چکیده
این مقاله به بررسی ترک‌ها و عیوب حفره‌دار (پوکی) حاصل از کلاف‌کاری لیزری با سرعت بالا روی پوشش‌های آلیاژی مبتنی بر آهن بر سطح ستون‌های تکیه‌گاهی هیدرولیک می‌پردازد. این مطالعه با ترکیب اصول جامدسازی متالورژیکی و استفاده از طیف‌سنجی پراکندگی انرژی (EDS) برای تحلیل نقطه‌ای و خطی عناصر پوشش، علل این عیوب را از نظر ترکیب ماده کلاف‌کاری و پارامترهای فرآیند به طور سیستماتیک بررسی می‌کند. نتایج نشان می‌دهد که جدایش عناصر B و Si، رسوب کاربیدهای Cr-Mo-C و رفتار انتقال فازی ماتریس، عوامل اصلی ایجاد ترک و تخلخل هستند. پارامترهای فرآیند مانند توان لیزر، سرعت اسکن، نرخ تغذیه پودر و تعداد لایه‌های پوشش‌دهی، در صورت عدم تنظیم صحیح، می‌توانند تشکیل نقص‌ها را تشدید کنند. این مطالعه مبنای نظری برای کاربرد صنعتی فناوری پوشش‌دهی لیزری با سرعت بالا بر روی سطوح تکیه‌گاهی هیدرولیک فراهم می‌کند.

مقدمه
در حین بهره‌برداری، ستون‌های حمایتی هیدرولیک تحت بارهای متناوب قرار می‌گیرند که منجر به سایش و خوردگی سطح می‌شود. فناوری پوشش‌دهی لیزری با سرعت بالا به‌دلیل کارایی بالا، نسبت کم آلیاژسازی و ناحیه موضعی تحت تأثیر حرارت، به روشی مؤثر برای تقویت و تعمیر سطح تبدیل شده است. با این حال، ترک‌ها و نقص‌های متخلخل در لایه پوشش‌دهی به‌طور جدی عملکرد خدماتی این پوشش‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهند و نیاز به تحلیل سیستماتیک مکانیزم‌های شکل‌گیری آن‌ها وجود دارد.

۱. تحلیل تشکیل ترک
1.1 عوامل مادی

جدایش B و Si: وقتی محتوای B از ۰.۵۱TP3T فراتر رود، با نیکل و سیلیکون در مرز دانه ها اتکتیک‌هایی با نقطه ذوب پایین تشکیل می‌دهد که لایه سیالی ایجاد کرده و پیوند مرز دانه ها را تضعیف می‌کند و بدین ترتیب شروع و گسترش ترک را تسهیل می‌نماید.

تأثیر عناصر سیلیسیم و منگنز: Si ویسکوزیته حوضچه مذاب را افزایش می‌دهد و مانع خروج گاز می‌شود، در حالی که Mn تشکیل دانه‌ریزه‌های MnS را ترویج می‌کند که به منبع ترک‌ها تبدیل می‌شوند.

اثر هم‌افزایی Cr-Mo-Cکروم و کبالت کاربیدهایی مانند Cr₂₃C₆ و Cr₇C₃ تشکیل می‌دهند، در حالی که مولیبدن کاربید Mo₂C را می‌سازد. رسوب این کاربیدها منجر به جمع‌شدگی حجمی می‌شود که همراه با تنش حرارتی، تنش باقیمانده را افزایش داده و باعث ایجاد ترک می‌شود.

گذار فازی در ماتریس 27SiMnتبدیل آستنیت به مارتنزیت منجر به انبساط حجمی و تنش برشی می‌شود که خطر جداشدگی سطحی را افزایش می‌دهد.

1.2 عوامل فرآیندی

توان لیزر بیش از حدتوان بالای لیزر شیب دما را افزایش داده و تنش حرارتی را متمرکز می‌کند.

سرعت اسکن سریعسرعت اسکن بالا زمان انجماد را کاهش داده و نرخ خنک‌شدن را افزایش می‌دهد که منجر به تشدید تمرکز تنش می‌شود.

تعداد بیش از حد لایه‌های روکشتعداد زیاد لایه‌های روکش منجر به ایجاد تنش انباشته‌شده بین لایه‌ها می‌شود که در صورت فراتر رفتن از حد تنش تسلیم ماده، باعث ایجاد ترک می‌شود.

۲. تحلیل تشکیل تخلخل
2.1 عوامل مادی

واکنش B با OB با اکسیژن واکنش داده و B₂O₃ فرار تولید می‌کند که باعث ایجاد حباب‌های گازی در حوضچه مذاب می‌شود.

اکسیداسیون مولیبدنمولیبدن اکسید شده و MoO₃ تشکیل می‌دهد که به‌عنوان هسته برای تشکیل حباب گاز عمل می‌کند.

تشکیل دانه‌وارهای مرکبسیلیکون با کربن واکنش داده و سیلیکون‌کاربید (SiC) تشکیل می‌دهد، در حالی که سیلیکون‌دی‌اکسید (SiO₂) دانه‌واره‌های کامپوزیتی ایجاد می‌کند که مانع خروج حباب‌های گاز می‌شوند.

تبخیر منگنزتبخیر منگنز در حوضچه مذاب باعث ایجاد آشفتگی، به دام افتادن گازها و ایجاد تخلخل می‌شود.

یوتکتیک‌های با نقطه ذوب پایینتشکیل آلیاژهای دوفازی با نقطه ذوب پایین مانند SiO₂ و B₂O₃، گاز را در ماده به دام می‌اندازد.

2.2 عوامل فرآیندی

جریان ناپایدار گازتأمین ناپایدار گاز منجر به محافظت ضعیف یا آشفتگی در حوضچه مذاب می‌شود.

نرخ تغذیه بیش از حد پودر: استفاده بیش از حد از خوراک پودری می‌تواند باعث گلوله‌شدن و به دام افتادن حباب‌های گاز شود.

نامطابقت توان لیزر و سرعت اسکناگر توان لیزر و سرعت اسکن به‌درستی هماهنگ نباشند، بر جریان حوضچه مذاب و خروج گازها تأثیر می‌گذارد.

۳. اثرات هم‌افزایی ترک‌ها و تخلخل
متخلل‌پذیری به‌عنوان منبع تمرکز تنش عمل می‌کند، ضریب شدت تنش را در نوک ترک افزایش داده و گسترش ترک را تسریع می‌نماید. در حین گسترش ترک، سطوح تازه گاز را جذب می‌کنند که این امر تراکم و اکسیداسیون متخلل‌پذیری را بیش‌تر ترویج می‌دهد و منجر به شبکه‌ای پیچیده از آسیب‌ها می‌شود که به‌طور قابل‌توجهی عمر خستگی ماده را کاهش می‌دهد.

۴. نتیجه‌گیری

تشکیل ترکترک‌ها عمدتاً ناشی از جدایش B و Si، رسوب کاربید و تغییرات فازی در ماتریس هستند. پارامترهای فرآیند بر تنش حرارتی و رفتار جامدشدن تأثیر می‌گذارند.

تشکیل تخلخل: تخلخل ارتباط نزدیکی با فرارپذیری، اکسیداسیون و رفتار شمول عناصری مانند B، Mo، Si و Mn دارد. پارامترهای فرآیند، اخراج گازها را کنترل می‌کنند.

اقدامات کنترلی مؤثرکنترل محتوای B و Si به کمتر از ۰٫۵۱TP3T، بهینه‌سازی نسبت Cr/Mo و افزایش محتوای Ni می‌تواند به‌طور مؤثر از بروز نواقص جلوگیری کند.

مکانیسم آسیب هم‌افزاترک‌ها و تخلخل مکانیزم آسیب‌رسانی هم‌افزا را نشان می‌دهند که نیازمند رویکردی جامع از طریق طراحی ترکیب مواد و بهینه‌سازی فرآیند است.