مقدمه:
ورق استیل 316L به دلیل شکل‌پذیری بالا، مقاومت فشاری عالی، مقاومت در برابر خوردگی فوق‌العاده و خواص مکانیکی قابل کنترل حاصل از عملیات حرارتی، به‌طور گسترده در صنعت ماشین‌آلات استفاده شده است. با این حال، ورق استیل 316L به دلیل استحکام و چقرمگی بالایی که دارد، منجر به نیروی برش زیاد و دمای بالای قطعه کار در رابط های ابزار، چیپ و ابزار در فرآیند ماشینکاری می شود.
برش لیزر:
با توسعه فناوری ساخت، تولید افزودنی مبتنی بر لیزر (LAM) به تدریج در ساخت اجزای کاربردی نزدیک به شبکه با هندسه های پیچیده به کار گرفته شد و مقدار مواد هدر رفته در فرآیند ماشینکاری به طور چشمگیری کاهش یافت. با این وجود، قطعات تولید شده توسط AM نمی توانند مستقیماً مورد استفاده قرار گیرند یا مونتاژ شوند زیرا زبری سطح ضعیف و نقص های داخلی مانند منافذ و ترک ها به طور قابل توجهی بر کیفیت قطعات AMed تأثیر می گذارد. فرآیندهای پس از پردازش مانند ماشینکاری مکانیکی باید دنبال شوند تا اطمینان حاصل شود که کیفیت سطح و دقت هندسی اجزای AMed در محدوده قابل قبول است.
خواص مواد برش داده شده با لیزر:
با توجه به ویژگی ساخت لایه به لایه AM، ریزساختار مواد SLMed با موادی که توسط ریخته گری معمولی تولید می شوند متفاوت است. فرآیند ذوب و انجماد SLM ریزساختار SLMed 316L را منحصر به فرد می کند. در واقع تفاوت در فازها منجر به خواص فیزیکی و مکانیکی متفاوت مواد می شود. دانشمندان با بررسی طیف XRD، دریافتند که اوج آستنیت L316 فرفورژه (<111>) 170 درصد بیشتر از قطعات SLMed است که نشان دهنده مقدار بیشتری آستنیت است.
همچنین چگالی بیشتر تغییر شکل پلاستیک و ساختار همگن تر با زیردانه های نانو در سطح ماشینکاری شده SLMed 316 L یافت شد که منجر به افزایش 15 درصدی سختی سطح می شود. علاوه بر این، چرخه های سریع همجوشی و انجماد در مقیاس کوچک در فرآیند SLM باعث ایجاد زیرساخت سلولی، جابجایی با چگالی بالا و ریزجداسازی شیمیایی می شود. این شرایط خواص مکانیکی AMed 316L را بهتر از مواد آنیل شده با محلول فرفورژه می نماید.
وی و همکاران نابجایی ها و مرزهای دانه از قبل موجود را بین فرفورژه و SLMed 316 L مقایسه کردند و دریافتند که چگالی نابجایی بالاتر و بخش قابل توجهی بیشتر از مرزهای دانه با زاویه پایین در SLMed 316L وجود دارد که منجر به تقویت موثر خواص مکانیکی می شود.
استحکام تسلیم بالاتر SLMed 316 L عمدتاً به دلیل چگالی بالای دررفتگی در زیر ساختارهای سلولی به دلیل اثر Hall-Petch ایجاد شده است. مرزهای دانه‌ای بسیار دندانه‌دار، ساختارهای دانه‌ای دووجهی، نانو رسوب‌ها و ساختارهای سلولی انجماد منجر به ناهمگونی بارز در 316L می‌شود که توسط همجوشی بستر پودر لیزری تولید می گردد. به طور مشابه، چگالی نسبی بالا و ریزساختار ظریف ورق استیل 316 تولید شده توسط رسوب انرژی هدایت شده (DED) منجر به ریزسختی و استحکام کششی بالاتر ماده می شود.
مقایسه خواص مکانیکی:
تفاوت در خواص مکانیکی بین فرفورژه و SLMed 316 L واکنش های برشی از جمله نیروی برش، دما، زبری سطح و تنش پسماند را تغییر می دهد. برخی مطالعات برای بررسی ماشینکاری ورق استیل AMed انجام شده است. سیلوا و همکاران با انجام آزمایش‌های ماشینکاری مقایسه‌ای با AMed و قطعات کار 316L فرفورژه دریافتند که نیروهای برشی در آسیاب کردن مواد AMed بیش از 10٪ بیشتر از قطعات فرفورژه در تمام شرایط ماشینکاری است زیرا تغییر شکل پلاستیک در صفحه برشی با افزایش استحکام مواد AMed افزایش می یابد.
لی و وانگ دریافتند که سختی به صورت خطی با فاصله عمودی اندازه‌گیری شده از سطح ماشینکاری شده به سمت پایین کاهش می‌یابد و سختی قطعات کار SLMed بزرگتر از قطعات کار شده است. یاماگوچی و همکاران، تکمیل میدان مغناطیسی به کمک میدان مغناطیسی روی سطح ماشینکاری شده SLMed 316 L را بررسی کردند.
در تحقیق آنها ذرات کروی در دوغاب تغییر شکل پلاستیک کمتری را در طول فرآیندهای حذف مواد ایجاد کردند و تجمع تنش پسماند را محدود کردند. گونگ و لی دریافتند که استراتژی فرز بر کیفیت سطح ماشینکاری شده AMed 316 L تأثیر می‌گذارد. هنگامی که فرز پایینی اعمال می‌شد، زبری سطح زیرین کمتر و سایش ابزار کاهش می‌یابد. Tapoglou و Clulow نتایج مشابهی را در آسیاب AMed 316 L به دست آوردند و دریافتند که فرز پایینی از نظر عمر ابزار و کیفیت سطح برتر از آسیاب بالا است. بای و همکاران تأثیر عمق های
مختلف برش را بر نیروی برش و زبری سطح در ماشینکاری ورق استیل 6511 تولید شده توسط SLM مطالعه کرد و دریافت که نیروی برش و زبری سطح به طور مثبت با عمق برش خطی هستند.
علاوه بر پاسخ های کلی برش، سخت شدن کار و مورفولوژی جریان تراشه دو عامل اضافی هستند که وضعیت تغییر شکل پلاستیک مواد را در طول فرآیند ماشینکاری منعکس می کنند. تأثیر مستقیم سخت شدن کار، تشکیل "لایه سفید" است، لایه ای از مواد که سختی بالاتری بر روی سطح ماشین کاری شده دارد. لایه سفید می‌تواند نتیجه پالایش دانه‌های ناشی از تغییر شکل پلاستیک در سرعت‌های برش پایین باشد، یا با تغییر فاز به دلیل دمای بالای برش در سرعت‌های برش بالا ایجاد شود. سختی بالاتر این لایه تاثیر زیادی بر عملکرد و عمر مفید قطعات ساخته شده دارد.
گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی