Áhrif hitauppstreymis á viðmótsstöðugleika títanblöndur sem eru framleiddar í viðbót
Kynning á varmahjólreiðum í aukefnaframleiðslu
Aukaframleiðsla (AM) á títaníumblendi felur í sér einstaka hitauppstreymi sem einkennist af hraðri storknun og endurtekinni hitauppstreymi við útfellingu laganna í röð. Ólíkt hefðbundinni smíðunarvinnslu, gengur hvert útfellt lag í gegnum margar endurhitunar- og kælingarlotur þar sem síðari lög eru byggð á því, sem skapar flóknar hitasveiflur sem hafa djúpstæð áhrif á þróun örbyggingar og stöðugleika milliflata.
Myndun interfacial örbygginga
In Ti-6Al-4V produced by wire arc additive manufacturing (WAAM), the as-built microstructure typically consists of coarse prior β grains filled with aligned α-lath colonies, formed during the β→α transformation upon cooling. The repeated thermal cycling during deposition produces a high fraction of high-angle grain boundaries (HAGBs, >15 gráður) og býr til kvikmyndir á nanóskala meðfram -mörkum grindarinnar. Þessar filmur, auðgaðar með vanadíum (-stöðugleikaefni), mynda samhangandi/viðmót sem þjóna sem áhrifaríkar hindranir á hreyfingu og stuðla verulega að háum styrk málmblöndunnar.
Áhrif hitauppstreymis á stöðugleika viðmóts
1. Viðmótshreyfing og endurdreifing uppleystra
Við hita-vélræna hjólreiðar á milli 400 gráður og 700 gráður sýnir / tengið kraftmikla hreyfingu sem knúin er áfram af endurdreifingu uppleystra efna. Synchrotron geislunarrannsóknir hafa leitt í ljós að endurteknar hitasveiflur valda:
Aukning á grindarálagi (110) toppsins og stækkun grindarbreytu í =3.22 Å
Aukning á fasahlutfalli í um það bil 3,5% ± 0,01%
Dýnamískar breytingar á vanadíumþéttnisniðum yfir / tengi
Atómsneiðmyndataka staðfestir að vanadíumstyrkur í fasamiðjusvæðinu nær 22,4 ± 0,19 at.%, þar sem V styrkleikasniðið breytist kraftmikið þegar viðmótið færist fram og til baka til að viðhalda fasastöðugleika. Diffusion-based kinetic modeling (DICTRA) sýnir fram á að / tengihreyfingin verður marktækt meira áberandi þegar geymdur orkumunur upp á 400–500 J/mól er kynntur í HCP fasanum, sem styður tilraunaathugun á breytilegu viðmóti hegðun meðan á hitauppstreymi stendur.
2. Hitastig-Held niðurbrot viðmóts
Stöðugleiki / tengi í AM Ti-6Al-4V er mjög háður hitastigi:
Við 500 gráður og neðan:/ tengin eru áfram tiltölulega skörp og stöðug. Nanó-filmulögin halda samfellu millibili sínu og halda áfram að virka sem áhrifaríkar hálkuhindranir. Örbyggingunni er fyrst og fremst stjórnað af hitavirkjaðri endurheimt, með beygju sem ríkjandi aflögunarkerfi.
Yfir 700 gráður:Umfangsmikil niðurbrot á yfirborði á sér stað, sem einkennist af:
-lamellubrot og mikil beygja
-áfangaskyggni meðfram nýmynduðum/mörkum, brýtur upp upphaflega samfelld millilög
Tap á samhengi viðmóta vegna landamæraflutnings og endurheimtarferla
Hröðuð kraftmikil endurkristöllun (bæði ósamfelld DDRX og samfelld CDRX) sem myndast á svæðum sem hafa áhrif á kink-
Þessi -hitaháða óstöðugleiki nanó-filmulaga auðveldar aukinn miðflutning og staðbundna álagsstöðu, sem leiðir til hraðrar mýkingar á flæði og verulegrar minnkunar á vélrænni frammistöðu.
3. Martensítupplausn og fasabreytingar
Varmahringrás hefur einnig áhrif á stöðugleika ó-jafnvægisfasa sem myndast við hraða storknun. Martensít (m), sem myndast við hraða kælingu í AM ferlum, byrjar að leysast upp við hitastig allt að 350–400 gráður. Við endurhitun í síðari hitalotum breytist m í stöðugri + mannvirki. Þessi upplausn er hægt, dreifingarstýrt ferli- sem breytir enn frekar efnafræði staðbundinnar viðmóts og örbyggingarstöðugleika.
Örbyggingarþróunarkerfi
Hátt hlutfall HAGBs í AM Ti-6Al-4V (u.þ.b. 80,8% af heildarmörkum) gegnir mikilvægu hlutverki í viðmótsstöðugleika við hitauppstreymi:
HAGB sem losunaruppsprettur og vaskur:Mikið HAGB stuðlar að bólgnum og flutningi á mörkum, lækkar kjarnaþröskuldinn fyrir ósamfellda kraftmikla endurkristöllun (DDRX)
Aukinn hreyfanleiki á mörkum:Á svæðum sem hafa áhrif á kink- auðveldar staðbundinn óstöðugleiki DDRX kjarnamyndun og flýtir fyrir niðurbroti upprunalegu lamellarbyggingarinnar
Andstæða við unnu málmblöndur:Unnið Ti-6Al-4V inniheldur mun stærra hlutfall af lághorna kornamörkum (LAGB), sem takmarka hreyfanleika landamæra og stuðla að hægfara undirkornssnúningi (CDRX) frekar en hraðri óstöðugleika viðmóta
Við 700 gráður dregur varmavirkjaður landamæraflutningur og losunarklifur enn frekar úr kjarnahindrun fyrir DDRX í HAGB-ríkum AM örbyggingum, en CDRX er áfram aðal endurkristöllunarferillinn í unnu málmblöndur með LAGB-stýrðri byggingu þeirra.
Áhrif á þjónustuframmistöðu
Óstöðugleiki viðmótsins af völdum hitauppstreymis- hefur umtalsverð áhrif á áreiðanlega notkun AM títan málmblöndur í háum-hitaumhverfi:
Styrk varðveisla:Þó að AM Ti-6Al-4V sýni yfirburða þjöppunarstyrk við stofu- og millihitastig (300–500 gráður) vegna fíngerðrar uppbyggingar og stöðugleika/viðmóta, minnkar varmastöðugleiki þess verulega yfir 700 gráður vegna hraðrar niðurbrots og mýkingar viðmóts.
Þreytuárangur:Niðurbrot samhangandi/viðmóta og myndun endurkristallaðra korna getur skapað staði til að hefja sprungur og útbreiðslu, hugsanlega skerða þreytulífið.
Skriðþol:Hátt HAGB-hlutfall og staðbundin tilfærsluuppsöfnun við -línumörk, sem upphaflega er gagnleg fyrir skriðþol, verða óstöðug þar sem viðmót missa samhengi við hitauppstreymi.
Mótvægisaðgerðir
Til að auka stöðugleika viðmóta við hitauppstreymi er verið að rannsaka nokkrar aðferðir:
Hitameðferð eftir-byggingu:Stýrðar hitameðferðir geta komið á stöðugleika í örbyggingunni með því að einsleita dreifingu uppleystra efna og draga úr afgangsálagi frá hitauppstreymi
Fínstilling færibreytu ferlis:Aðlaga útfellingaraðferðir (td dvalartíma, slóðaáætlun) til að ná fram einsleitari hitauppstreymi og bæla niður of mikla upphitun, sem leiðir til fínni og stöðugri -listarbygginga
Hitavélræn vinnsla:Að sameina AM með-smíði á staðnum eða aflögun milli lags til að fínstilla kornabyggingu og bæta viðmótsstöðugleika
Niðurstaða
Varmahringrásir í aukinni framleiðslu á títanblendi skapar einstakt örbyggingarástand með háum hlutum af háum-hornum kornamörkum og nanó-filmulögum við / tengi. Þó að þessir eiginleikar veiti framúrskarandi rýmis-hitastyrk, sýna þeir takmarkaðan hitastöðugleika yfir 700 gráður, þar sem samhengi viðmóts minnkar með -fasa gegnumgang, landamæraflutning og kraftmikla endurkristöllun. Skilningur á þessum hita-háðu viðmótsþróunaraðferðum er nauðsynleg til að hámarka AM ferli hönnun og tryggja áreiðanlega afköst Ti-6Al-4V íhluta í krefjandi þjónustuumhverfi.
