01 Papír Bevezetés
A nikkel-alapú magas-hőmérsékletű ötvözetek, mint extrém környezetben használt anyagok, összetett, nem egyenletes deformációt mutatnak magas hőmérsékleten a fúziós zónában (FZ), a hő-hatászónában (HAZ) és az alapanyagban (BM) a hegesztett lézergyűrű terhelési kapacitását befolyásoló}{{4} és az alkatrészek élettartama. A hagyományos vizsgálati módszerek nehezen tudják pontosan mérni a mechanikai tulajdonságokat, és nem tudják pontosan megjósolni a magas hőmérsékletű -deformációt. Ennek a kihívásnak a megoldása érdekében ez a tanulmány egy több-léptékű együttműködésen alapuló jellemzési és modellezési megközelítést alkalmaz, amely a lézeres{11}}hegesztett kötések mikro{10}}tulajdonságainak heterogenitására összpontosít. A nanobenyomódás, a végeselemes (FE) szimuláció és a digitális képkorrelációs (DIC) tesztelési technikák integrálásával módszert hoztak létre a nem egyenletes termikus deformáció előrejelzésére a 20-800 fokos hőmérsékleti tartományban.
02 Teljes szöveg áttekintése
Ez a tanulmány GH3536 nikkel{1}}alapú szuperötvözetet használ kísérleti anyagként a lézer-hegesztett kötések heterogén termikus deformációs viselkedésének jellemzésére és modellezésére. A nanobenyomódás, az FE szimuláció és a DIC tesztelési technikák integrálásával, a keménységi modellel (Ludwick-modell) és a dimenzió nélküli paraméterazonosítási módszerrel kombinálva az FZ, HAZ és BM mikro-mechanikai tulajdonságait és deformációs mintázatait vizsgálja 20-800 fokos hőmérsékleti tartományban. A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy ezzel a több-léptékű módszerrel pontosan meghatározhatóak az egyes mikrorégiók mechanikai paraméterei, és a maximális folyáshatár hibája mindössze 9,8% a DIC-vizsgálati eredményekhez képest; 800 fokban egy 3,0 mm széles FZ szakító próbatest nem{15}}egyenletes alakváltozási eltérése eléri a 67%-ot. Ennek a modellnek a lemezes tompa és T-csuklós hajlítási tesztek alkalmazása igazolta a helyi tulajdonságok hatását a magas hőmérsékleti teljesítményre, megmagyarázva a mikrorégió szerkezeti heterogenitása és a deformációs viselkedés közötti belső összefüggést. Ez a tanulmány feltárja a magas hőmérsékletű ötvözetből készült hegesztett kötések heterogén deformációjának fő mechanizmusait, foglalkozik az egyenetlen alakváltozás problémájával, amelyet a hagyományos módszerek nehezen oldanak meg, és jelentős elméleti és mérnöki értéket hordoz a hegesztési folyamatok optimalizálása terén a repülésben és a kapcsolódó területeken.
03. ábra
visually analyses the load-depth (P-h) curves of nanoindentation for BM, HAZ, and FZ of laser-welded GH3536 high-temperature alloy joints from 20℃ to 800℃, revealing that the micro-mechanical properties of the laser-welded GH3536 alloy joints exhibit a gradient distribution of BM>HAZ>FZ, és hogy a hőmérséklet emelkedése súlyosbítja ezt a heterogenitást. 500 fokos szögben a görbe a Portevin-Le Chatelier-effektusnak (PLC) megfelelő fogazott ingadozásokat mutat, egy plasztikus instabilitási jelenséget, amelyet a nikkel-alapú magas hőmérsékletű ötvözetek képlékeny alakváltozása során kialakuló dinamikus alakváltozás okoz.
1. ábra: P-h görbéi benyomódási tesztek különböző régiókban, különböző hőmérsékleteken: (a) 20 fok ; (b) 300 fok; (c) 500 fok; d) 800 fok
A 2. ábra a lézer-hegesztett GH3536 magas hőmérsékletű-ötvözet kötések DIC szakítópróbáját mutatja 20 fokban, jelezve, hogy az FZ rendelkezik a leggyengébb mechanikai tulajdonságokkal, 0,544-es nyúlással 350 s-nál, ezt követi a HAZ, míg a BM deformálódik a legkevésbé vizuálisan, mikrorégió teljesítményének heterogenitása. A DIC-teszt görbéje megegyezik az extenzométer görbével, megerősítve a DIC-technika pontosságát és megbízhatóságát a hegesztett kötések helyi deformációinak jellemzésében.
Figure 3 shows the uniaxial tensile simulation of localised properties in different regions of laser-welded GH3536 high-temperature alloy joints, indicating that the strain distribution consistently follows FZ>HAZ>BM minden hőmérsékleten, és hogy a hőmérséklet növekedése súlyosbítja ezt a nem egyenletes deformációt; az FE szimulációs görbék szorosan egyeznek a kísérleti görbékkel, mindössze 9,8%-os maximális folyáshatár hibával, ami igazolja a nanoindentációs inverzió és a módosított Ludwick-modell pontosságát, és megbízható támogatást nyújt a magas hőmérsékletű szolgáltatási teljesítmény előrejelzéséhez és a hegesztési folyamatok optimalizálásához.
A 4. ábra a lézer-hegesztett GH3536 magas-hőmérsékletű, különböző FZ-szélességű ötvözetkötések 20 fokos szögben mért ekvivalens műanyag deformációjának kontúrtérképét mutatja be. Az eredmények azt mutatják, hogy az FZ mindig egy koncentrált deformáció tartománya minden hőmérsékleten. 3,0 mm-es FZ szélességnél a nem egyenletes alakváltozás jelentős, 800 fokos egyenletes alakváltozástól 68%-os eltéréssel, és ez az eltérés a hőmérséklettel nő. Az FZ szélességnek a deformáció egyenletességére gyakorolt hatása egy nemlineáris trendet mutat, amely először növekszik, majd csökken. 1,5 mm-nél a deformáció egyenetlensége gyengébb az erős alapanyag-korlátozás miatt, 4,5 mm-nél és 6,0 mm-nél pedig gyengébb a feszültség-újraeloszlás miatt. Nyilvánvaló, hogy a 3,0 mm kritikus szélesség, amelyet el kell kerülni, kulcsfontosságú útmutatást adva a hegesztési folyamat paramétereinek optimalizálásához.
