پژوهشنامه ریخته گری

پژوهشنامه ریخته گری

شبیه سازی حرارتی فرایند روکش‌کاری لیزری پوشش آلیاژ آنتروپی بالا TiNiCrMoW-ZrB2 روی سوپرآلیاژIN738

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکترای تخصصی، گروه مهندسی مواد، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران
2 دانشیار، گروه مهندسی مواد، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران
3 دکترای مهندسی مواد، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران
4 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه مهندسی آمیرتا، آمیرتا ویشوا ویدیاپیتهام، کویمباتور 641112، هندوستان
10.22034/frj.2025.556115.1214
چکیده
در این مقاله، فرآیند روکش‌کاری لیزری پوشش از جنس آلیاژ آنتروپی بالای TiNiCrMoW-ZrB2 روی سوپرآلیاژ اینکونل 738 (IN738) به‌صورت عددی و با استفاده از نرم‌افزار Sysweld شبیه‌سازی شده است. هدف از این مطالعه، پیش‌بینی دقیق میدان دما، گرادیان‌های دمایی، ابعاد حوضچه مذاب و بررسی تأثیر پارامترهای فرآیند مانند توان لیزر، سرعت روبش و نرخ تغذیه پودر است. مدل اجزای محدود سه‌بعدی طراحی‌شده با در نظر گرفتن انتقال حرارت رسانشی، همرفتی و تابشی، توانست رفتار حرارتی فرآیند را با دقت بالا بازتولید کند. در مدل‌سازی عددی، از منبع حرارتی گاوسی با توزیع توان بیضوی برای بازنمایی دقیق پرتو لیزر استفاده شد و شرایط مرزی شامل رسانش در زیرلایه، همرفت سطحی و تابش حرارتی به محیط اعمال گردید تا رفتار واقعی انتقال حرارت در فرآیند شبیه‌سازی بازتولید شود. نتایج شبیه‌سازی نشان داد افزایش توان لیزر و کاهش سرعت روبش منجر به افزایش دمای حوضچه مذاب، بهبود ذوب و چسبندگی متالورژیکی می‌شود. مقایسه‌ی داده‌های عددی با نتایج تجربی حاصل از اندازه‌گیری ترموکوپل‌ها همخوانی بسیار خوبی داشت که صحت مدل را تأیید می‌کند. در مجموع، استفاده از شبیه‌سازی حرارتی روشی مؤثر برای بهینه‌سازی پارامترهای فرآیند، کاهش هزینه‌ها و درک عمیق‌تر از رفتار حرارتی و ریزساختاری آلیاژهای آنتروپی بالا در روکش‌کاری لیزری به شمار می‌رود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]      Kermani F., Momeni H., ShojaRazavi R., Borhani M., Laser cladding of IN625 on Rene125 Superalloy: effect of tailored post-heat treatments on interfacial properties, Results in Engineering, 2025, 107345.
[2]      Najmi M., Mirbagheri S.M.H., Salehi A., Microstructure characterization and creep behavior on the casting CMM88Y super alloy turbine blade, Founding Research Journal, 2022, 6(2)113-124.
[3]      Tan Q., Liu K., Li J., Geng S., Sun L., Skuratov V., A review on cracking mechanism and suppression strategy of nickel-based superalloys during laser cladding, Journal of Alloys and Compounds, 2024, 1001, 175164.
[4]      Samiee M., Shajari Y., Razavi S.H., Seyedraoufi Z.S., The effect of cryogenic treatment on the rejuvenation of exposed IN738LC gas turbine blade, Founding Research Journal, 2019, 3(3)163-174.
[5]      Nahavandi H., Khorsand H., Investigating the microstructure, mechanical and thermal properties of CuNiAlCrFe high entropy alloy made by VAR method. Founding Research Journal, 2024, 8(2) 107-115.
[6]      Wu Z., Taheri M., Shirvani K., Raji E., Torkamany M.J., Jelodar R.T., Development of NiCrFeCoBX eutectic high entropy alloy coating by laser cladding: investigation of microstructural, solidification, corrosion, and wear properties, Materials Chemistry and Physics, 2024, 320, 129428.
[7]      Pourmorad-Kaleybar S., Khorsand H., Investigating the microstructure and phase analysis of high entropy alloy CoCuFeMnNi made by vacuum induction furnace. Founding Research Journal, 2024, 8(2) 117-124.
[8]      Oketola A.M., Adegbola T.A., Jamiru T., Ogunbiyi O., Salifu S., Advances in high-entropy alloy research: Unraveling fabrication techniques, microstructural transformations, and mechanical properties, Journal of Bio-and Tribo-Corrosion, 2025, 11(3) 79.
[9]      Muvvala G., Karmakar D.P., Nath A.K., Online monitoring of thermo-cycles and its correlation with microstructure in laser cladding of nickel based super alloy, Optics and Lasers in Engineering, 2017, 88,139-152.
[10]    Urbanic R.J., Saqib S.M., Aggarwal K., Using predictive modeling and classification methods for single and overlapping bead laser cladding to understand bead geometry to process parameter relationships, Journal of Manufacturing Science and Engineering, 2016, 138(5) 051012.
[11]    Pinkerton A.J., Advances in the modeling of laser direct metal deposition, Journal of Laser Applications, 2015, 27(S1).
[12]    Bakhtiyari A.N., Wang Z., Wang L., Zheng H., A review on applications of artificial intelligence in modeling and optimization of laser beam machining, Optics & Laser Technology, 2021, 135, 106721.
[13]    Gao J., Wang C., Hao Y., Liang X., Zhao K., Prediction of TC11 single-track geometry in laser metal deposition based on back propagation neural network and random forest, Journal of Mechanical Science and Technology, 2022, 36(3) 1417-1425.
[14]    Chen B., Zhao Y., Yang H., Zhao J., Process parameters optimization and numerical simulation of AlCoCrFeNi high-entropy alloy coating via laser cladding, Materials, 2024, 17(17) 4243.
[15]    Cao Y., Yuan C., Zhang Y., Ma J., Laser cladding performance and process parameter optimization for Fe90 alloy, Metals, 2024, 14(12).
[16]    Wu D., Ding C., Jean M., Optimisation of response surface methodology based on finite element analysis for laser cladding of highly hardened WC (Co, Ni) coatings, Materials, 2025, 18(15) 3658.
[17]    Xiang D., Wang D., Wang S., Yan L., Chen Y., Analysis and optimization of laser cladding Ti-B4C composite coatings based on the interaction and GABP-NSGAII algorithm, Surface and Coatings Technology, 2024, 493, 131186.
[18]    Li C., Jia T., Han X., Jiang X., Study on parameter optimization of laser cladding Fe60 based on GA-BP neural network, Journal of Adhesion Science and Technology, 2023, 37(18) 2556-2586.
[19]    Gao Y., Jiang S., Tong Y., Bai S., Lu P., Temperature field simulation and experimental confirmation of laser cladding high-entropy alloy coating on Cr12MoV. Processes, 2024, 12(2) 257.
[20]    Chen B., Zhao Y., Yang H., Zhao J., Process parameters optimization and numerical simulation of AlCoCrFeNi high-entropy alloy coating via laser cladding, Materials, 2024, 17(17), 4243.
[21]    Berger A., Benito S., Konchits A., Laplanche G., Shanina B., Weber S., Thermophysical properties of equiatomic CrMnFeCoNi, CrFeCoNi, CrCoNi, and CrFeNi high-and medium-entropy alloys, Materials Today Communications, 2024, 39, 109341.
[22]    Sun Z., Shi C., Gao L., Lin S., Li W. Thermal physical properties of high entropy alloy Al0. 3CoCrFeNi at elevated temperatures, Journal of Alloys and Compounds, 2022, 901, 163554.
[23]    Cantor B., The thermodynamics of multicomponent high-entropy materials, Journal of Materials Science, 2025, 60(3) 1750-1764.