GH3536 legerings kemisk sammansättning och värmebehandlingsprocess
GH3536-legering är en nickelbaserad högtemperaturlegering huvudsakligen fast lösning förstärkt med krom och molybden (motsvarande märke är Hastelloy-X). Den har bra oxidationsbeständighet och korrosionsbeständighet, och har fortfarande måttlig hållbarhet och kryphållfasthet vid 900 grader. , lämplig för tillverkning av varma komponenter i servicestrukturer med hög temperatur, såsom stjärtkoner, virvelavgasrör och förbränningsmunstyckshöljen. Formen på sådana delar är dock komplex, och det finns ofta flödeskanaler eller porösa strukturer inuti. Traditionella processer är mestadels gjorda av flera svetsar, vilket inte bara är svårt att säkerställa dimensionell noggrannhet, utan också påverkar stabiliteten i gasflödet. Även genom precisionssmide är det svårt att möta behoven från tillverkningsindustrin. Selektiv lasersmältning (SLM) är en teknik som använder laser som värmekälla för att uppnå integration av mycket komplexa delar genom att smälta metallpulverskikt punkt för punkt, överlappa linje för linje och stelna och ackumulera lager för lager. "Near net shape"-teknik har löst flaskhalsproblemet som begränsar bearbetningen av GH3536-legeringsdelar. Men eftersom legeringspulvret behöver slutföra smältning, stelning och kylning inom en specifik mycket kort interaktionstid under SLM-formningsprocessen, kommer den extremt höga temperaturgradienten som orsakas av lokal värmetillförsel och den stora restspänningen som genereras under stelningsprocessen att leda till strukturella defekter i legeringen. segregering med ingredienser. Därför kräver selektiva lasersmältande formade delar vanligtvis eftervärmebehandling för att reparera inre defekter hos legeringen, reglera sammansättningen och strukturen hos mikrostrukturen och förbättra legeringens mekaniska egenskaper.
Experimentellt materialval
Detta experiment använder aerosoliserat sfäriskt GH3536-legeringspulver som råmaterial för SLM-avsättning. Den kemiska sammansättningen av legeringspulvret visas i figuren nedan, som uppfyller sammansättningskraven för GH3536 högtemperaturlegering i GB/T14992-2005.
Analys av resultat
(1) Dragegenskaper vid rumstemperatur för GH3536-legering i olika värmebehandlingstillstånd
Sträcktester vid rumstemperatur utfördes på SLM-prover, ST-prover och HIP-prover som preparerats i olika riktningar och jämfördes med industristandarden HB 5497-1992. Draghållfastheten och sträckgränsen för de tre provstyckena i tvär-/längdriktningen vid rumstemperatur överstiger alla kraven för smidesstandarder, men töjningen är annorlunda. Draghållfastheten för SLM-provet i tvärriktningen är 769 MPa, vilket är 58 MPa högre än i längdriktningen; den tvärgående sträckgränsen är 465 MPa, vilket är 44 MPa högre än den i längdriktningen; den longitudinella töjningen är 27,81 %, vilket är 7,21 % högre än den i tvärriktningen; det vill säga SLM-provet vid rumstemperatur Det finns anisotropi i dragegenskaperna. Som vi alla vet påverkas dragegenskaperna hos legeringar inte bara av materialets inneboende egenskaper, utan också relaterade till mikrostrukturen. För SLM-bildade prover måste påverkan från den smälta poolens gräns tas med i beräkningen. Mikrostrukturen för SLM-provet kan betraktas som en förskjuten distributionssammansättning av "smältpoolsgräns-ultrafina kolumnära subkorn". Generellt sett gäller att ju mindre korn, desto högre draghållfasthet och bättre plasticitet. Området som omges av den smälta poolens gräns är sammansatt av smala kolumnformiga kristalliter, som är jämnt fördelade, vilket säkerställer den höga hållfastheten och goda plasticiteten hos SLM-provet. Emellertid kommer den rumsligt fördelade smältpoolens gräns att i hög grad påverka plasticiteten hos SLM-provet. Eftersom bindningsprestandan för själva smältbassängens gräns är svagare än korngränsen, och det finns en lokal "grov kornarea" i smältbassängens gräns i smältbassängens överlappningsområde, blir smältbassängens gräns den svaga ytan av provexemplaret. När SLM-provet genomgår plastisk deformation kommer det företrädesvis att glida längs den smälta poolens gräns. Antalet smältbassänger (längd) i provets längsgående sektion per ytenhet är mycket större än i tvärsnittet, vilket innebär att när SLM-provet sträcks längs den längsgående riktningen är plastisk deformation lättare att genomföra, så det visar mer makroskopiska egenskaper. Utmärkt töjning, men draghållfastheten är något lägre än i tvärriktningen.
Draghållfastheten och sträckgränsen för ST-provet i tvärriktningen är 695 respektive 382 MPa och töjningen är 31,13 %. De mekaniska egenskaperna längs den längsgående riktningen är väsentligen desamma som de i den tvärgående riktningen, vilket överensstämmer med observationen att den tvärgående/längsgående mikrostrukturen är likartad. Elimineringen av smältbassängens gräns är huvudorsaken till att anisotropin försvinner i ST-provets dragegenskaper. Behandling med fast lösning eliminerar defekter som porer och sprickor i det deponerade provet, och högtemperaturbehandling kommer att främja ökningen av mängden austenit i strukturen, vilket resulterar i en signifikant ökning av förlängningen av ST-provet jämfört med det laterala förlängning av SLM-provet. En ökning med 10,53 %. Emellertid kommer behandling av fast lösning att få legeringskornen att omkristallisera och växa vid höga temperaturer, vilket resulterar i en signifikant minskning av dragbrottshållfastheten och sträckgränsen. HIP-provets draghållfasthet vid rumstemperatur liknar det hos ST-provet, men den tvärgående/längsgående draghållfastheten är cirka 728 MPa och sträckgränsen är 429 MPa. Även om draghållfastheten är cirka 41 MPa lägre än den tvärgående draghållfastheten för SLM-provet, är den 11 MPa högre än dess längsgående draghållfasthet. Förlängningshastigheten når 38,65%, vilket är 7,52% högre än den för ST-provet och 38,9% högre än den longitudinella förlängningshastigheten för SLM-provet. Styrkan hos HIP-provet sjönk inte nämnvärt som ST-provet, vilket främst berodde på elimineringen av inre defekter i legeringen och förändringen i korngränsmorfologi.
Å ena sidan är provets densitet efter varm isostatisk pressning högre än den för ST-provet; å andra sidan kan den kedjeliknande M23C6 som fälls ut vid korngränsen av HIP-provet effektivt hindra dislokationsrörelsen under deformationsprocessen, vilket förbättrar legeringens styrka. Även om korngränskarbider, som en spröd fas, lätt kan bli källan till sprickor under dragprocessen, kommer de sicksackböjda korngränserna som bildas av dem att hindra initiering och expansion av sprickor. Detta beror på att de taggiga böjda korngränserna är ojämna, vilket orsakar den sammankopplande effekten mellan kristallplanen hos intilliggande korn. Det är svårt för korngränserna att glida mellan varandra under deformationsprocessen, vilket tvingar de intragranulära delarna med högre hållfasthet att delta i deformationen, vilket resulterar i att spänningsavslappning sker vid korngränserna, vilket hindrar initieringen av sprickor. Studier har visat att under sprickutbredningsprocessen kan de taggiga korngränserna göra att vinkeln mellan sprickan och korngränsytan avviker från dess initiala infallsvinkel, vilket gör sprickutbredningsvägen längs gränsytan mer komplex och robust. Detta betyder att de taggiga krökta korngränserna gör att sprickor mer sannolikt fortplantar sig genom korngränsytan snarare än att de fortplantar sig längs korngränsytan, och därigenom gör legeringen effektivt seg.
(2) Analys av rumstemperatur dragbrottsmorfologi för GH3536-legering i olika värmebehandlingstillstånd
Brottmekanismerna för de tre proverna är alla mikroporaggregerade duktila sprickor, med elliptiska likaxliga fördjupningar fördelade längs sprickytan, men groparnas storlek och djup är olika. Bland dem är gropstrukturen för SLM-provet mycket liten, med en genomsnittlig diameter på endast cirka 0,5 μm och ett grunt djup. Gränssprickor i smält pool kan också observeras, och den smälta poolens Gaussbågsyta är tydligt synlig, vilket indikerar att sprickorna initierar och expanderar längs gränsen för smältbassängen. Detta bevisar också från ett annat perspektiv att den smälta poolens gräns är en viktig komponent i organisationsmekaniken. Svaga prestationsområden. Under den plastiska deformationsprocessen av det tvärgående SLM-provet kommer den lokala spänningskoncentrationen att förstöra bindningskraften hos atomer och bilda porer. När deformationen fortsätter växer dessa mikroporer och ansluter till varandra för att bilda sprickor. Förekomsten av en liten mängd små gropar indikerar att provets brott här beror på expansionen av mikrosprickor som bildas under SLM-formningsprocessen, som deltar mindre i plastisk deformation under deformationsprocessen, vilket gör att SLM-provet blir lägre i tvärriktningen. förlängning.
Storleken på fördjupningarna vid brottytan av ST-provet är {{0}}.8-1.0 μm och är jämnt fördelad, uppvisar brottegenskaper av transgranulär fördjupning, vilket tyder på att legeringen har bra förlängning. Efter varm isostatisk pressbehandling ökade antalet gropar vid brottytan av HIP-provet signifikant, och storleken ökade också till cirka 2 μm. Jämfört med SLM-exemplar kommer förekomsten av sicksackböjda korngränser att främja aktiveringen av glidsystemet i den omgivande matrisen, minska spänningskoncentrationen vid korngränserna och främja den likformiga fördelningen av plastisk deformation. Därför visar HIP-provet den bästa draghållfastheten vid rumstemperatur. prestanda, vilket överensstämmer med ovannämnda dragprovningsresultat. När dragmaterialet har god plasticitet är bindningskraften mellan korn med olika orientering större, vilket gör att dislokationer bildas efter att de glider längs flera korsande glidplan samtidigt. Detta reflekterar också från sidan att HIP-provet har Utmärkt plastisk deformationsförmåga.
Sammanfattningsvis
(1) Mikrostrukturen hos det avsatta provet av GH3536-legering som bildas genom selektiv lasersmältning består huvudsakligen av gränser för smält pool och ultrafina kolumnformiga subkorn. Den smälta poolen uppvisar en fiskfjällliknande fördelning längs avsättningsriktningen, som uppenbarligen skiljer sig från den remsliknande fördelningen i laserskanningsriktningen. Det finns ett litet antal porer och oordnade mikrosprickor inuti.
(2) Efter att SLM-proverna behandlats med behandling av fast lösning och varm isostatisk pressning, har den smälta poolens gränsmorfologi för legeringsproverna försvunnit. Densiteten för ST är 3,9 % högre än den för SLM-provet, och mikrostrukturen är sammansatt av växelvis fördelade likaxliga korn av varierande storlekar, utan andra fasutfällning. Mikrostrukturen för HIP-provet liknar den för ST-provet, med en densitet på 94,1 %.
(3) Frakturerna i de tre proverna är alla typiska frakturer av fördjupningstyp. Dragegenskaperna hos SLM-proverna är anisotropa, vilket orsakas av den olika fördelningen av den smälta poolgränsen som bildas under avsättningsprocessen i den tvärgående/vertikala riktningen. Draghållfastheten och sträckgränsen för ST-provet minskade, men töjningen ökade till 31,13 %. Draghållfastheten och sträckgränsen minskade mindre, och töjningen nådde 38,65 %, vilket är relaterat till de krökta korngränserna som bildades under HIP-processen.
