Ανάπτυξη μικτών σιδηρούχων επικαλύψεων σε χαλύβδινα υποστρώματα μέσω αναγόμωσης με laser cladding

Ρούσσος, Χρήστος; Roussos, Christos

dc.contributor.author	Ρούσσος, Χρήστος	el
dc.contributor.author	Roussos, Christos	en
dc.date.accessioned	2024-04-04T10:58:56Z
dc.date.available	2024-04-04T10:58:56Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/59111
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26807
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Αναγόμωση μέσω laser	el
dc.subject	Μεταλλικές πούδρες	el
dc.subject	Χαρακτηρισμός μικροδομής	el
dc.subject	Μηχανικές Ιδιότητες	el
dc.subject	Αντοχή στη φθορά	el
dc.subject	Laser cladding deposition	en
dc.subject	Alloy powders	en
dc.subject	Microstructure characterization	en
dc.subject	Mechanical properties	en
dc.subject	Wear resistance	en
dc.title	Ανάπτυξη μικτών σιδηρούχων επικαλύψεων σε χαλύβδινα υποστρώματα μέσω αναγόμωσης με laser cladding	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Παραγωγή και χαρακτηρισμός επικαλύψεων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-10-27
heal.abstract	Στην ακόλουθη μεταπτυχιακή εργασία πραγματοποιείται η απόθεση μέσω της τεχνικής Laser Cladding Deposition-LCD δύο τροποποιημένων μεταλλικών πουδρών, ενός φερριτικού ανοξείδωτου χάλυβα AISI 410L και ενός ελαφρά κραματωμένου χάλυβα με μέτρια περιεκτικότητα σε άνθρακα AISI 4140, σε ένα ελαφρά κραματωμένο χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα AISI 1060. Οι μεταλλικές πούδρες AISI 410L και AISI 4140 αναμείχθηκαν και αποτέθηκαν στο υπόστρωμα AISI 1060, σε τρεις διαφορετικές αναλογίες, με το ποσοστό της πούδρας 410L να αυξάνεται, ενώ της 4140 να μειώνεται: Α) AISI 410L:AISI 4140→50:50, B) AISI 410L:AISI 4140→80:20 και Γ) AISI 410L:AISI 4140→90:10. Η τεχνική Laser Cladding (LC) ανήκει στην οικογένεια των μεθόδων προσθετικής κατασκευής (AM) και πιο συγκεκριμένα στην κατηγορία των τεχνικών απόθεσης μέσω άμεσης κατευθυνόμενης ενέργειας (DED). Ουσιαστικά, η τεχνική LC αποτελεί μια δικαδικασία τήξης και στερεοποίησης ενός υλικού προς απόθεση σε μία επιφάνεια του ίδιου ή ενός άλλου υλικού, διαθέτοντας ως πηγή θερμότητας το λέιζερ. Αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική τεχνική σε σχέση με τις συμβατικές μεθόδους συγκόλλησης, διότι οδηγεί σε αποτελεσματική μεταλλουργική συνοχή μεταξύ των υλικών, με μικρότερα και ελεγχόμενα ποσοστά διαλυτότητας, μικρότερες θερμικά επηρεαζόμενες ζώνες και τη μείωση ή και εξάλειψη του πορώδους, παρέχοντας τις επιθυμητές μηχανικές ιδιότητες. H τεχνική LC συναντάται σε μεγάλο εύρος εφαρμογών, καθώς χρησιμοποιείται είτε για την επισκευή, είτε την ενίσχυση διαφόρων μηχανικών μερών και εξαρτημάτων τα οποία δουλεύουν υπό πολλούς κύκλους λειτουργίας, σε υψηλές θερμοκρασίες, σε έντονα οξειδωτικές και διαβρωτικές συνθήκες. Τέτοια μηχανικά εξαρτήματα μπορεί να είναι γρανάζια, στροφαλοφόροι κινητήρες πλοίων, εκκεντροφόροι άξονες, έμβολα, κυλινδροκεφαλές, τροχοί σιδηροδρομικού δικτύου, τα οποία βρισκουν εφαρμογή στη ναυπηγική βιομηχανία, στην αυτοκινητοβιομηχανία, σε διυλιστήρια, σε εργοστάσια παραγωγής ενέργειας, στο σιδηροδρομικό δίκτυο. Για αυτό το λόγο, όλα τα παραπάνω μηχανικά μέρη είναι σημαντικό να διαθέτουν την κατάλληλη επιφάνεια από πλευράς τραχύτητας και αντίστασης σε φθορά και τριβή, την απαραίτητη αντίσταση σε διάβρωση και οξείδωση και σημαντικές μηχανικές ιδιότητες, όπως υψηλή μηχανική αντοχή, σκληρότητα, δυσθραυστότητα, αντοχή σε κόπωση. iv Στα πλαίσια της μελέτης αυτής, όπως προαναφέρθηκε, εναποτέθηκαν δύο μεταλλικές πούδρες, ανοξείδωτου χάλυβα AISI 410L και ενός ελαφρά κραματωμένου χάλυβα AISI 4140, σε τρεις διαφορετικές αναλογίες, πάνω σε χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα AISI 1060. Ο χάλυβας 410L είναι ένας φερριτικός ανοξείδωτος χάλυβας, ο οποίος περιέχει υψηλή περιεκτικότητα σε Cr και συνήθως μικρότερες περιεκτικότητες σε Si, S, Mn και Ni. Χρησιμοποιείται ευρέως, στην αυτοκινητοβιομηχανία (π.χ. συστήματα εξάτμισης) και σε άλλες βιομηχανίες (π.χ. δεξαμενές αποθήκευσης, θαλάμους καύσης λέβητα), διότι παρουσιάζει πολύ καλή καμπτική συμπεριφορά, ολκιμότητα, αντοχή σε κόπωση και αντίσταση στην οξείδωση σε υψηλές θερμοκρασίες. Επίσης, χάρη στις μηχανικές του ιδιότητες, στην αντίσταση του στη διάβρωση και στην εξαιρετική συγκολλησιμότητα και συμβατότητα του μέσω λέιζερ, επιλέγεται συνήθως για την επισκευή εξαρτημάτων που χρησιμοποιούνται στον τομέα των μεταφορών (π.χ. σιδηροδρομικό δίκτυο) και στη ναυπηγική. Ο χάλυβας 4140 έχει ενδιάμεση περιεκτικότητα σε C και είναι ένας ελαφρά κραματωμένος χάλυβας με μικρές περιεκτικότητες σε Mn, Cr, Mo and Si. Χάρη στην υψηλή μηχανική αντοχή, την επαρκή ολκιμότητα και δυσθραυστότητα, την καλή συμπεριφορά του ως προς τις θερμικές κατεργασίες με στόχο την αύξηση της σκληρότητας μέσω σχηματισμού μαρτενσιτικής δομής, αντοχή στην κόπωση, κατεργασιμότητα και αντοχή στη φθορά που παρουσιάζει, χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανικά εξαρτήματα, όπως γρανάζια, ρότορες, άξονες γεννητριών, στροφαλοφόροι άξονες αυτοκινήτων, αρμούς σωλήνων διάτρησης βαθιών φρεατίων, υλικών θωράκισης κ.α.. Η απόθεση ανοξείδωτων χαλύβων σε χάλυβες με υψηλά ποσοστά άνθρακα μέσω της τεχνικής laser cladding, αποτελεί μια ευρέως διαδεδομένη μέθοδο παραγωγής και επισκευής εξαρτημάτων και μηχανικών μερών, διότι συνδυάζει σημαντικές ιδιότητες, αντίσταση στη διάβρωση και μηχανική αντοχή, σε σχετικά χαμηλά κόστη. Ένας τόσο διαδεδομένος χάλυβας, υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα που χρησιμοποιείται σε πολλά εξαρτήματα, όπως άξονες, δακτύλιοι, πιστόνια, ελατήρια, γεωργικά εργαλεία χειρός, συνδετικά μέρη σωλήνων, εξαρτήματα σιδηροδρομικού δικτύου, στροφαλοφόρους άξονες κινητήρα και κυλινδροκεφαλές στη ναυπηγική, είναι ο AISI 1060. Για αυτό το λόγο και χρησιμοποιείται ως υπόστρωμα. v Η τεχνική laser cladding deposition έλαβε χώρα στην εταιρία ΤΚ Πιτσιρίκος που εδρεύει στην Κερατέα του Νομού Αττικής. Η απόθεση των πουδρών πραγματοποιήθηκε με ένα λέιζερ γρανάτη αλουμινίου-υττρίου με προσθήκη νεοδυμίου (Nd:Yag laser), χρησιμοποιώντας κάθε φορά τις ίδιες παραμέτρους. Ο χαρακτηρισμός των μικροδομών και η χημική ανάλυση των φάσεων του κάθε δοκιμίου πραγματοποιείται μέσω Οπτικής Μικροσκοπίας (LOM), Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Σάρωσης (SEM) και Φασματόμετρου Ακτίνων Χ Διασπειρόμενης Ενέργειας (EDS). Η ανάλυση της κρυσταλλικής δομής των μικροδομικών χαρακτηριστικών διεξάγεται μέσω Περιθλασιμετρίας Ακτίνων Χ (XRD). Επιπροσθέτως, πραγματοποιείται αξιολόγηση των μηχανικών ιδιοτήτων των υπό εξέταση δοκιμίων, μέσω μακροσκληρομετρήσεων και μικροσκληρομετρήσεων κατά Vickers. Τέλος, η μέτρηση της επιφανειακής τραχύτητας των δοκιμίων εκτιμάται με ένα τραχύμετρο και η ανάλυση της συμπεριφοράς των δοκιμίων σε συνθήκες φθοράς διεξάγεται με δοκιμή φθοράς λόγω εκτριβής. Με αυτό τον τρόπο, αναλύεται η συσχέτιση της προκύπτουσας σκληρότητας των δοκιμίων με τη μικροδομή τους και τα αποτελέσματα της αντίστασης τους στη φθορά και της επιφανειακής τους τραχύτητας. Συνεπώς, θα εκτιμηθεί ποια αναλογία θεωρείται η βέλτιστη, έτσι ώστε να μπορέσει το επικαλυμμένο εξάρτημα να χρησιμοποιηθεί σε συνθήκες, κυρίως έντονα αποξεστικές, ενώ ταυτόχρονα να είναι και οικονομικά βιώσιμο.	el
heal.advisorName	Τσακιρίδης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Φούρλαρης, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Ζερβάκη, Άννα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	278 σ.
heal.fullTextAvailability	false