01 Uvod v papir
Visokotemperaturne -zlitine na osnovi niklja, kot materiali, ki se uporabljajo v ekstremnih okoljih, kažejo kompleksne ne-enakomerne deformacije pri visokih temperaturah zaradi heterogenosti mikrostruktur v fuzijskem območju (FZ), toplotno-prizadetem območju (HAZ) in osnovnem materialu (BM) lasersko-varjenih struktur, kar vpliva na nosilnost-in življenjska doba komponent. Tradicionalne metode preskušanja težko natančno merijo mehanske lastnosti in ne morejo natančno napovedati visoko{7}}temperaturne deformacije. Za obravnavo tega izziva ta študija sprejme več-skupno karakterizacijo in pristop modeliranja, ki se osredotoča na heterogenost lastnosti mikro-con v lasersko-varjenih spojih. Z integracijo tehnik testiranja nanoindentacije, simulacije končnih elementov (FE) in korelacije digitalne slike (DIC) je bila vzpostavljena metoda za napovedovanje ne-enakomerne toplotne deformacije v temperaturnem območju od 20 do 800 stopinj.
02 Pregled celotnega besedila
Ta študija uporablja superzlitino GH3536 na osnovi niklja-kot eksperimentalni material za karakterizacijo in modeliranje obnašanja heterogenih toplotnih deformacij lasersko-varjenih spojev. Z integracijo nanoindentacije, simulacije FE in tehnik testiranja DIC v kombinaciji z modelom trdote (Ludwickov model) in metodo brezdimenzijske identifikacije parametrov raziskuje mikro-mehanske lastnosti in deformacijske vzorce FZ, HAZ in BM v temperaturnem območju 20-800 stopinj. Eksperimentalni rezultati kažejo, da lahko ta metoda z več -merilami natančno pridobi mehanske parametre vsakega mikro-regije z največjo napako meje tečenja le 9,8 % v primerjavi z rezultati testiranja DIC; pri 800 stopinjah doseže ne-enakomerno deformacijsko odstopanje 3,0 mm širokega FZ nateznega vzorca 67 %. Uporaba tega modela pri preskusih upogibanja čelnih plošč in T-spojev je potrdila vpliv lokalnih lastnosti na visoko-temperaturno zmogljivost, kar pojasnjuje intrinzično korelacijo med strukturno heterogenostjo mikro-regije in deformacijskim obnašanjem. Ta študija pojasnjuje glavne mehanizme heterogenih deformacij v visoko{20}}temperaturnih zlitinah zvarnih spojih, obravnava vprašanje neenakomerne deformacije, ki jo tradicionalne metode težko razrešijo, in ima pomembno teoretično in inženirsko vrednost za optimizacijo varilnega procesa v vesolju in sorodnih področjih.
Slika 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, in da zvišanje temperature poslabša to heterogenost. Pri 500 stopinjah krivulja kaže nazobčana nihanja, ki ustrezajo Portevin-Le Chatelierjevemu učinku (PLC), pojavu plastične nestabilnosti, ki ga povzroča dinamična deformacija med plastično deformacijo visokotemperaturnih-zlitin na osnovi niklja-.
Slika 1. P-h krivulje testov vdolbine v različnih regijah pri različnih temperaturah: (a) 20 stopinj; (b) 300 stopinj; (c) 500 stopinj; (d) 800 stopinj
Slika 2 prikazuje natezni preskus DIC lasersko{1}}varjenih GH3536 visoko{3}}temperaturnih zlitin pri 20 stopinjah, kar kaže, da ima FZ najšibkejše mehanske lastnosti, z deformacijo 0,544 pri 350 s, sledi mu HAZ, medtem ko se BM deformira najmanj, kar vizualno predstavlja ne-enakomerno deformacijo, ki jo povzroča heterogenost delovanja mikro-regije. Preizkusna krivulja DIC se ujema s krivuljo ekstenzometra, kar potrjuje natančnost in zanesljivost tehnike DIC pri karakterizaciji lokalne deformacije zvarnih spojev.
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 vseh temperaturah in da naraščajoča temperatura še poslabša to ne-enakomerno deformacijo; simulacijske krivulje FE se zelo ujemajo z eksperimentalnimi krivuljami, z največjo napako meje tečenja le 9,8 %, kar potrjuje natančnost inverzije nanoindentacije in spremenjenega Ludwickovega modela ter zagotavlja zanesljivo podporo za napovedovanje delovanja pri visokih-temperaturah in optimizacijo varilnih postopkov.
Na sliki 4 so prikazani konturni zemljevidi ekvivalentne plastične deformacije pri 20 stopinjah za lasersko{2}}varjene spoje iz visokotemperaturne zlitine GH3536-z različnimi širinami FZ. Rezultati kažejo, da je FZ vedno območje koncentrirane deformacije pri vseh temperaturah. Pri širini FZ 3,0 mm je ne-enakomerna deformacija pomembna, z odstopanjem 68 % od enotne deformacije pri 800 stopinjah, to odstopanje pa se povečuje s temperaturo. Vpliv širine FZ na enakomernost deformacije kaže nelinearni trend najprej naraščanja in nato padanja. Pri 1,5 mm je ne-enakomernost deformacije šibkejša zaradi močnih omejitev osnovnega materiala, pri 4,5 mm in 6,0 mm pa je šibkejša zaradi prerazporeditve napetosti. Jasno je, da je 3,0 mm kritična širina, ki se ji je treba izogibati, saj zagotavlja ključne smernice za optimizacijo parametrov varilnega postopka.
