هنگامی که استرس داخلی از قدرت عملکرد لایه روکش فراتر رود ، ترک ها شروع می شوند ، که به طور جدی بر کیفیت محصول و عمر خدمات تأثیر می گذارد. این مقاله به طور منظم انواع ، علل استرس داخلی باقیمانده در روکش لیزر و همبستگی آنها با ترک ها را تجزیه و تحلیل می کند و منابع نظری را برای حل مشکلات ترک در صنعت فراهم می کند.
استرس حرارتی روکش لیزر: عامل اصلی محرک برای تشکیل ترک
استرس حرارتی استرس داخلی باقیمانده است که بیشترین تأثیر را در ترک در روکش لیزر دارد و تشکیل آن مستقیماً با "اختلاف دما" و "تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی" مرتبط است. در حین عمل لیزر ، لایه روکش فوراً به حالت مذاب گرم می شود ، در حالی که دمای بستر نزدیک به دمای اتاق است و در نتیجه اختلاف دما قابل توجهی بین این دو ایجاد می شود. در مرحله خنک کننده ، لایه روکش باید به سرعت کوچک شود. با این حال ، به دلیل بستر دارای ضریب پایین تر از گسترش حرارتی نسبت به لایه روکش (به عنوان مثال ، آلیاژ روکش دار و بستر فولاد کربن) ، انقباض بستر بسیار کوچکتر است. انقباض لایه روکش توسط بستر محدود می شود و منجر به تجمع استرس کششی می شود. مطالعات شبیه سازی در مورد روکش لیزر چند {6} Pass نشان می دهد که این "گسترش حرارتی و انقباض" همچنین باعث تغییر شکل ناهموار لایه روکش شده ، افزایش غلظت استرس و در نهایت تبدیل شدن به یک القاء اصلی برای شروع ترک است.
روکش لیزر استرس ساختاری: یک خطر بالقوه ناشی از تحول فاز میکروسکوپی
استرس ساختاری از تبدیل فاز کریستالی "فلز مایع به فلز جامد" در طی فرآیند روکش لیزر ، ناشی از تحول ساختار میکروسکوپی ناهموار ناشی می شود. پس از ذوب شدن مواد روکش و بستر ، فلز مایع انواع مختلفی از ساختارهای جامد (مانند مارتنزیت و آستنیت) را در حین خنک کننده و جامد سازی تشکیل می دهد و در حجم خاص ساختارهای مختلف تفاوت هایی وجود دارد. در همین حال ، تفاوت ترکیبی بین لایه روکش دار و بستر (به عنوان مثال ، لایه روکش حاوی عناصری مانند تنگستن و کروم است ، در حالی که بستر از جنس استیل معمولی است) بیشتر تفاوت در ساختار میکروسکوپی را پس از تبلور گسترش می دهد و منجر به "ناسازگاری" در تغییر حجم می شود. این عدم هماهنگی در لایه روکش محدود شده و در نهایت به استرس ساختاری تبدیل می شود. اگرچه تأثیر آن بر روی ترک ها ضعیف تر از استرس حرارتی است ، اما استرس {6} را ایجاد می کند} مناطق ضعیف در داخل لایه روکش دار ، کانال هایی را برای انتشار ترک فراهم می کند.
تنش محدودیت روکش لیزر: یک نقطه خطر شکستگی با دو تحول مرحله-
استرس محدودیت استرس ناشی از ایجاد لایه روکش توسط بستر در طی دو مرحله "گرمایش و انبساط" و "خنک کننده و انقباض" است و یک فرایند تحول استرس آشکار وجود دارد. در مرحله گرمایش ، اولین ماده ذوب شده در استخر مذاب هنگام گرم شدن گسترش می یابد ، اما بستر اطراف آن در حالت سفت و سخت دمای پایین {1} باقی می ماند و باعث گسترش آن می شود ، بنابراین استرس فشاری را در لایه روکش ایجاد می کند. در مرحله خنک کننده ، لایه روکش گرم (و پوشش کامپوزیت) نیاز به کوچک شدن دارد ، اما توسط بستر با دمای پایین تر و استحکام بالاتر محدود می شود ، بنابراین استرس فشاری به تدریج به استرس کششی تبدیل می شود. مطالعات نشان داده اند که چقرمگی لایه های روکش لیزر به طور کلی کم است ، و استرس نهایی که می توانند در برابر آنها مقاومت کنند بسیار پایین تر از ارزش بحرانی برای شکستگی شکننده ناشی از استرس کششی است و باعث می شود محدودیت به یک خطر مهم برای شروع ترک باشد.
تفاوت در تأثیر سه نوع استرس داخلی باقیمانده بر ترک در روکش لیزر
اگرچه سه نوع استرس داخلی باقیمانده در روکش لیزر باعث ترک خوردگی می شود ، اما علل و تأثیرات آنها به طور قابل توجهی متفاوت است. از منظر علل اصلی: استرس حرارتی ناشی از اختلاف دمای ماکروسکوپی و اختلاف خاصیت مواد است. استرس ساختاری ناشی از تغییرات حجم ناشی از تحول فاز میکروسکوپی است. استرس محدودیت گسترش و پاسخ انقباض تحت محدودیت بستر است. از منظر درجه تأثیر: استرس حرارتی قوی ترین اثر رانندگی بر روی ترک ها را دارد ، که می تواند به لایه روکش - رابط بستر نفوذ کند و باعث ترک های سطحی شود. استرس محدودیت به طور مستقیم باعث شکستگی شکننده به دلیل استرس کششی می شود و دومین تأثیر قوی دارد. استرس ساختاری عمدتاً در داخل لایه روکش متمرکز است و بیشتر باعث ریزگردها محلی می شود. از منظر ویژگی های توزیع: استرس حرارتی به طور ناهموار توزیع می شود. استرس محدودیت تحول مرحله آشکار است. استرس ساختاری در مناطق فعال تحول فاز متمرکز است.
اجزای اصلی سیستم روکش لیزر
دستورالعمل ها برای کنترل ترک خوردگی لیزر
به طور خلاصه ، جوهر ترک های روکش لیزر نتیجه استرس داخلی باقیمانده بیش از ظرفیت تحمل لایه روکش است. در میان آنها ، استرس حرارتی عامل اصلی محرک است ، استرس محدودیت عامل تحریک مستقیم است و استرس ساختاری شرایطی را برای انتشار ترک ایجاد می کند. بر این اساس ، کنترل ترک های روکش لیزر باید بر "کاهش استرس حرارتی" مانند بهینه سازی قدرت لیزر و سرعت اسکن برای کاهش سرعت خنک کننده یا انتخاب مواد روکش دار با ضریب انبساط حرارتی مطابق با بستر متمرکز شود. در عین حال ، با تنظیم ترکیب مواد روکش دار برای به حداقل رساندن تفاوت در ساختار میکروسکوپی می توان استرس ساختاری را کاهش داد و استرس محدودیت را می توان با گرم کردن بستر کاهش داد. این مقاله با تجزیه و تحلیل رابطه بین سه نوع استرس داخلی و ترک های باقیمانده ، جهت روشنی را برای بهینه سازی فرآیند فناوری روکش لیزر فراهم می کند و به بهبود قابلیت اطمینان و عمر خدمات لیزر- محصولات چسبانده کمک می کند.