Yo'nalishli energiyani to'plash bilan solishtirganda, tanlangan lazerli eritish funktsional darajali materiallarni ishlab chiqarish uchun kamroq o'rganilgan va keyingi ishlov berish oynasi -noaniq bo'lib qolmoqda.
Tadqiqotchilarimiz SLM texnologiyasidan 316L/IN718 funktsional darajali materiallarni tayyorlash uchun foydalandilar va vakillik issiqlik bilan ishlov berish jarayonlarining faza evolyutsiyasi va kuchlanish xususiyatlariga ta'sirini tizimli ravishda baholadilar.
1.316L/IN718 funktsional darajali materiallarni SLM tayyorlash
2.Issiqlik bilan ishlov berish jarayoni
Yuqoridagi rasmni tahlil qilish asosida gradient issiqlik bilan ishlov berish sxemasi ishlab chiqilgan. Ikkita eritma harorati tanlangan: 980 daraja (eritma haroratidan past) va 1040 daraja (eritma haroratidan yuqori), ikkita qarish strategiyasi bilan birlashtirilgan: 720 daraja bir marta qarish va 720 daraja + 620 daraja ikki marta qarish. Shunga asoslanib, beshta nazorat tajribalari to'plami o'rnatildi:
AD guruhi (depozit qilingan holat): dastlabki tayyorgarlik holatida saqlanadi;
HT1 guruhi: 1 soat davomida 1040 daraja eritma bilan ishlov berish (suvni o'chirish) + 720 daraja 8 soat davomida bitta qarish (havo sovutish);
HT2 guruhi: 1 soat davomida 1040 daraja eritma bilan ishlov berish (suvni o'chirish) + 720 8 soat davomida qarish, keyin 8 soat davomida 620 daraja qarish (pechda sovutish);
HT3 guruhi: 1 soat davomida 980 daraja eritma bilan ishlov berish (suvni o'chirish) + 720 daraja 8 soat davomida bitta qarish (havo sovutish);
HT4 guruhi: 1 soat davomida 980 daraja eritma bilan ishlov berish (suvni o'chirish) + 720 daraja 8 soat davomida, keyin esa 8 soat davomida 620 daraja qarish (pechda sovutish).
3.Issiqlik bilan ishlov berishdan keyin fazani o'zgartirish
Har xil issiqlik bilan ishlov berish sharoitlarida Y-Z tekisligidagi beshta rentgen nurlari diffraktsiyasi (XRD) naqshlarining beshta toʻplami, sinov maydonlari: 1-hudud (IN718 tarkibi 70-100%), 2-hudud (IN718 tarkibi 40-70%) va 3-hudud (IN718 tarkibi 0-30%).
Beshta issiqlik bilan ishlov berish sharoitida diffraktsiyaning eng yuqori intensivligi sezilarli farqlarni ko'rsatmadi; ostenitik fazaning Bragg aksi-ayniqsa, yuz{3}}markazlangan kubik (FCC) strukturasining kuchli (111) va (200) choʻqqilari-difraksiya naqshida ustunlik qildi.
1-mintaqadagi HT1-muomala qilingan namunada cho'qqilarning intensivligi (111) va (220) yotqizilgan holatdagidan (AD) yuqori edi. Bundan tashqari, issiqlik bilan ishlov berilgan barcha guruhlar diffraktsiya cho'qqisini (311) ko'rsatdi, bu issiqlik bilan ishlov berishdan keyin qo'shimcha mustahkamlovchi faza hosil bo'lganligini ko'rsatdi.
HT1 sharoitida 2-mintaqada diffraktsiya cho'qqilari kengroq va pastroq intensivlikka ega, bu mintaqadagi faza barqarorligi zaifroq ekanligini ko'rsatadi.
3-mintaqada HT3{5}}bilan ishlov berilgan namunadagi (111) tepalikning intensivligi sezilarli darajada oshdi. Ta'kidlash joizki, 1-mintaqaning XRD naqshida " va " mustahkamlash fazalari aniqlangan. Yuqori o'tkazuvchanlikdagi SLMni tayyorlash paytida tez sovutish " va " fazalarning cho'kishiga yordam bermaydi, issiqlik bilan ishlov berish esa ushbu mustahkamlash fazalarining yog'ingarchilik uchun etarli vaqtni ta'minlaydi, bu esa (200 va 200 va 200 va 200 va stalik ko'rinishlar) intensivligining oshishini tushuntiradi. (311) issiqlik bilan ishlov berishdan keyingi cho'qqi.
HT2 va HT4 bilan issiqlik bilan ishlov berishdan so'ng, XRD naqshlarida "va" fazalarining (311) diffraktsiya cho'qqilari ham aniqlandi. Biroq, eritma bilan ishlov berish va bir martalik qarishdan keyingi (311) diffraktsiya cho'qqilari bilan solishtirganda, ikki marta qarishdan keyin diffraktsiya cho'qqilari yanada qizg'in bo'ldi, bu esa ikki baravar qarish jarayonining shakllanishini yanada kuchaytirganligini ko'rsatadi. Kuchaytirish fazasining diffraktsiya cho'qqilarining intensivligi HT2 bilan ishlov berish sharoitida ayniqsa ahamiyatli bo'lib, bu issiqlik bilan ishlov berish ko'proq "va" fazalarning yog'ingarchilikka yordam berganligini ko'rsatadi. Kuchaytirish fazasining yog'ingarchilik ta'siri HT2 bilan ishlov berilgan holatning mexanik xususiyatlariga ijobiy ta'sir ko'rsatishi kutilmoqda. Biroq, kristallning yo'nalishi sezilarli darajada o'zgarmadi (asosiy issiqlik bilan ishlov berishning yuqori darajasi sezilarli darajada o'zgarmadi111) 316L/IN718 funktsional darajali materialning afzal yo'nalishini o'zgartirmadi.
4.Issiqlik bilan ishlov berishdan keyingi mikro tuzilma
Cho'kma (AD) sharoitida 1-mintaqada uzun{0}}zanjirli Laves fazalari mavjud. Bu hududda IN718 ning yuqori miqdori tufayli, donalararo mintaqada Nb-boy fazaning katta miqdori (Ni, Fe, Cr)2(Nb, Mo, Ti) bilan cho'kma hosil bo'ladi. HT1 bilan davolashda Laves fazasining ko'p qismi erishi va sinishi sodir bo'ladi va qoldiq faza donador morfologiyaga aylanadi. HT3 bilan davolashda Laves fazasi ham eritish jarayoni orqali donador shaklga aylanadi va igna-kabi/tayoqcha-dek d-Ni3Nb fazalarining cho'kishi bilan birga keladi. Bu shuni ko'rsatadiki, HT1 va HT3 namunalari 1-mintaqada elementlarning (Ni, Nb, C, Mo) diffuziya segregatsiyasini keltirib chiqardi, bu hodisa cho'kma va issiqlik bilan ishlov berilgan namunalarda yuqori rentgen nurlanishi yoki rentgen nurlanishidan foydalangan holda in situ statistik taqsimot o'lchovlari natijalariga mos keladi. spektroskopiya.
Ko'p miqyosli tahlil natijalari shuni tasdiqlaydiki, eritma harorati orqali Laves fazasining eruvchanligini nazorat qilish va qarish vaqti bo'yicha d-Ni3Nb fazasining morfologiyasini nazorat qilish orqali gradient materiallarining mustahkamligi va plastikligini sinergik optimallashtirishga erishish mumkin. Bu yangi gradient issiqlik bilan ishlov berish jarayonlarini ishlab chiqish uchun asosiy bosqich muhandislik tamoyillarini taqdim etadi.
Har xil issiqlik bilan ishlov berish rejimlari ostida 3-hududning mikrotuzilma evolyutsiyasi kompozitsion gradient va issiqlik tarixining bog'lanish ta'siridan kelib chiqqan faza o'zgarishi kinetikasini ochib beradi. Ushbu hududning oʻzaro{2}}miqyosdagi mikrotuzilma evolyutsiyasi mexanizmi umumlashtirilib, issiqlik bilan ishlov berish, don chegarasi muhandisligi va mexanik xususiyatlar oʻrtasidagi korrelyatsiya mexanizmi oʻrnatildi. Cho'kma (AD) sharoitida 316L-dominant hudud (Cr/Ni=1.82) ferrit-austenit (FA) ikki{8}}fazali qotib qolish yo'lidan o'tib, hujayra dendritik strukturasini hosil qiladi. HT1 issiqlik bilan ishlov berishdan so'ng Cr / Ni nisbati 1,35 ga kamayadi. Ushbu kompozitsion o'zgarish ferrit-austenit ikki-fazasidan to'liq ostenitik bir fazali tuzilishga-qattiqlashuv yo'lini rag'batlantiradi va interdendritik ferrit tarkibini sezilarli darajada kamaytiradi. Fazani aniqlash bu transformatsiyani tasdiqlaydi: FCC fazasi -austenit matritsasi, BCC fazasi d-ferrit va Ni3Al 'cho'kma fazasiga to'g'ri keladi. 3-hududda oz miqdordagi dispers ferritni o'z ichiga olgan ostenit ustunlik qiladi. Miqdoriy tasvir tahlili bilan o'lchangan ferritning hajm ulushlari mos ravishda 3,5% (AD), 0,7% (HT1), 0,2% (HT2), 1,5% (HT3) va 0,8% (HT4) ni tashkil etdi, bu esa barcha issiqlik bilan ishlov berilgan holatlardagi ferrit tarkibining cho'kindiga nisbatan pastroq ekanligini tasdiqlaydi.
Choʻkishdan keyingi{0}}issiqlik taʼsiri statik qayta kristallanishni ragʻbatlantiradi, bu esa donning yiriklashishiga va dendrit oraligʻining sezilarli darajada qisqarishiga olib keladi. Tarkibiy gradientning sinergik ta'siri ham sezilarli: shakllantirish yo'nalishi bo'ylab (IN718 tarkibi 0 dan 100 og'irlik% gacha), mahalliy sovutish tezligining pasayishi dendrit qo'llarining asta-sekin qo'pollashishiga olib keladi. 3-hududda yotqizilgan namuna nozik teng o'qli donalar bilan tavsiflanadi, lazer bilan qayta eritish tufayli eritma hovuzining tubida undan ham kichikroq don o'lchamlari (~ 8,4 mkm). Aksincha, issiqlik bilan ishlov berilgan namunalar don oʻlchamlari boʻyicha-bir xil taqsimotni namoyish etadi, ammo issiqlik bilan ishlov berishdan soʻng 3-mintaqada donning yiriklashishi-HT1 va HT3 namunalarining oʻrtacha don oʻlchamlari mos ravishda 10,40 mkm va 11,64 mkmni tashkil qiladi. Bu qoʻpollik asosan issiqlik toʻplanishi va sovutish tezligining sinergetik taʼsiri bilan bogʻliq: 3-hudud gradient materialining pastki qismida joylashgan boʻlib, yuqori energiyali SLM jarayonida kamroq issiqlik toʻplanishi va nozik boshlangʻich donalar-boʻladi; cho'kma issiqlik bilan ishlov berishdan keyin sekin sovutish jarayoni esa don o'sishi uchun etarli vaqtni ta'minlaydi. Bundan tashqari, namunada bir nechta qatlamlarga kirib boradigan doimiy ustunli kristallar mavjud. SLM jarayonining tez yo'nalishli qattiqlashuv xususiyatlari tufayli donning o'sish yo'nalishi odatda maksimal harorat gradienti yo'nalishiga mos keladi (ya'ni, erigan hovuz tubiga perpendikulyar).
Eritma bilan ishlov berish tekstura mustahkamligini sezilarli darajada pasaytiradi va bir xillikni yaxshilaydi, bunda HT2 eng muhim ta'sir ko'rsatadi: 1040 darajali eritma bilan ishlov berish ikki marta qarish bilan birga pastki don chegarasining shakllanishiga olib keladi, kichik burchakli dona chegaralari (LAGB) ulushini 39,1% ga oshiradi (barcha issiqlik bilan ishlov berishlar orasida eng yuqori). Bu gradient strukturasining ko'p miqyosli muvofiqlashtirilgan deformatsiya qobiliyatini sezilarli darajada yaxshilaydi va izotropik harakatni rag'batlantiradi.
Eritmadan keyingi{0}}issiqlik bilan ishlov berish qoldiq stressni sezilarli darajada kamaytiradi va Laves fazasining sezilarli darajada erishiga yordam beradi (eritish darajasi eritma harorati bilan monoton ravishda ortadi); yuqori-o'tkazuvchanlik SLM yuqori sovutish tezligi tufayli yotqizilgan mikrostrukturani tabiiy ravishda yaxshilaydi, ammo keyingi issiqlik bilan ishlov berish donning sezilarli darajada qo'pollashishiga olib keladi. Shunisi e'tiborga loyiqki, eritma bilan ishlov berishdan keyin d-Ni3Nb fazasining oz miqdori 980 darajada qoladi, bu harorat d-Ni3Nb eritma chizig'idan past ekanligini ko'rsatadi.
5.Kuchlanish xossalari
Elementlarning ajralishi eng aniq bo'lgan 30% IN718 + 70% 316L va 40% IN718 + 60% 316L hududlari o'rtasidagi kompozitsion o'tish zonasida deyarli butunlay cho'zilish sinishi to'plangan. Yagona istisno HT2 issiqlik bilan ishlov berilgan holatda- yuz berdi, bunda sinish 50% 316L + 50% IN718 hududida boshlangan va sezilarli boʻyinbogʻ bilan birga boʻlgan. Ushbu topilmalar 316L/IN718 funktsional darajali materiallarning (FGM) yuk ko'tarish qobiliyati-kompozitsion gradient o'zgarishlarini miqdoriy jihatdan ko'rsatadi.
Eritma harorati 1040 daraja bo'lganda, materialning mustahkamligi va plastikligi yaxshilanadi. Yagona qarish bilan davolashda HT1 jarayoni 316L/IN718 funktsional gradusli materiallarning (FGM) kuchini HT2 dan yaxshiroq, mustahkamlovchi ta'siri 6,58% ni sezilarli darajada yaxshilaydi. HT2 bilan ishlov berilgan namuna 1040 daraja eritma haroratida cho'zilishning eng sezilarli o'sishini ko'rsatdi, bu taxminan 62,99% ga o'sdi.Ushbu natijalar shuni ko'rsatadiki, 1040 daraja eritma haroratida bir marta qarish kuchni yaxshilashga ko'proq yordam beradi, ikki marta qarish esa plastisiyani yaxshilashga ko'proq yordam beradi.
Eritma bilan ishlov berish harorati 980 darajaga tushganda, materialning mustahkamligi oshadi (ikki marta qarish bilan yuqori va bir marta qarish bilan yaxshiroq), lekin cho'ktirilgan holatga nisbatan plastiklik kamayadi.Kuchlilik va plastiklikning birgalikda yaxshilanishi HT2 316L/IN718 funktsional darajali materiallar uchun optimal issiqlik bilan ishlov berish ekanligini ko'rsatadi.
6.yakunida
(1) Eritmaning harorati faza evolyutsiyasi yo'lida hukmronlik qiladi, qarish ta'siri esa ahamiyatsiz. Eritmaning harorati 1040 darajadan yuqori yoki unga teng bo'lsa, Laves fazasini sezilarli darajada eritib yuborishi va d-Ni3Nb fazasining shakllanishiga to'sqinlik qilishi va shu bilan Nb elementlarini keyingi ″/ ′ mustahkamlash fazasining cho'kishi uchun ajratib, mustahkamlik va plastiklik o'rtasida yaxshi muvozanatni olish uchun zarur shartni ta'minlashi mumkin.
(2) Qarish usullari kuch-plastiklikni nazorat qilish imkonini beradi. 1040 daraja eritma bilan ishlov berishdan keyin ikki marta qarish kuchni yo'qotmasdan plastisiyani taxminan 30% ga oshirishi mumkin, bu esa uni yuqori{5}}plastiklikka ega ilovalar uchun mos qiladi. Aksincha, 980 gradusda eritma bilan ishlov berish don chegaralari bo'ylab igna -masalan, d-Ni3Nb fazalarini cho'ktirishga olib keladi; bu bir martalik va ikki martalik qarish sharoitida plastisitning sezilarli pasayishiga olib keladi va shuning uchun faqat oʻrtacha harorat oʻzgarishi hukmron boʻlgan ilovalar uchun tavsiya etiladi.
(3)Gradient komponentlari “yuqori{1}}haroratni homogenlashtirish va undan keyin past-haroratda qarish” strategiyasini talab qiladi. IN718 boyitilgan hududning oʻzi Nb va Mo elementlariga boy boʻlib,-eritmadan oldin 1040 darajadan kattaroq yoki unga teng boʻlgan ishlov berishni talab qiladi; aks holda, keyingi past{7}}harorat qarishi d-Ni3Nb fazali tarmogʻi kabi doimiy igna-hosil qiladi, natijada xona haroratining 40% dan koʻproq yoki unga tengligi-yoʻqoladi. Ushbu ishlov berish ketma-ketligi shunga o'xshash funktsional darajali materiallarni (FGM) selektiv lazerli eritishdan (SLM) keyin issiqlik bilan ishlov berish uchun umumiy dizayn printsipi bo'lib xizmat qilishi mumkin.
(4) Gradient materiallarini tavsiflashda uch bosqichli yopiq{2}}aylanma jarayon bo‘lishi kerak: Birinchidan, partiyalar orasidagi--farqlarni aniqlash uchun makroskopik cho‘zilishdan oldingi skrining-o‘tkaziladi; ikkinchidan, deformatsiya maydonini taqsimlash xaritalari e(x) toʻliq{6}}maydon raqamli tasvir korrelyatsiyasi (DIC) texnologiyasidan foydalangan holda chiziladi va mahalliy kuchlanish-deformatsiya (s-e) konstitutsiyaviy munosabatlari mikro/nano-miqyosda mexanik sinovlar orqali olinadi; nihoyat, chekli elementlar tahlili (FEA) bilan o'rnatilgan gradient konstitutsiyaviy model kalibrlanadi. Bu tekshirish zanjiri umumiy javobni fazoviy tarzda hal qilingan dizayn ruxsat etilgan qiymatlariga ajratishi mumkin, shu bilan{11}}jarayonni nozik sozlash va xizmat ishonchliligini baholash imkonini beradi.
