01 Вступ до паперу
Високотемпературні-сплави на основі нікелю, як матеріали, що використовуються в екстремальних середовищах, виявляють складну-нерівномірну деформацію за високих температур через неоднорідність мікроструктур у зоні плавлення (FZ), зоні термічного-впливу (HAZ) і основному матеріалі (BM) лазерно-зварених конструкцій, що впливає на навантажувальна -здатність і термін служби компонентів. Традиційні методи випробування не можуть точно виміряти механічні властивості й не можуть точно передбачити високо-температурну деформацію. Щоб вирішити цю проблему, у цьому дослідженні застосовано багато-спільний підхід до характеристики та моделювання, зосереджуючись на неоднорідності властивостей мікро-зон у {-лазерних зварних з’єднаннях. Завдяки інтеграції методів тестування наноіндентування, моделювання кінцевих елементів (FE) і кореляції цифрового зображення (DIC) було створено метод прогнозування не-рівномірної термічної деформації в діапазоні температур 20-800 градусів.
02 Повний огляд тексту
У цьому дослідженні використовується суперсплав на основі нікелю GH3536-як експериментальний матеріал для визначення характеристик і моделювання поведінки гетерогенної термічної деформації лазерних-зварних з’єднань. Завдяки інтеграції методів наноіндентування, моделювання FE та DIC-тестування в поєднанні з моделлю твердості (модель Людвіка) та методом безрозмірної ідентифікації параметрів досліджуються мікро-механічні властивості та моделі деформації FZ, HAZ та BM у діапазоні температур 20-800 градусів. Експериментальні результати демонструють, що цей багато-метод може точно отримати механічні параметри кожної мікро-області з максимальною похибкою межі текучості лише 9,8% порівняно з результатами випробування DIC; при 800 градусах не-нерівномірне відхилення деформації зразка FZ шириною 3,0 мм досягає 67%. Застосування цієї моделі до випробувань на згин пластини та T-з’єднання підтвердило вплив локальних властивостей на високо-температурні характеристики, пояснюючи внутрішню кореляцію між неоднорідністю структури мікро-області та поведінкою деформації. Це дослідження з’ясовує основні механізми неоднорідної деформації у високо{20}}температурних зварних з’єднаннях сплавів, розглядає проблему нерівномірної деформації, яку важко вирішити традиційними методами, і має значну теоретичну та інженерну цінність для оптимізації процесу зварювання в аерокосмічній та пов’язаних галузях.
Малюнок 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, і що підвищення температури посилює цю неоднорідність. При 500 градусах крива показує зубчасті коливання, що відповідають ефекту Портевена-Ле Шательє (PLC), явищу пластичної нестабільності, спричиненому динамічною деформацією під час пластичної деформації високотемпературних-сплавів на основі нікелю-.
Рисунок 1. Криві P-h тестів на індентування в різних областях при різних температурах: (a) 20 градусів; (б) 300 градусів; (c) 500 градусів; (d) 800 градусів
На малюнку 2 показано випробування DIC на розтяг -зварених лазером GH3536 високотемпературних{3}}сплавних з’єднань при 20 градусах, що вказує на те, що FZ має найслабші механічні властивості з деформацією 0,544 за 350 с, за ним йде ЗТВ, тоді як BM деформується найменше, візуально демонструючи не-рівномірну деформацію, спричинену неоднорідність продуктивності мікро-регіону. Випробувальна крива DIC відповідає кривій екстензометра, підтверджуючи точність і надійність методики DIC при характеристиці локальної деформації зварних з'єднань.
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 за всіх температур, і підвищення температури посилює цю не-рівномірну деформацію; криві симуляції FE точно відповідають експериментальним кривим із максимальною похибкою межі текучості лише 9,8%, підтверджуючи точність інверсії наноіндентування плюс модифіковану модель Людвіка та забезпечуючи надійну підтримку для прогнозування продуктивності роботи при високих-температурах та оптимізації процесів зварювання.
На малюнку 4 представлено контурні карти еквівалентної пластичної деформації при 20 градусах для зварених лазером -високотемпературних сплавів GH3536-з’єднань із різною шириною FZ. Результати показують, що FZ завжди є областю зосередженої деформації при всіх температурах. При ширині FZ 3,0 мм не-рівномірна деформація є значною, з відхиленням 68% від рівномірної деформації при 800 градусах, і це відхилення збільшується з температурою. Вплив ширини FZ на рівномірність деформації демонструє нелінійний тренд спочатку збільшення, а потім зменшення. При 1,5 мм не-нерівномірність деформації слабша через сильні обмеження основного матеріалу, а при 4,5 мм і 6,0 мм вона слабша через перерозподіл напруги. Зрозуміло, що 3,0 мм є критичною шириною, якої слід уникати, що забезпечує ключове керівництво для оптимізації параметрів процесу зварювання.
