O'i gymharu ag aloi entropi uchel CrMnFeCoNi traddodiadol, dangosodd aloi entropi uchel carbon 3D printiedig FeCoCrNiMn ymwrthedd ymgripiad tymheredd uchel rhagorol (hy cyfradd ymgripiad a straen trothwy wedi'i leihau). Astudiodd Prifysgol Inha a Sefydliad Gwyddor Deunyddiau Korea ymddygiad ymgripiad tymheredd uchel aloion entropi uchel-garbon ymasiad gwely powdr laser (LPBF) am y tro cyntaf, ac esboniodd ddylanwad carbidau nano-raddfa ar ymwrthedd ymgripiad.
Roedd y powdr CrMnFeCoNi HEA sy'n cynnwys carbon (y cyfeirir ati yma wedi hyn fel C-HEA) yn cynnwys 1.5 ar% C a maint gronynnau cyfartalog o 23.7 μm. Cyflymder sganio ymasiad gwely powdr laser (LPBF) yw 600 mm/s, y pŵer yw 90W, y pellter sganio yw 0.08mm, a thrwch yr haen yw 0.025mm. Er mwyn sefydlogi'r subgrains a ffurfio gronynnau carbid nanoscale ychwanegol, cafodd y samplau eu trin â gwres ar 650 gradd am awr.
Cynhaliwyd y prawf ymgripiad tymheredd uchel o LPBF C-HEA o dan straen cyson o 175-325 MPa ar dymheredd o 873 K (cynhaliwyd sefydlogrwydd tymheredd 0.2 K yn ystod y prawf ymgripiad, fel a ddangosir yn Ffigur 1), a phrawf ymgripiad y sbesimen Yr egwyl yw 86.4 K. Er mwyn sefydlogi'r straen ymgripiad, cynhaliwyd prawf ymgripiad o 259.2 k yn 150 MPa, ac yna prawf ymgripiad aml-gam.
Mae Ffigur 2 yn dangos y sbectrwm SEM-EDS a chanlyniadau dadansoddiad EBSD o LPBF C-HEA. Canfuwyd bod yr elfennau cyfansoddol yn LPBF C-HEA wedi'u dosbarthu'n unffurf hyd yn oed ar ôl triniaeth wres, gan awgrymu nad yw LPBF a thriniaeth wres ddilynol yn effeithio ar unffurfiaeth cyfansoddiadol HEA ar raddfa micron. Mae Ffigur 2b yn dangos map ffigur polyn gwrthdro EBSD (IPF) ar chwyddo isel ac yn datgelu bod gan yr aloi strwythur grawn haenog a di-wisg.Ar ôl triniaeth wres, ni newidiodd maint grawn cyfartalog (AGS) yn sylweddol ac roedd yn debyg i bod y canlyniadau EBSD a phatrymau XRD yn Ffigur 2b yn cadarnhau bod gan yr aloi presennol un cyfnod o FCC, Mae'r map IPF chwyddedig uchel yn dangos yn glir ffiniau grawn garw iawn (GBs), sy'n yn gwella'n sylweddol ymgripiad tymheredd uchel trwy atal llithro GB (Ffig. 2C 1). Mae dadleoliadau geometregol angenrheidiol (GNDs) yn ffurfio ffiniau grawn ongl isel (LAGBs) o fewn y grawn (Ffig. 2C), ac mae'r aloi yn dal i arddangos dwysedd GND hynod o uchel ar ôl triniaeth wres ar 650 gradd.
Mae ffurfio ffiniau grawn danheddog i'w weld yn bennaf yn y gronynnau ail gam sydd wedi'u cynnwys mewn deunyddiau metelaidd, megis superalloys sy'n seiliedig ar nicel a aloion magnesiwm. Mewn geiriau eraill, mae triniaeth wres yn arwain at dwf grawn, ac mae'r gronynnau ail gam yn atal y twf grawn mewn ardaloedd lleol, gan arwain at ymddangosiad igam-ogam GB.However, y driniaeth heneiddio a ddefnyddiwyd yn yr astudiaeth hon oedd peidio â chymell unrhyw dwf grawn, sy'n awgrymu bod y ffiniau grawn hynod danheddog yn yr aloi hwn yn cael eu hachosi gan gamau toddi a chaledu LPBF.Mewn adroddiad diweddar, roedd deunyddiau metelaidd printiedig 3D gyda dyddodiad yn y fan a'r lle hefyd yn arddangos GB.Notice danheddog. Mae GB wedi'i weld yn y C-HEA fel y'i adeiladwyd. sy'n arwain at ffiniau grawn garw iawn.
Ffigur 3a yw delwedd ECC o LPBF C-HEA, sy'n dangos bodolaeth is-strwythurau a achosir gan y rhwydwaith dadleoli. Lled cyfartalog mesuredig yr is-strwythurau hyn yw 534.2 ± 16.3 nm. Mae astudiaethau blaenorol wedi dangos bod yr is-strwythur wedi'i sefydlogi gan garbid nanoraddfa ychwanegol. yn gwaddodi gyda dadleoliadau wedi'u haildrefnu'n rhannol. Mae Ffigur 3b yn dangos bod nifer fawr o siâp afreolaidd carbidau maint nano (saethau gwyn) ar ffiniau'r is-strwythur.Cafwyd delweddau HAADF STEM a mapiau EELS cyfatebol i ddeall ymhellach yr heterogenedd cemegol y tu mewn i garbidau, fel y dangosir yn Ffig. 3c. Mae'r nanocarbidau yn cynnwys Cr a C yn bennaf, sy'n dangos bod y carbidau hyn yn gyfoethog mewn Cr.
Fel y dangosir yn Ffig. 4, i gefnogi'r canfyddiadau hyn, diagramau cyfnod ecwilibriwm a gyfrifwyd yn thermodynamig ar gyfer cyfansoddiad cemegol LPBF C-HEA gan ddefnyddio meddalwedd Thermo-Calc a fersiwn wedi'i huwchraddio o gronfa ddata TCFE2000. Mae'r diagram cam yn dangos bod carbidau math M23C6 yn cael eu ffurfio yn bennaf yn yr ystod tymheredd o 500-1000 gradd, sy'n nodi mai'r cam Cr23C6 yw prif gydran LPBF C-HEA.Ar y llaw arall, yn y llenyddiaeth, mae carbidau Cr23C6 CoCrFeMnNi HEA yn bodoli ar raddfa sawl micron, ac mae'r cynnwys carbon yn 1.3-1.8 yn%. Mewn cyferbyniad, mae'r aloi yn cynnwys carbidau nanosized hyd yn oed ar ôl triniaeth wres, sy'n awgrymu bod is-strwythur metastabl gyda dwysedd uchel o afleoliadau yn rheoli ffurfio carbidau nanosized gyda dosbarthiad unffurf. Yn y cyfamser, sylwyd ar ocsidau llawn manganîs ar y mapiau EELS hefyd, a dywedwyd eu bod yn cynnwys MnO yn LPBF C-HEA. Fodd bynnag, mae effaith cryfhau'r cyfnod MnO yn isel o gymharu â Cr23C6; felly, ystyrir mai carbidau yw'r prif gyfranwyr at y cryfder yn yr astudiaeth hon.
Mae Ffigur 5a yn dangos cromliniau ymgripiad aml-lefel LPBF O-HEA, LPBF C-HEA, a LPBF CrMnFeCoNi wedi'u hatgyfnerthu â nano-ocsidau. Ym mhob ystod straen ymgripiad, dangosodd LPBF C-HEA straen ymgripiad is (hy, ymwrthedd ymgripiad uwch) na'r deunyddiau cyfeirio (LPBF CrMnFeCoNi a LPBF O-HEA). Ymhellach, o'i gymharu â chanlyniadau ymgripiad LPBF CoCrFeMnNi, LPBF C-HEA. arddangos y gyfradd ymgripiad isaf ym mhob ystod straen ymgripiad. Yn benodol, ar straen cymhwysol o 225 MPa, cyfradd ymgripiad isaf LPBF C-HEA yw Mae hyn yn golygu bod triniaeth wres nid yn unig yn gwella priodweddau mecanyddol tymheredd yr ystafell yn fawr, ond hefyd yn gwella'r ymwrthedd ymgripiad tymheredd uchel yn yr HEA a weithgynhyrchir yn ychwanegol, sy'n cynnwys carbon supersaturated a achosir gan solidification cyflym. Mae'r dotiau du ar gyfer y ymgripiad un cam yn Ffig. 5b yn dangos dibynadwyedd ac atgynhyrchedd da'r prawf ymgripiad aml-gam.
Fel y dangosir yn Ffigur 6, archwiliwyd ymddygiad anffurfiad ymgripiad tymheredd uchel LPBF C-HEA trwy archwilio'r microstrwythur ar raddfa fawr gan ddefnyddio'r map dosbarthu GND a'r map IPF. cynnydd sylweddol mewn straen yn ystod ymgripiad ar 873 K, yn enwedig pan osodwyd llawer iawn o straen, sy'n awgrymu esblygiad microstrwythurol. Fodd bynnag, mae'r plot IPF yn Ffigur 6 yn dangos bod ni chafwyd unrhyw esblygiad microstrwythurol yn y sampl ymgripiad gyda straen ymgripiad o 7%, hyd yn oed ar straen cymhwysol o 325 MPa. Ymhellach, fel y dangosir yn Ffig. 7a, canfuwyd bod is-strwythurau nas gwelwyd ym map EBSD y sampl cychwynnol yn ymddangos yn y microstrwythur ymgripiad. Mae hyn yn dangos bod y microstrwythur cychwynnol unigryw yn atal symudiad dadleoli ac esblygiad microstrwythur, ac yn arwain at wrthwynebiad ymgripiad rhagorol LPBF C-HEA. rhanbarthau, a fydd yn cael eu trafod yn ddiweddarach.
Fel y dangosir yn Ffigur 7a,Map IPF cydraniad uchel o sampl ymgripiad. llithro ffin, a thrwy hynny wella ymwrthedd ymgripiad ar dymheredd uchel. Adroddwyd bod y gwrthiant ymgripiad gwell yn gysylltiedig â chyfraddau cavitation is a lluosogi crac trwy serrations.For GB steels di-staen austenitig, mae mecanwaith ffurfio ffiniau grawn danheddog fel arfer yn gysylltiedig â'r rhyngweithio rhwng ffiniau grawn a gwaddodiadau carbid: 1) mudo ffin grawn rhwng grawn wedi'u pinio a 2) dylanwad twf carbid. Ni ddangosodd LPBF C-HEA unrhyw dwf o garbidau ar ôl anffurfiad ymgripiad (Ffig. 7c-d).
Mae'r proffil GND yn Ffig. 7b yn dangos yr is-graenau yn y sampl creep. Er bod y ddelwedd ECC (Ffig. 3a) yn dangos bod gan y sampl cychwynnol is-strwythurau wedi'u haddurno â rhwydweithiau dadleoli, trwy arsylwi EBSD, mae'r is-strwythurau yn anwahanadwy. ffiniau is-strwythur yn ogystal â ffiniau grawn yn ystod ymgripiad tymheredd uchel. Mae hyn yn dangos y gall ffiniau'r is-adeiledd rwystro symudiad dadleoli yn llwyddiannus hyd yn oed o dan anffurfiad ymgripiad tymheredd uchel. Mae delweddau ECC chwyddo uchel yn cefnogi dadleoliadau cronedig iawn ar ffiniau tanddaearol (Ffig. 7c).Yma, mae mecanwaith pinio dellt a chyffyrdd dadleoli AAU yn cael ei esbonio gan effaith ar y cyd datgymaliad coedwigoedd a chaledu datrysiad crynodedig. Fodd bynnag, mae'r aloi presennol yn arddangos subgrans gyda dwysedd GND uchel ar ôl anffurfiannau ymgripiad, sy'n awgrymu bod y mecanwaith ymgripiad o nanocomposites LPBF HEA ychydig yn wahanol i un anffurfiedig HEA.Next, defnyddiwyd ECCI i archwilio'r grawn ultrafine recrystallized yn y samplau creep (Ffig. 7d), sydd â dwysedd dadleoli mewnol isel ac yn cael eu cyfyngu gan carbides.For deunyddiau metelaidd, mae'r grym gyrru ar gyfer recrystallization yn cynyddu'n raddol gyda thymheredd cynyddol . Fodd bynnag, o ystyried bod LPBF C-HEA yn cynhyrchu llawer iawn o wlybaniaeth, sy'n arwain at bwysau pinio Zenner, caiff ailgrisialu ei atal hyd yn oed ar dymheredd uchel. anffurfiad ymgripiad tymheredd uchel ar ôl cymhwyso straen o 325 MPa. Er y gwelwyd grawn ultrafine wedi'u hailgrisialu mewn rhai rhanbarthau, cawsant eu cyfyngu gan carbidau maint nanomedr, a oedd yn atal twf grawn pellach. Arweiniodd archwiliad gofalus o'r strwythur anffurfiad ymgripiad gan ECCI ac EBSD at y casgliad bod subgrains sefydlog gyda rhwydwaith dadleoli a carbidau nano-maint yn arafu adferiad ac ailgrisialu yn ystod anffurfiad creep tra'n cryfhau ymhellach y is-strwythur rhwydwaith dadleoli a achosir.
Crynodeb:
Mae'r broses weithgynhyrchu ychwanegion a thriniaeth wres ddilynol CrMnFeCoNi HEA sy'n cynnwys carbon yn arwain at ffurfio nid yn unig grawn heterostructure gydag is-strwythurau wedi'u haddurno â rhwydweithiau dadleoli, ond hefyd carbidau wedi'u dosbarthu'n unffurf ar ffiniau grawn a subgrawn.
Mae ymwrthedd ymgripiad tymheredd uchel LPBF C-HEA yn well nag aloion entropi uchel CrMnFeCoNi a adroddwyd. Mae cyfradd ymgripiad C-HEA yn ddau orchymyn maint yn is nag HEA a brosesir yn gonfensiynol.
Mae arsylwi microstrwythurol yn cadarnhau bod subgrains sefydlog yn cymell ffurfio ffiniau grawn hynod danheddog, sy'n cryfhau'r subgrains ymhellach ac yn atal recrystallization yn ystod ymgripiad tymheredd uchel, gan arwain at ryw ymwrthedd creep ardderchog.
Geiriau allweddol: Ymchwil Ychwanegion, Gweithgynhyrchu ychwanegion metel, Mana Materials, argraffu metel 3D
