Samanborið við stefnubundna orkuútfellingu hefur sértæk leysibráðnun verið minna rannsökuð til að búa til efni sem eru flokkuð með virkni og eftirvinnsluglugginn er enn óljós.
Rannsakendur okkar notuðu SLM tækni til að útbúa 316L/IN718 virkniflokkuð efni og metu kerfisbundið áhrif dæmigerðra hitameðferðarferla á fasaþróun og togeiginleika.
1.SLM framleiðsla á 316L/IN718 efnaflokkuðum efnum
2.Hitameðferðarferli
Byggt á greiningu á myndinni hér að ofan, var hallahitameðferðarkerfi hannað. Tvö lausnarhitastig voru valin: 980 gráður (undir hitastigi lausnar) og 1040 gráður (yfir hitastig lausnar), ásamt tveimur öldrunaraðferðum: stakri öldrun við 720 gráður og tvöföld öldrun við 720 gráður + 620 gráður. Byggt á þessu voru fimm sett af samanburðartilraunum sett upp:
AD hópur (afhent ástand): haldið í upprunalegu undirbúningsástandi;
HT1 hópur: 1040 gráðu lausnarmeðferð í 1 klukkustund (vatnsslökkvandi) + 720 gráðu einöldrun í 8 klukkustundir (loftkæling);
HT2 hópur: 1040 gráðu lausnarmeðferð í 1 klukkustund (vatnsslökkvandi) + 720 gráðu öldrun í 8 klukkustundir, fylgt eftir af 620 gráðu öldrun í 8 klukkustundir (ofnkæling);
HT3 hópur: 980 gráðu lausnarmeðferð í 1 klukkustund (vatnsslökkvandi) + 720 gráðu einöldrun í 8 klukkustundir (loftkæling);
HT4 hópur: 980 gráðu lausnarmeðferð í 1 klukkustund (vatnsslökkvandi) + 720 gráðu öldrun í 8 klukkustundir, fylgt eftir af 620 gráðu öldrun í 8 klukkustundir (ofnkæling).
3. Fasa umbreyting eftir hitameðferð
Fimm sett af röntgengeislumynstri (XRD) í Y-Z planinu við mismunandi hitameðhöndlunaraðstæður, þar sem prófunarsvæði ná yfir: svæði 1 (IN718 innihald 70-100%), svæði 2 (IN718 innihald 40-70%) og svæði 3 (IN718 innihald 0-30%).
Diffraction toppstyrkur undir hitameðhöndlunarskilyrðunum fimm sýndi ekki marktækan mun; Bragg endurspeglun austenítíska fasans-sérstaklega sterkir (111) og (200) toppar andlits-miðaðrar rúmmálsbyggingarinnar (FCC)-ráðu yfir sveigjumynstrinu.
Í HT1-meðhöndlaða sýninu frá svæði 1 var styrkur toppa (111) og (220) hærri en í útfelldu ástandi (AD). Að auki sýndu allir hitameðhöndlaðir hópar dreifingartopp (311), sem gefur til kynna að viðbótarstyrkjandi fasi hafi myndast eftir hitameðferð.
Við HT1 aðstæður eru dreifingartopparnir á svæði 2 breiðari og hafa lægri styrkleika, sem bendir til þess að fasastöðugleiki á þessu svæði sé veikari.
Á svæði 3 var styrkleiki (111) toppsins í HT3-meðhöndluðu sýninu verulega aukinn. Sérstaklega greindust ' og ' styrkingarfasar í XRD mynstri svæðis 1. Hröð kæling við undirbúning SLM með miklum afköstum er ekki til þess fallin að fella ' og ' fasa, á meðan hitameðferð gefur nægan tíma fyrir úrkomu þessara styrkingarfasa, sem skýrir aukningu á styrkleika (200) og (220) (220) og (221) hámarki eftir hitameðferð.
Eftir hitameðhöndlun með HT2 og HT4, greindust (311) dreifingartoppar í ' og ' fasa einnig í XRD mynstrum. Hins vegar, samanborið við (311) diffrunstoppa eftir lausnarmeðferð og staka öldrun, voru dreifingartopparnir eftir tvöfalda öldrun ákafari, sem gefur til kynna að tvöfalt öldrunarferli öldrunarfasans ýtti enn frekar undir og ". Styrkur styrkingarfasa dreifingartoppanna var sérstaklega marktækur við HT2 meðferðarskilyrði, sem gefur til kynna að þessi hitameðferð hafi stuðlað að úrkomu fleiri ' og " fasa. Búist er við að úrkomuáhrif styrkingarfasans hafi jákvæð áhrif á vélræna eiginleika HT2-meðhöndlaða ástandsins. Hins vegar breytti kristalstoppsstefnunni í aðalmeðferðinni (11) ekki marktækri stefnu hitameðferðarinnar (11). ekki breyta æskilegri stefnu 316L/IN718 virkniflokkaðs efnis.
4. Örbygging eftir hitameðferð
Við útfellingar (AD) aðstæður eru langir-Laves fasar á svæði 1. Vegna mikils IN718 innihalds á þessu svæði fellur mikið magn af Nb-ríkum fasa út á millikorna svæðinu, með samsetningu (Ni, Fe, Cr)2(Nb, Mo, Ti). Við HT1-meðferð leysist megnið af Laves-fasanum upp og brotnar, og leifarfasinn umbreytist í kornótt formgerð. Í HT3 meðferð umbreytist Laves fasinn einnig í kornótt form með upplausnarferli, samfara útfellingu á -eins og/stöng-eins og δ-Ni3Nb fasa. Þetta gefur til kynna að bæði HT1 og HT3 sýni hafi framkallað dreifingaraðskilnað frumefna (Ni, Nb, C, Mo) á svæði 1, fyrirbæri sem er í samræmi við niðurstöður tölfræðilegra dreifingarmælinga á-stað á málmum í útfellingum og hita-meðhöndluðum sýnum með háum-flúorröndun -flúorljósaupplausn{19}}flúorgeisla20}.
Niðurstöður fjölskalagreiningar staðfesta að með því að stjórna leysni Laves fasans með lausnarhitastigi og stýra formgerð δ-Ni3Nb fasans í gegnum öldrunartíma, er hægt að ná fram samverkandi hagræðingu á styrk og mýkt hallaefnis. Þetta veitir lykilfasa verkfræði leiðarljós fyrir þróun nýrra halla hitameðhöndlunarferla.
Þróun örbyggingar svæðis 3 undir mismunandi hitameðhöndlunarfyrirkomulagi sýnir fasabreytingarhvarfafræði sem knúin er áfram af tengiáhrifum samsetningarhalla og hitauppstreymis. Þverr-mælikvarða þróunarkerfis örbyggingar þessa svæðis er tekinn saman og fylgnikerfi milli hitameðhöndlunar, kornmarkaverkfræði og vélrænna eiginleika er komið á fót. Við útfellingar (AD) aðstæður fylgir 316L-ríkjandi svæði (Cr/Ni=1.82) ferrít-austenít (FA) tvífasa-storknunarleið og myndar frumu dendritic uppbyggingu. Eftir HT1 hitameðferð lækkar Cr/Ni hlutfallið í 1,35. Þessi samsetningabreyting stuðlar að storknunarleiðinni frá ferrít-austenít tvíþættri-fasa yfir í fullkomlega austenítíska einfasa-byggingu, sem dregur verulega úr interdendritic ferrítinnihaldi. Fasaauðkenning staðfestir þessa umbreytingu: FCC fasinn er -austenít fylki, BCC fasinn er δ-ferrít og Ni3Al samsvarar ' botnfallsfasanum. Svæði 3 einkennist af austeníti, sem inniheldur lítið magn af dreifðu ferríti. Rúmmálshlutföll ferríts mæld með megindlegri myndgreiningu voru 3,5% (AD), 0,7% (HT1), 0,2% (HT2), 1,5% (HT3) og 0,8% (HT4), í sömu röð, sem staðfestir að ferrítinnihaldið í öllum hita-meðhöndluðu ástandi var lægra en í útfellingu.
Hitaútsetning eftir-útfellingu stuðlar að kyrrstöðu endurkristöllun, sem leiðir til grófunar korns og verulegrar minnkunar á dendritbili. Samlegðaráhrif samsetningarhallans eru einnig marktæk: meðfram mótunarstefnunni (IN718-innihald eykst úr 0 í 100 wt%), veldur minnkandi staðbundinn kælihraði hægfara grófunar á dendritörmunum. Sýnið sem sett er á svæði 3 einkennist af fínum jafnásum kornum, með enn minni kornastærðum (~8,4 μm) neðst í bræðslupottinum vegna leysisbræðslu. Aftur á móti sýna hitameðhöndluðu sýnin jafnari kornastærðardreifingu, en kornastærð á sér stað á svæði 3 eftir hitameðferð. Þessi grófun er aðallega rakin til samlegðaráhrifa hitauppsöfnunar og kælingarhraða: svæði 3 er staðsett neðst á hallaefninu, sem leiðir til minni hitauppsöfnunar meðan á-orku SLM ferlinu stendur og fínni upphafskorn; meðan hægur kælingarferlið eftir útfellingu hitameðferð gefur nægan tíma fyrir kornvöxt. Að auki inniheldur sýnið samfellda súlulaga kristalla sem komast í gegnum mörg lög. Vegna hraðvirkrar stækkunareiginleika SLM ferlisins er vaxtarstefna kornsins venjulega í samræmi við stefnu hámarkshitastigans (þ.e. hornrétt á botn bráðnu laugarinnar).
Lausnarmeðferð dregur verulega úr áferðarstyrk og bætir einsleitni, þar sem HT2 sýnir marktækustu áhrifin: 1040 gráðu lausnarmeðferð ásamt tvöföldun veldur myndun undirkornamarka, sem eykur hlutfall lítilla-horna kornamarka (LAGBs) í 39,1% (hæsta meðal allra hitameðferða). Þetta bætir mjög-kvarða samræmda aflögunargetu hallabyggingarinnar og stuðlar að samsætuhegðun.
Hitameðferð eftir-lausn dregur verulega úr afgangsstreitu og stuðlar að verulegri upplausn Laves fasans (upplausnarstigið eykst eintóna með hitastigi lausnarinnar); hár-afköst SLM hreinsar í eðli sínu útfellda örbyggingu vegna mikils kælihraða hennar, en síðari hitameðhöndlun veldur verulegri grófgerð korna. Athyglisvert er að lítið magn af δ-Ni3Nb fasa er eftir eftir lausnarmeðferð við 980 gráður, sem gefur til kynna að þetta hitastig sé undir δ-Ni3Nb fasa lausnarlínunni.
5.Tensile eiginleikar
Togbrot var nánast að öllu leyti samþjappað í samsetningu umbreytingarsvæðisins á milli 30% IN718 + 70% 316L og 40% IN718 + 60% 316L svæðisins, þar sem frumefnaaðskilnaður var mest áberandi. Eina undantekningin átti sér stað í HT2 hita-meðhöndluðu ástandi, þar sem beinbrot hófust á 50% 316L + 50% IN718 svæðinu og fylgdi verulegum hálsi. Þessar niðurstöður sýna magnbundið fram á að breytileikar í samsetningu halla ráða yfir burðargetu 316L/IN718 efna sem eru flokkuð með virkni (FGM).
Þegar hitastig lausnarinnar er 1040 gráður batnar bæði styrkur og mýkt efnisins. Við einnar öldrunarmeðferð bætir HT1 ferlið verulega styrk 316L/IN718 efnaflokkaðra efna (FGMs) betur en HT2, með styrkingaráhrifum upp á 6,58%. Sýnið sem var meðhöndlað með HT2 sýndi mestu aukninguna á lengingu við 1040 gráðu hitastig lausnarinnar, með hækkun upp á um það bil 62,99%.Þessar niðurstöður benda til þess að við 1040 gráðu lausnarhitastig, stuðli ein öldrun meira að bæta styrkleika, en tvöföld öldrun er meira til þess fallin að bæta mýkt.
Þegar hitastig lausnarmeðferðarinnar lækkar í 980 gráður eykst styrkleiki efnisins (hærri við tvöfalda öldrun og betri við einni öldrun), en mýktin minnkar miðað við útfellt ástand.Sameinuð framför í styrk og mýkt gefur til kynna að HT2 sé ákjósanlegasta hitameðhöndlunin fyrir 316L/IN718 virkniflokkuð efni.
6.að lokum
(1) Hitastig lausnar er ráðandi í fasaþróunarleiðinni, en áhrif öldrunar eru hverfandi. Lausnshitastig sem er hærra en eða jafnt og 1040 gráður getur leyst upp Laves fasann verulega og hindrað myndun δ-Ni3Nb fasans, og þar með losað Nb frumefni fyrir síðari útfellingu á ″/′ styrkingarfasanum, sem er nauðsynleg forsenda fyrir styrkleika og plastleika.
(2)Öldrunaraðferðir gera kleift að stjórna styrkleika-mýkingar. Tvöföld öldrun eftir lausn meðhöndlunar við 1040 gráður getur aukið mýkt um það bil 30% án þess að fórna styrkleika, sem gerir það hentugt fyrir notkun með mikilli-mýkingu. Aftur á móti veldur lausnarmeðferð við 980 gráður útfellingu nálar-eins og δ-Ni3Nb fasa meðfram kornamörkum; þetta leiðir til verulegrar minnkunar á mýkt við bæði staka og tvöfalda öldrun og er því aðeins mælt með því fyrir notkun þar sem meðalhiti- er ráðandi.
(3) Hallihlutir krefjast „há-hitajafnvægis fylgt eftir með öldrun við lágan-hita. IN718 auðgað svæðið sjálft er ríkt af Nb og Mo frumefnum, sem þarfnast for-lausnarmeðferðar við meira en eða jafnt og 1040 gráður; annars mun síðari öldrun við lágan-hita mynda samfellda nál-eins og δ-Ni3Nb fasakerfi, sem leiðir til þess að stofuhitastigstapi- er meira en eða jafnt og 40%. Þessi meðhöndlunarröð getur þjónað sem almenn hönnunarregla fyrir hitameðhöndlun í kjölfar sértækrar leysirbræðslu (SLM) á svipuðum hagnýtum efnum (FGM).
(4)Einkenni hallaefnis ætti að fylgja þriggja-þrepa lokuðu-lykkjuferli: Í fyrsta lagi er stórsæ fyrir-þreytuskimun gerð til að bera kennsl á lotu-til-lotumismun; í öðru lagi eru álagssviðsdreifingarkort ε(x) teiknuð með fullri-sviðs stafrænni myndfylgni (DIC) tækni, og staðbundin streitu-þynningartengsl (σ-ε) eru fengin með ör/nano-mælikvarða vélrænni prófun; að lokum er hallamyndandi líkanið sem er innbyggt með finite element analysis (FEA) kvarðað. Þessi sannprófunarkeðja getur aftengt heildarsvörunina í staðbundin leyfð hönnunargildi, sem gerir það kleift að fínstilla-ferlið og meta áreiðanleika þjónustu.
