GH3536 legering chemische samenstelling en warmtebehandelingsproces
De GH3536-legering is een op nikkel gebaseerde legering voor hoge temperaturen, voornamelijk uit vaste stoffen, versterkt met chroom en molybdeen (het overeenkomstige merk is Hastelloy-X). Het heeft een goede oxidatieweerstand en corrosieweerstand, en heeft nog steeds een matige duurzaamheid en kruipsterkte bij 900 graden. , geschikt voor de productie van hot-end componenten van servicestructuren met hoge temperaturen, zoals staartkegels, werveluitlaatpijpen en behuizingen van verbrandingsmondstukken. De vorm van dergelijke onderdelen is echter complex en er zitten vaak stromingskanalen of poreuze structuren in. Traditionele processen bestaan meestal uit meerdere lassen, wat niet alleen moeilijk is om de maatnauwkeurigheid te garanderen, maar ook de stabiliteit van de gasstroom beïnvloedt. Zelfs door nauwkeurig smeden is het moeilijk om aan de behoeften van de maakindustrie te voldoen. Selectief lasersmelten (SLM) is een technologie die laser als warmtebron gebruikt om de integratie van zeer complexe onderdelen te bereiken door metaalpoederlagen punt voor punt te smelten, lijn voor lijn te overlappen en laag voor laag te stollen en op te stapelen. De "Near net shape"-technologie heeft het knelpuntprobleem opgelost dat de verwerking van GH3536-legeringsonderdelen beperkt. Omdat het legeringspoeder echter binnen een specifieke, zeer korte interactietijd tijdens het SLM-vormingsproces het smelten, stollen en afkoelen moet voltooien, zal de extreem hoge temperatuurgradiënt veroorzaakt door plaatselijke warmte-inbreng en de grote restspanning die tijdens het stollingsproces wordt gegenereerd, leiden tot structurele defecten in de legering. scheiding met ingrediënten. Daarom vereisen selectieve lasersmeltende gevormde onderdelen meestal een na-warmtebehandeling om interne defecten van de legering te herstellen, de samenstelling en structuur van de microstructuur te reguleren en de mechanische eigenschappen van de legering te verbeteren.
Experimentele materiaalkeuze
Dit experiment maakt gebruik van verneveld bolvormig GH3536-legeringspoeder als grondstof voor SLM-afzetting. De chemische samenstelling van het legeringspoeder wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding, die voldoet aan de samenstellingsvereisten van de GH3536 hogetemperatuurlegering in GB/T14992-2005.
Analyse van resultaten
(1) Trekeigenschappen bij kamertemperatuur van de GH3536-legering in verschillende warmtebehandelingstoestanden
Trekproeven bij kamertemperatuur werden uitgevoerd op SLM-monsters, ST-monsters en HIP-monsters die in verschillende richtingen waren geprepareerd, en vergeleken met de industriële standaard HB 5497-1992. De treksterkte en vloeigrens van de drie exemplaren in de dwars-/longitudinale richting bij kamertemperatuur overschrijden allemaal de vereisten van smeednormen, maar de rek is anders. De treksterkte van het SLM-monster in dwarsrichting bedraagt 769 MPa, wat 58 MPa hoger is dan die in de lengterichting; de dwarsvloeigrens bedraagt 465 MPa, hetgeen 44 MPa hoger is dan die in de lengterichting; de longitudinale rek bedraagt 27,81%, wat 7,21% hoger is dan die in de dwarsrichting; dat wil zeggen, het SLM-monster bij kamertemperatuur. Er is anisotropie in de trekeigenschappen. Zoals we allemaal weten, worden de trekeigenschappen van legeringen niet alleen beïnvloed door de inherente eigenschappen van het materiaal, maar ook door de microstructuur. Voor SLM-gevormde monsters moet rekening worden gehouden met de invloed van de grens van het smeltbad. De microstructuur van het SLM-monster kan worden beschouwd als een gespreide distributiesamenstelling van "smeltpoolgrens-ultrafijne kolomvormige subkorrels". Over het algemeen geldt: hoe kleiner de korrels, hoe hoger de treksterkte en hoe beter de plasticiteit. Het gebied omgeven door de grens van het gesmolten zwembad bestaat uit slanke kolomvormige kristallieten, die gelijkmatig verdeeld zijn, waardoor de hoge sterkte en goede plasticiteit van het SLM-monster worden gegarandeerd. De ruimtelijk verdeelde grens van het gesmolten zwembad zal echter de plasticiteit van het SLM-monster sterk beïnvloeden. Omdat de bindingsprestaties van de grens van het gesmolten zwembad zelf zwakker zijn dan die van de korrelgrens, en er een lokaal "grof korrelgebied" is in de grens van het gesmolten zwembad in het overlappingsgebied van het gesmolten zwembad, wordt de grens van het gesmolten zwembad het zwakke gebied van het voorbeeld. Wanneer het SLM-monster plastische vervorming ondergaat, zal het bij voorkeur langs de grens van het gesmolten zwembad glijden. Het aantal gesmolten poelgrenzen (lengte) in de longitudinale doorsnede van het monster per oppervlakte-eenheid is veel groter dan dat in de dwarsdoorsnede, wat betekent dat wanneer het SLM-monster in de lengterichting wordt uitgerekt, plastische vervorming gemakkelijker plaatsvindt, het vertoont dus meer macroscopische eigenschappen. Uitstekende rek, maar de treksterkte is iets lager dan in de dwarsrichting.
De treksterkte en vloeigrens van het ST-monster in de dwarsrichting zijn respectievelijk 695 en 382 MPa, en de rek is 31,13%. De mechanische eigenschappen langs de longitudinale richting zijn in wezen dezelfde als die in de transversale richting, wat consistent is met de waarneming dat de transversale/longitudinale microstructuur vergelijkbaar is. De eliminatie van de smeltpoolgrens is de belangrijkste reden voor het verdwijnen van de anisotropie in de trekeigenschappen van het ST-monster. Behandeling met vaste oplossingen elimineert defecten zoals poriën en scheuren in het afgezette monster, en behandeling bij hoge temperaturen zal de toename van de hoeveelheid austeniet in de structuur bevorderen, wat resulteert in een significante toename van de verlenging van het ST-monster, vergeleken met de laterale verlenging van het SLM-monster. Een stijging van 10,53%. Behandeling met een vaste oplossing zal er echter voor zorgen dat de legeringskorrels herkristalliseren en groeien bij hoge temperaturen, wat resulteert in een aanzienlijke vermindering van de treksterkte en vloeigrens. Het mechanische trekgedrag bij kamertemperatuur van het HIP-monster is vergelijkbaar met dat van het ST-monster, maar de transversale/longitudinale treksterkte is ongeveer 728 MPa en de vloeigrens is 429 MPa. Hoewel de treksterkte ongeveer 41 MPa lager is dan de transversale treksterkte van het SLM-monster, is deze 11 MPa hoger dan de longitudinale treksterkte. De reksnelheid bereikt 38,65%, wat 7,52% hoger is dan die van het ST-monster en 38,9% hoger dan de longitudinale reksnelheid van het SLM-monster. De sterkte van het HIP-monster daalde niet significant zoals bij het ST-monster, wat voornamelijk te wijten was aan de eliminatie van interne defecten in de legering en de verandering in de korrelgrensmorfologie.
Enerzijds is de dichtheid van het monster na heet isostatisch persen hoger dan die van het ST-monster; aan de andere kant kan de kettingachtige M23C6, neergeslagen op de korrelgrens van het HIP-monster, de dislocatiebeweging tijdens het vervormingsproces effectief belemmeren, waardoor de sterkte van de legering wordt verbeterd. Hoewel korrelgrenscarbiden, als brosse fase, gemakkelijk de bron kunnen worden van scheuren tijdens het trekproces, zullen de daardoor gevormde zigzaggebogen korrelgrenzen het ontstaan en uitzetten van scheuren belemmeren. Dit komt omdat de gekartelde, gebogen korrelgrenzen ongelijkmatig zijn, waardoor het in elkaar grijpende effect tussen de kristalvlakken van aangrenzende korrels ontstaat. Het is moeilijk voor de korrelgrenzen om tussen elkaar te glijden tijdens het vervormingsproces, waardoor de sterkere intragranulaire delen worden gedwongen deel te nemen aan de vervorming, wat resulteert in spanningsrelaxatie treedt op bij korrelgrenzen, waardoor het ontstaan van scheuren wordt belemmerd. Studies hebben aangetoond dat tijdens het scheurvoortplantingsproces de grillige korrelgrenzen ervoor kunnen zorgen dat de hoek tussen de scheur en het korrelgrensvlak afwijkt van de aanvankelijke invalshoek, waardoor het scheurvoortplantingspad langs het grensvlak complexer en ruiger wordt. Dit betekent dat de gekartelde, gebogen korrelgrenzen ervoor zorgen dat scheuren zich eerder door het korrelgrensvlak voortplanten dan langs het korrelgrensvlak, waardoor de legering effectief wordt versterkt.
(2) Analyse van de trekbreukmorfologie bij kamertemperatuur van de GH3536-legering in verschillende warmtebehandelingstoestanden
De breukmechanismen van de drie monsters zijn allemaal microporiën-geaggregeerde ductiele breuken, met elliptische gelijkassige kuiltjes verdeeld over het breukoppervlak, maar de grootte en diepte van de kuiltjes zijn verschillend. Onder hen is de kuiltjesstructuur van het SLM-monster erg klein, met een gemiddelde diameter van slechts ongeveer 0.5 μm en een geringe diepte. Slijtende scheuren in de grens van het gesmolten zwembad kunnen ook worden waargenomen, en het Gaussische boogoppervlak van het gesmolten zwembad is duidelijk zichtbaar, wat aangeeft dat de scheuren langs de grens van het gesmolten zwembad ontstaan en zich uitbreiden. Dit bewijst ook vanuit een ander perspectief dat de grens van het smeltbad een belangrijk onderdeel is van de organisatorische mechanica. Zwakke prestatiegebieden. Tijdens het plastische vervormingsproces van het transversale SLM-monster zal de lokale spanningsconcentratie de bindingskracht van atomen vernietigen en poriën vormen. Naarmate de vervorming voortduurt, groeien deze microporiën en verbinden zich met elkaar om scheuren te vormen. Het bestaan van een kleine hoeveelheid kleine kuiltjes geeft aan dat de breuk van het monster hier te wijten is aan de uitzetting van microscheurtjes gevormd tijdens het SLM-vormingsproces, die minder deelnemen aan plastische vervorming tijdens het vervormingsproces, waardoor het SLM-monster lager is. in de dwarsrichting. verlenging.
De grootte van de kuiltjes op het breukoppervlak van het ST-monster is {{0}}.8-1.0 μm en is gelijkmatig verdeeld, wat de breukkenmerken van het transgranulaire kuiltjestype vertoont, wat erop wijst dat de legering goede verlenging. Na behandeling met heet isostatisch persen nam het aantal kuiltjes op het breukoppervlak van het HIP-monster aanzienlijk toe, en ook de grootte nam toe tot ongeveer 2 μm. Vergeleken met SLM-monsters zal het bestaan van zigzaggebogen korrelgrenzen de activering van het slipsysteem in de omringende matrix bevorderen, de spanningsconcentratie bij de korrelgrenzen verminderen en de uniforme verdeling van plastische vervorming bevorderen. Daarom vertoont het HIP-monster de beste treksterkte bij kamertemperatuur. prestatie, die consistent is met de bovengenoemde trekproefresultaten. Wanneer het trekmateriaal een goede plasticiteit heeft, is de bindkracht tussen korrels met verschillende oriëntaties groter, waardoor dislocaties ontstaan nadat ze tegelijkertijd langs verschillende elkaar kruisende glijvlakken glijden. Dit weerspiegelt ook van de zijkant dat het HIP-monster een uitstekend vermogen tot plastische vervorming heeft.
ten slotte
(1) De microstructuur van het door selectieve lasersmelten gevormde monster van de GH3536-legering bestaat hoofdzakelijk uit gesmolten poolgrenzen en ultrafijne kolomvormige subkorrels. Het gesmolten poel vertoont een visschubbenachtige verdeling langs de afzettingsrichting, die duidelijk verschilt van de strookachtige verdeling in de laserscanrichting. Er zitten een klein aantal poriën en ongeordende microscheurtjes in.
(2) Nadat de SLM-monsters waren behandeld met een behandeling met een vaste oplossing en heet isostatisch persen, is de grensmorfologie van het gesmolten zwembad van de legeringsmonsters verdwenen. De dichtheid van ST is 3,9% hoger dan die van het SLM-monster, en de microstructuur is samengesteld uit afwisselend verdeelde gelijkassige korrels van verschillende groottes, zonder neerslag in de tweede fase. De microstructuur van het HIP-monster is vergelijkbaar met die van het ST-monster, met een dichtheid van 94,1%.
(3) De breuken van de drie exemplaren zijn allemaal typische breuken van het kuiltjetype. De trekeigenschappen van de SLM-monsters zijn anisotroop, wat wordt veroorzaakt door de verschillende verdeling van de grens van het gesmolten zwembad die wordt gevormd tijdens het afzettingsproces in de transversale/verticale richting. De treksterkte en vloeigrens van het ST-monster namen af, maar de rek nam toe tot 31,13%. De treksterkte en vloeigrens namen minder af en de rek bereikte 38,65%, wat verband houdt met de gebogen korrelgrenzen die tijdens het HIP-proces werden gevormd.
