01 Papirintroduktion
Nikkel-baserede høj-temperaturlegeringer, som materialer, der anvendes i ekstreme miljøer, udviser kompleks u-ensartet deformation ved høje temperaturer på grund af heterogeniteten af mikrostrukturerne i fusionszonen (FZ), varme-påvirket zone (HAZ) og basismateriale (BM), som påvirker den lasersvejsede{4}}. komponenters bæreevne- og levetid. Traditionelle testmetoder kæmper for nøjagtigt at måle mekaniske egenskaber og kan ikke præcist forudsige høje-temperaturdeformationer. For at løse denne udfordring anvender denne undersøgelse en fler-skalasamarbejdende karakteriserings- og modelleringstilgang, der fokuserer på heterogeniteten af mikro-zoneegenskaber i laser-svejsede samlinger. Ved at integrere nanoindentation, finite element (FE) simulering og digital billedkorrelation (DIC) testteknikker blev der etableret en metode til at forudsige ikke{13}}ensartet termisk deformation over temperaturområdet 20-800 grader.
02 Fuld tekstoversigt
Denne undersøgelse bruger GH3536 nikkel-baseret superlegering som det eksperimentelle materiale til at udføre karakterisering og modellering af den heterogene termiske deformationsadfærd af laser-svejsede samlinger. Ved at integrere nanoindentation, FE-simulering og DIC-testteknikker, kombineret med hårdhedsmodellen (Ludwick-modellen) og den dimensionsløse parameteridentifikationsmetode, undersøger den de mikro-mekaniske egenskaber og deformationsmønstre af FZ, HAZ og BM inden for temperaturområdet 20-800 grader. Eksperimentelle resultater viser, at denne multi-skalametode nøjagtigt kan opnå de mekaniske parametre for hver mikro-region med en maksimal flydespændingsfejl på kun 9,8 % sammenlignet med DIC-testresultater; ved 800 grader når den ikke-ensartede deformationsafvigelse af en 3,0 mm bred FZ-trækprøve 67 %. Anvendelse af denne model til pladestød- og T{16}}samlingsbøjningstest bekræftede indflydelsen af lokale egenskaber på høj-temperaturydelse, hvilket forklarer den iboende sammenhæng mellem strukturel heterogenitet i mikro-regionen og deformationsadfærd. Denne undersøgelse belyser kernemekanismerne for heterogen deformation i højtemperaturlegeringssvejsede samlinger, behandler spørgsmålet om uensartet deformation, som traditionelle metoder kæmper for at løse, og har betydelig teoretisk og teknisk værdi for svejseprocesoptimering i rumfart og relaterede områder.
Figur 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, og at en temperaturstigning forværrer denne heterogenitet. Ved 500 grader viser kurven takkede udsving svarende til Portevin-Le Chatelier-effekten (PLC), et plastisk ustabilitetsfænomen forårsaget af dynamisk belastning under plastisk deformation af nikkel-baserede høj-temperaturlegeringer).
Figur 1. P-h-kurver for fordybningstests i forskellige områder ved forskellige temperaturer: (a) 20 grader; (b) 300 grader; (c) 500 grader; (d) 800 grader
Figur 2 viser DIC-træktesten af laser-svejsede GH3536 høj-legeringssamlinger ved 20 grader, hvilket indikerer, at FZ'en har de svageste mekaniske egenskaber, med en belastning på 0,544 ved 350 s, efterfulgt af HAZ'en, mens den mindste,{7 deformeres visuelt} forårsaget af heterogenitet i mikro-regionens ydeevne. DIC-testkurven matcher ekstensometerkurven, hvilket bekræfter nøjagtigheden og pålideligheden af DIC-teknikken til at karakterisere lokal deformation af svejsede samlinger.
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 ved alle temperaturer, og at stigende temperatur forværrer denne u{0}}ensartede deformation; FE-simuleringskurverne matcher de eksperimentelle kurver tæt med en maksimal flydespændingsfejl på kun 9,8 %, hvilket validerer nøjagtigheden af nanoindentationsinversionen plus modificeret Ludwick-model og giver pålidelig support til forudsigelse af høj-temperaturserviceydelse og optimering af svejseprocesser.
Figur 4 viser konturkort af den ækvivalente plastikbelastning ved 20 grader for laser-svejsede GH3536 høj-temperaturlegeringssamlinger med forskellige FZ-bredder. Resultaterne indikerer, at FZ altid er et område med koncentreret deformation ved alle temperaturer. Ved en FZ-bredde på 3,0 mm er u-ensartet deformation signifikant, med en afvigelse på 68 % fra ensartet deformation ved 800 grader, og denne afvigelse stiger med temperaturen. FZ-breddens indflydelse på deformationens ensartethed viser en ikke-lineær tendens med først stigende og derefter faldende. Ved 1,5 mm er uensartetheden i deformationen- svagere på grund af stærke grundmaterialebegrænsninger, og ved 4,5 mm og 6,0 mm er den svagere på grund af spændingsomfordeling. Det er klart, at 3,0 mm er en kritisk bredde, der skal undgås, hvilket giver nøglevejledning til optimering af svejseprocesparametre.
