01 مقدمه مقاله
آلیاژهای با درجه حرارت بالا{1} بر پایه نیکل، به عنوان موادی که در محیطهای شدید استفاده میشوند، تغییر شکل پیچیده غیریکنواختی را در دماهای بالا نشان میدهند که دلیل آن ناهمگونی ریزساختارها در منطقه همجوشی (FZ)، گرما{3}}منطقه متأثر از حرارت (HAZ) و مواد پایه (BM) متاثر از laser{4} ظرفیت باربری-و عمر مفید قطعات. روشهای آزمایش سنتی برای اندازهگیری دقیق خواص مکانیکی مشکل دارند و نمیتوانند تغییر شکل دمای بالا را بهطور دقیق پیشبینی کنند. برای پرداختن به این چالش، این مطالعه یک رویکرد مدلسازی و خصوصیات مشارکتی چند مقیاسی را اتخاذ میکند که بر ناهمگونی ویژگیهای ریز{10}}منطقه در اتصالات لیزری{11} تمرکز دارد. با ادغام تکنیکهای آزمایش نانو فرورفتگی، شبیهسازی المان محدود (FE) و همبستگی تصویر دیجیتال (DIC)، روشی برای پیشبینی تغییر شکل حرارتی غیریکنواخت در محدوده دمایی 20-800 درجه ایجاد شد.
02 نمای کلی متن کامل
این مطالعه از سوپرآلیاژ مبتنی بر نیکل GH3536 به عنوان ماده آزمایشی برای انجام خصوصیات و مدلسازی رفتار تغییر شکل حرارتی ناهمگن اتصالات جوش داده شده لیزری استفاده میکند. با ادغام تکنیکهای نانو فرورفتگی، شبیهسازی FE و تست DIC، همراه با مدل سختی (مدل لودویک) و روش شناسایی پارامتر بدون بعد، خواص مکانیکی میکرو و الگوهای تغییر شکل FZ، HAZ و BM را در محدوده دمایی 20{7}}800 درجه بررسی میکند. نتایج تجربی نشان میدهد که این روش چند مقیاسی میتواند پارامترهای مکانیکی هر منطقه کوچک را با حداکثر خطای استحکام تسلیم تنها 9.8٪ در مقایسه با نتایج آزمایش DIC به دقت به دست آورد. در 800 درجه، انحراف تغییر شکل غیر یکنواخت یک نمونه کششی FZ به عرض 3.0 میلیمتر به 67% میرسد. استفاده از این مدل بر روی لبه صفحه و آزمایش خمش مشترک T، تأثیر ویژگیهای محلی را بر عملکرد دمای بالا تأیید کرد، و همبستگی ذاتی بین ناهمگنی ساختاری میکرو{19}}منطقه و رفتار تغییر شکل را توضیح داد. این مطالعه مکانیسمهای اصلی تغییر شکل ناهمگن را در اتصالات جوششده آلیاژی با دمای{20}توضیح میدهد، به مسئله تغییر شکل غیریکنواختی که روشهای سنتی برای حل آن تلاش میکنند، میپردازد، و ارزش نظری و مهندسی قابلتوجهی برای بهینهسازی فرآیند جوشکاری در هوافضا و زمینههای مرتبط دارد.
شکل 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، و افزایش دما این ناهمگونی را تشدید می کند. در 500 درجه، منحنی نوسانات دندانهدار مربوط به اثر Portevin-Le Chatelier (PLC) را نشان میدهد، یک پدیده ناپایداری پلاستیکی ناشی از کرنش دینامیکی در طول تغییر شکل پلاستیک آلیاژهای با درجه حرارت بالا-پایه نیکل-).
شکل 1. منحنیهای P{1}h آزمونهای فرورفتگی در مناطق مختلف در دماهای مختلف: (الف) 20 درجه؛ (ب) 300 درجه؛ ج) 500 درجه؛ (د) 800 درجه
شکل 2 آزمایش کششی DIC اتصالات آلیاژی با حرارت بالا-لیزر جوش داده شده GH3536 را در 20 درجه نشان میدهد، که نشان میدهد FZ ضعیفترین خواص مکانیکی را دارد، با کرنش 0.544 در 350 ثانیه، به دنبال آن HAZ کمترین شکل را نشان میدهد، در حالی که BM به صورت غیر یکنواخت است{7}. تغییر شکل ناشی از ناهمگونی عملکرد ریز-منطقه. منحنی تست DIC با منحنی اکستانسومتر مطابقت دارد و صحت و قابلیت اطمینان تکنیک DIC را در توصیف تغییر شکل موضعی اتصالات جوش داده شده تایید می کند.
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 در همه دماها، و افزایش دما این تغییر شکل غیر یکنواخت را تشدید میکند. منحنیهای شبیهسازی FE بسیار با منحنیهای آزمایشی مطابقت دارند، با حداکثر خطای استحکام تسلیم تنها 9.8٪، صحت وارونگی نانو فرورفتگی را تأیید میکند و مدل لودویک اصلاحشده را تأیید میکند و پشتیبانی قابل اعتمادی برای پیشبینی عملکرد سرویس در دمای بالا و بهینهسازی فرآیندهای جوشکاری ارائه میدهد.
شکل 4 نقشه های کانتور کرنش پلاستیکی معادل را در 20 درجه برای اتصالات آلیاژی با دمای بالا-لیزر جوش داده شده با عرض های FZ مختلف نشان می دهد. نتایج نشان میدهد که FZ همیشه ناحیهای از تغییر شکل متمرکز در تمام دماها است. در عرض FZ 3.0 میلی متر، تغییر شکل غیر یکنواخت با 68% انحراف از تغییر شکل یکنواخت در 800 درجه قابل توجه است و این انحراف با دما افزایش می یابد. تأثیر عرض FZ بر یکنواختی تغییر شکل، روند غیرخطی اول افزایش و سپس کاهش را نشان می دهد. در 1.5 میلی متر، عدم یکنواختی تغییر شکل{14} به دلیل محدودیت های قوی مواد پایه ضعیف تر است، و در 4.5 میلی متر و 6.0 میلی متر، به دلیل توزیع مجدد تنش ضعیف تر است. واضح است که 3.0 میلی متر یک عرض حیاتی است که باید از آن اجتناب کرد، و راهنمایی کلیدی برای بهینه سازی پارامترهای فرآیند جوشکاری است.
