تعیین تاثیر فرایند سنگ زنی بر توزیع تنش پسماند در راستای ضخامت پوشش WC-10Co-4Cr به روش HVOF

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده مواد و انرژی، پژوهشگاه فضایی ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس

3 دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

امروزه کاربرد پوشش WC-10Co-4Cr ایجاد شده توسط HVOF، در قطعات کلیدی صنایع مختلف، به میزان قابل توجه­ای توسعه یافته­ است. این پوشش­ ها به­ منظور دستیابی به صافی سطحی مطلوب سنگ­زنی می­ شوند. در این مطالعه، به بررسی اندازه­ گیری تجربی و تحلیل المان محدود تنش پسماند پوشش پس از فرایند سنگ­ زنی، پرداخته شد. در اندازه­ گیری تجربی، تنش پسماند پوشش توسط تکنیک پراش اشعه ایکس (XRD) به روش sin2  تعیین شده و از فرایند برداشت شیمیایی ماده به­ منظور اندازه­ گیری تنش در راستای ضخامت پوشش به­ کار برده شد. در تحلیل المان محدود فرایند سنگ­ زنی پوشش، در ابتدا با اعمال فلاکس حرارتی ناشی از سنگ­ زنی، توزیع دمایی در قطعه حاصل می­ شود. سپس قطعه تا رسیدن به دمای محیط خنک می­ شود. تاریخچه دمایی حاصل از تحلیل حرارتی به تحلیل تنش اعمال شده و با اعمال نیروهای سنگ ­زنی و تنش پسماند ناشی از فرایند HVOF، توزیع نهایی تنش تعیین می­ شود. نتایج نشان داد که تطابق قابل قبولی مابین نتایج تجربی و شبیه­ سازی وجود دارد و پس از فرایند سنگ ­زنی، مقدار تنش پسماند فشاری سطحی پوشش، افزایش می­ یابد. همچنین در بررسی تجربی و شبیه­ سازی، افزایش تنش پسماند فشاری، در مقایسه با شرایط قبل از سنگ ­زنی به­ ترتیب تا عمقµm  100 وµm  120 می­ باشد. در عمق بیش­تر پوشش و همچنین در فصل اشتراک پوشش- زیرلایه افزایش تنش پسماند فشاری مشاهده نمی­ گردد.

کلیدواژه‌ها


1. M. Xie, S. Zhang, M. Li, Comparative investigation on HVOF sprayed carbide-based coatings, Applied Surface Science, 273(2013) 799-805.

2. Y. Wu, B. Wang, S. Hong, J. Zhang, Y. Qin, G. Li, Dry sliding wear properties of HVOF sprayed WC–10Co–4Cr coating, Transactions of the Indian Institute of Metals, 68(4) (2015)581-586.

3. A. K. Maiti, N. Mukhopadhyay, R. Raman, Improving the wear behavior of WC-CoCr-based HVOF coating by surface grinding, Journal of Materials Engineering and Performance, 18(8) (2009)1060-1066.

4.S. Hong, Y. P. Wu, W. W. Gao, B. Wang, W. M. Guo, J. R. Lin, Microstructural characterisation and microhardness distribution of HVOF sprayed WC-10Co-4Cr coating, Surface Engineering, 30(1) (2014) 53-58.

5.K. Murugan, A. Ragupathy, V. Balasubramanian, K. Sridhar, Optimizing HVOF spray process parameters to attain minimum porosity and maximum hardness in WC–10Co–4Cr coatings, Surface and Coatings Technology, 247(2014)90-102.

6. J. A. Picas, A. Forn, G. Matthäus, HVOF coatings as an alternative to hard chrome for pistons and valves, Wear, 261(5)(2006) 477-484.

7. W. Luo, U. Selvadurai, W. Tillmann, Effect of Residual Stress on the Wear Resistance of Thermal Spray Coatings, Journal of Thermal Spray Technology, 25(1-2) (2016) 321-330.

8. J. Stokes, L. Looney, Residual stress in HVOF thermally sprayed thick deposits, Surface and Coatings Technology, 177(2004)18-23.

9. Y. Y. Santana, P. O. Renault, M. Sebastiani, J. G. La Barbera, J. Lesage, E. Bemporad, E. Le Bourhis, E. S. Puchi-Cabrera, M. H. Staia, Characterization and residual stresses of WC–Co thermally sprayed coatings, Surface and Coatings Technology, 202(18)(2008)4560-4565.

10. J. K. N. Murthy, D. S. Rao, B. Venkataraman, Effect of grinding on the erosion behavior of a WC–Co–Cr coating deposited by HVOF and detonation gun spray processes, Wear, 249(7) (2001) 592-600.

11. A. Maiti, N. Mukhopadhyay, R. Raman, Improving the Wear Behavior of WC-CoCr-based HVOF Coating by Surface Grinding, Journal of Materials Engineering and Performance, 18(8), (2009) 1060–1066.

12. X. Liu, B. Zhang, Effects of grinding process on residual stresses in nanostructured ceramic coatings, Journal of materials science, 37(15) (2002)3229-3239.

13. H. Masoumi, S.M. Safavi, M. Salehi, S.M. Nahvi, Effect of grinding on the residual stress and adhesion strength of HVOF thermally sprayed WC–10Co–4Cr coating, Materials and Manufacturing Processes, 29(9) (2014)1139-1151.

14. M. S. Zoei, M. H. Sadeghi, M. Salehi, Effect of grinding parameters on the wear resistance and residual stress of HVOF-deposited WC–10Co–4Cr coating, Surface and Coatings Technology, 307(2016)886-891.

15. Q. Luo, A. H. Jones, High-precision determination of residual stress of polycrystalline coatings using optimised XRD-sin2ψ technique, Surface and Coatings Technology, 205 (5) (2010)1403–1408.

16. G.S. Schajer, Practical Residual Stress Measurement Methods, John Wiley & Sons, 2013.

17. م. ضوئی، م.ح. صادقی، م. صالحی، بررسی تجربی و شبیه‌سازی توزیع تنش پسماند در راستای ضخامت پوشش WC-10Co-4Cr به روشHVOF، نشریه علوم و مهندسی سطح،  (34)13 (1396) 57-70.

18. A. M. O. Mohamed, A. Warkentin, R. Bauer, Variable heat flux in numerical simulation of grinding temperatures, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 63 (5-8) (2012) 549-554.

19. T. J. Chuang, S. Jahanmir, H. C. Tang, Finite element simulation of straight plunge grinding for advanced ceramics, Journal of the European Ceramic Society, 23(10) (2003) 1723-1733.

20. M. Iordachescu, J. Ruiz Hervías, D. Iordachescu, A. Valiente Cancho, L. Caballero Molano, Thermal influence of welding process on strength overmatching of thin dissimilar sheets joints, 2010.

21. M. Alizadeh, H. Edris, A. Shafyei, Mathematical modeling of heat transfer for steel continuous casting process, International Journal of Iron & Steel Society of Iran, 3(2) (2006) 7-16.

22. L. M. Berger, S. Saaro, T. Naumann, M. Wiener, V. Weihnacht, S. Thiele, J. Suchánek, Microstructure and properties of HVOF-sprayed chromium alloyed WC–Co and WC–Ni coatings, Surface and Coatings Technology, 202(18) (2008) 4417-4421.

23. L. Pawlowski, The Science and Engineering of Thermal Spray Coatings, John Wiley and Sons Ltd, 2008.

24. M. Xie, S. Zhang, M. Li, Comparative investigation on HVOF sprayed carbide-based coatings, Applied Surface Science, 273 (2013) 799-805.

25. I. D. Marinescu, M. P. Hitchiner, E. Uhlmann, W. B. Rowe, I. Inasaki, Handbook of machining with grinding wheels, CRC Press, 2006.