Palyginti su kryptiniu energijos nusodinimu, selektyvus lydymas lazeriu buvo mažiau ištirtas gaminant funkciniu požiūriu surūšiuotas medžiagas, o tolesnio {0}apdorojimo langas lieka neaiškus.
Mūsų mokslininkai naudojo SLM technologiją, kad paruoštų 316L/IN718 funkciškai rūšiuotas medžiagas ir sistemingai įvertino tipiškų terminio apdorojimo procesų poveikį fazių raidai ir tempimo savybėms.
1.SLM paruošimas 316L/IN718 funkciškai rūšiuotų medžiagų
2.Šiluminio apdorojimo procesas
Remiantis aukščiau pateikto paveikslo analize, buvo sukurta gradiento terminio apdorojimo schema. Buvo pasirinktos dvi tirpalo temperatūros: 980 laipsnių (žemesnė už tirpalo temperatūrą) ir 1040 laipsnių (virš tirpalo temperatūros), derinamos su dviem sendinimo strategijomis: vienkartinis sendinimas 720 laipsnių ir dvigubas sendinimas 720 laipsnių + 620 laipsnių temperatūroje. Remiantis tuo, buvo sukurti penki kontrolinių eksperimentų rinkiniai:
AD grupė (deponuota būsena): išlaikoma pradinėje paruošimo būsenoje;
HT1 grupė: 1040 laipsnių apdorojimas tirpalu 1 valandą (gesinimas vandeniu) + 720 laipsnio vienkartinis sendinimas 8 valandas (aušinimas oru);
HT2 grupė: apdorojimas 1040 laipsnių tirpalu 1 valandą (gesinimas vandeniu) + 720 laipsnio sendinimas 8 valandas, po to 8 valandas brandinimas 620 laipsnių temperatūroje (aušinimas krosnyje);
HT3 grupė: apdorojimas 980 laipsnių tirpalu 1 valandą (gesinimas vandeniu) + 720 laipsnio vienkartinis sendinimas 8 valandas (aušinimas oru);
HT4 grupė: apdorojimas 980 laipsnių tirpalu 1 valandą (gesinimas vandeniu) + 720 laipsnių sendinimas 8 valandas, po to 8 valandas brandinimas 620 laipsnių temperatūroje (aušinimas krosnyje).
3.Fazės transformacija po terminio apdorojimo
Penki rentgeno spindulių difrakcijos (XRD) modelių rinkiniai Y-Z plokštumoje skirtingomis terminio apdorojimo sąlygomis, kurių bandymo sritys apima: 1 sritį (IN718 kiekis 70–100 %), 2 sritį (IN718 kiekis 40–70 %) ir 3 sritį (IN718 kiekis 0–30 %).
Difrakcijos smailių intensyvumas penkiomis terminio apdorojimo sąlygomis reikšmingų skirtumų neparodė; austenitinės fazės Braggo atspindys-ypač stiprios (111) ir (200) veido-centruotos kubinės (FCC) struktūros-smailės dominavo difrakcijos schemoje.
HT1-apdorotame mėginyje iš 1 srities smailių (111) ir (220) intensyvumas buvo didesnis nei deponuotos būsenos (AD). Be to, visos termiškai apdorotos grupės parodė difrakcijos smailę (311), o tai rodo, kad po terminio apdorojimo susidarė papildoma armavimo fazė.
HT1 sąlygomis difrakcijos smailės 2 srityje yra platesnės ir mažesnio intensyvumo, o tai rodo, kad fazės stabilumas šioje srityje yra silpnesnis.
3 regione (111) smailės intensyvumas HT3-gydytame mėginyje buvo žymiai padidintas. Pažymėtina, kad 1 srities XRD modelyje buvo aptiktos stiprinimo fazės. Greitas aušinimas didelio našumo SLM ruošimo metu nėra palankus ' ir ' fazių nusodinimui, o terminis apdorojimas suteikia pakankamai laiko šioms stiprinimo fazėms nusodinti, o tai paaiškina (200) ir (231) smailių smailių intensyvumo padidėjimą.
Po terminio apdorojimo HT2 ir HT4, XRD modeliuose taip pat buvo aptiktos (311) fazių difrakcijos smailės. Tačiau, palyginti su (311) difrakcijos smailėmis po apdorojimo tirpalu ir vienkartinio sendinimo, difrakcijos smailės po dvigubo sendinimo buvo intensyvesnės, o tai rodo, kad dvigubo senėjimo procesas dar labiau paskatino stiprinimo fazių susidarymą. Stiprinimo fazės difrakcijos smailių intensyvumas buvo ypač reikšmingas HT2 apdorojimo sąlygomis, o tai rodo, kad šis terminis apdorojimas paskatino daugiau ' ir " fazių nusodinimą. Tikimasi, kad stiprinimo fazės nusodinimo efektas turės teigiamos įtakos HT2 apdorotos būsenos mechaninėms savybėms. Tačiau pagrindinės smailės kristalų orientacija (111) nepakeitė pageidaujamos temperatūros orientacijos. 316L/IN718 funkcinės klasės medžiaga.
4.Mikrostruktūra po terminio apdorojimo
Nusėdimo (AD) sąlygomis 1 regione yra ilgos-grandinės Laves fazės. Dėl didelio IN718 kiekio šiame regione tarpgranulinėje srityje nusėda daug Nb-turtingos fazės, kurios sudėtis yra (Ni, Fe, Cr)2(Nb, Mo, Ti). Gydant HT1, didžioji Laves fazės dalis ištirpsta ir lūžta, o likutinė fazė virsta granuliuota morfologija. Apdorojant HT3, Laveso fazė taip pat virsta granuliuota forma tirpimo proceso metu, kartu nusodinant adatos -kaip / lazdele-kaip δ-Ni3Nb fazės. Tai rodo, kad tiek HT1, tiek HT3 mėginiai sukėlė elementų (Ni, Nb, C, Mo) difuzinę segregaciją 1 regione, o tai atitinka in-situ statistinio metalų pasiskirstymo matavimų rezultatus nusodinamuose ir termiškai{18}}apdorotuose mėginiuose naudojant didelės-fluorescencinės raiškos mikroskopijos rentgeno spinduliuotę.
Daugiakalės analizės rezultatai patvirtina, kad kontroliuojant Laves fazės tirpumą per tirpalo temperatūrą ir kontroliuojant δ-Ni3Nb fazės morfologiją per senėjimo laiką, galima pasiekti sinergetinį gradiento medžiagų stiprumo ir plastiškumo optimizavimą. Tai pateikia pagrindinius fazių inžinerijos pagrindinius principus kuriant naujus gradiento terminio apdorojimo procesus.
3 regiono mikrostruktūros raida skirtingais terminio apdorojimo režimais atskleidžia fazių transformacijos kinetiką, kurią lemia kompozicijos gradiento ir šiluminės istorijos sujungimo efektas. Apibendrinamas šio regiono kryžminio-masto mikrostruktūros evoliucijos mechanizmas ir nustatytas koreliacijos mechanizmas tarp terminio apdorojimo, grūdelių ribų inžinerijos ir mechaninių savybių. Nusodinimo (AD) sąlygomis 316L-dominuojanti sritis (Cr/Ni=1.82) eina ferito-austenito (FA) dvifaziu -faziu kietėjimo keliu, sudarydama ląstelinę dendritinę struktūrą. Po terminio apdorojimo HT1 Cr/Ni santykis sumažėja iki 1,35. Ši kompozicijos transformacija skatina kietėjimo kelią nuo ferito-austenito dvigubos-fazės iki visiškai austenitinės vienfazės{14}}struktūros, todėl žymiai sumažėja tarpdendritinio ferito kiekis. Fazės identifikavimas patvirtina šią transformaciją: FCC fazė yra -austenito matrica, BCC fazė yra δ-feritas, o Ni3Al atitinka ' nuosėdų fazę. 3 regione dominuoja austenitas, turintis nedidelį kiekį išsklaidyto ferito. Kiekybinės vaizdo analizės būdu išmatuotos ferito tūrio dalys buvo atitinkamai 3,5 % (AD), 0,7 % (HT1), 0,2 % (HT2), 1,5 % (HT3) ir 0,8 % (HT4), o tai patvirtina, kad ferito kiekis visose termiškai apdorotose būsenose buvo mažesnis nei esantis nuosėdose.
Šilumos poveikis po-nusodinimo skatina statinę rekristalizaciją, todėl grūdeliai sutirštėja ir žymiai sumažėja tarpai tarp dendritų. Kompozicijos gradiento sinergetinis poveikis taip pat reikšmingas: formavimo kryptimi (IN718 kiekis didėja nuo 0 iki 100 masės%), mažėjantis vietinis aušinimo greitis sukelia laipsnišką dendrito pečių grubumą. Nusodintas mėginys 3 srityje pasižymi smulkiais lygiagrečiais grūdeliais, kurių lydymosi baseino apačioje dėl perlydymo lazeriu yra dar mažesni grūdelių dydžiai (~ 8,4 μm). Priešingai, termiškai{9}}apdorotų mėginių grūdelių dydžio pasiskirstymas yra tolygesnis, tačiau po terminio apdorojimo 3 regione grūdeliai sutirštėja{11}}vidutinis HT1 ir HT3 mėginių grūdelių dydis yra atitinkamai 10,40 μm ir 11,64 μm. Šis šiurkštumas daugiausia siejamas su šilumos kaupimosi ir aušinimo greičio sinergetiniu poveikiu: 3 sritis yra gradientinės medžiagos apačioje, todėl didelės-energijos SLM proceso metu šiluma kaupiasi mažiau, o pradiniai grūdeliai yra smulkesni; o lėtas aušinimo procesas po nusodinimo terminio apdorojimo suteikia pakankamai laiko grūdams augti. Be to, mėginyje yra ištisinių stulpelių kristalų, kurie prasiskverbia į kelis sluoksnius. Dėl greito kryptinio SLM proceso kietėjimo charakteristikų grūdų augimo kryptis paprastai atitinka didžiausio temperatūros gradiento kryptį (ty statmena išlydyto baseino dugnui).
Apdorojimas tirpalu žymiai sumažina tekstūros stiprumą ir pagerina vienodumą, o HT2 rodo didžiausią poveikį: 1040 laipsnių apdorojimas tirpalu kartu su dvigubu senėjimu skatina subgrūdelių ribos susidarymą, todėl mažų -kampinių grūdelių ribų (LAGB) dalis padidėja iki 39,1% (didžiausia tarp visų terminio apdorojimo). Tai labai pagerina gradiento struktūros daugialypę koordinuotą deformaciją ir skatina izotropinį elgesį.
Terminis apdorojimas po-tirpalo žymiai sumažina liekamąjį įtempį ir skatina esminį Laves fazės ištirpimą (tirpimo laipsnis didėja monotoniškai didėjant tirpalo temperatūrai); didelio-pralaidumo SLM dėl didelio aušinimo greičio iš esmės patobulina nusėdusią mikrostruktūrą, tačiau vėlesnis terminis apdorojimas sukelia didelį grūdų rupėjimą. Pažymėtina, kad po tirpalo apdorojimo 980 laipsnių temperatūroje lieka nedidelis kiekis δ-Ni3Nb fazės, o tai rodo, kad ši temperatūra yra žemesnė už δ-Ni3Nb fazės tirpalo liniją.
5. Tempimo savybės
Tempiamasis lūžis beveik visiškai susikoncentravo kompozicijos pereinamojoje zonoje tarp 30 % IN718 + 70 % 316L ir 40 % IN718 + 60 % 316L sričių, kur elementų segregacija buvo ryškiausia. Vienintelė išimtis buvo HT2 termiškai{8}}apdorota būsena, kai lūžis prasidėjo 50 % 316L + 50 % IN718 srityje ir buvo lydimas reikšmingo kaklo. Šie radiniai kiekybiškai parodo, kad sudėties gradiento svyravimai dominuoja 316L/IN718 funkciniu požiūriu surūšiuotų medžiagų (FGM) laikomojoje galioje.
Kai tirpalo temperatūra yra 1040 laipsnių, pagerėja medžiagos stiprumas ir plastiškumas. Vienkartinio senėjimo apdorojimo metu HT1 procesas žymiai pagerina 316L/IN718 funkciniu būdu surūšiuotų medžiagų (FGM) stiprumą geriau nei HT2, o stiprinantis poveikis yra 6,58%. HT2 apdorotas mėginys labiausiai padidino pailgėjimą esant 1040 laipsnių tirpalo temperatūrai, padidėjus maždaug 62,99%.Šie rezultatai rodo, kad esant 1040 laipsnių tirpalo temperatūrai, vienkartinis senėjimas yra palankesnis stiprumui, o dvigubas senėjimas yra palankesnis plastiškumo gerinimui.
Kai tirpalo apdorojimo temperatūra nukrenta iki 980 laipsnių, medžiagos stiprumas padidėja (didesnis senstant dvigubai ir geriau vienkartinis), tačiau plastiškumas mažėja, palyginti su nusėdusia būsena.Bendras stiprumo ir plastiškumo pagerėjimas rodo, kad HT2 yra optimalus terminis apdorojimas 316L/IN718 funkciškai klasifikuotoms medžiagoms.
6.baigiant
(1) Fazės evoliucijos kelyje dominuoja tirpalo temperatūra, o senėjimo poveikis yra nereikšmingas. Tirpalo temperatūra, didesnė nei 1040 laipsnių arba lygi, gali žymiai ištirpdyti Laves fazę ir slopinti δ-Ni3Nb fazės susidarymą, taip išlaisvindama Nb elementus, kad vėliau nusodintų ″/′ stiprinimo fazę, o tai yra būtina sąlyga norint pasiekti gerą stiprumo ir plastiškumo pusiausvyrą.
(2) Senėjimo metodai leidžia kontroliuoti stiprumą{1}}plastiškumą. Dvigubas sendinimas po apdorojimo tirpalu 1040 laipsnių kampu gali padidinti plastiškumą maždaug 30 % neprarandant stiprumo, todėl jis tinkamas naudoti didelio -plastiškumo srityse. Ir atvirkščiai, tirpalo apdorojimas 980 laipsnių kampu sukelia adatinių -kaip δ-Ni3Nb fazių nusodinimą išilgai grūdelių ribų; dėl to labai sumažėja plastiškumas tiek vienkartinio, tiek dvigubo sendinimo metu, todėl rekomenduojama naudoti tik tais atvejais, kai dominuoja vidutinės temperatūros šliaužimas.
(3) Gradiento komponentams reikalinga „homogenizacija aukštoje-temperatūroje, po kurios taikoma senėjimo žemoje temperatūroje{2}} strategija. Pačiame IN718 praturtintame regione gausu Nb ir Mo elementų, todėl reikia iš anksto apdoroti tirpalu 1040 laipsnių arba didesniu kampu; kitu atveju vėlesnis senėjimas žemoje{7}}temperatūroje sudarys nuolatinį adatą-kaip δ-Ni3Nb fazių tinklą, todėl kambario{11}}temperatūrinis atsparumas sumažėja 40 % arba daugiau. Ši apdorojimo seka gali būti bendras projektavimo principas terminiam apdorojimui po selektyvaus lydymo lazeriu (SLM) panašių funkciniu požiūriu surūšiuotų medžiagų (FGM).
(4) Gradiento medžiagų apibūdinimas turėtų būti atliekamas pagal trijų-pakopų uždarojo- ciklo procesą: Pirma, makroskopinis tempimo patikrinimas atliekamas siekiant nustatyti partijų-prie{5}} skirtumus; antra, deformacijų lauko pasiskirstymo žemėlapiai ε(x) nubraižyti naudojant pilno-lauko skaitmeninio vaizdo koreliacijos (DIC) technologiją, o vietinių įtempių-įtempių (σ-ε) konstituciniai ryšiai gaunami atliekant mikro/nano-skalės mechaninius bandymus; Galiausiai kalibruojamas gradiento konstitucinis modelis, įterptas su baigtinių elementų analize (FEA). Ši patvirtinimo grandinė gali atsieti bendrą atsaką į erdviškai išspręstas dizaino leistinas vertes, taip įgalindama tiksliai{11}}sureguliuoti procesą ir įvertinti paslaugos patikimumą.
