Í samanburði við hefðbundna CrMnFeCoNi hár-óreiðublendi, sýndi þrívíddarprentað kolefnis-innihaldandi FeCoCrNiMn hár-óreiðublendi frábæra skriðþol við háan hita (þ.e. skriðhraði og þröskuldsálag lágmarkað). Efnisvísindastofnun Inha háskóla og Kóreu rannsökuðu háhita skriðhegðun leysirduftsrúmsamruna (LPBF) kolefnis-innihaldandi hár-óreiðublendis í fyrsta skipti og útskýrðu áhrif nanóskala karbíða á skriðþol.
Kolefnisinnihaldandi CrMnFeCoNi HEA (hér eftir nefnt C-HEA) duftið innihélt 1,5 at% C og meðalagnastærð 23,7 μm. Skannahraði leysirduftsbræðslu (LPBF) er 600 mm/s, krafturinn er 90W, skannafjarlægðin er 0,08 mm og lagþykktin er 0,025 mm. Til að koma á stöðugleika undirkornanna og mynda viðbótar karbíðagnir á nanóskala voru sýnin hitameðhöndluð við 650 gráður í eina klukkustund.
Háhita skriðpróf LPBF C-HEA var framkvæmt undir stöðugu álagi 175–325 MPa við 873 K hitastig (hitastöðugleiki 0,2 K var viðhaldið meðan á skriðprófuninni stóð, þar sem sýnt á mynd 1), og skriðprófun sýnisins. Tímabilið er 86.4 K. Til að koma á stöðugleika skriðstofnsins er skriðpróf af Framkvæmt var 259,2 ks við 150 MPa, fylgt eftir með fjölþrepa skriðprófi.
Mynd 2 sýnir SEM–EDS litróf og EBSD greiningarniðurstöður LPBF C–HEA. Innihaldsefnin í LPBF C–HEA reyndust vera jafndreifð, jafnvel eftir hitameðhöndlun, sem bendir til þess að LPBF og síðari hitameðferð hafi ekki áhrif á samsetningu einsleitni HEA á míkronkvarða. Mynd 2b sýnir EBSD-kortið með öfugum pólum (IPF) við litla stækkun og sýnir að málmblönduna er lagskipt og ósamræmd kornabygging.Eftir hitameðferð var meðalkornstærð (AGS) ekki breytist verulega og var svipuð og C–HEA. Athugaðu að EBSD niðurstöður og XRD mynstur á mynd 2b staðfesta að núverandi málmblöndur hafi einn fasa af FCC, IPF kortið með mikilli stækkun sýnir greinilega mjög oddhvassað korn mörk (GBs), sem bætir verulega háhitaskrið með því að hindra að GB rennur (Mynd 2C 1). Rúmfræðilega nauðsynlegar dislocations (GNDs) mynda lághyrndar kornmörk (LAGBs) innan kornanna (Mynd 2C), og málmblönduna sýnir enn mjög háan GND þéttleika eftir hitameðhöndlun við 650 gráður.
Myndun hnöttóttra kornamarka sést aðallega í öðrum fasa ögnum sem eru í málmefnum, svo sem nikkel-undirstaða ofurblendi og magnesíum málmblöndur. Myndun röndóttra GBs vegna festingaráhrifa annars fasa agna við kornvöxt hefur verið vel skjalfest Með öðrum orðum, hitameðhöndlun leiðir til kornvaxtar og annarsfasa agnirnar hindra kornvöxt á staðbundnum svæðum, sem leiðir til þess að sikksakk útlit GB. Hins vegar olli öldrunarmeðferðin sem notuð var í þessari rannsókn engan kornvöxt, sem bendir til þess að mjög röndótt kornmörk í þessari málmblöndu séu af völdum bráðnunar- og storknunarþrepa LPBF. Í nýlegri skýrslu, þrívíddarprentað málm efni með úrkomu á staðnum sýndu einnig röndótta GB. Taktu eftir að mjög röndóttur GB hefur sést í C-HEA sem er innbyggður. bendir til þess að spennuáhrifin stafi af miklum þéttleika in-situ karbíða við kornamörkin meðan á hringlaga hitameðferðinni stendur, sem hefur í för með sér mjög hnöttótta kornamörk.
Mynd 3a er ECC mynd af LPBF C–HEA, sem sýnir tilvist undirbygginga sem orsakast af losunarnetinu. Mæld meðalbreidd þessara undirbygginga er 534,2 ± 16,3 nm. Fyrri rannsóknir hafa sýnt að undirbyggingin er stöðug með til viðbótar mynduðu nanóskala karbíði útfellingar með að hluta til endurskipulögðum dislocations.Mynd 3b sýnir að það eru mikill fjöldi óreglulega lagaðra nanó-stærðar karbíða (hvítar örvar) við undirbyggingarmörkin.HAADF STEM myndir og samsvarandi EELS kort voru aflað til að skilja frekar efnafræðilega misleitni innan karbíða, eins og sýnt er á mynd 3c. Nanókarbítin eru aðallega samsett úr Cr og C, sem gefur til kynna að þessi karbíð séu rík af Cr.
Eins og sýnt er á mynd 4, til stuðnings þessum niðurstöðum, varmafræðilega útreiknuð jafnvægisfasa skýringarmynd fyrir efnasamsetningu LPBF C–HEA með því að nota Thermo–Calc hugbúnaðinn og uppfærða útgáfu af TCFE2000 gagnagrunninum. Fasamyndin sýnir að karbíð af gerðinni M23C6 myndast aðallega á hitabilinu 500–1000 gráður, sem gefur til kynna að Cr23C6 fasinn sé aðal hluti af LPBF C–HEA. Á hinn bóginn, í bókmenntum, eru Cr23C6 karbíð CoCrFeMnNi HEA til í mælikvarða nokkurra míkrona, og kolefnisinnihaldið er 1.3-1.8 at%.Aftur á móti, málmblönduna inniheldur karbíð í nanóstærð, jafnvel eftir hitameðhöndlun, sem bendir til þess að metstöðug undirbygging með miklum þéttleika tilfæringa stjórnar myndun karbíð í nanóstærð með jafnri dreifingu. Á meðan sáust manganrík oxíð einnig á EELS kortunum og var greint frá því að þau samanstanda af MnO í LPBF C–HEA. Hins vegar eru styrkingaráhrif MnO fasans lítil miðað við Cr23C6; því eru karbíð talin helsta styrkurinn í þessari rannsókn.
Mynd 5a sýnir fjölþrepa skriðferla LPBF O–HEA, LPBF C–HEA og LPBF CrMnFeCoNi styrkt með nanóoxíðum. Á öllum skriðálagssviðum sýndi LPBF C–HEA lægri skriðþynningu (þ.e. meiri skriðþol) en viðmiðunarefnin (LPBF CrMnFeCoNi og LPBF O–HEA). Ennfremur, samanborið við skriðniðurstöður LPBF CoCrFeMnNi, LPBF C–HEA sýndi lægsta lágmarks skriðhraða á öllum skriðspennusviðum. Einkum við álag á 225 MPa, lágmarksskriðhraði LPBF C–HEA er um það bil tveimur stærðargráðum lægri en hefðbundinna unnar málmblöndur. Þetta þýðir að hitameðhöndlun bætir ekki aðeins vélræna eiginleika stofuhita til muna, heldur bætir einnig háhita skrið. viðnám í aukefnaframleiddu HEA, sem inniheldur yfirmettað kolefni framkallað af hraðri storknun. Svartu punktarnir fyrir einsþreps skrið á mynd 5b gefa til kynna góðan áreiðanleika og endurgerðanleika fjölþrepa skriðprófsins.
Eins og sést á mynd 6 var háhita skriðaflögunarhegðun LPBF C-HEA könnuð með því að skoða stóra örbyggingu með því að nota GND dreifingarkortið og IPF kortið. Fyrri rannsókn á skriðhegðun jafnatóma CrMnFeCoNi HEAs fann a veruleg aukning á álagi við skrið við 873 K, sérstaklega þegar mikið álag var beitt, sem bendir til örbyggingar Þróun. Hins vegar sýnir IPF teikningin á mynd 6 að engin smábyggingarþróun átti sér stað í skriðsýninu með skriðþynningu upp á 7%, jafnvel við beitt álag upp á 325 MPa. Ennfremur, eins og sýnt er á mynd 7a, komu undirbyggingar ekki fram í EBSD kortið af upphafssýninu kom í ljós í skriðsmábyggingunni. Þetta gefur til kynna að hin einstaka upphafssmábygging bælir frádráttarhreyfingu og þróun örbyggingar og leiðir til frábærrar skriðþols LPBF C-HEA. Eins og sýnt er með svörtu örvunum á mynd 6 sáust ofurfín korn með stærð ~2 μm í sumum landshluta, sem síðar verður fjallað um.
Eins og sýnt er á mynd 7a, IPF kort með háum upplausn af skriðsýni. Alvarlega röndóttu GBs sem sjást í skriðsmábyggingunni benda til þess að nanóskala karbíð valdi alvarlegri GB röndóttu við skriðaflögun. Í mörgum tilfellum af FCC-undirstaða málmefna hindra röndótt GB korn. renna landamæri, og þar með bæta skriðþol við háan hita. Greint var frá því að aukin skriðþol tengdist minni kavitation hraða og sprunguútbreiðslu í gegnum GB serrations.Fyrir austenitísk ryðfríu stáli er myndun kerfishneigðra kornamarka venjulega tengdur samspili milli kornamarka og karbíðútfellinga: 1) kornmarkaflæði milli festra korna og 2) áhrifum karbíðvaxtar. LPBF C–HEA sýndi engan vöxt karbíða eftir skriðaflögun (Mynd 7c–d). Því má álykta að myndun oddhvassra kornamarka megi rekja til flæðis kornamarka milli festra agna.
GND sniðið á mynd 7b sýnir undirkornin í skriðsýninu. Þrátt fyrir að ECC myndin (mynd 3a) sýni að upphafssýnin hafi undirbyggingar skreyttar með tilfærslunetum, með EBSD athugun, eru undirbyggingarnar óaðgreinanlegar. Aftur á móti innihéldu skriðsýnin greinilega undirkorn með miklum GND þéttleika, sem gefur til kynna að liðskipti hafi safnast saman við Undirbyggingarmörk sem og kornamörk við háhitaskrið. Þetta sýnir að undirbyggingarmörkin geta lokað með góðum árangri tilfærsluhreyfing jafnvel við skriðaflögun við háan hita. ECC myndir með mikilli stækkun styðja mjög uppsafnaðar liðfærslur á undirkornamörkum (Mynd 7c). Hér er kerfi grindamóta og losunarmóta HEA útskýrt af sameiginlegum áhrifum skógarlosunar og samþjappaðrar lausnarhörðunar. Hins vegar sýnir núverandi málmblöndur undirkorn með háan GND þéttleika eftir skrið aflögun, sem bendir til þess að skriðkerfi LPBF HEA nanósamsett efni er nokkuð frábrugðið því sem er í vansköpuðu HEA. Næst var ECCI notað til að skoða endurkristölluðu ofurfínu kornin í skriðsýnunum (Mynd 7d), sem hafa lítinn innri tilfærsluþéttleika og eru bundin af karbíðum. Fyrir málmefni er drifkrafturinn kraftur til endurkristöllunar eykst smám saman með hækkandi hitastigi. Hins vegar, með tilliti til þess að LPBF C–HEA myndar mikið magn af úrkomu, sem leiðir til Zenner pinning þrýstings, er endurkristöllun bæld niður jafnvel við háan hita. Þess vegna hefur LPBF C–HEA ekki gengið í gegnum neina örbyggingarþróun, svo sem endurheimt og endurkristöllun, skv. skriðaflögun við háan hita eftir að hafa beitt 325 MPa álagi. Þó að endurkristölluð offín korn hafi sést á sumum svæðum voru þau afmörkuð af nanómetra stórum karbíðum, sem komu í veg fyrir frekari kornvöxt. Nákvæm athugun á skriðaflögunarbyggingunni af ECCI og EBSD leiddi til þeirrar niðurstöðu að stöðug undirkorn með liðfærsluneti og nanóstærð karbíð tefðu bata og endurkristöllun meðan á skriðaflögun stendur á meðan það styrkir enn frekar undirbygginguna af völdum losunarnets.
Samantekt:
Aukaframleiðsluferlið og síðari hitameðhöndlun á CrMnFeCoNi HEA sem inniheldur kolefni leiða til myndunar ekki aðeins misskiptingskorna með undirbyggingum skreyttum tilfærslunetum, heldur einnig jafnt dreift karbíð við korn- og undirkornamörk.
Háhita skriðþol LPBF C-HEA er betri en skráðar CrMnFeCoNi hár-óreiðublendiblöndur. Skriðhraði C-HEA er tveimur stærðargráðum lægri en hefðbundið unnin HEA.
Örbyggingarathugun staðfestir að stöðug undirkorn valda myndun ákaflega hnöttóttra kornamarka, sem styrkja undirkornin enn frekar og hindra endurkristöllun við háhitaskrið, sem leiðir til framúrskarandi skriðþols kynlífs.
Lykilorð: Aukarannsóknir, málmaaukefnaframleiðsla, Mana efni, málm 3D prentun
