O'i gymharu â dyddodiad ynni cyfeiriadol, mae toddi laser dethol wedi'i astudio'n llai ar gyfer gwneuthuriad deunyddiau â gradd swyddogaethol, ac mae'r ffenestr ôl-brosesu yn parhau i fod yn aneglur.
Defnyddiodd ein hymchwilwyr dechnoleg SLM i baratoi deunyddiau â gradd swyddogaethol 316L/IN718 a gwerthuso'n systematig effeithiau prosesau trin gwres cynrychioliadol ar esblygiad cam a phriodweddau tynnol.
1.SLM paratoi deunyddiau 316L/IN718 gradd swyddogaethol
Proses trin 2.Heat
Yn seiliedig ar y dadansoddiad o'r ffigur uchod, dyluniwyd cynllun trin gwres graddiant. Dewiswyd dau dymheredd datrysiad: 980 gradd (islaw tymheredd yr ateb) a 1040 gradd (uwchlaw'r tymheredd datrysiad), ynghyd â dwy strategaeth heneiddio: heneiddio sengl ar 720 gradd a heneiddio dwbl ar 720 gradd + 620 gradd. Yn seiliedig ar hyn, sefydlwyd pum set o arbrofion rheoli:
Grŵp AD (cyflwr adneuol): wedi'i gynnal yn ei gyflwr paratoi gwreiddiol;
Grŵp HT1: triniaeth ateb 1040 gradd am 1 awr (quenching dŵr) + 720 gradd heneiddio sengl am 8 awr (oeri aer);
Grŵp HT2: triniaeth ateb 1040 gradd am 1 awr (quenching dŵr) + 720 gradd sy'n heneiddio am 8 awr ac yna heneiddio 620 gradd am 8 awr (oeri ffwrnais);
Grŵp HT3: triniaeth ateb 980 gradd am 1 awr (quenching dŵr) + 720 gradd heneiddio sengl am 8 awr (oeri aer);
Grŵp HT4: triniaeth ateb 980 gradd am 1 awr (quenching dŵr) + 720 gradd sy'n heneiddio am 8 awr ac yna heneiddio 620 gradd am 8 awr (oeri ffwrnais).
Trawsnewid 3.Phase ar ôl triniaeth wres
Pum set o batrymau diffreithiant pelydr X- (XRD) yn yr awyren Y-Z o dan amodau trin gwres gwahanol, gyda meysydd prawf yn cwmpasu: rhanbarth 1 (cynnwys IN718 70-100%), rhanbarth 2 (cynnwys IN718 40-70%), a rhanbarth 3 (cynnwys IN718 0-30%).
Ni ddangosodd y dwyster brig diffreithiant o dan y pum cyflwr triniaeth wres wahaniaethau sylweddol; adlewyrchiad Bragg o'r cyfnod austenitig-yn enwedig copaon cryf (111) a (200) yr wyneb-strwythur ciwbig canolog (FCC)-oedd dominyddu'r patrwm diffreithiant.
Yn y sampl a driniwyd gan HT1 o ranbarth 1, roedd dwyster y brigau (111) a (220) yn uwch na rhai'r cyflwr adneuol (AD). Yn ogystal, dangosodd pob grŵp a driniwyd â gwres uchafbwynt diffreithiant (311), sy'n nodi bod cam atgyfnerthu ychwanegol wedi'i ffurfio ar ôl triniaeth wres.
O dan amodau HT1, mae'r brigau diffreithiant yn rhanbarth 2 yn ehangach ac mae ganddynt ddwysedd is, sy'n awgrymu bod sefydlogrwydd y cyfnod yn y rhanbarth hwn yn wannach.
Yn rhanbarth 3, roedd dwyster y brig (111) yn y sampl HT3 a gafodd ei drin wedi gwella'n sylweddol. Yn nodedig, canfuwyd cyfnodau cryfhau ' a " ym mhatrwm XRD rhanbarth 1. Nid yw oeri cyflym yn ystod paratoi SLM trwybwn uchel yn ffafriol i wlybaniaeth cyfnodau ' a ", tra bod triniaeth wres yn darparu digon o amser ar gyfer dyddodiad y cyfnodau cryfhau hyn, sy'n esbonio'r cynnydd yn nwysedd yr awyren grisial (200) a (220) (220) o'r copaon ar ôl ymddangosiad gwres a thriniaeth 3.1.
Ar ôl triniaeth wres gyda HT2 a HT4, (311) canfuwyd copaon diffreithiant y cyfnodau ' a " hefyd yn y patrymau XRD. Fodd bynnag, o'i gymharu â'r copaon diffreithiant (311) ar ôl triniaeth hydoddiant a heneiddio sengl, roedd y brigau diffreithiant ar ôl heneiddio dwbl yn fwy dwys, sy'n dangos bod y broses heneiddio dwbl wedi hyrwyddo ymhellach ffurfio'r cyfnodau cryfhau ac ". Roedd dwyster y brigau diffreithiant cyfnod cryfhau yn arbennig o arwyddocaol o dan yr amod triniaeth HT2, sy'n dangos bod y driniaeth wres hon yn hyrwyddo dyddodiad mwy o gyfnodau ' a ". Disgwylir i effaith dyddodiad y cyfnod cryfhau gael effaith gadarnhaol ar briodweddau mecanyddol y cyflwr a driniwyd gan HT2. Fodd bynnag, ni newidiodd cyfeiriadedd grisial y prif frig (111) yn sylweddol, gan nodi nad oedd y cyfeiriadedd dewisol o driniaeth wres wedi newid yn sylweddol, sy'n nodi nad oedd y cyfeiriadedd dewisol o ran triniaeth wres wedi newid yn sylweddol. 316L/IN718 deunydd graddedig swyddogaethol.
4.Microstructure ar ôl triniaeth wres
O dan amodau dyddodiad (AD), mae cyfnodau Laves cadwyn hir yn bodoli yn rhanbarth 1. Oherwydd y cynnwys IN718 uchel yn y rhanbarth hwn, mae llawer iawn o'r cyfnod cyfoethog o Nb yn gwaddodi yn y rhanbarth rhyng-gronynnog, gyda chyfansoddiad o (Ni, Fe, Cr)2(Nb, Mo, Ti). O dan driniaeth HT1, mae'r rhan fwyaf o gam Laves yn cael ei ddiddymu a thorri asgwrn, ac mae'r cyfnod gweddilliol yn trawsnewid yn forffoleg gronynnog. Mewn triniaeth HT3, mae cam Laves hefyd yn trawsnewid i ffurf gronynnog trwy broses hydoddi, ynghyd â dyodiad nodwydd-like/rod-fel δ{1.cyfnodau Ni3Nb. Mae hyn yn dangos bod samplau HT1 a HT3 ill dau wedi achosi gwahanu trylediad o elfennau (Ni, Nb, C, Mo) yn rhanbarth 1, ffenomen sy'n gyson â chanlyniadau mesuriadau dosraniad ystadegol yn-situ o fetelau mewn dyddodiad a gwres-samplau wedi'u trin gan ddefnyddio fflwrosgopeg microbeam X{1.
Mae canlyniadau dadansoddiad aml-raddfa yn cadarnhau, trwy reoli hydoddedd cyfnod Laves trwy dymheredd hydoddiant a rheoli morffoleg y cyfnod δ-Ni3Nb trwy amser heneiddio, y gellir cyflawni optimeiddio synergyddol cryfder a phlastigrwydd deunyddiau graddiant. Mae hyn yn darparu egwyddorion arweiniol peirianneg cyfnod allweddol ar gyfer datblygu prosesau trin gwres graddiant newydd.
Mae esblygiad microstrwythur Rhanbarth 3 o dan wahanol gyfundrefnau trin gwres yn datgelu'r cineteg trawsnewid cam a yrrir gan effaith gyplu graddiant cyfansoddiadol a hanes thermol. Crynhoir mecanwaith esblygiad microstrwythur traws-raddfa'r rhanbarth hwn, a sefydlir y mecanwaith cydberthynas rhwng triniaeth wres, peirianneg ffiniau grawn, a phriodweddau mecanyddol. O dan amodau dyddodiad (AD), mae'r rhanbarth dominyddol 316L (Cr/Ni=1.82) yn dilyn llwybr solidification cyfnod deuol ferrite, gan ffurfio strwythur dendritig cellog. Ar ôl triniaeth wres HT1, mae'r gymhareb Cr/Ni yn gostwng i 1.35. Mae'r trawsnewid cyfansoddiadol hwn yn hyrwyddo'r llwybr solidification o gyfnod deuol ferrite i strwythur cyfnod sengl cwbl austenitig, gan leihau'r cynnwys ferrit rhyngdendritig yn sylweddol. Mae adnabod cyfnod yn cadarnhau'r trawsnewid hwn: mae'r cam Cyngor Sir y Fflint yn -fatrics austenite, mae'r cam BCC yn δ{.ferrite, ac mae Ni3Al yn cyfateb i'r cyfnod gwaddod. Mae Rhanbarth 3 yn cael ei ddominyddu gan austenit, sy'n cynnwys ychydig bach o ferrite gwasgaredig. Y ffracsiynau cyfaint o ferrite a fesurwyd gan ddadansoddiad delwedd feintiol oedd 3.5% (AD), 0.7% (HT1), 0.2% (HT2), 1.5% (HT3), a 0.8% (HT4), yn y drefn honno, gan gadarnhau bod y cynnwys ferrite yn yr holl gyflwr gwres a driniwyd yn is na'r cyflwr a adneuwyd.
Mae datguddiad gwres ar ôl y dyddodiad yn hybu ailgrisialu statig, gan arwain at frashau grawn a gostyngiad sylweddol yn y bylchau dendrit. Mae effaith synergaidd y graddiant cyfansoddiadol hefyd yn arwyddocaol: ar hyd y cyfeiriad ffurfio (cynnwys IN718 yn cynyddu o 0 i 100 wt%), mae'r gyfradd oeri leol sy'n gostwng yn achosi brashau graddol ar y breichiau dendrite. Mae'r sampl a adneuwyd yn rhanbarth 3 wedi'i nodweddu gan rawn hafalaidd mân, gyda meintiau grawn hyd yn oed yn llai (~8.4 μm) ar waelod y pwll toddi oherwydd ail-doddi laser. Mewn cyferbyniad, mae'r samplau wedi'u trin â gwres yn dangos dosbarthiad maint grawn mwy unffurf, ond mae brashau grawn yn digwydd yn rhanbarth 3 ar ôl triniaeth wres -meintiau grawn cyfartalog samplau HT1 a HT3 yw 10.40 μm a 11.64 μm, yn y drefn honno. Mae'r brasiad hwn yn cael ei briodoli'n bennaf i effaith synergaidd cronni gwres a chyfradd oeri: mae rhanbarth 3 wedi'i leoli ar waelod y deunydd graddiant, gan arwain at lai o groniad gwres yn ystod y broses SLM ynni uchel a grawn cychwynnol manylach; tra bod y broses oeri araf ar ôl triniaeth wres dyddodiad yn darparu digon o amser ar gyfer twf grawn. Yn ogystal, mae'r sampl yn cynnwys crisialau colofnog parhaus sy'n treiddio i haenau lluosog. Oherwydd nodweddion solidification cyfeiriadol cyflym y broses SLM, mae'r cyfeiriad twf grawn fel arfer yn gyson â chyfeiriad y graddiant tymheredd uchaf (hy, yn berpendicwlar i waelod y pwll tawdd).
Mae triniaeth datrysiad yn lleihau cryfder gwead yn sylweddol ac yn gwella unffurfiaeth, gyda HT2 yn dangos yr effaith fwyaf arwyddocaol: mae triniaeth hydoddiant 1040 gradd wedi'i chyfuno â heneiddio dwbl yn cymell ffurfio ffiniau tanddaearol, gan gynyddu cyfran y ffiniau grawn ongl bach (LAGBs) i 39.1% (yr uchaf ymhlith yr holl driniaethau gwres). Mae hyn yn gwella gallu dadffurfiad cydgysylltiedig aml-raddfa'r strwythur graddiant yn fawr ac yn hyrwyddo ymddygiad isotropig.
Mae triniaeth wres ar ôl toddiant yn lleihau straen gweddilliol yn sylweddol ac yn hyrwyddo diddymiad sylweddol o'r cyfnod Laves (mae gradd y hydoddiad yn cynyddu'n undonog gyda thymheredd yr hydoddiant); -trwybwn uchel Mae SLM yn ei hanfod yn mireinio'r microstrwythur a adneuwyd oherwydd ei gyfradd oeri uchel, ond mae triniaeth wres dilynol yn achosi brashau grawn sylweddol. Yn nodedig, mae ychydig bach o gam δ-Ni3Nb yn parhau ar ôl triniaeth hydoddiant ar 980 gradd, sy'n dangos bod y tymheredd hwn yn is na llinell hydoddiant cyfnod δ-Ni3Nb.
Priodweddau 5.Tensile
Roedd torasgwrn tynnol bron yn gyfan gwbl yn y parth trawsnewid cyfansoddiadol rhwng y rhanbarthau 30% IN718 + 70% 316L a 40% IN718 + 60% 316L, lle'r oedd arwahanu elfennol yn fwyaf amlwg. Digwyddodd yr unig eithriad yn y cyflwr HT2 a gafodd ei drin â gwres, lle dechreuodd toriad yn y rhanbarth 50% 316L + 50% IN718 ac roedd gwddf sylweddol yn cyd-fynd ag ef. Mae'r canfyddiadau hyn yn dangos yn feintiol mai amrywiadau graddiant cyfansoddiadol sy'n dominyddu'r capasiti cario llwyth o ddeunyddiau â gradd swyddogaethol (FGMs) 316L/IN718.
Pan fydd tymheredd yr ateb yn 1040 gradd, mae cryfder a phlastigrwydd y deunydd yn cael eu gwella. O dan driniaeth heneiddio sengl, mae'r broses HT1 yn gwella'n sylweddol gryfder deunyddiau graddedig swyddogaethol 316L/IN718 (FGMs) yn well na HT2, gydag effaith gryfhau o 6.58%. Dangosodd y sampl a gafodd ei drin â HT2 y cynnydd mwyaf arwyddocaol mewn elongation ar dymheredd hydoddiant 1040 gradd, gyda chynnydd o tua 62.99%.Mae'r canlyniadau hyn yn dangos, ar dymheredd datrysiad 1040 gradd, bod heneiddio sengl yn fwy ffafriol i wella cryfder, tra bod heneiddio dwbl yn fwy ffafriol i wella plastigrwydd.
Pan fydd tymheredd y driniaeth ateb yn gostwng i 980 gradd, mae cryfder y deunydd yn cynyddu (yn uwch gyda heneiddio dwbl ac yn well gyda heneiddio sengl), ond mae'r plastigrwydd yn lleihau o'i gymharu â'r cyflwr a adneuwyd.Mae'r gwelliant cyfunol mewn cryfder a phlastigrwydd yn dangos mai HT2 yw'r driniaeth wres optimaidd ar gyfer deunyddiau â gradd swyddogaethol 316L/IN718.
6.i gloi
(1) Mae tymheredd datrysiad yn dominyddu llwybr esblygiad y cyfnod, tra bod effaith heneiddio yn ddibwys. Gall tymheredd hydoddiant sy'n fwy na neu'n hafal i 1040 gradd hydoddi cam Laves yn sylweddol ac atal ffurfio'r cyfnod δ-Ni3Nb, a thrwy hynny ryddhau elfennau Nb ar gyfer dyddodiad dilynol y cyfnod cryfhau ″ / ′, gan ddarparu rhagofyniad angenrheidiol ar gyfer cael cydbwysedd da rhwng cryfder a phlastigrwydd.
(2)Mae dulliau heneiddio yn caniatáu ar gyfer cryfder-rheoli plastigrwydd. Gall heneiddio dwbl ar ôl triniaeth hydoddiant ar 1040 gradd gynyddu plastigrwydd tua 30% heb aberthu cryfder, gan ei wneud yn addas ar gyfer cymwysiadau plastigrwydd uchel. I'r gwrthwyneb, mae triniaeth hydoddiant ar 980 gradd yn achosi dyodiad nodwydd-fel δ-cyfnodau Ni3Nb ar hyd ffiniau grawn; mae hyn yn arwain at leihad sylweddol mewn plastigrwydd o dan heneiddio sengl a dwbl, ac felly dim ond ar gyfer cymwysiadau lle mae ymgripiad tymheredd canolig yn drech.
(3)Mae cydrannau graddiant yn gofyn am strategaeth " homogeneiddio tymheredd uchel - wedi'i ddilyn gan heneiddio tymheredd isel ". Mae'r rhanbarth cyfoethogi IN718 ei hun yn gyfoethog o ran elfennau Nb a Mo, sy'n golygu bod angen triniaeth cyn-ateb ar 1040 gradd neu Fwy na neu'n hafal i hynny; fel arall, bydd heneiddio tymheredd isel dilynol yn ffurfio nodwydd barhaus-fel δ-rhwydwaith cam Ni3Nb, gan arwain at golli cryfder tymheredd ystafell o Fwy na neu'n hafal i 40%. Gall y dilyniant triniaeth hwn fod yn egwyddor dylunio cyffredinol ar gyfer y driniaeth wres yn dilyn toddi laser dethol (SLM) o ddeunyddiau tebyg â gradd swyddogaethol (FGMs).
(4)Dylai nodweddu deunyddiau graddiant ddilyn proses ddolen gaeedig tri cham: Yn gyntaf, cynhelir rhag-sgrinio tynnol macrosgopig i nodi gwahaniaethau swp i-; yn ail, mae mapiau dosbarthiad maes straen ε(x) yn cael eu plotio gan ddefnyddio technoleg cydberthynas delwedd ddigidol (DIC) lawn, a cheir cysylltiadau cyfansoddol straen lleol trwy brofion mecanyddol ar raddfa micro/nano-; yn olaf, mae'r model graddiant cyfansoddol sydd wedi'i ymgorffori â dadansoddiad elfennau meidraidd (FEA) yn cael ei galibro. Gall y gadwyn ddilysu hon ddatgysylltu'r ymateb cyffredinol â gwerthoedd caniataol dylunio a ddatryswyd yn ofodol, a thrwy hynny alluogi'r broses ac asesu dibynadwyedd gwasanaeth yn fanwl.
