01 Въведение в хартия
Високотемпературните-базирани на никел сплави, като материали, използвани в екстремни среди, проявяват сложна не-равномерна деформация при високи температури поради хетерогенността на микроструктурите в зоната на топене (FZ), засегнатата от топлина-зона (HAZ) и основния материал (BM) на лазерно-заварени конструкции, засягащи товароносимост-и експлоатационен живот на компонентите. Традиционните методи за изпитване се затрудняват с точното измерване на механичните свойства и не могат точно да предскажат високо-температурна деформация. За да се справи с това предизвикателство, това проучване възприема подход за много-съвместно характеризиране и моделиране, като се фокусира върху хетерогенността на свойствата на микро-зоните в лазерно-заварени съединения. Чрез интегриране на техники за тестване на наноиндентация, симулация с крайни елементи (FE) и корелация на цифрово изображение (DIC), беше създаден метод за прогнозиране на не-равномерна топлинна деформация в температурния диапазон от 20-800 градуса.
02 Преглед на пълния текст
Това изследване използва GH3536 суперсплав на базата на никел-като експериментален материал за провеждане на характеризиране и моделиране на поведението на хетерогенна термична деформация на лазерно-заварени съединения. Чрез интегриране на наноиндентация, FE симулация и DIC техники за изпитване, комбинирани с модела на твърдост (модел Ludwick) и метода за идентификация на безразмерни параметри, той изследва микро-механичните свойства и моделите на деформация на FZ, HAZ и BM в температурния диапазон от 20-800 градуса. Експерименталните резултати показват, че този много-мащабен метод може точно да получи механичните параметри на всеки микро-област, с максимална грешка на границата на провлачване от само 9,8% в сравнение с резултатите от DIC тестване; при 800 градуса не-равномерното отклонение на деформацията на 3,0 mm широк FZ образец за опън достига 67%. Прилагането на този модел към тестовете за огъване на плочи и T-фуги потвърди влиянието на местните свойства върху ефективността при високи-температури, обяснявайки присъщата корелация между структурната хетерогенност на микро-региона и поведението при деформация. Това изследване изяснява основните механизми на хетерогенна деформация във високо-температурни заварени съединения от сплави, разглежда проблема с неравномерната деформация, която традиционните методи трудно разрешават, и има значителна теоретична и инженерна стойност за оптимизиране на процеса на заваряване в космическото пространство и свързаните с него области.
Фигура 03
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 и че повишаването на температурата влошава тази хетерогенност. При 500 градуса кривата показва назъбени флуктуации, съответстващи на ефекта на Портевин-Льо Шателие (PLC), феномен на пластична нестабилност, причинен от динамично напрежение по време на пластичната деформация на високотемпературни-базирани на никел-сплави).
Фигура 1. P-h криви на тестове за вдлъбнатини в различни региони при различни температури: (a) 20 градуса; (б) 300 градуса; (c) 500 градуса; (d) 800 градуса
Фигура 2 показва DIC изпитване на опън на лазерно{1}}заварени GH3536 високо{3}}температурни сплави при 20 градуса, което показва, че FZ има най-слабите механични свойства, с деформация от 0,544 при 350 s, следван от HAZ, докато BM се деформира най-малко, визуално представяйки не-равномерната деформация, причинена от хетерогенност на производителността на микро-региона. DIC тестовата крива съответства на кривата на екстензометъра, потвърждавайки точността и надеждността на DIC техниката при характеризиране на локалната деформация на заварени съединения.
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 при всички температури и че повишаването на температурата изостря тази не-равномерна деформация; FE симулационните криви съвпадат много с експерименталните криви, с максимална грешка на границата на провлачване от само 9,8%, потвърждавайки точността на инверсията на наноиндентацията плюс модифицирания модел на Ludwick и осигурявайки надеждна поддръжка за прогнозиране на високо-температурно обслужване и оптимизиране на процесите на заваряване.
Фигура 4 представя контурни карти на еквивалентната пластична деформация при 20 градуса за лазерно-заварени GH3536 високотемпературни{4}}сплавни съединения с различни FZ ширини. Резултатите показват, че FZ винаги е област на концентрирана деформация при всички температури. При ширина на FZ от 3,0 mm, не-равномерната деформация е значителна, с отклонение от 68% от равномерната деформация при 800 градуса и това отклонение се увеличава с температурата. Влиянието на ширината на FZ върху равномерността на деформацията показва нелинейна тенденция на първо увеличаване и след това намаляване. При 1,5 mm не-еднородността на деформацията е по-слаба поради силните ограничения на основния материал, а при 4,5 mm и 6,0 mm тя е по-слаба поради преразпределението на напрежението. Ясно е, че 3,0 mm е критична ширина, която трябва да се избягва, предоставяйки ключови насоки за оптимизиране на параметрите на процеса на заваряване.
