توصيف البنية المجهرية لمختلف الكسوة المركبة المعدنية المصفوفة المقواة بواسطة TiC من خلال الكسوة بالليزر YAG
Title Microstructural characterization of different metal matrix composite claddings reinforced by TiC through YAG laser cladding
الباحث الرئيس عصام ربيع ابراهيم محمود
التخصص: الهندسة الميكانيكية
التخصص الدقيق: هندسة المواد المتقدمة
المستخلص: في هذا العمل ، تم استخدام ليزر YAG لتغليف طبقات مركب مصفوفة معدنية مقواة بـ TiC على أسطح أنواع مختلفة من المعادن ؛ فولاذ منخفض الكربون ، فولاذ عالي التحمل C-Cr ، حديد الزهر كروي الجرافيت وتيتانيوم نقي تجاريًا. تم تنفيذ عمليات الكسوة عند مدخلات حرارية تتراوح من 175 Jmm 1 إلى 700 Jmm 1 وبسرعة نقل ثابتة تبلغ 4 مم 1. تم فحص الهياكل الدقيقة لطبقات الكسوة بالتفصيل. في جميع الحالات ، تم تشكيل طبقات مركب مصفوفة معدنية لسطح TiC بنجاح عند مدخلات حرارة ليزر مختلفة على جميع الأسطح المعدنية. بدت بعض جسيمات TiC على شكل تشعبات دقيقة بعد المعالجة بالليزر. كمية TiC المتشعبة لها علاقة مباشرة مع مدخلات حرارة الليزر. بالنسبة للصلب منخفض الكربون ، أظهرت الطبقة المكسوة بنية مارتينسيتية ، مع ارتباط معدني سليم بالمعدن الأساسي وبدون أي عيوب عند أعلى مدخلات حرارة ليزر مستخدمة في هذه الدراسة (700 Jmm − 1). في حالة الصلب أداة تحمل C-Cr عالية ، كانت مدخلات حرارة الليزر المنخفضة كافية لتشكيل طبقة مغلفة سليمة تتكون من تشعبات TiC الدقيقة الموزعة في مصفوفة من شرائح مارتينسيت ، وبعضها محتفظ بالأوستنيت وكربيدات أصلية. كان إدخال حرارة الليزر بمقدار 175 Jmm 1 كافياً لبناء طبقة مغطاة خالية من العيوب على حديد الزهر الجرافيت الكروي. تتكون المصفوفة من سمنتيت ومارتينسيت وبعض كتل الأوستينيت المحتفظ بها. يظهر التكسير عند إدخال حرارة أعلى من 500 Jmm 1 في حديد الزهر ذو الجرافيت الكروي. كانت مصفوفة الطبقة المغطاة على ركيزة Ti النقية هي α′-Ti martensite ، والتي انخفضت بزيادة مدخلات حرارة الليزر.
Abstract: In this work, a YAG laser was used to clad TiC-reinforced metal matrix composite layers on the surface of different types of metals; low carbon steel, high C–Cr bearing tool steel, spheroidal graphite cast iron and commercially pure titanium. The cladding processes were carried out at heat inputs ranging from 175 Jmm−1 to 700 Jmm−1 and at a fixed traveling speed of 4mms−1. The microstructures of the cladding layers were investigated in detail. In all cases, TiC-surface metal matrix composite layers were successfully formed at different laser heat inputs on all the metal surfaces. A few TiC particles seemed as fine dendrites after the laser treatment. The amount of dendritic TiC has a direct relationship with the laser heat input. For low carbon steel, the clad layer showed a martensitic structure, with sound metallurgical bonding to the base metal and without any defects at the highest laser heat input used in this study (700 Jmm−1). In the case of high C–Cr bearing tool steel, lower laser heat inputs were enough to form a sound clad layer consisting of fine TiC dendrites distributed in a matrix of martensite laths, some retained austenite and acicular carbides. Laser heat input of 175 Jmm−1 was enough to build a defect-free clad layer on spheroidal graphite cast iron. The matrix comprised of cementite, martensite, and some blocks of retained austenite. Cracking appears at a higher heat input of 500 Jmm−1 in the spheroidal graphite cast iron. The matrix of the clad layer on pure Ti substrate was α′-Ti martensite, which decreased by increasing the laser heat input.