مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدل‌سازی‌ تجربی فرآیند سخت‌کاری سطحی لیزری فولاد AISI410 به کمک روش رویه پاسخ

نویسندگان
محمود مرادی 1
حسین عربی 2
1 استادیار دانشکده مهندسی مکانیک - دانشگاه ملایر
2 کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشگاه ملایر، ملایر
چکیده
سختکاری سطحی ‌لیزری، یکی از تکنولوژیهای نوین می‌باشد که ‌برای ‌بهبود سطح فلزات به منظور اصلاح خواص ‌تریبولوژیکی ‌سطح‌ مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این ‌مقاله بررسی قابلیت ‌‌سختکاری ‌سطحی لیزری فولاد ضد زنگ مارتنزیتی 410 با استفاده ‌از لیزر دیودی توان بالای پیوسته با حداکثر توان 1600 وات پرداخته‌ می‌شود. توان لیزری، سرعت‌ روبش ‌و موقعیت فاصله ‌کانونی پارامترهای متغیر در این تحقیق می‌باشند. تاثیر پارامترهای فرآیند روی ‌عمق ‌و پهنای لایه ‌سخت شده و میکروسختی ‌در منطقه مورد تاثیر لیزر مورد تحقیق ‌قرار گرفته ‌است. نتایج نشان ‌می‌دهد که با افزایش توان ‌لیزر و کاهش ‌سرعت ‌روبش، میزان سختی و عمق ‌بیشتر سختی حاصل ‌می‌گردد. همچنین دستاوردها حاکی ‌از آن است که با کاهش موقعیت‌ فاصله کانونی، عمق سختی ‌بیشتر و پهنای ‌سختی کمتر بدست‌ می‌آید. ‌مدل‌سازی‌ متغیرهای کنترل‌پذیر (توان لیزر، سرعت روبشی و موقعیت فاصله کانونی) با روش رویه پاسخ به ‌منظور مطالعه تأثیر پارامترهای ورودی فرآیند بر چگونگی تغییر پاسخ‌ها، و تجزیه ‌و ‌تحلیل جداول ANOVA، ارائه معادلات رگرسیون پارامترهای خروجی، تحلیل نمودارهای رویه ‌پاسخ، نمودارهای تعامل ‌اثر پارامترهای ورودی، مورد بررسی قرارگرفت.نتایج نشان می‌دهد که در روش مدل‌سازی رویه پاسخ ((RSM تاثیر پارامتر توان‌ لیزری در نتایج بیشینه‌ سختی ، عمق و پهنای ‌سختی،‌ بیشتر از پارامترهای موقعیت ‌فاصله کانونی و سرعت‌ روبشی می‌باشد. همچنین با توجه به درصد پوشش‌دهی پارامترها ‌توسط معادله رگرسیون بدست آمده روش رویه پاسخ (RSM) مدلی مناسب برای بررسی اثرات پارامترهای فرآیند سخت‌کاری سطحی با لیزر دیودی می‌باشد.
کلیدواژه‌ها
سختکاری لیزری
میکروسختی
فولاد مارتنزیتی410
میکرو ساختار
طراحی ‌آزمایش‌ها

عنوان مقاله English

Experimental modeling of laser surface hardening process of AISI410 by Response Surface Methodology

نویسندگان English

Mahmoud Moradi 1
HOSSEIN ARABI 2
1 Malayer University
2 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Malayer University, Malayer, Iran
چکیده English

Laser surface hardening is one of the modern technology used to improve the surface of materials in order to modification of tribological properties. This paper investigate the ability of laser surface hardening of AISI 410 martensitic stainless steel using a continuous high power diode laser with a maximum power of 1600w. Laser power, scanning speed and focal plane position are variable parameters in this research. The effect of the process parameters on the hardness, depth and width of the hardened layer has been investigated. The results show that with increasing laser power and reducing the scanning speed, higher hardness and hardening depth are obtained. Results also reveal that width of hardened layer increases by increasing in focal plane position and reduction the laser power. Modeling of controllable variables (laser power, scanning speed and focal plane position) by Response Surface Methodology method to study the effect of process input parameters on how to change responses, and analysis of ANOVA tables, providing regression equation for output parameters, analysis The Surface Plots, Interaction Plots of the input parameters, were investigated. The results show that in RSM modeling method, the effect of laser power parameter on the results of maximum hardness, depth and width of hardness is more than the parameters of the focal plane position and scanning speed. Due to percentage of coverage of the parameters by the regression equations the RSM method is a suitable model for investigating the effects of the surface hardening process by diode laser.

کلیدواژه‌ها English

Laser hardening
Micro hardness
Martensitic stainless Steel of 410
Microstructure
Design of Experiments
[1] M. Moradi, E. Golchin, Investigation on the effects of process parameters on laser ercussion drilling using finite element methodology, statistical modelling and optimization, Latin American Journal of Solids and Structures, Vol. 14, No. 03, pp. 464 – 484, 2017.
[2] M. Moradi, O. Mehrabi, T. Azdast, K. Y. Benyounis, Enhancement of low power CO2 laser cutting process for injection molded polycarbonate, Optics & Laser Technology, Vol. 96, No. 11, pp. 208-218, 2017.
[3] M. Moradi, O. Mehrabi, T. Azdast, K. Y. Benyounis, The effect of low power CO2 laser cutting process parameters on polycarbonate cut quality produced by injection molding, Modares Mechanical Engineering, Vol. 17, No. 02, pp. 93-100, 2017. (in persian فارسی(
[4] A. H. Faraji, M. Moradi, M. Goodarzi, P. Coluccid, C. Maletta, An investigation on capability of hybrid Nd:YAG laser-TIG welding technology for AA2198 Al-Li alloy, Optics and Lasers in Engineering, Vol. 96, pp. 1-6, 2017.
[5] M. Safari, M. farzin, Experimental investigation of laser forming of a saddle shape with spiral irradiating scheme, Optic and Laser Technology, Vol. 66, pp. 146-150, 2015.
[6] L. Li, Gh-power diode laser materials processing, Optics and Lasers in Engineering, Vol. 34, No. 21, pp. 231-253. 2000.
[7] G. H. R. Gordani, R. Shoja Razavi, laser surface hardening of 1.1186 and 1.6582 steel, Quarterly Journal of Materials Engineering, Ma iaumajlesi, Vol, 1, No. 2, pp. 35-39, 2007. (in persian فارسی(
[8] D. Babu, G .Buvanashekaran, K.R. Balasubramanian Experimental studies on the microstructure and hardness of laser transformation hardening of low alloy steel, Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering, Vol. 36, No. 3, pp. 1883–1897, 2012.
[9] R. Li, Y. Jin, Z. Li, K. Qi, A comparative study of high-power diode laser and CO2 laser surface hardening of AISI 1045 steel, Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 23, No. 9, pp. 3085-3091, 2014.
[10] F. Cordovilla, A. G. Beltra, P. Sancho, J. Dom´ınguez, L. R. de Lara, J. Oca˜na, Numerical/experimental analysis of the laser surface hardening with overlapped tracks to design the configuration of the process for Cr-Mo steels, Materials & Design, Accepted Manuscript, 2016.
[11] J. H. Abboud, K. Y. Benyounis, H. Julifkar, M. S. J. Hashmi, Material response with high power laser in surface treatment of ferrous alloys, Elsevier, pp. 1-12, 2017.
[12] M. A .Golozar, Principles and Applications of Heat Treatment of Steels, pp.95-100, Isfahan, Isfahan University of technology, 1999.
[13] K. H. Lo, F. T. Cheng, H. C. Man, Laser transformation hardening of AISI 440C martensitic stainless steel for higher cavitation erosion resistance, Surface and Coatings Technology, Vol. 173, No. 1, pp. 96–104, 2003.
[14] J. D. Bressan, D. P. Daros, A. Sokolowski, R. A. Mesquita, C. A. Barbosa, Influence of hardness on the wear resistance of 17-4ph stainless steel evaluated by the pin-on-disc testing, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 205, pp. 353–359, 2008.
[15] B. Mahmoudi, A. R sabour Rouh Aghdam, M. Turkamani, The effect of laser parameters on surface hardening martensitic stainless steel 420 by laser pulse Nd: YAG, Fifteenth Conference on Iran Optics and Photonics, along with the first Iran Photonics, Isfahan University, Vol. 01, No. 02, pp. 8-10, 2009. (In persian فارسی(
[16] B. Mahmoudi, A. R. Sabour Rouh.Aghdam, M. J. Torkamany, Controlled laser transformation hardening of martensitic stainless steel by pulsed Nd:YAG laser, Journal of Electronic Science and Technology, Vol. 8, No. 1, pp. 87-90, 2010.
[17] Gh. Zirehpour, R. Shoja Razavi, E. Moayerifar, Evaluating wear properties of AISI 420 martensitic stainless steel after laser transformation hardening, International Journal of ISSI, Vol. 9, No. 2, pp. 5-8, 2012.
[18] K. Benyounis, F. M. Shuaeib, An indepth investigation of gas nitriding of stainless steel: New DOE parametric studies and optimization, Engineering. Oxford: Elsevier, pp. 1-12, 2016.
[19] M. Moradi, M. Karami Moghadam, J. Zarei, B. Ganji, The effects of gha laser pulse energy and focal point position on laser surface hardening of AISI 410 stainless steel, Modares Mechanical Engineering, Vol. 17, No. 7, pp. 311-318, 2017. (in persian فارسی (
[20] S. A. Fetisov, Laser beam hardening of carbon and low alloyed steels: discussion of increased quantity of retained austenite, Journal of materials Science, Vol. 34, pp. 4259-4264, 1999.
[21] M. Moradi, A. Mohazabpak, Statistical modelling and optimization of laser percussion micro-drilling on Inconel 718 sheet using response surface methodology, Journal of Lasers in Engineering, Vol. 39, pp. 4-6, 2018.
[22] M. Azadi, S. Azadi, F. Zahedi, M. Moradi. Multidisciplinary optimization of a car component under NVH and weight constraints using RSM. ASME 2009 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Vol 15, No. 03, pp 315 – 319, 2009.
[23] K. Pandey, S. Panda, Optimization of bone drilling parameters using greybased fuzzy algorithm, Measurement, Vol. 47, No. 3, pp. 386-392, 2014.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 3
خرداد 1397
صفحه 179-188