GH3536 legering kjemisk sammensetning og varmebehandlingsprosess
GH3536-legering er en nikkelbasert høytemperaturlegering, hovedsakelig fast løsning forsterket med krom og molybden (det tilsvarende merket er Hastelloy-X). Den har god oksidasjonsmotstand og korrosjonsbestandighet, og har fortsatt moderat holdbarhet og krypestyrke ved 900 grader. , egnet for produksjon av varmekomponenter av høytemperatur-servicestrukturer, for eksempel halekjegler, virveleksosrør og forbrenningsdysehus. Imidlertid er formen på slike deler kompleks, og det er ofte strømningskanaler eller porøse strukturer inni. Tradisjonelle prosesser er for det meste laget av flere sveiser, noe som ikke bare er vanskelig å sikre dimensjonsnøyaktighet, men også påvirker stabiliteten til gasstrømmen. Selv gjennom presisjonssmiing er det vanskelig å møte behovene til produksjonsindustrien. Selektiv lasersmelting (SLM) er en teknologi som bruker laser som varmekilde for å oppnå integrering av svært komplekse deler ved å smelte metallpulverlag punkt for punkt, overlappe linje for linje, og størkne og akkumulere lag for lag. "Near net shape"-teknologi har løst flaskehalsproblemet som begrenser behandlingen av GH3536-legeringsdeler. Men siden legeringspulveret trenger å fullføre smelting, størkning og avkjøling innen en spesifikk svært kort interaksjonstid under SLM-formingsprosessen, vil den ekstremt høye temperaturgradienten forårsaket av lokalisert varmetilførsel og den store restspenningen som genereres under størkningsprosessen føre til strukturelle feil i legeringen. segregering med ingredienser. Derfor krever selektive lasersmeltende formede deler vanligvis ettervarmebehandling for å reparere interne defekter i legeringen, regulere sammensetningen og strukturen til mikrostrukturen og forbedre legeringens mekaniske egenskaper.
Eksperimentelt materialvalg
Dette eksperimentet bruker aerosolisert sfærisk GH3536-legeringspulver som råmateriale for SLM-avsetning. Den kjemiske sammensetningen til legeringspulveret er vist i figuren nedenfor, som oppfyller sammensetningskravene til GH3536 høytemperaturlegering i GB/T14992-2005.
Analyse av resultater
(1) Strekkegenskaper ved romtemperatur for GH3536-legering i forskjellige varmebehandlingstilstander
Strekktester i romtemperatur ble utført på SLM-prøver, ST-prøver og HIP-prøver forberedt i forskjellige retninger, og sammenlignet med industristandarden HB 5497-1992. Strekkstyrken og flytestyrken til de tre prøvene i tverr-/lengderetningen ved romtemperatur overstiger alle kravene til smistandarder, men forlengelsen er forskjellig. Strekkfastheten til SLM-prøven i tverrretningen er 769 MPa, som er 58 MPa høyere enn den i lengderetningen; den tverrgående flytegrensen er 465 MPa, som er 44 MPa høyere enn i lengderetningen; den langsgående forlengelsen er 27,81%, som er 7,21% høyere enn den i tverrretningen; det vil si SLM-prøven ved romtemperatur Det er anisotropi i strekkegenskapene. Som vi alle vet, er strekkegenskapene til legeringer ikke bare påvirket av materialets iboende egenskaper, men også relatert til mikrostrukturen. For SLM-formede prøver må påvirkningen av grensen til smeltebassenget tas i betraktning. Mikrostrukturen til SLM-prøven kan betraktes som en forskjøvet distribusjonssammensetning av "smeltebassenggrense-ultrafine søyleformede underkorn". Generelt sett, jo mindre korn, jo høyere strekkfasthet og bedre plastisitet. Området omgitt av grensen til smeltet basseng er sammensatt av slanke søylekrystallitter, som er jevnt fordelt, noe som sikrer høy styrke og god plastisitet til SLM-prøven. Imidlertid vil den romlig fordelte grensen for smeltet basseng i stor grad påvirke plastisiteten til SLM-prøven. Siden bindingsytelsen til selve smeltebassenggrensen er svakere enn korngrensen, og det er et lokalt "grovt kornområde" i smeltebassenggrensen i smeltebassengoverlappingsområdet, blir smeltebassenggrensen det svake området av prøven. Når SLM-prøven gjennomgår plastisk deformasjon, vil den fortrinnsvis gli langs grensen for smeltet basseng. Antall smeltede bassenggrenser (lengde) i lengdesnittet av prøven per arealenhet er mye større enn i tverrsnittet, noe som betyr at når SLM-prøven strekkes langs lengderetningen, er plastisk deformasjon lettere å fortsette, så det viser mer makroskopiske egenskaper. Utmerket forlengelse, men strekkfastheten er noe lavere enn i tverrretningen.
Strekkfastheten og flytegrensen til ST-prøven i tverrretningen er henholdsvis 695 og 382 MPa, og forlengelsen er 31,13 %. De mekaniske egenskapene langs lengderetningen er i hovedsak de samme som i tverrretningen, noe som stemmer overens med observasjonen at den tverrgående/langsgående mikrostrukturen er lik. Elimineringen av smeltebassenggrensen er hovedårsaken til at anisotropien forsvinner i strekkegenskapene til ST-prøven. Behandling med fast løsning eliminerer defekter som porer og sprekker i den avsatte prøven, og høytemperaturbehandling vil fremme økningen i mengden austenitt i strukturen, noe som resulterer i en betydelig økning i forlengelsen av ST-prøven, sammenlignet med den laterale forlengelse av SLM-prøven. En økning på 10,53 %. Imidlertid vil behandling av fast løsning føre til at legeringskornene rekrystalliserer og vokser ved høye temperaturer, noe som resulterer i en betydelig reduksjon i strekkbruddstyrken og flytegrensen. Den strekkmekaniske oppførselen ved romtemperatur til HIP-prøven er lik den til ST-prøven, men den tverrgående/langsgående strekkstyrken er omtrent 728 MPa og flytegrensen er 429 MPa. Selv om strekkstyrken er omtrent 41 MPa lavere enn den tverrgående strekkstyrken til SLM-prøven, er den 11 MPa høyere enn dens langsgående strekkfasthet. Forlengelseshastigheten når 38,65%, som er 7,52% høyere enn for ST-prøven og 38,9% høyere enn den langsgående forlengelseshastigheten til SLM-prøven. Styrken til HIP-prøven falt ikke signifikant som ST-prøven, noe som hovedsakelig skyldtes eliminering av interne defekter i legeringen og endringen i korngrensemorfologi.
På den ene siden er tettheten til prøven etter varm isostatisk pressing høyere enn for ST-prøven; på den annen side kan den kjedelignende M23C6 utfelt ved korngrensen til HIP-prøven effektivt hindre dislokasjonsbevegelsen under deformasjonsprosessen, og dermed forbedre styrken til legeringen. Selv om korngrensekarbider, som en sprø fase, lett kan bli kilden til sprekker under strekkprosessen, vil de sikksakk-buede korngrensene som dannes av dem hindre initiering og utvidelse av sprekker. Dette er fordi de taggete buede korngrensene er ujevne, noe som forårsaker sammenlåsingseffekten mellom krystallplanene til tilstøtende korn. Det er vanskelig for korngrensene å gli mellom hverandre under deformasjonsprosessen, noe som tvinger de intragranulære delene med høyere styrke til å delta i deformasjonen, noe som resulterer i at det oppstår spenningsavslapping ved korngrensene, noe som hindrer initiering av sprekker. Studier har vist at under sprekkforplantningsprosessen kan de taggete korngrensene føre til at vinkelen mellom sprekken og korngrensesnittet avviker fra dens opprinnelige innfallsvinkel, noe som gjør sprekkforplantningsbanen langs grensesnittet mer kompleks og robust. Dette betyr at de taggete, buede korngrensene gjør det mer sannsynlig at sprekker forplanter seg gjennom korngrensesnittet i stedet for å forplante seg langs korngrensesnittet, og derved gjør legeringen effektivt seig.
(2) Analyse av romtemperatur strekkbruddmorfologi av GH3536-legering i forskjellige varmebehandlingstilstander
Bruddmekanismene til de tre prøvene er alle mikroporeaggregerte duktile frakturer, med elliptiske likeaksede fordypninger fordelt langs frakturoverflaten, men størrelsen og dybden på fordypningene er forskjellige. Blant dem er fordypningsstrukturen til SLM-prøven veldig liten, med en gjennomsnittlig diameter på bare ca. 0.5 μm og en liten dybde. Det kan også observeres slitasjer smeltede bassenggrensesprekker, og den gaussiske bueoverflaten til smeltebassenget er tydelig synlig, noe som indikerer at sprekkene starter og utvider seg langs grensen til smeltebassenget. Dette beviser også fra et annet perspektiv at grensen for smeltet basseng er en viktig komponent i organisasjonsmekanikk. Svake ytelsesområder. Under den plastiske deformasjonsprosessen til den tverrgående SLM-prøven vil den lokale spenningskonsentrasjonen ødelegge bindingskraften til atomer og danne porer. Ettersom deformasjonen fortsetter, vokser disse mikroporene og forbinder seg med hverandre for å danne sprekker. Eksistensen av en liten mengde små groper indikerer at bruddet i prøven her skyldes utvidelsen av mikrosprekker dannet under SLM-formingsprosessen, som deltar mindre i plastisk deformasjon under deformasjonsprosessen, og dermed forårsaker at SLM-prøven blir lavere i tverrretningen. forlengelse.
Størrelsen på fordypningene ved bruddoverflaten til ST-prøven er {{0}}.8-1.0 μm og er jevnt fordelt, og viser bruddkarakteristikker av transgranulær fordypning, noe som tyder på at legeringen har god forlengelse. Etter varm isostatisk pressebehandling økte antall groper ved bruddoverflaten til HIP-prøven betydelig, og størrelsen økte også til ca. 2 μm. Sammenlignet med SLM-prøver vil eksistensen av sikksakk-buede korngrenser fremme aktiveringen av slipsystemet i den omkringliggende matrisen, redusere spenningskonsentrasjonen ved korngrensene og fremme jevn fordeling av plastisk deformasjon. Derfor viser HIP-prøven den beste strekkstyrken ved romtemperatur. ytelse, som er i samsvar med de nevnte strekktestresultatene. Når strekkmaterialet har god plastisitet, er bindekraften mellom korn med ulik orientering større, noe som fører til at det dannes dislokasjoner etter at de glir langs flere kryssende glideplan samtidig. Dette reflekterer også fra siden at HIP-prøven har utmerket plastisk deformasjonsevne.
for å konkludere
(1) Mikrostrukturen til den GH3536-legeringsavsatte prøven dannet ved selektiv lasersmelting er hovedsakelig sammensatt av smeltede bassenggrenser og ultrafine søyleformede underkorn. Det smeltede bassenget presenterer en fiskeskjelllignende fordeling langs avsetningsretningen, som åpenbart er forskjellig fra den strimmellignende fordeling i laserskanningsretningen. Det er et lite antall porer og uordnede mikrosprekker inni.
(2) Etter at SLM-prøvene ble behandlet med fast løsningsbehandling og varm isostatisk pressing, har grensemorfologien til smeltet basseng forsvunnet. Tettheten til ST er 3,9 % høyere enn for SLM-prøven, og mikrostrukturen er sammensatt av vekselvis fordelte likeaksede korn av varierende størrelse, uten andrefaseutfelling. Mikrostrukturen til HIP-prøven er lik den til ST-prøven, med en tetthet på 94,1 %.
(3) Bruddene til de tre prøvene er alle typiske brudd av fordypning. Strekkegenskapene til SLM-prøvene er anisotropiske, noe som er forårsaket av den forskjellige fordelingen av grensen for smeltet basseng dannet under avsetningsprosessen i tverrgående/vertikal retning. Strekkfastheten og flytestyrken til ST-prøven ble redusert, men forlengelsen økte til 31,13 %. Strekkfastheten og flytegrensen avtok mindre, og forlengelsen nådde 38,65 %, som er relatert til de buede korngrensene som ble dannet under HIP-prosessen.
