بررسی عددی و تجربی چقرمگی شکست و مقاومت به سایش سطوح پوشش داده شده به روش پاشش حرارتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

مصطفی باران پور

میثم محمدی

افشین ایرانمنش

گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ولی عصر (عج) رفسنجان، رفسنجان، ایران.

10.22067/jacsm.2025.90568.1295

چکیده

چقرمگی شکست به‌عنوان یک پارامتر مهم در طراحی‌های مهندسی از اهمیت و جایگاه ویژه‌ای برخوردار است. بدین منظور برای طراحی، تعمیر و نگهداری قطعاتی که در محیط‌های تحت سایش، خوردگی، اکسیداسیون و حرارت قرار می‌گیرند، به‌منظور افزایش چقرمگی و مقاومت آن‌ها در برابر عوامل ذکرشده از پوشش‌های مقاوم سطحی به روش پاشش حرارتی استفاده می‌شود. به منظور تعیین چقرمگی قطعات پوشش داده شده و بسته به نوع بارگذاری و ماده، از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود.دراین پژوهش از استاندارد ASTM برای تعیین ابعاد و اندازه قطعات آزمون تجربی و محاسبه KIC به‌عنوان پارامتر چقرمگی استفاده شده است. سپس با استفاده از نرم‌افزارهای اجزای محدود به شبیه‌سازی و تحلیل چقرمگی شکست قطعه پوشش داده‌شده پرداخته شده است و در انتها دو روش تجربی و اجزای محدود مقایسه گردیده است. همچنین انتخاب نوع پوشش و روش پوشش دهی مناسب با توجه به محیط کارکرد قطعه (خوردگی، سایش، اکسیداسیون) به‌منظور افزایش چقرمگی قطعات از دیگر اهداف این پژوهش است.

کلیدواژه‌ها

استاندارد ASTM

روش پاشش حرارتی

چقرمگی شکست

حل اجزای محدود

سایش

خوردگی

موضوعات

• مکانیک جامد

---

عنوان مقاله English

Experimental and numerical investigation of fracture toughness and abrasion resistance of thermal spray coated surfaces

نویسندگان English

Mostafa Baran pour

Meisam Mohammadi

Afshin Iranmanesh

Department of Mechanical Engineering, Vali-e-Asr University of Rafsanjan, Rafsanjan, Iran.

چکیده English

Fracture toughness is one of the most important factors in engineering designs. Hence, for designing, repair and maintenance of devices in abrasive, corrosive and oxidative environments, thermal spray method is used for coating the surfaces of devices. For determining the toughness of coated parts, and depending on the loading condition and material properties, different methods are used in industries. In the present study, ASTM standard is applied for determining the test samples conditions and also KIC as the toughness parameter is investigated. Thermal spray test is used for coating the surfaces where the effect of different factors in spraying is considered. Latter, finite element analysis using the relevant software is utilized for simulating and analyzing the fracture toughness of coated samples. Finally, the results of empirical tests and finite element method are compared and the effects of coating methods and coating parameters are investigated in details for the first time.

کلیدواژه‌ها English

ASTM standard

Thermal spray method

Fracture toughness

Finite element solution

Abrasion

Corrosion

مراجع

[1] “Drilling Industry Magazine,” no 12 and 13, p. 164, 2017.

[2] Saini, H. D. Kumar and V. N. Shukla, “Hot Corrosion behaviour of Nanostructured Cermet based Coatings Deposited by Different Thermal Spray Techniques: A Review,” Materials Today: Proceedings, vol. 4, no. 2, 2017. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.01.055

[3] J. A. Joyce , D. Wells, B. Stoltz, L. Shelton, P. Jacobs and R. E. Link, “Evaluating the Fracture Toughness of Layered Pressure Vessel Steels,” Engineering Fracture Mechanics, vol. 207, 2018. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2018.11.039

[4] F. Fanicchia, X. Maeder, J. Ast, A. A. Taylor, Y. Guo, M. N. Polyakov, J. Michler and D. A. Axinte “Residual stress and adhesion of thermal spray coatings: Microscopic view by solidification and crystallisation analysis in the epitaxial CoNiCrAlY single splat,” Materials & Design, vol. 153, 2018. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.04.040

[5] P. Lin, J. Guan, H. Peng and J. Shi, “Horizontal cracking and crack repair analysis of a super high arch dam based on fracture toughness,” Engineering Failure Analysis, vol. 97, 2019. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.01.036

[6] H. F. Li, Q. Q. Duan, P. Zhang, X. H. Zhou, B. Wang and Z. F. Zhang “The quantitative relationship between fracture toughness and impact toughness in high-strength steels,” Engineering Fracture Mechanics, vol. 211, 2019. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2019.03.003

[7] E. PourSaidi and M. KhoshNejhad, “Investigation and determination of changes in mechanical properties of plasma spray heat-resistant coatings under thermal loading using the indentation test method,” Master Thesis, Zanjan Univesrity, Iran, 2017.

[8] M. E. Alami, S. Feli and Gh. Sarifi, “ Modeling the impact of molten particles on the substrate,” Master Thesis, Razi Univesrity, Iran, 2012.

[9] S. Mansouri, S. Mirzaei, M. Shariati and N. Ziari, “Evaluation of the accuracy of different methods for measuring rock fracture toughness in tension and shear conditions using laboratory studies and numerical modeling,” Master Thesis, Shahrood Univesrity, Iran, 2013.

[10] S. H. Hashemi, M. KimiaBakhsh and M. Rezai Yekta, “Experimental and numerical determination of fracture toughness using Charpy impact test data in API X65 grade gas transmission pipe steel,” ISME 2011. https://doi.org/10.22060/mej.2013.316

[11] F. Ashna Ghasemi, F. Ali Gholi Zade and A. Poor Kamali, “Experimental Investigation of the Effect of Temperature on the Low Velocity Impact Response of Grooved Aluminum Plates Repaired by Metal Laminated Composite Adhesives (FML),” Modares Mechanical Engineering Journal, vol. 14, no. 9, 2014.

[12] R. Ahadi, H. Harati Zadeh and M. Mohammadi, “Investigation of mechanical properties and abrasion resistance of titanium-based ceramic nanocoatings,” Master Thesis, Shahrood Univesrity, Iran, 2019.

[13] S. Matthews, and L.M. Berger, “Inter-diffusion between thermally sprayed Cr3C2-NiCr coatings and an Alloy 625 substrate during long-term exposure at 500 °C, 700 °C and 900 °C,” Journal of Alloys and Compounds, vol 770. 2019. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.08.189

[14] S. Nouroozi, R. Moharrami, H.R. Salimi and M. Jalali, “Evaluation of the effect of effective parameters of HVOF thermal spraying process on residual stress and bond strength of WC-12Co coating ,” Master Thesis, Nooshirvani Babol Univesrity, Iran, 2013.