Qo'shimchalar yordamida ishlab chiqarilgan titanium qotishmalarining interfaol barqarorligiga termal tsiklning ta'siri
Qo'shimchalar ishlab chiqarishda termal velosipedga kirish
Titan qotishmalarini qo'shimcha ishlab chiqarish (AM) tez qotib qolish va ketma-ket qatlam cho'kishi paytida takroriy termal aylanish bilan tavsiflangan noyob termal tarixni o'z ichiga oladi. An'anaviy ishlov berishdan farqli o'laroq, har bir yotqizilgan qatlam ko'plab qayta isitish va sovutish davrlarini o'tkazadi, chunki uning ustiga keyingi qatlamlar quriladi va mikro tuzilmaviy evolyutsiya va interfaal barqarorlikka chuqur ta'sir qiluvchi murakkab termal aylanishlarni yaratadi.
Fazalararo mikrotuzilmalarning shakllanishi
In Ti-6Al-4V produced by wire arc additive manufacturing (WAAM), the as-built microstructure typically consists of coarse prior β grains filled with aligned α-lath colonies, formed during the β→α transformation upon cooling. The repeated thermal cycling during deposition produces a high fraction of high-angle grain boundaries (HAGBs, >15 daraja ) va -torna chegaralari boʻylab nano oʻlchamdagi plyonkalarni yaratadi. Vanadiy ({3}}barqarorlashtiruvchi element) bilan boyitilgan ushbu plyonkalar dislokatsiya harakati uchun samarali to'siq bo'lib xizmat qiluvchi kogerent / interfeyslarni hosil qiladi va qotishmaning yuqori mustahkamligiga sezilarli hissa qo'shadi.
Termal tsiklning interfeys barqarorligiga ta'siri
1. Interfeys harakati va eritmaning qayta taqsimlanishi
400 dan 700 gradusgacha bo'lgan termo{0}}mexanik aylanish jarayonida / interfeysi erigan moddalarning qayta taqsimlanishi bilan boshqariladigan dinamik harakatni namoyish etadi. Sinxrotron nurlanish tadqiqotlari shuni ko'rsatdiki, takroriy issiqlik tebranishlari quyidagilarga olib keladi:
(110) tepalikdagi panjara deformatsiyasining ortishi va panjara parametrining a=3.22 Å gacha kengayishi.
Faza ulushini taxminan 3,5% ± 0,01% gacha oshirish
/ interfeysi bo'ylab vanadiy konsentratsiyasi profilidagi dinamik o'zgarishlar
Atom zond tomografiyasi fazalar markazidagi vanadiy kontsentratsiyasi 22,4 ± 0,19 at.% ga yetishini tasdiqlaydi, bunda V kontsentratsiyasi profili faza barqarorligini saqlash uchun interfeys oldinga va orqaga harakatlanayotganda dinamik ravishda o'zgaradi. Diffuziya{4}}asosidagi kinetik modellashtirish (DICTRA) shuni ko'rsatadiki, / interfeysi harakati HCP fazasiga 400–500 J/mol saqlangan energiya farqlari kiritilganda sezilarli darajada aniqroq bo'ladi, bu termal aylanish jarayonida dinamik interfeys harakatini eksperimental kuzatishni qo'llab-quvvatlaydi.
2. Haroratga bog‘liq{1}}Interfeys degradatsiyasi
AM Ti-6Al-4V dagi / interfeyslarning barqarorligi haroratga juda bog'liq:
500 daraja va undan pastda:/ interfeyslari nisbatan aniq va barqaror bo'lib qoladi. Nano{1}}plyonka qatlamlari o'zlarining interfaal kogerentligini saqlab, samarali sirpanish to'siqlari sifatida harakat qilishda davom etadi. Mikrotuzilma, birinchi navbatda, termal faollashtirilgan tiklanish bilan boshqariladi, bunda deformatsiyaning asosiy mexanizmi burilishdir.
700 darajadan yuqori:Keng oraliq degradatsiya yuzaga keladi, bu quyidagilar bilan tavsiflanadi:
-lamelning parchalanishi va qattiq egilishi
-yangi shakllangan/chegaralar boʻylab fazali kirib borish, dastlabki uzluksiz qatlamlarni parchalash
Chegaraviy migratsiya va tiklanish jarayonlari tufayli interfaal muvofiqlikni yo'qotish
Tezlashtirilgan dinamik qayta kristallanish (ham uzluksiz DDRX, ham uzluksiz CDRX) burilish{0}}ta'sirlangan hududlarda yadro hosil qiladi.
Nano{1}}plenka qatlamlarining haroratga bog'liq bo'lgan bu-barqarorligi yaxshilangan sirg'anish o'tkazuvchanligini va deformatsiyaning lokalizatsiyasini osonlashtiradi, bu esa oqimning tez yumshashiga va mexanik ish faoliyatini sezilarli darajada pasayishiga olib keladi.
3. Martensitning erishi va fazali transformatsiyalari
Termal aylanish tez qotib qolish vaqtida hosil bo'ladigan muvozanatsiz fazalarning-barqarorligiga ham ta'sir qiladi. AM jarayonlarida tez sovutish paytida hosil bo'lgan martensit (m) 350-400 darajagacha past haroratlarda eriy boshlaydi. Keyingi termal davrlarda qayta qizdirilganda, m yanada barqaror + tuzilmalarga aylanadi. Bu erish sekin, diffuziya{7}}boshqariladigan jarayon boʻlib, mahalliy interfeys kimyosi va mikrostruktura barqarorligini yanada oʻzgartiradi.
Mikro strukturaviy evolyutsiya mexanizmlari
AM Ti-6Al-4V dagi HAGB ning yuqori ulushi (umumiy chegaralarning taxminan 80,8%) termal aylanish sharoitida interfeys barqarorligida hal qiluvchi rol o'ynaydi:
HAGBlar dislokatsiya manbalari va lavabolar sifatida:Ko'p miqdorda HAGBlar chegara bo'rtib chiqishi va ko'chishiga yordam beradi, uzluksiz dinamik qayta kristallanish (DDRX) uchun yadrolanish to'sig'ini pasaytiradi.
Kengaytirilgan chegara harakatchanligi:Noto'g'ri ta'sirlangan-mintaqalarda mahalliy beqarorlik DDRX yadrolarining shakllanishiga yordam beradi va asl qatlamli strukturaning parchalanishini tezlashtiradi.
Dovlangan qotishmalardan farqli o'laroq:Dövülmüş Ti-6Al-4V past burchakli don chegaralarining (LAGB) ancha katta qismini o'z ichiga oladi, ular chegara harakatchanligini cheklaydi va interfeysni tez beqarorlashtirishdan ko'ra asta-sekin pastki burilish (CDRX) ga yordam beradi.
700 gradusda termal faollashtirilgan chegara migratsiyasi va dislokatsiya ko'tarilishi HAGB{1}}boy AM mikro tuzilmalarida DDRX uchun yadrolanish to'sig'ini yanada pasaytiradi, CDRX esa LAGB-tuzilmasi boshqariladigan ishlangan qotishmalarda asosiy qayta kristallanish yo'li bo'lib qoladi.
Xizmat ko'rsatishga ta'siri
Termal aylanish{0}}induktsiyasi tufayli interfeysning beqarorligi AM titanium qotishmalarining yuqori haroratli- muhitlarda ishonchli qo'llanilishiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi:
Kuchni saqlash:AM Ti{4}}6Al-4V xona va oraliq haroratlarda (300–500 daraja) yuqori siqish quvvatiga ega boʻlsa-da, oʻzining nozik chiziqli tuzilishi va barqaror / interfeyslari tufayli uning termal barqarorligi interfeysning tez buzilishi va yumshashi tufayli 700 darajadan sezilarli darajada pasayadi.
Charchoq ishlashi:Kogerent/interfeyslarning parchalanishi va qayta kristallangan donalarning paydo bo'lishi yorilish boshlanishi va ko'payishi uchun maydonlarni yaratishi mumkin, bu esa charchoq muddatini buzishi mumkin.
Yurish qarshiligi:Yuqori HAGB ulushi va -taxta chegaralaridagi lokal dislokatsiyalar to‘planishi, dastlab o‘rmalanishga chidamlilik uchun foydali bo‘lib, termal aylanish jarayonida interfeyslar uyg‘unlikni yo‘qotganligi sababli beqarorlashadi.
Yumshatish strategiyalari
Termal aylanish sharoitida interfaal barqarorlikni oshirish uchun bir nechta yondashuvlar o'rganilmoqda:
Issiqlik bilan ishlov berishdan keyingi-qurilish:Nazorat qilinadigan termal muolajalar eritmaning taqsimlanishini homogenlashtirish va termal aylanishdan qoldiq stresslarni kamaytirish orqali mikro tuzilmani barqarorlashtirishi mumkin.
Jarayon parametrlarini optimallashtirish:Bir xil issiqlik tarixiga erishish va haddan tashqari qizib ketishni bostirish uchun cho'kish strategiyalarini (masalan, turish vaqti, yo'lni rejalashtirish) sozlash, natijada nozikroq, barqarorroq -taxta tuzilmalari paydo bo'ladi.
Termomexanik ishlov berish:Don tuzilishini yaxshilash va interfeys barqarorligini yaxshilash uchun-insitu soxtalashtirish yoki qatlamlararo deformatsiya bilan AMni birlashtirish
Xulosa
Titan qotishmalarini qo'shimcha ishlab chiqarishda issiqlik aylanish jarayoni yuqori burchakli dona chegaralarining yuqori fraktsiyalari va interfeyslarda nano{1}}plenka qatlamlari bilan noyob mikro tuzilmaviy holatni yaratadi. Bu xususiyatlar xona haroratining mukammal mustahkamligini taʼminlasa-da, -700 darajadan yuqori termal barqarorlikni namoyish etadi, bunda interfeys kogerentligi -fazali kirish, chegara koʻchishi va dinamik qayta kristallanish orqali pasayadi. Haroratga bogʻliq boʻlgan ushbu interfeys evolyutsiyasi mexanizmlarini tushunish, AM jarayoni dizaynini optimallashtirish va Ti-6Al-4V komponentlarining talabchan xizmat muhitida ishonchli ishlashini taʼminlash uchun zarurdir.
