01 Bildiri Girişi
Aşırı ortamlarda kullanılan malzemeler olarak nikel-tabanlı yüksek-sıcaklık alaşımları, füzyon bölgesi (FZ), ısıdan-etkilenen bölge (HAZ) ve lazer kaynaklı yapıların taban malzemesi (BM) içindeki mikroyapıların heterojenliği nedeniyle yüksek sıcaklıklarda karmaşık-düzensiz deformasyon sergiler ve bileşenlerin yük taşıma kapasitesini ve hizmet ömrünü etkiler. Geleneksel test yöntemleri, mekanik özellikleri doğru bir şekilde ölçmekte zorluk çeker ve yüksek-sıcaklık deformasyonunu kesin olarak tahmin edemez. Bu zorluğun üstesinden gelmek için bu çalışma, lazerle-kaynaklı bağlantılardaki mikro-bölge özelliklerinin heterojenliğine odaklanan çok-ölçekli, ortak çalışmaya dayalı bir karakterizasyon ve modelleme yaklaşımını benimser. Nano indentasyon, sonlu eleman (FE) simülasyonu ve dijital görüntü korelasyonu (DIC) test tekniklerinin entegre edilmesiyle, 20-800 derece sıcaklık aralığında tekdüze olmayan termal deformasyonu tahmin etmeye yönelik bir yöntem oluşturuldu.
02 Tam Metne Genel Bakış
Bu çalışma, lazer-kaynaklı bağlantıların heterojen termal deformasyon davranışının karakterizasyonunu ve modellemesini gerçekleştirmek için deneysel malzeme olarak GH3536 nikel-bazlı süper alaşımı kullanır. Nanoindentasyon, FE simülasyonu ve DIC test tekniklerini sertlik modeli (Ludwick modeli) ve boyutsuz parametre tanımlama yöntemiyle birleştirerek, 20-800 derece sıcaklık aralığında FZ, HAZ ve BM'nin mikro-mekanik özelliklerini ve deformasyon modellerini araştırır. Deneysel sonuçlar, bu çok-ölçekli yöntemin, DIC test sonuçlarıyla karşılaştırıldığında yalnızca %9,8'lik maksimum akma dayanımı hatasıyla her bir mikro bölgenin mekanik parametrelerini doğru bir şekilde elde edebildiğini göstermektedir; 800 derecede, 3,0 mm genişliğindeki FZ çekme numunesinin tekdüze olmayan deformasyon sapması %67'ye ulaşır. Bu modelin plaka alın ve T-eklem bükme testlerine uygulanması, yerel özelliklerin yüksek{17}}sıcaklık performansı üzerindeki etkisini doğruladı ve mikrobölgedeki yapısal heterojenlik ile deformasyon davranışı arasındaki içsel korelasyonu açıkladı. Bu çalışma, yüksek sıcaklıktaki alaşım kaynaklı bağlantılardaki heterojen deformasyonun temel mekanizmalarını açıklıyor, geleneksel yöntemlerin çözmeye çalıştığı tek tip olmayan deformasyon sorununu ele alıyor ve havacılık ve ilgili alanlarda kaynak prosesi optimizasyonu için önemli teorik ve mühendislik değeri taşıyor.
Şekil 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 ve sıcaklıktaki bir artışın bu heterojenliği ağırlaştırdığı. 500 derecede, eğri, nikel-bazlı yüksek-sıcaklık alaşımlarının plastik deformasyonu sırasında dinamik gerinimin neden olduğu bir plastik kararsızlık olgusu olan Portevin-Le Chatelier etkisine (PLC) karşılık gelen tırtıklı dalgalanmaları gösterir.
Şekil 1. Çeşitli bölgelerde farklı sıcaklıklardaki girinti testlerinin P-h eğrileri: (a) 20 derece; (b) 300 derece; (c) 500 derece; (d) 800 derece
Şekil 2, 20 derecede lazer-kaynaklı GH3536 yüksek-sıcaklık alaşım bağlantılarının DIC çekme testini gösterir; bu, FZ'nin 350 s'de 0,544 gerinim ile en zayıf mekanik özelliklere sahip olduğunu, ardından HAZ'ın geldiğini, BM'nin ise en az deforme olduğunu ve mikro-bölge performansının neden olduğu tek biçimli olmayan deformasyonu görsel olarak sunduğunu gösterir. heterojenlik. DIC test eğrisi, ekstansometre eğrisiyle eşleşerek, kaynaklı bağlantıların yerel deformasyonunu karakterize etmede DIC tekniğinin doğruluğunu ve güvenilirliğini teyit eder.
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'nin tüm sıcaklıklarda olduğu ve artan sıcaklığın bu-üniform olmayan deformasyonu daha da kötüleştirdiği; FE simülasyon eğrileri, yalnızca %9,8'lik maksimum akma mukavemeti hatasıyla deneysel eğrilerle yakından eşleşir; nanoindentasyon ters çevirme artı değiştirilmiş Ludwick modelinin doğruluğunu doğrular ve yüksek-sıcaklık servis performansını tahmin etmek ve kaynak işlemlerini optimize etmek için güvenilir destek sağlar.
Şekil 4, farklı FZ genişliklerine sahip lazer-kaynaklı GH3536 yüksek-sıcaklık alaşımlı eklemler için 20 derecede eşdeğer plastik gerinimin kontur haritalarını sunar. Sonuçlar FZ'nin her zaman tüm sıcaklıklarda yoğun deformasyon bölgesi olduğunu göstermektedir. 3,0 mm'lik bir FZ genişliğinde, 800 derecede tekdüze deformasyondan %68'lik bir sapma ile tekdüze olmayan-deformasyon önemlidir ve bu sapma sıcaklıkla birlikte artar. FZ genişliğinin deformasyon düzgünlüğü üzerindeki etkisi, önce artan ve sonra azalan doğrusal olmayan bir eğilim göstermektedir. 1,5 mm'de deformasyonun tek biçimli olmaması, güçlü temel malzeme kısıtlamaları nedeniyle daha zayıftır ve 4,5 mm ve 6,0 mm'de ise gerilimin yeniden dağıtımı nedeniyle daha zayıftır. 3,0 mm'nin kaçınılması gereken kritik bir genişlik olduğu açıktır ve kaynak işlemi parametrelerinin optimize edilmesi için temel rehberlik sağlar.
