Hemijski sastav legure GH3536 i proces termičke obrade
GH3536 legura je visokotemperaturna legura na bazi nikla uglavnom u čvrstom rastvoru ojačana hromom i molibdenom (odgovarajući brend je Hastelloy-X). Ima dobru otpornost na oksidaciju i otpornost na koroziju, a još uvijek ima umjerenu izdržljivost i snagu puzanja na 900 stepeni. , pogodan za proizvodnju vrućih komponenti visokotemperaturnih servisnih struktura, kao što su repni konusi, vrtložne izduvne cijevi i kućišta mlaznica za sagorijevanje. Međutim, oblik takvih dijelova je složen, a unutar njih se često nalaze kanali za protok ili porozne strukture. Tradicionalni procesi se uglavnom izrađuju od višestrukih zavarenih spojeva, što ne samo da je teško osigurati dimenzionu tačnost, već utiče i na stabilnost protoka gasa. Čak i preciznim kovanjem, teško je zadovoljiti potrebe proizvodne industrije. Selektivno lasersko topljenje (SLM) je tehnologija koja koristi laser kao izvor topline kako bi se postigla integracija vrlo složenih dijelova topljenjem slojeva metalnog praha tačku po tačku, preklapanjem liniju po liniju i očvršćavanjem i akumulacijom sloj po sloj. Tehnologija "bliske mreže" riješila je problem uskog grla koji ograničava obradu dijelova od legure GH3536. Međutim, budući da prah legure treba da završi topljenje, skrućivanje i hlađenje unutar određenog vrlo kratkog vremena interakcije tokom procesa formiranja SLM-a, ekstremno visoki temperaturni gradijent uzrokovan lokaliziranim unosom topline i veliko zaostalo naprezanje stvoreno tokom procesa skrućivanja će dovesti do strukturni defekti u leguri. odvajanje sa sastojcima. Stoga, selektivnim laserskim topljenjem oblikovani dijelovi obično zahtijevaju naknadnu toplinsku obradu kako bi se popravili unutrašnji defekti legure, regulisao sastav i struktura mikrostrukture i poboljšala mehanička svojstva legure.
Eksperimentalni odabir materijala
Ovaj eksperiment koristi raspršeni sferični prah legure GH3536 kao sirovinu za taloženje SLM. Hemijski sastav praha legure prikazan je na donjoj slici, koji ispunjava zahtjeve za sastav visokotemperaturne legure GH3536 u GB/T14992-2005.
Analiza rezultata
(1) Zatezna svojstva legure GH3536 na sobnoj temperaturi u različitim stanjima termičke obrade
Vlačna ispitivanja na sobnoj temperaturi provedena su na uzorcima SLM, ST i HIP uzorcima pripremljenim u različitim smjerovima, te upoređivana s industrijskim standardom HB 5497-1992. Vlačna čvrstoća i granica popuštanja tri uzorka u poprečnom/uzdužnom smjeru na sobnoj temperaturi premašuju zahtjeve standarda kovanja, ali je istezanje različito. Vlačna čvrstoća SLM uzorka u poprečnom smjeru iznosi 769 MPa, što je 58 MPa više od one u uzdužnom smjeru; poprečna granica tečenja je 465 MPa, što je za 44 MPa više od one u uzdužnom smjeru; uzdužno izduženje iznosi 27,81%, što je za 7,21% veće od onog u poprečnom smjeru; odnosno SLM uzorak na sobnoj temperaturi Postoji anizotropija u vlačnim svojstvima. Kao što svi znamo, na vlačna svojstva legura ne utječu samo inherentne karakteristike materijala, već i mikrostruktura. Za uzorke formirane SLM, utjecaj granice rastaljenog bazena mora se uzeti u obzir. Mikrostruktura SLM uzorka može se smatrati raspoređenim sastavom distribucije "granica bazena taline-ultrafina stubna podzrna". Uopšteno govoreći, što su zrna manja, to je veća vlačna čvrstoća i bolja plastičnost. Područje okruženo granicom otopljenog bazena sastoji se od vitkih stupčastih kristalita, koji su ravnomjerno raspoređeni, osiguravajući visoku čvrstoću i dobru plastičnost SLM uzorka. Međutim, prostorno raspoređena granica otopljenog bazena uvelike će utjecati na plastičnost SLM uzorka. Budući da je učinak vezivanja same granice otopine bazena slabiji od one granice zrna, a postoji lokalna "područje grubog zrna" na granici otopine u području preklapanja otopine, granica otopine postaje slabo područje uzorak. Kada SLM uzorak prođe plastičnu deformaciju, on će prvenstveno kliziti duž granice rastaljenog bazena. Broj granica (dužine) taljenog bazena u uzdužnom presjeku uzorka po jedinici površine je mnogo veći od onog u poprečnom presjeku, što znači da kada se SLM uzorak rasteže u uzdužnom smjeru, plastična deformacija se lakše odvija, tako da pokazuje više makroskopskih svojstava. Odlično istezanje, ali je vlačna čvrstoća nešto manja nego u poprečnom smjeru.
Vlačna čvrstoća i granica popuštanja ST uzorka u poprečnom smjeru su 695, odnosno 382 MPa, a istezanje je 31,13%. Mehanička svojstva duž uzdužnog smjera su u suštini ista kao i ona u poprečnom smjeru, što je u skladu s opažanjem da je poprečna/uzdužna mikrostruktura slična. Eliminacija granice bazena taline glavni je razlog nestanka anizotropije vlačnih svojstava ST uzorka. Tretman čvrstim rastvorom eliminiše defekte kao što su pore i pukotine u deponovanom uzorku, a tretman na visokoj temperaturi će doprineti povećanju količine austenita u strukturi, što će rezultirati značajnim povećanjem istezanja ST uzorka, u poređenju sa bočnim elongacija SLM uzorka. Povećanje od 10,53%. Međutim, tretman čvrstim rastvorom će uzrokovati rekristalizaciju zrna legure i rast na visokim temperaturama, što će rezultirati značajnim smanjenjem vlačne čvrstoće loma i čvrstoće tečenja. Zatezno mehaničko ponašanje HIP uzorka pri sobnoj temperaturi je slično onome kod ST uzorka, ali poprečna/uzdužna vlačna čvrstoća je približno 728 MPa, a granica popuštanja je 429 MPa. Iako je vlačna čvrstoća oko 41 MPa niža od poprečne vlačne čvrstoće SLM uzorka, ona je za 11 MPa veća od njegove uzdužne vlačne čvrstoće. Stopa istezanja dostiže 38,65%, što je 7,52% više od stope ST uzorka i 38,9% više od stope longitudinalnog istezanja SLM uzorka. Čvrstoća HIP uzorka nije značajno opala kao ST uzorka, što je uglavnom bilo zbog eliminacije unutrašnjih defekata u leguri i promjene morfologije granica zrna.
S jedne strane, gustina uzorka nakon vrućeg izostatskog presovanja je veća od gustine ST uzorka; s druge strane, lančani M23C6 taložen na granici zrna HIP uzorka može efikasno ometati kretanje dislokacije tokom procesa deformacije, čime se poboljšava čvrstoća legure. Iako granični karbidi zrna, kao krhka faza, mogu lako postati izvor pukotina tokom procesa zatezanja, cik-cak zakrivljene granice zrna koje formiraju ometaju nastanak i širenje pukotina. To je zato što su nazubljene zakrivljene granice zrna neravne, uzrokujući efekat međusobnog povezivanja između kristalnih ravnina susjednih zrna. Teško je da se granice zrna međusobno proklizaju tokom procesa deformacije, prisiljavajući intragranularne dijelove veće čvrstoće da učestvuju u deformaciji, što rezultira relaksacijom napona na granicama zrna, ometajući pokretanje pukotina. Studije su pokazale da tokom procesa širenja pukotine, nazubljene granice zrna mogu uzrokovati da ugao između pukotine i površine zrna odstupi od početnog ugla, čineći putanju širenja pukotine duž sučelja složenijom i hrapavom. To znači da nazubljene zakrivljene granice zrna povećavaju vjerovatnoću širenja pukotina kroz međupovršinu zrna, a ne duž granice zrna, čime se efektivno ojačava legura.
(2) Analiza morfologije zateznog loma na sobnoj temperaturi legure GH3536 u različitim stanjima termičke obrade
Mehanizmi loma tri uzorka su svi duktilni lomovi agregirani mikroporama, s eliptičnim jednakoosnim udubljenjima raspoređenim duž površine loma, ali su veličina i dubina udubljenja različite. Među njima, struktura udubljenja SLM uzorka je vrlo mala, sa prosječnim prečnikom od samo oko 0.5 μm i plitkom dubinom. Također se mogu uočiti trošene granične pukotine otopljenog bazena i jasno je vidljiva površina Gausovog luka otopljenog bazena, što ukazuje da se pukotine iniciraju i šire duž granice otopljenog bazena. Ovo također dokazuje iz druge perspektive da je granica rastaljenog bazena važna komponenta organizacijske mehanike. Slabe oblasti performansi. Tijekom procesa plastične deformacije poprečnog SLM uzorka, lokalna koncentracija naprezanja će uništiti silu vezivanja atoma i formirati pore. Kako se deformacija nastavlja, ove mikropore rastu i spajaju se jedna s drugom stvarajući pukotine. Postojanje male količine sitnih udubljenja ukazuje na to da je lomljenje uzorka ovdje uzrokovano širenjem mikropukotina nastalih tokom procesa formiranja SLM, koje manje sudjeluju u plastičnoj deformaciji tokom procesa deformacije, zbog čega je SLM uzorak niži. u poprečnom pravcu. izduženje.
Veličina udubljenja na površini loma ST uzorka je {{0}}.8-1.0 μm i ravnomjerno je raspoređena, pokazujući karakteristike loma tipa transgranularno-udubljenja, što sugerira da legura ima dobro izduženje. Nakon tretmana vrućim izostatskim presovanjem, broj udubljenja na površini loma HIP uzorka se značajno povećao, a veličina se također povećala na oko 2 μm. U poređenju sa SLM uzorcima, postojanje cik-cak zakrivljenih granica zrna potaknut će aktivaciju kliznog sistema u okolnoj matrici, smanjiti koncentraciju naprezanja na granicama zrna i promovirati ujednačenu distribuciju plastične deformacije. Stoga, HIP uzorak pokazuje najbolju zateznu čvrstoću na sobnoj temperaturi. performanse, što je u skladu s gore navedenim rezultatima ispitivanja zatezanja. Kada zatezni materijal ima dobru plastičnost, sila vezivanja između zrna različitih orijentacija je veća, što uzrokuje nastanak dislokacija nakon što klize duž nekoliko ravni klizanja koje se ukrštaju istovremeno. To također sa strane odražava da HIP uzorak ima izvrsnu sposobnost plastične deformacije.
u zakljucku
(1) Mikrostruktura uzorka deponovanog legure GH3536 formiranog selektivnim laserskim topljenjem uglavnom se sastoji od granica rastopljenog bazena i ultra-finih stupčastih podzrna. Rastopljeni bazen predstavlja distribuciju poput riblje ljuske duž smjera taloženja, koja se očito razlikuje od distribucije poput trake u smjeru laserskog skeniranja. Unutra je mali broj pora i neuređenih mikropukotina.
(2) Nakon što su SLM uzorci tretirani obradom čvrstim rastvorom i vrućim izostatičkim prešanjem, morfologija granice rastaljene bazena uzoraka legure je nestala. Gustoća ST je 3,9% veća od one u SLM uzorku, a mikrostruktura je sastavljena od naizmjenično raspoređenih jednakoosnih zrna različitih veličina, bez precipitacije druge faze. Mikrostruktura HIP uzorka je slična onoj ST uzorka, sa gustinom od 94,1%.
(3) Svi prijelomi tri uzorka su tipični prijelomi tipa udubljenja. Vlačna svojstva SLM uzoraka su anizotropna, što je uzrokovano različitom distribucijom granice rastaljenog bazena formirane tijekom procesa taloženja u poprečnom/vertikalom smjeru. Vlačna čvrstoća i granica popuštanja ST uzorka su se smanjile, ali se istezanje povećalo na 31,13%. Vlačna čvrstoća i granica popuštanja su se manje smanjile, a istezanje je dostiglo 38,65%, što je povezano sa zakrivljenim granicama zrna koje su nastale tokom HIP procesa.
