01 Úvod do papíru
Niklové -vysokoteplotní-slitiny jako materiály používané v extrémních prostředích vykazují komplexní nerovnoměrnou deformaci při vysokých teplotách v důsledku heterogenity mikrostruktur v zóně fúze (FZ), teplem -ovlivněné zóně (HAZ) a základního materiálu (BM) laserových-svařovacích kapacit a životnosti{5} svařovaných součástí. Tradiční testovací metody mají potíže s přesným měřením mechanických vlastností a nedokážou přesně předpovědět vysokoteplotní-deformaci. Aby se tato studie vypořádala s touto výzvou, používá více-rozsahový společný charakterizační a modelovací přístup se zaměřením na heterogenitu vlastností mikro{10}}zón v laserových{11}}svařovaných spojích. Integrací nanoindentace, simulace konečných prvků (FE) a testovacích technik digitální korelace obrazu (DIC) byla vytvořena metoda pro předpovídání nerovnoměrné tepelné deformace v teplotním rozsahu 20–800 stupňů.
02 Přehled v plném znění
Tato studie používá superslitinu na bázi niklu GH3536-jako experimentální materiál k provedení charakterizace a modelování chování heterogenní tepelné deformace laserových-svařovaných spojů. Integrací nanoindentace, simulace FE a testovacích technik DIC v kombinaci s modelem tvrdosti (Ludwickův model) a bezrozměrnou metodou identifikace parametrů zkoumá mikro-mechanické vlastnosti a deformační vzorce FZ, HAZ a BM v teplotním rozsahu 20-800 stupňů. Experimentální výsledky ukazují, že tato více-metoda může přesně získat mechanické parametry každé mikro-oblasti s maximální chybou meze kluzu pouze 9,8 % ve srovnání s výsledky testování DIC; při 800 stupních dosahuje nerovnoměrná deformační odchylka 3,0 mm širokého FZ vzorku 67 %. Použití tohoto modelu na testy ohybu na tupo plechu a T-spoje ověřilo vliv místních vlastností na vysokoteplotní-výkon a vysvětlilo vnitřní korelaci mezi strukturní heterogenitou mikro-regionu a deformačním chováním. Tato studie objasňuje základní mechanismy heterogenní deformace ve svarových spojích vysokoteplotních slitin, zabývá se problémem nerovnoměrné deformace, kterou tradiční metody obtížně řeší, a má významnou teoretickou a technickou hodnotu pro optimalizaci svařovacích procesů v letectví a souvisejících oborech.
Obrázek 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, a že zvýšení teploty tuto heterogenitu zhoršuje. Při 500 stupních vykazuje křivka vroubkované kolísání odpovídající Portevinovu -Le Chatelierovu efektu (PLC), což je jev plastické nestability způsobený dynamickým napětím během plastické deformace vysokoteplotních slitin na bázi niklu--.
Obrázek 1. P-h křivky indentačních testů v různých oblastech při různých teplotách: (a) 20 stupňů; (b) 300 stupňů; (c) 500 stupňů; (d) 800 stupňů
Obrázek 2 ukazuje tahovou zkoušku DIC laserem-svařovaných spojů vysokoteplotní slitiny GH3536- při 20 stupních, což ukazuje, že FZ má nejslabší mechanické vlastnosti, s deformací 0,544 při 350 s, následuje HAZ, zatímco BM se deformuje nejméně, což vizuálně prezentuje mikroregion {{7} výkon. heterogenita. Testovací křivka DIC odpovídá křivce extenzometru, což potvrzuje přesnost a spolehlivost techniky DIC při charakterizaci lokální deformace svarových spojů.
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 při všech teplotách a tato rostoucí teplota tuto nerovnoměrnou deformaci ještě zhoršuje; FE simulační křivky se těsně shodují s experimentálními křivkami s maximální chybou meze kluzu pouze 9,8 %, což potvrzuje přesnost nanoindentační inverze plus modifikovaný Ludwickův model a poskytuje spolehlivou podporu pro předpovídání výkonu při vysokých-teplotách a optimalizaci svařovacích procesů.
Obrázek 4 představuje obrysové mapy ekvivalentního plastického napětí při 20 stupních pro laserem-svařované spoje z vysokoteplotní slitiny GH3536-s různými šířkami FZ. Výsledky naznačují, že FZ je vždy oblastí koncentrované deformace při všech teplotách. Při šířce FZ 3,0 mm je nerovnoměrná deformace významná, s odchylkou 68 % od rovnoměrné deformace při 800 stupních a tato odchylka se zvyšuje s teplotou. Vliv šířky FZ na rovnoměrnost deformace vykazuje nelineární trend nejprve rostoucí a poté klesající. U 1,5 mm je nerovnoměrnost deformace-slabší kvůli silným omezením základního materiálu a u 4,5 mm a 6,0 mm je slabší kvůli redistribuci napětí. Je jasné, že 3,0 mm je kritická šířka, které je třeba se vyhnout, což poskytuje klíčové vodítko pro optimalizaci parametrů svařovacího procesu.
