Chemické zloženie zliatiny GH3536 a proces tepelného spracovania
Zliatina GH3536 je vysokoteplotná zliatina na báze niklu, prevažne v tuhom roztoku spevnená chrómom a molybdénom (zodpovedajúca značka je Hastelloy-X). Má dobrú odolnosť proti oxidácii a korózii a stále má strednú trvanlivosť a pevnosť pri tečení pri 900 stupňoch. , vhodné na výrobu hot-end komponentov vysokoteplotných servisných štruktúr, ako sú chvostové kužele, vírivé výfukové potrubia a kryty spaľovacích trysiek. Tvar takýchto častí je však zložitý a vo vnútri sú často prietokové kanály alebo porézne štruktúry. Tradičné procesy sú väčšinou robené viacnásobnými zvarmi, čo je nielen náročné na zabezpečenie rozmerovej presnosti, ale ovplyvňuje aj stabilitu prúdenia plynu. Dokonca aj vďaka presnému kovaniu je ťažké uspokojiť potreby výrobného priemyslu. Selektívne tavenie laserom (SLM) je technológia, ktorá využíva laser ako zdroj tepla na dosiahnutie integrácie vysoko zložitých častí tavením vrstiev kovového prášku bod po bode, prekrývaním riadok po riadku a tuhnutím a akumuláciou vrstvy po vrstve. Technológia „Near net shape“ vyriešila problém úzkeho miesta, ktorý obmedzuje spracovanie dielov zo zliatiny GH3536. Keďže však zliatinový prášok potrebuje počas procesu tvarovania SLM dokončiť roztavenie, stuhnutie a ochladenie v špecifickom veľmi krátkom čase interakcie, extrémne vysoký teplotný gradient spôsobený lokálnym vstupom tepla a veľké zvyškové napätie generované počas procesu tuhnutia povedie k štrukturálne chyby v zliatine. segregácia s prísadami. Preto selektívne laserové tavenie tvarované diely zvyčajne vyžadujú dodatočné tepelné spracovanie na opravu vnútorných defektov zliatiny, reguláciu zloženia a štruktúry mikroštruktúry a zlepšenie mechanických vlastností zliatiny.
Experimentálny výber materiálu
Tento experiment používa aerosólový sférický prášok zliatiny GH3536 ako surovinu na nanášanie SLM. Chemické zloženie zliatinového prášku je znázornené na obrázku nižšie, ktorý spĺňa požiadavky na zloženie vysokoteplotnej zliatiny GH3536 v GB/T14992-2005.
Analýza výsledkov
(1) Ťahové vlastnosti zliatiny GH3536 pri izbovej teplote v rôznych stavoch tepelného spracovania
Skúšky ťahom pri izbovej teplote sa vykonali na vzorkách SLM, ST vzorkách a vzorkách HIP pripravených v rôznych smeroch a porovnali sa s priemyselným štandardom HB 5497-1992. Pevnosť v ťahu a medza klzu troch vzoriek v priečnom/pozdĺžnom smere pri izbovej teplote presahujú požiadavky noriem kovania, ale predĺženie je odlišné. Pevnosť v ťahu vzorky SLM v priečnom smere je 769 MPa, čo je o 58 MPa viac ako v pozdĺžnom smere; priečna medza klzu je 465 MPa, čo je o 44 MPa viac ako v pozdĺžnom smere; pozdĺžne predĺženie je 27,81 %, čo je o 7,21 % vyššie ako v priečnom smere; to znamená, že SLM vzorka pri izbovej teplote V ťahových vlastnostiach je anizotropia. Ako všetci vieme, ťahové vlastnosti zliatin nie sú ovplyvnené len vlastnými vlastnosťami materiálu, ale súvisia aj s mikroštruktúrou. Pri vzorkách vytvorených SLM sa musí brať do úvahy vplyv hranice roztaveného kúpeľa. Mikroštruktúru vzorky SLM možno považovať za rozloženú distribučnú kompozíciu „hraničných ultrajemných stĺpcových subzŕn tavného bazénu“. Vo všeobecnosti platí, že čím menšie zrná, tým vyššia pevnosť v ťahu a lepšia plasticita. Oblasť obklopená hranicou taveniny je zložená zo štíhlych stĺpcových kryštálov, ktoré sú rovnomerne rozložené, čo zaisťuje vysokú pevnosť a dobrú plasticitu vzorky SLM. Priestorovo rozložená hranica roztaveného bazéna však výrazne ovplyvní plasticitu vzorky SLM. Keďže väzbové vlastnosti samotnej hranice roztaveného kúpeľa sú slabšie ako hranice zŕn a na hranici roztaveného kúpeľa v oblasti prekrytia roztaveného kúpeľa existuje lokálna "hrubá oblasť zŕn", hranica roztaveného kúpeľa sa stáva slabou oblasťou vzorka. Keď SLM vzorka podstúpi plastickú deformáciu, bude prednostne kĺzať pozdĺž hranice roztaveného bazéna. Počet hraníc roztaveného kúpeľa (dĺžka) v pozdĺžnom reze vzorky na jednotku plochy je oveľa väčší ako v priečnom reze, čo znamená, že keď je vzorka SLM natiahnutá v pozdĺžnom smere, plastická deformácia prebieha ľahšie, takže vykazuje makroskopickejšie vlastnosti. Vynikajúca ťažnosť, ale pevnosť v ťahu je o niečo nižšia ako v priečnom smere.
Pevnosť v ťahu a medza klzu vzorky ST v priečnom smere sú 695 a 382 MPa a predĺženie je 31,13 %. Mechanické vlastnosti v pozdĺžnom smere sú v podstate rovnaké ako v priečnom smere, čo je v súlade s pozorovaním, že priečna/pozdĺžna mikroštruktúra je podobná. Odstránenie hranice taveniny je hlavným dôvodom vymiznutia anizotropie v ťahových vlastnostiach ST vzorky. Spracovanie tuhým roztokom eliminuje defekty, ako sú póry a trhliny v nanesenej vzorke, a vysokoteplotné spracovanie podporí zvýšenie množstva austenitu v štruktúre, čo vedie k výraznému zvýšeniu predĺženia vzorky ST v porovnaní s laterálnou predĺženie vzorky SLM. Nárast o 10,53 %. Spracovanie tuhým roztokom však spôsobí, že zrná zliatiny rekryštalizujú a rastú pri vysokých teplotách, čo vedie k výraznému zníženiu pevnosti v ťahu a medze klzu. Mechanické správanie HIP vzorky pri izbovej teplote v ťahu je podobné ako u ST vzorky, ale pevnosť v priečnom/pozdĺžnom ťahu je približne 728 MPa a medza klzu je 429 MPa. Hoci je pevnosť v ťahu asi o 41 MPa nižšia ako pevnosť v priečnom ťahu vzorky SLM, je o 11 MPa vyššia ako jej pevnosť v pozdĺžnom ťahu. Rýchlosť predĺženia dosahuje 38,65%, čo je o 7,52% vyššia ako u vzorky ST a o 38,9% vyššia ako pozdĺžna miera predĺženia vzorky SLM. Pevnosť vzorky HIP neklesla výrazne ako vzorka ST, čo bolo spôsobené najmä elimináciou vnútorných defektov v zliatine a zmenou morfológie hraníc zŕn.
Na jednej strane je hustota vzorky po izostatickom lisovaní za tepla vyššia ako hustota vzorky ST; na druhej strane, reťazec M23C6 vyzrážaný na hranici zŕn vzorky HIP môže účinne brániť pohybu dislokácie počas deformačného procesu, čím sa zlepšuje pevnosť zliatiny. Hoci karbidy na hraniciach zŕn, ako krehká fáza, sa môžu ľahko stať zdrojom trhlín počas procesu ťahania, nimi vytvorené cik-cak zakrivené hranice zŕn budú brániť iniciácii a expanzii trhlín. Je to preto, že zubaté zakrivené hranice zŕn sú nerovnomerné, čo spôsobuje efekt vzájomného spojenia medzi kryštálovými rovinami susedných zŕn. Hranice zŕn medzi sebou počas deformačného procesu len ťažko skĺznu, čo núti intragranulárne časti s vyššou pevnosťou podieľať sa na deformácii, čo vedie k uvoľneniu napätia na hraniciach zŕn, čo bráni iniciácii trhlín. Štúdie ukázali, že počas procesu šírenia trhliny môžu zubaté hranice zŕn spôsobiť, že sa uhol medzi trhlinou a rozhraním zŕn odchýli od počiatočného uhla dopadu, čím sa cesta šírenia trhliny pozdĺž rozhrania stáva zložitejšou a členitejšou. To znamená, že zubaté zakrivené hranice zŕn spôsobujú, že trhliny sa s väčšou pravdepodobnosťou šíria cez rozhranie zŕn, než aby sa šírili pozdĺž rozhrania zŕn, čím sa zliatina účinne spevňuje.
(2) Analýza morfológie ťahového lomu pri izbovej teplote zliatiny GH3536 v rôznych stavoch tepelného spracovania
Mechanizmy lomu troch vzoriek sú všetky tvárne lomy agregované mikropórami s eliptickými rovnoosými jamkami rozmiestnenými pozdĺž povrchu lomu, ale veľkosť a hĺbka jamiek sú odlišné. Medzi nimi je jamková štruktúra vzorky SLM veľmi malá, s priemerným priemerom len asi 0,5 μm a malou hĺbkou. Je tiež možné pozorovať opotrebovanie trhlín na hranici roztaveného kúpeľa a povrch Gaussovho oblúka roztaveného kúpeľa je jasne viditeľný, čo naznačuje, že trhliny vznikajú a expandujú pozdĺž hranice roztaveného kúpeľa. To tiež dokazuje z inej perspektívy, že hranica roztaveného bazéna je dôležitou súčasťou organizačnej mechaniky. Slabé oblasti výkonu. Počas procesu plastickej deformácie priečnej vzorky SLM lokálna koncentrácia napätia zničí väzbovú silu atómov a vytvorí póry. Ako deformácia pokračuje, tieto mikropóry rastú a navzájom sa spájajú a vytvárajú trhliny. Existencia malého množstva drobných jamiek naznačuje, že lom vzorky je tu spôsobený expanziou mikrotrhlín vytvorených počas procesu tvarovania SLM, ktorý sa menej podieľa na plastickej deformácii počas procesu deformácie, čo spôsobuje, že vzorka SLM je nižšia. v priečnom smere. predĺženie.
Veľkosť jamiek na povrchu lomu vzorky ST je {{0}}.8-1,0 μm a je rovnomerne rozdelená, pričom vykazuje charakteristiky lomu typu transgranulárneho jamkového typu, čo naznačuje, že zliatina má dobré predĺženie. Po spracovaní izostatickým lisovaním za tepla sa počet jamiek na povrchu lomu vzorky HIP výrazne zvýšil a veľkosť sa tiež zvýšila na približne 2 μm. V porovnaní so vzorkami SLM podporí existencia cik-cak zakrivených hraníc zŕn aktiváciu sklzového systému v okolitej matrici, zníži koncentráciu napätia na hraniciach zŕn a podporí rovnomerné rozloženie plastickej deformácie. Preto HIP vzorka vykazuje najlepšiu pevnosť v ťahu pri izbovej teplote. výkon, ktorý je v súlade s vyššie uvedenými výsledkami ťahovej skúšky. Keď má ťahaný materiál dobrú plasticitu, väzbová sila medzi zrnami s rôznymi orientáciami je väčšia, čo spôsobuje vznik dislokácií po tom, čo kĺžu pozdĺž niekoľkých pretínajúcich sa šmykových rovín súčasne. To tiež zboku odráža, že vzorka HIP má vynikajúcu schopnosť plastickej deformácie.
na záver
(1) Mikroštruktúra nanesenej vzorky zliatiny GH3536 vytvorenej selektívnym laserovým tavením sa skladá hlavne z hraníc roztaveného bazéna a ultrajemných stĺpcových podzŕn. Roztavený bazén predstavuje distribúciu podobnú rybím šupinám pozdĺž smeru nanášania, ktorá je samozrejme odlišná od pásovej distribúcie v smere laserového skenovania. Vo vnútri je malý počet pórov a neusporiadaných mikrotrhlín.
(2) Potom, čo boli vzorky SLM ošetrené tuhým roztokom a izostatickým lisovaním za horúca, morfológia hraníc roztaveného kúpeľa vzoriek zliatiny zmizla. Hustota ST je o 3,9 % vyššia ako hustota vzorky SLM a mikroštruktúra sa skladá zo striedavo distribuovaných rovnoosých zŕn rôznych veľkostí bez precipitácie v druhej fáze. Mikroštruktúra vzorky HIP je podobná mikroštruktúre vzorky ST s hustotou 94,1 %.
(3) Zlomeniny troch vzoriek sú všetky typické zlomeniny jamkového typu. Ťahové vlastnosti vzoriek SLM sú anizotropné, čo je spôsobené rozdielnym rozložením hranice roztaveného kúpeľa vytvoreného počas procesu nanášania v priečnom/vertikálnom smere. Pevnosť v ťahu a medza klzu vzorky ST sa znížili, ale predĺženie sa zvýšilo na 31,13 %. Pevnosť v ťahu a medza klzu klesli menej a predĺženie dosiahlo 38,65 %, čo súvisí so zakrivenými hranicami zŕn vytvorenými počas procesu HIP.
