رهيافتي بر ساخت افزايشي پروانه هاي كمپرسور : مدل سازي سه بعدي پوشش كاري چندلايه فولاد پايه AISI 4140 به روش LSFF با استفاده از پودر Inconel 625 همراه با 2 % نانو پودر 2Ce

An Approach to Additive Manufacturing of Compressor Impellers: 3D Modeling of Multilayer Laser Solid Freeform Fabrication of Nickel Alloy 625 Powder Mixed with Nano-CeO2 on AISI 4140

تيغۀ توربين‌هاي گازي، شفت توربين‌ها و پروانه‌هاي‌ كمپرسورها، اغلب به دليل فرسايش يا خوردگي آسيب ‌مي‌بيند. با استفاده از روش ‌پوشش‌كاري ليزري و به منظور بازسازي و بهبود خواص ضد‌فرسايشي قطعات حساس، يك لايه پوشش بر روي مواد پايه قرار داده مي‌شود. در اين مقاله، مدل ‌سه‌بعدي فرآيند LSFF براي آلياژ Inconel 625 مخلوط با نانو پودر CeO2 بر روي فولاد AISI 4140 بررسي شده است. با استفاده از ‌نرم‌افزار COMSOL Multiphysics و روش المان محدود (FEM)، معادلۀ انتقال حرارت، معادلۀ مش متحرك و تانسور تنش به صورت عددي حل ‌مي‌شود. هندسۀ ناحيۀ مذاب با استفاده از مش‌بندي متحرك و بر اساس ماژول لاگرانژي‌ـ‌اويلري (ALE) به دست مي‌آيد و همچنين تأثير پيش‌گرمايش و افزودن نانو پودر CeO2 در توزيع دما و ميدان‌هاي تنش به صورت عددي بررسي مي‌شود. رفتار زماني شاخص‌هاي كليدي فرآيند مانند دماي بيشينه و تنش بيشينه و نسبت متناظر آن‌ها مطالعه شده و وابستگي ارتفاع پوشش به سرعت روبش ليزر براي لايه‌هاي اول و دوم و سوم بررسي و ارائه مي‌شود.

Gas turbine blades, turbine shafts and centrifugal compressor impellers are often suffered by erosion and/or corrosion. By laser cladding technique, a coating layer can be deposited on the base material in order to rebuild, repair and improve anti-erosion or anti-corrosion properties of the sensitive machine parts. In this paper, a three-dimensional finite element modeling of the laser solid freeform fabrication (LSFF) process for nickel alloy 625 powder mixed with nano-CeO2 on AISI 4140 steel is examined. Using Comsol Multiphysics software and the finite element method (FEM), the heat transfer equation, moving mesh equation and stress tensor are numerically evaluated. The dynamic geometry of the molten zone is studied by a 3D moving mesh based on Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) module. The effects of preheating as well as addition of nano-CeO2 on temperature distribution and stress fields are investigated. Temporal behavior of the key characteristic features of the model and dependence of the clad height on the scanning velocity of the laser for the first, second and third layers are also studied.