Berbanding dengan pemendapan tenaga berarah, pencairan laser terpilih kurang dikaji untuk fabrikasi bahan yang digredkan secara berfungsi dan tetingkap-pemprosesan pasca masih tidak jelas.
Penyelidik kami menggunakan teknologi SLM untuk menyediakan bahan bergred berfungsi 316L/IN718 dan menilai secara sistematik kesan proses rawatan haba yang mewakili pada evolusi fasa dan sifat tegangan
1. Penyediaan SLM bahan bergred berfungsi 316L/IN718
2. Proses rawatan haba
Berdasarkan analisis rajah di atas, skim rawatan haba kecerunan telah direka. Dua suhu larutan telah dipilih: 980 darjah (di bawah suhu larutan) dan 1040 darjah (di atas suhu larutan), digabungkan dengan dua strategi penuaan: penuaan tunggal pada 720 darjah dan penuaan dua kali pada 720 darjah + 620 darjah . Berdasarkan ini, lima set eksperimen kawalan telah disediakan:
Kumpulan AD (keadaan didepositkan): dikekalkan dalam keadaan penyediaan asalnya;
Kumpulan HT1: rawatan penyelesaian 1040 darjah selama 1 jam (pelindapkejutan air) + 720 darjah penuaan tunggal selama 8 jam (penyejukan udara);
Kumpulan HT2: rawatan penyelesaian 1040 darjah selama 1 jam (pelindapkejutan air) + 720 darjah penuaan selama 8 jam diikuti dengan penuaan 620 darjah selama 8 jam (penyejukan relau);
Kumpulan HT3: rawatan penyelesaian 980 darjah selama 1 jam (pelindapkejutan air) + 720 darjah penuaan tunggal selama 8 jam (penyejukan udara);
Kumpulan HT4: Rawatan larutan 980 darjah selama 1 jam (pelindapkejutan air) + 720 darjah penuaan selama 8 jam diikuti dengan penuaan 620 darjah selama 8 jam (penyejukan relau).
3. Transformasi fasa selepas rawatan haba
Lima set corak pembelauan sinar X-(XRD) dalam satah Y-Z dalam keadaan rawatan haba yang berbeza, dengan kawasan ujian meliputi: rantau 1 (kandungan IN718 70-100%), rantau 2 (kandungan IN718 40-70%) dan rantau 3 (kandungan IN718 0-30%).
Keamatan puncak pembelauan di bawah lima keadaan rawatan haba tidak menunjukkan perbezaan yang ketara; pantulan Bragg bagi fasa austenit-terutama puncak kuat (111) dan (200) muka-struktur padu berpusat (FCC)-mendominasi corak difraksi.
Dalam sampel yang dirawat HT1-dari rantau 1, keamatan puncak (111) dan (220) adalah lebih tinggi daripada keadaan termendap (AD). Di samping itu, semua kumpulan yang dirawat haba menunjukkan puncak pembelauan (311), menunjukkan bahawa fasa pengukuhan tambahan terbentuk selepas rawatan haba.
Di bawah keadaan HT1, puncak pembelauan di rantau 2 adalah lebih luas dan mempunyai keamatan yang lebih rendah, menunjukkan bahawa kestabilan fasa di rantau ini adalah lebih lemah.
Di rantau 3, keamatan puncak (111) dalam sampel yang dirawat HT3- telah dipertingkatkan dengan ketara. Terutamanya, ' dan " fasa pengukuhan telah dikesan dalam corak XRD rantau 1. Penyejukan pantas semasa penyediaan SLM pemprosesan tinggi tidak kondusif kepada pemendakan fasa ' dan ", manakala rawatan haba menyediakan masa yang mencukupi untuk pemendakan fasa pengukuhan ini, yang menerangkan peningkatan dalam keamatan (200) dan (220) kemunculan hablur puncak (200) dan (220) puncak 1.
Selepas rawatan haba dengan HT2 dan HT4, (311) puncak pembelauan fasa ' dan " juga dikesan dalam corak XRD. Walau bagaimanapun, berbanding dengan (311) puncak pembelauan selepas rawatan penyelesaian dan penuaan tunggal, puncak pembelauan selepas penuaan dua kali adalah lebih sengit, menunjukkan bahawa proses penuaan berganda ' seterusnya menggalakkan pembentukan fasa. Keamatan puncak pembelauan fasa pengukuhan adalah sangat ketara di bawah keadaan rawatan HT2, menunjukkan bahawa rawatan haba ini menggalakkan pemendakan lebih banyak fasa ' dan ". Kesan pemendakan fasa pengukuhan dijangka mempunyai kesan positif ke atas sifat mekanikal keadaan dirawat HT2. Walau bagaimanapun, orientasi kristal bagi puncak utama tidak berubah dengan ketara (111, tidak menunjukkan perubahan yang ketara terhadap rawatan haba) orientasi bahan gred berfungsi 316L/IN718.
4.Microstructure selepas rawatan haba
Di bawah keadaan pemendapan (AD), fasa Laves rantaian-panjang wujud di rantau 1. Disebabkan kandungan IN718 yang tinggi di rantau ini, sejumlah besar fasa kaya Nb-mendakan di rantau intergranular, dengan komposisi (Ni, Fe, Cr)2(Nb, Mo, Ti). Di bawah rawatan HT1, kebanyakan fasa Laves mengalami pembubaran dan patah, dan fasa sisa berubah menjadi morfologi berbutir. Dalam rawatan HT3, fasa Laves juga berubah menjadi bentuk berbutir melalui proses pembubaran, disertai dengan kerpasan fasa -seperti/batang-seperti δ-jarum. Ini menunjukkan bahawa kedua-dua sampel HT1 dan HT3 menyebabkan pengasingan resapan unsur (Ni, Nb, C, Mo) di rantau 1, fenomena yang konsisten dengan keputusan pengukuran pengedaran statistik in{17}}situ bagi logam dalam sampel pemendapan dan haba{18}}menggunakan{19}}spektroskopi sinaran sinaran mikro{19}}tinggi{{20}
Keputusan analisis berbilang skala mengesahkan bahawa dengan mengawal keterlarutan fasa Laves melalui suhu larutan dan mengawal morfologi fasa δ-Ni3Nb melalui masa penuaan, pengoptimuman sinergistik kekuatan dan keplastikan bahan kecerunan boleh dicapai. Ini menyediakan prinsip panduan kejuruteraan fasa utama untuk pembangunan proses rawatan haba kecerunan baru.
Evolusi struktur mikro Wilayah 3 di bawah rejim rawatan haba yang berbeza mendedahkan kinetik transformasi fasa yang didorong oleh kesan gandingan kecerunan komposisi dan sejarah terma. Mekanisme evolusi struktur mikro-skala silang bagi rantau ini diringkaskan dan mekanisme korelasi antara rawatan haba, kejuruteraan sempadan butiran dan sifat mekanikal diwujudkan. Di bawah keadaan pemendapan (AD), rantau dominan 316L-(Cr/Ni=1.82) mengikuti laluan pemejalan dwi-fasa ferit-austenit (FA), membentuk struktur dendritik selular. Selepas rawatan haba HT1, nisbah Cr/Ni berkurangan kepada 1.35. Transformasi gubahan ini menggalakkan laluan pemejalan daripada fasa-dwi austenit-ferit kepada struktur fasa tunggal-austenit sepenuhnya, mengurangkan kandungan ferit interdendritik dengan ketara. Pengenalpastian fasa mengesahkan transformasi ini: fasa FCC ialah -matriks austenit, fasa BCC ialah δ-ferrit dan Ni3Al sepadan dengan fasa mendakan '. Rantau 3 dikuasai oleh austenit, mengandungi sejumlah kecil ferit terdispersi. Pecahan isipadu ferit yang diukur dengan analisis imej kuantitatif ialah 3.5% (AD), 0.7% (HT1), 0.2% (HT2), 1.5% (HT3) dan 0.8% (HT4), masing-masing, mengesahkan bahawa kandungan ferit dalam semua keadaan haba-terurus adalah lebih rendah daripada keadaan termendap.
Pendedahan haba-pasca pemendapan menggalakkan penghabluran semula statik, yang membawa kepada kekasaran butiran dan pengurangan ketara dalam jarak dendrit. Kesan sinergistik kecerunan komposisi juga ketara: sepanjang arah pembentukan (kandungan IN718 meningkat daripada 0 hingga 100 wt%), kadar penyejukan tempatan yang berkurangan mendorong kekasaran lengan dendrit secara beransur-ansur. Sampel yang didepositkan di rantau 3 dicirikan oleh butiran equiaxed halus, dengan saiz butiran yang lebih kecil (~8.4 μm) di bahagian bawah kolam cair disebabkan oleh pencairan semula laser. Sebaliknya, sampel yang dirawat haba-mempamerkan taburan saiz butiran yang lebih seragam, tetapi kekasaran butiran berlaku di rantau 3 selepas rawatan haba-saiz butiran purata sampel HT1 dan HT3 ialah 10.40 μm dan 11.64 μm, masing-masing. Kekasaran ini terutamanya disebabkan oleh kesan sinergistik pengumpulan haba dan kadar penyejukan: rantau 3 terletak di bahagian bawah bahan kecerunan, menghasilkan kurang pengumpulan haba semasa proses SLM{18}}tenaga tinggi dan butiran awal yang lebih halus; manakala proses penyejukan perlahan selepas rawatan haba pemendapan menyediakan masa yang mencukupi untuk pertumbuhan bijirin. Di samping itu, sampel mengandungi kristal kolumnar berterusan yang menembusi pelbagai lapisan. Disebabkan oleh ciri-ciri pemejalan arah yang cepat dalam proses SLM, arah pertumbuhan bijirin biasanya konsisten dengan arah kecerunan suhu maksimum (iaitu, berserenjang dengan bahagian bawah kolam lebur).
Rawatan penyelesaian mengurangkan kekuatan tekstur dan meningkatkan keseragaman dengan ketara, dengan HT2 menunjukkan kesan paling ketara: Rawatan larutan 1040 darjah digabungkan dengan penuaan dua kali mendorong pembentukan sempadan subgrain, meningkatkan perkadaran-sempadan sudut kecil (LAGB) kepada 39.1% (yang tertinggi antara semua rawatan haba). Ini meningkatkan keupayaan ubah bentuk selaras berbilang-skala struktur kecerunan dan menggalakkan tingkah laku isotropik.
Rawatan haba selepas-penyelesaian mengurangkan tegasan sisa dengan ketara dan menggalakkan pembubaran fasa Laves yang ketara (tahap pembubaran meningkat secara monotonik dengan suhu larutan); daya pemprosesan tinggi-SLM sememangnya memperhalusi struktur mikro termendap kerana kadar penyejukannya yang tinggi, tetapi rawatan haba seterusnya mendorong kekasaran butiran yang ketara. Terutama, sejumlah kecil fasa δ-Ni3Nb kekal selepas rawatan larutan pada 980 darjah , menunjukkan bahawa suhu ini berada di bawah garis penyelesaian fasa δ-Ni3Nb.
5. sifat tegangan
Patah tegangan hampir tertumpu sepenuhnya dalam zon peralihan komposisi antara kawasan 30% IN718 + 70% 316L dan 40% IN718 + 60% 316L, di mana pengasingan unsur paling ketara. Satu-satunya pengecualian berlaku dalam keadaan rawatan haba HT2-, di mana keretakan dimulakan pada 50% 316L + 50% rantau IN718 dan disertai dengan leher yang ketara. Penemuan ini secara kuantitatif menunjukkan bahawa variasi kecerunan komposisi mendominasi beban{14}}kapasiti galas 316L/IN718 bahan gred berfungsi (FGM).
Apabila suhu larutan ialah 1040 darjah, kedua-dua kekuatan dan keplastikan bahan bertambah baik. Di bawah rawatan penuaan tunggal, proses HT1 meningkatkan kekuatan bahan gred berfungsi (FGM) 316L/IN718 dengan ketara lebih baik daripada HT2, dengan kesan pengukuhan sebanyak 6.58%. Sampel yang dirawat dengan HT2 menunjukkan peningkatan yang paling ketara dalam pemanjangan pada suhu larutan 1040 darjah, dengan peningkatan kira-kira 62.99%.Keputusan ini menunjukkan bahawa pada suhu larutan 1040 darjah, penuaan tunggal lebih kondusif untuk peningkatan kekuatan, manakala penuaan dua kali lebih kondusif untuk peningkatan keplastikan.
Apabila suhu rawatan penyelesaian menurun kepada 980 darjah, kekuatan bahan meningkat (lebih tinggi dengan penuaan berganda dan lebih baik dengan penuaan tunggal), tetapi keplastikan berkurangan berbanding keadaan terdeposit.Penambahbaikan gabungan dalam kekuatan dan keplastikan menunjukkan bahawa HT2 ialah rawatan haba yang optimum untuk bahan gred berfungsi 316L/IN718.
6.kesimpulannya
(1)Suhu larutan mendominasi laluan evolusi fasa, manakala kesan penuaan boleh diabaikan. Suhu larutan yang lebih besar daripada atau sama dengan 1040 darjah boleh melarutkan fasa Laves dengan ketara dan menghalang pembentukan fasa δ-Ni3Nb, dengan itu membebaskan unsur Nb untuk pemendakan seterusnya bagi fasa pengukuhan ″/′, menyediakan prasyarat yang diperlukan untuk mendapatkan keseimbangan yang baik antara kekuatan dan keplastikan.
(2)Kaedah penuaan membenarkan{1}}kawalan keplastikan kekuatan. Penuaan dua kali selepas rawatan larutan pada 1040 darjah boleh meningkatkan keplastikan sebanyak kira-kira 30% tanpa mengorbankan kekuatan, menjadikannya sesuai untuk-aplikasi keplastikan tinggi. Sebaliknya, rawatan penyelesaian pada 980 darjah mendorong pemendakan jarum-seperti fasa δ-Ni3Nb di sepanjang sempadan butiran; ini membawa kepada penurunan ketara dalam keplastikan di bawah kedua-dua penuaan tunggal dan berganda, dan oleh itu hanya disyorkan untuk aplikasi yang{11}}rayapan suhu sederhana adalah dominan.
(3)Komponen kecerunan memerlukan strategi "penghomogenan-suhu tinggi diikuti oleh-penuaan suhu rendah". Rantau diperkaya IN718 itu sendiri kaya dengan elemen Nb dan Mo, memerlukan rawatan pra-penyelesaian pada Lebih daripada atau sama dengan 1040 darjah ; jika tidak, penuaan suhu rendah-yang seterusnya akan membentuk jarum berterusan-seperti rangkaian fasa δ-Ni3Nb, mengakibatkan kehilangan keliatan suhu bilik-lebih besar daripada atau sama dengan 40%. Urutan rawatan ini boleh berfungsi sebagai prinsip reka bentuk umum untuk rawatan haba berikutan peleburan laser terpilih (SLM) bagi bahan gred berfungsi (FGM) yang serupa.
(4)Pencirian bahan kecerunan hendaklah mengikut tiga-proses gelung tertutup-: Pertama, saringan pra-tegangan makroskopik dilakukan untuk mengenal pasti perbezaan-ke-kelompok; kedua, peta taburan medan terikan ε(x) diplot menggunakan-teknologi korelasi imej digital medan (DIC) penuh dan hubungan konstitutif terikan-tegangan tempatan (σ-ε) diperoleh melalui ujian mekanikal skala mikro/nano-; akhirnya, model konstitutif kecerunan yang dibenamkan dengan analisis unsur terhingga (FEA) ditentukur. Rantaian pengesahan ini boleh mengasingkan respons keseluruhan kepada nilai reka bentuk yang boleh diselesaikan secara spatial, dengan itu membolehkan penalaan halus{11}}proses dan penilaian kebolehpercayaan perkhidmatan.
