تحلیل عددی پاشش حرارتی پوشش‌های استلایت-6 روی بستر فولادی

نوع مقاله : مکانیک جامدات

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز، اهواز، ایران

2 نویسنده مسئول: استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز، اهواز، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز، اهواز، ایران

چکیده

در این مطالعه از روش المان محدود برای شبیه‌سازی پاشش حرارتی میکرو ذرات استلایت-6 روی زیرلایه فولادی استفاده‌شده است. اثر اندازه ذرات، دمای پیش‌گرمایش زیرلایه و زاویه پاشش بر روی پارامترهای خروجی فرآیند ازجمله تنش، کرنش پلاستیک معادل، عمق نفوذ و توزیع دما بررسی‌شده‌اند. از طراحی آزمایش‌ها برای تعیین تعداد شبیه‌سازی‌ها و ترکیب پارامترهای ورودی استفاده‌شده است. برای بررسی رابطه بین پارامترهای ورودی و خروجی، روش سطح پاسخ مورداستفاده قرارگرفته است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که عمق نفوذ به‌عنوان عامل اصلی مؤثر بر استحکام پیوند، به‌شدت به‌اندازه ذرات وابسته است. همچنین زاویه پاشش به‌عنوان یک پارامتر مهم و تأثیرگذار بر روی عمق نفوذ شناسایی می‌شود. از سوی دیگر، دمای پیش‌گرمایش زیرلایه تأثیر قابل‌ملاحظه‌ای بر روی نتایج ندارد. بر اساس نتایج شبیه‌سازی، مشاهده می‌شود که عمق نفوذ با افزایش اندازه ذرات و همچنین زاویه پاشش افزایش‌یافته و در زاویه پاشش 90 درجه، به حداکثر مقدار خود می‌رسد.

تازه های تحقیق

  • در این مطالعه، فرآیند پاشش حرارتی ذرات سرامیکی بر روی سطح فولاد با استفاده از روش اجزاء محدود شبیه‌سازی‌شده است.
  • از روش سطح پاسخ برای بررسی اثر پارامترهای ورودی بر روی نتایج لایه‌نشانی استفاده‌شده است.
  • اندازه ذرات و زاویه پاشش به‌عنوان دو عامل تأثیرگذار بر روی عمق نفوذ شناسایی‌شده‌اند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Finite Element Analysis of Thermal Sprayed Stellite-6 Coatings on Steel Substrate

نویسندگان [English]

  • Mohammad Hajipour 1
  • Erfan Mirshekari 2
  • Shahram Shahrooi 3
1 Ph.D. Student, Department of Mechanical Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
2 Corresponding author: Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
3 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
چکیده [English]

In this study, finite element method is applied to simulate thermal spraying of Stellite-6 microparticles on steel substrate. The effects of particle size, substrate pre-heating temperature and spraying angle are investigated on the process output parameters including stress, equivalent plastic strain, penetration depth, and temperature distribution. The simulations are designed and performed based on the Design of Experiments (DOE). Response surface methodology (RSM) is used to explore the relationships between the input factors and responses. The simulation results revealed that penetration depth as the main factor, affecting the bonding strength of coating, is highly dependent on the particle size. Spraying angle is also found to be a significant and effective parameter on the penetration depth. On the other hand, the pre-heating temperature of the substrate is observed to have no substantial effect on the penetration depth.The depth of penetration increases with increasing the particle size and spraying angle, and reaches its maximum value in spraying angle of 90˚.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thermal spraying
  • Finite element
  • Stellite-6
  • PEEQ
  • Response surface methodology

Smiley face

مراجع

[1] Matthews S, Berger L-M. Inter-diffusion between thermally sprayed Cr3C2-NiCr coatings and an Alloy 625 substrate during long-term exposure at 500 °C, 700 °C and 900 °C. Journal of Alloys and Compounds. 2019;770:1078-99.##
[2] Tillmann W, Kokalj D, Stangier D. Optimization of the deposition parameters of Ni-20Cr thin films on thermally sprayed Al2O3 for sensor application. Surface and Coatings Technology. 2018;344:223-32.##
[3] Fanicchia F, Maeder X, Ast J, Taylor AA, Guo Y, Polyakov MN, et al. Residual stress and adhesion of thermal spray coatings: Microscopic view by solidification and crystallisation analysis in the epitaxial CoNiCrAlY single splat. Materials & Design. 2018;153:36-46.##
[4] Saini H, Kumar D, Shukla VN. Hot Corrosion behaviour of Nanostructured Cermet based Coatings Deposited by Different Thermal Spray Techniques: A Review. Materials Today: Proceedings. 2017;4(2, Part A):541-5.##
[5] Ahmed R. Contact fatigue failure modes of HVOF coatings. Wear. 2002;253(3):473-87.##
[6] Yu M, Li WY, Wang FF, Suo XK, Liao HL. Effect of particle and substrate preheating on particle deformation behavior in cold spraying. Surface and Coatings Technology. 2013;220:174-8.##
[7] Trompetter W, Hyland M, McGrouther D, Munroe P, Markwitz A. Effect of substrate hardness on splat morphology in high-velocity thermal spray coatings. Journal of Thermal Spray Technology. 2006;15(4):663-9.##
[8] Xie J, Nélias D, Walter-Le Berre H, Ogawa K, Ichikawa Y. Simulation of the Cold Spray Particle Deposition Process. Journal of Tribology. 2015;137(4):1-15.##
[9] Li W-Y, Yin S, Wang X-F. Numerical investigations of the effect of oblique impact on particle deformation in cold spraying by the SPH method. Applied Surface Science. 2010;256(12):3725-34.##
[10] Wang X, Feng F, Klecka MA, Mordasky MD, Garofano JK, El-Wardany T, et al. Characterization and modeling of the bonding process in cold spray additive manufacturing. Additive Manufacturing. 2015;8:149-62.##
[11] Johnson GR. A constitutive model and data for materials subjected to large strains, high strain rates, and high temperatures. Proc 7th Inf Sympo Ballistics. 1983:541-7.##
[12] Johnson GR, Cook WH. Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures. Engineering Fracture Mechanics. 1985;21(1):31-48.##
[13] Ugur L. 3D end milling of AISI 1040 finite element thermal analysis. Journal of Engineering Research and Applied Science. 2019;8(2):1286-1290.##
[14] Azizpour MJ, Tolouei-Rad M. Evaluation of residual stress in HVOF stellite-6 coatings using noncontact drilling. Materials Research Express. 2019;6:066577.##
[15] Yu T, Chen M, Wu Z. Experimental and numerical study of deposition mechanisms for cold spray additive manufacturing process. Chinese Journal of Aeronautics. 2022;35(2): 276-290.##
مکانیک هوافضا
دوره 19، شماره 2 - شماره پیاپی 72
شماره پیاپی 72، فصلنامه تابستان
شهریور 1402
صفحه 25-39

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 21 آبان 1401
  • تاریخ بازنگری: 27 دی 1401
  • تاریخ پذیرش: 24 بهمن 1401
  • تاریخ انتشار: 01 اردیبهشت 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار