01 Úvod do papiera
Niklové -vysokoteplotné{1}}zliatiny ako materiály používané v extrémnych prostrediach vykazujú komplexnú nerovnomernú deformáciu pri vysokých teplotách v dôsledku heterogenity mikroštruktúr v zóne fúzie (FZ), tepelne -ovplyvnenej zóne (HAZ) a základného materiálu (BM) laserových -zaťažovacích schopností a životnosti zváraných{5} komponentov. Tradičné testovacie metódy majú problémy s presným meraním mechanických vlastností a nedokážu presne predpovedať deformácie pri vysokých-teplotách. Na vyriešenie tohto problému táto štúdia využíva viacrozmerný-spoločný prístup k charakterizácii a modelovaniu, ktorý sa zameriava na heterogenitu mikro{10}}vlastností mikrozón v laserových{11}}zvarových spojoch. Integráciou nanoindentácie, simulácie konečných prvkov (FE) a testovacích techník digitálnej obrazovej korelácie (DIC) bola vytvorená metóda na predpovedanie nerovnomernej tepelnej deformácie v teplotnom rozsahu 20 – 800 stupňov.
02 Prehľad v plnom znení
Táto štúdia využíva superzliatinu na báze niklu GH3536-ako experimentálny materiál na vykonanie charakterizácie a modelovania heterogénneho správania tepelnej deformácie laserových-zvarových spojov. Integráciou nanoindentácie, simulácie FE a testovacích techník DIC v kombinácii s modelom tvrdosti (Ludwickov model) a bezrozmernou metódou identifikácie parametrov skúma mikro-mechanické vlastnosti a deformačné vzorce FZ, HAZ a BM v teplotnom rozsahu 20-800 stupňov. Experimentálne výsledky demonštrujú, že táto viacrozmerná metóda dokáže presne získať mechanické parametre každého mikro{11}}regiónu s maximálnou chybou medze klzu iba 9,8 % v porovnaní s výsledkami testovania DIC; pri 800 stupňoch dosahuje nerovnomerná deformačná odchýlka 3,0 mm širokej vzorky FZ v ťahu 67 %. Aplikovaním tohto modelu na test ohybu dosky a T-kĺbu sa overil vplyv miestnych vlastností na výkonnosť pri vysokej teplote, čím sa vysvetľuje vnútorná korelácia medzi štrukturálnou heterogenitou mikro-regiónu a deformačným správaním. Táto štúdia objasňuje základné mechanizmy heterogénnej deformácie vo zváraných spojoch vysokoteplotných zliatin, zaoberá sa problémom nerovnomernej deformácie, ktorú tradičné metódy ťažko riešia, a má významnú teoretickú a inžiniersku hodnotu pre optimalizáciu zváracích procesov v leteckom a kozmickom priemysle a súvisiacich oblastiach.
Obrázok 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 zvýšenie teploty túto heterogenitu zhoršuje. Pri 500 stupňoch krivka ukazuje zúbkované výkyvy zodpovedajúce Portevinovmu-Le Chatelierovmu efektu (PLC), javu plastickej nestability spôsobeného dynamickým namáhaním počas plastickej deformácie vysokoteplotných zliatin na báze niklu--.
Obrázok 1. P-h krivky vtlačovacích testov v rôznych oblastiach pri rôznych teplotách: (a) 20 stupňov; (b) 300 stupňov; (c) 500 stupňov; (d) 800 stupňov
Obrázok 2 ukazuje ťahový test DIC laserom -zvarených spojov GH3536 vysokoteplotnej zliatiny GH3536 pri 20 stupňoch, čo naznačuje, že FZ má najslabšie mechanické vlastnosti s napätím 0,544 pri 350 s, po ktorom nasleduje HAZ, zatiaľ čo BM sa deformuje najmenej, čo vizuálne prezentuje {{7} mikroregión {{7} deformáciu. heterogenita. Testovacia krivka DIC sa zhoduje s krivkou extenzometra, čo potvrdzuje presnosť a spoľahlivosť techniky DIC pri charakterizácii lokálnej deformácie zvarových spojov.
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 pri všetkých teplotách a táto zvyšujúca sa teplota zhoršuje túto nerovnomernú deformáciu; krivky simulácie FE sa veľmi zhodujú s experimentálnymi krivkami s maximálnou chybou medze klzu iba 9,8 %, čo potvrdzuje presnosť inverzie nanoindentácie plus upravený Ludwickov model a poskytuje spoľahlivú podporu pre predpovedanie výkonu pri vysokých-teplotách a optimalizáciu zváracích procesov.
Obrázok 4 predstavuje obrysové mapy ekvivalentného plastového napätia pri 20 stupňoch pre laserom -zvárané spoje z vysokoteplotnej zliatiny GH3536- s rôznymi šírkami FZ. Výsledky naznačujú, že FZ je vždy oblasťou koncentrovanej deformácie pri všetkých teplotách. Pri šírke FZ 3,0 mm je výrazná nerovnomerná deformácia s odchýlkou 68 % od rovnomernej deformácie pri 800 stupňoch a táto odchýlka sa zvyšuje s teplotou. Vplyv šírky FZ na rovnomernosť deformácie vykazuje nelineárny trend najprv zväčšovať a potom klesať. Pri 1,5 mm je deformačná nerovnomernosť slabšia v dôsledku silných obmedzení základného materiálu a pri 4,5 mm a 6,0 mm je slabšia v dôsledku prerozdelenia napätia. Je jasné, že 3,0 mm je kritická šírka, ktorej sa treba vyhnúť, čo poskytuje kľúčový návod na optimalizáciu parametrov procesu zvárania.
