บทคัดย่อ
บทความนี้ศึกษาการเกิดรอยแตกและข้อบกพร่องจากความพรุนในกระบวนการเคลือบโลหะด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงบนผิวของเสาค้ำยันไฮดรอลิกที่ผลิตจากโลหะผสมเหล็ก โดยอาศัยหลักการของการแข็งตัวทางโลหะวิทยาและใช้เทคนิคสเปกโทรสโกปีกระจายพลังงาน (Energy Dispersive Spectroscopy: EDS) ในการวิเคราะห์องค์ประกอบของชั้นเคลือบทั้งแบบจุดและแบบเส้น งานวิจัยนี้ได้ศึกษาสาเหตุของข้อบกพร่องดังกล่าวอย่างเป็นระบบ โดยพิจารณาจากองค์ประกอบของวัสดุเคลือบและพารามิเตอร์ของกระบวนการผลิตผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการแยกตัวของธาตุ B และ Si การตกตะกอนของคาร์ไบด์ Cr-Mo-C และพฤติกรรมการเปลี่ยนเฟสของเมทริกซ์เป็นปัจจัยหลักที่ก่อให้เกิดรอยแตกและความพรุน พารามิเตอร์ของกระบวนการ เช่น กำลังเลเซอร์ ความเร็วในการสแกน อัตราการป้อนผง และจำนวนชั้นเคลือบ สามารถทำให้การเกิดข้อบกพร่องรุนแรงขึ้นได้หากไม่ได้รับการปรับอย่างเหมาะสม การศึกษานี้ให้พื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการเคลือบด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงในอุตสาหกรรมบนพื้นผิวรองรับไฮดรอลิก.

บทนำ
ระหว่างการทำงาน เสาค้ำยันไฮดรอลิกจะถูกโหลดสลับกัน ซึ่งนำไปสู่การสึกหรอและการกัดกร่อนบนพื้นผิว เทคโนโลยีการเคลือบผิวด้วยเลเซอร์ความเร็วสูงได้กลายเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการเสริมความแข็งแรงและซ่อมแซมพื้นผิว เนื่องจากมีประสิทธิภาพสูง อัตราการเจือจางต่ำ และบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนเฉพาะจุด อย่างไรก็ตาม รอยแตกและข้อบกพร่องของรูพรุนภายในชั้นเคลือบส่งผลต่อประสิทธิภาพการใช้งานของสารเคลือบเหล่านี้อย่างรุนแรง และมีความจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์เชิงระบบเกี่ยวกับกลไกการก่อตัวของข้อบกพร่องเหล่านี้.

1. การวิเคราะห์การเกิดรอยแตก
1.1 ปัจจัยสำคัญ

การแยกตัวของ B และ Si: เมื่อปริมาณ B เกิน 0.5% จะก่อให้เกิดอีวเทคติกที่มีจุดหลอมเหลวต่ำร่วมกับ Ni และ Si ที่ขอบเขตของเกรน สร้างฟิล์มเหลวที่ทำให้ความแข็งแรงของขอบเขตเกรนอ่อนแอลง ซึ่งส่งเสริมการเริ่มต้นและการแพร่กระจายของรอยแตก.

อิทธิพลของธาตุ Si และ Mn: ซีทำให้ความหนืดของสระหลอมเหลวเพิ่มขึ้น ทำให้การขับแก๊สเป็นไปได้ยากขึ้น ในขณะที่แมงกานีสส่งเสริมการเกิดของสิ่งเจือปน MnS ซึ่งกลายเป็นแหล่งกำเนิดรอยแตก.

ผลเสริมฤทธิ์ของ Cr-Mo-C: Cr และ C จะก่อตัวเป็นคาร์ไบด์ เช่น Cr₂₃C₆ และ Cr₇C₃ ในขณะที่ Mo จะก่อตัวเป็น Mo₂C การตกตะกอนของคาร์ไบด์เหล่านี้ทำให้เกิดการหดตัวในปริมาตร ซึ่งเมื่อรวมกับแรงเค้นจากความร้อน จะเพิ่มแรงเค้นตกค้างและก่อให้เกิดการแตกร้าว.

การเปลี่ยนเฟสในเมทริกซ์ 27SiMn: การเปลี่ยนรูปของออสเทนไนต์เป็นมาร์เทนไซต์ทำให้เกิดการขยายตัวเชิงปริมาตรและความเค้นเฉือน ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงต่อการลอกตัวของผิวหน้า.

1.2 ปัจจัยกระบวนการ

กำลังเลเซอร์เกิน: กำลังเลเซอร์สูงเพิ่มค่าความชันของอุณหภูมิ ทำให้ความเค้นทางความร้อนเข้มข้นขึ้น.

ความเร็วในการสแกนสูง: ความเร็วในการสแกนที่สูงช่วยลดเวลาการแข็งตัวและเพิ่มอัตราการระบายความร้อน ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มความเข้มข้นของความเค้น.

จำนวนชั้นของวัสดุหุ้มที่มากเกินไป: การมีชั้นเคลือบมากเกินไปจะก่อให้เกิดความเค้นสะสมระหว่างชั้น ซึ่งเมื่อเกินกว่าความต้านทานแรงดึงของวัสดุ จะทำให้เกิดรอยร้าว.

2. การวิเคราะห์การเกิดรูพรุน
2.1 ปัจจัยสำคัญ

ปฏิกิริยาของ B กับ O: B ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อสร้าง B₂O₃ ที่ระเหยได้ ซึ่งจะสร้างฟองก๊าซในสระหลอมเหลว.

การออกซิเดชันของ Mo: โมออกซิไดซ์เพื่อสร้าง MoO₃ ซึ่งทำหน้าที่เป็นแกนสำหรับการเกิดฟองก๊าซ.

การก่อตัวของสารประกอบรวม: ซิลิคอนทำปฏิกิริยากับคาร์บอนเพื่อสร้างซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ในขณะที่ซิลิคอนออกไซด์สร้างสารประกอบรวมที่เป็นอุปสรรคต่อการขับไล่ฟองอากาศ.

การระเหยของ Mn: การระเหยของ Mn ก่อให้เกิดความปั่นป่วนในแอ่งหลอมเหลว ทำให้ก๊าซติดอยู่และเกิดรูพรุน.

อีวเทคติกส์ที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ: การก่อตัวของอีวเทคติกที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ เช่น SiO₂ และ B₂O₃ จะกักเก็บก๊าซไว้ในวัสดุ.

2.2 ปัจจัยกระบวนการ

การไหลของก๊าซที่ไม่เสถียร: การส่งก๊าซที่ไม่เสถียรนำไปสู่การป้องกันที่ไม่ดีหรือการเกิดกระแสลมในสระหลอมเหลว.

อัตราการป้อนผงเกิน: การป้อนผงมากเกินไปอาจทำให้เกิดการจับตัวเป็นก้อนและกักเก็บฟองอากาศ.

ความไม่สอดคล้องของกำลังเลเซอร์และความเร็วในการสแกน: หากกำลังของเลเซอร์และความเร็วในการสแกนไม่เหมาะสมกัน จะส่งผลต่อการไหลของสระหลอมละลายและการขับไล่ก๊าซ.

3. ผลกระทบเชิงสังเคราะห์ของรอยแตกและความพรุน
ความพรุนทำหน้าที่เป็นแหล่งรวมความเค้น เพิ่มค่าปัจจัยความเข้มของความเค้นที่ปลายรอยแตกและเร่งการขยายตัวของรอยแตก ในระหว่างการขยายตัวของรอยแตก พื้นผิวใหม่จะดูดซับก๊าซ ซึ่งส่งเสริมการรวมตัวและการออกซิเดชันของความพรุนมากขึ้น นำไปสู่เครือข่ายความเสียหายที่ซับซ้อนซึ่งลดอายุการใช้งานของวัสดุอย่างมาก.

4. สรุป

การเกิดรอยแตก: รอยแตกเกิดขึ้นหลักจากการแยกตัวของ B และ Si การตกตะกอนของคาร์ไบด์ และการเปลี่ยนเฟสในเมทริกซ์ พารามิเตอร์ของกระบวนการมีผลต่อความเค้นทางความร้อนและพฤติกรรมการแข็งตัว.

การเกิดรูพรุน: ความพรุนมีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับความผันผวน การเกิดออกซิเดชัน และพฤติกรรมการรวมตัวของธาตุต่างๆ เช่น B, Mo, Si และ Mn พารามิเตอร์ของกระบวนการควบคุมการขับไล่ก๊าซ.

มาตรการควบคุมที่มีประสิทธิภาพ: การควบคุมปริมาณ B และ Si ให้ต่ำกว่า 0.5%, การปรับอัตราส่วน Cr/Mo ให้เหมาะสม และการเพิ่มปริมาณ Ni สามารถยับยั้งข้อบกพร่องได้อย่างมีประสิทธิภาพ.

กลไกความเสียหายแบบเสริมฤทธิ์: รอยแตกและความพรุนแสดงกลไกความเสียหายแบบเสริมฤทธิ์กัน ซึ่งต้องการแนวทางที่ครอบคลุมผ่านการออกแบบองค์ประกอบวัสดุและการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ.