01 Paperin esittely
Nikkeli- ja komponenttien käyttöikä. Perinteiset testausmenetelmät eivät pysty mittaamaan tarkasti mekaanisia ominaisuuksia, eivätkä ne voi ennustaa tarkasti korkeiden lämpötilojen muodonmuutoksia. Tämän haasteen ratkaisemiseksi tässä tutkimuksessa omaksutaan moni-mittakaavainen yhteistoiminnallinen karakterisointi- ja mallinnustapa, jossa keskitytään laserhitsattujen liitosten mikrovyöhykkeiden ominaisuuksien heterogeenisyyteen. Integroimalla nanoindentaatio-, FE-simulaatio- ja digitaalisten kuvakorrelaatioiden (DIC) testaustekniikat luotiin menetelmä epätasaisen lämpömuodonmuutoksen ennustamiseksi lämpötila-alueella 20-800 astetta.
02 Koko tekstin yleiskatsaus
Tässä tutkimuksessa käytetään GH3536-nikkeli--pohjaista superseosta kokeellisena materiaalina laser-hitsattujen liitosten heterogeenisen lämpömuodonmuutoskäyttäytymisen karakterisoinnissa ja mallintamisessa. Integroimalla nanoindentaatio-, FE-simulaatio- ja DIC-testaustekniikat yhdistettynä kovuusmalliin (Ludwick-malli) ja dimensioimattomaan parametrien tunnistusmenetelmään, se tutkii FZ:n, HAZ:n ja BM:n mikro-mekaanisia ominaisuuksia ja muodonmuutoskuvioita 20-800 asteen lämpötila-alueella. Kokeelliset tulokset osoittavat, että tällä monimittakaavaisella menetelmällä voidaan saada tarkasti kunkin mikroalueen mekaaniset parametrit, ja myötörajan enimmäisvirhe on vain 9,8 % verrattuna DIC-testaustuloksiin. 800 asteen kulmassa 3,0 mm leveän FZ-vetonäytteen epätasainen muodonmuutospoikkeama saavuttaa 67 %. Tämän mallin soveltaminen levyn päittäis- ja T-liitoksen taivutuskokeisiin vahvisti paikallisten ominaisuuksien vaikutuksen korkean lämpötilan suorituskykyyn, mikä selittää mikroalueen rakenteellisen heterogeenisyyden ja muodonmuutoskäyttäytymisen välisen sisäisen korrelaation. Tämä tutkimus selvittää heterogeenisten muodonmuutosten ydinmekanismeja korkean lämpötilan seoshitsausliitoksissa, käsittelee epätasaista muodonmuutosta, jota perinteisillä menetelmillä on vaikea ratkaista, ja sillä on merkittävää teoreettista ja teknistä arvoa hitsausprosessin optimoinnissa ilmailu- ja siihen liittyvillä aloilla.
Kuva 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, ja että lämpötilan nousu pahentaa tätä heterogeenisyyttä. 500 asteen kulmassa käyrä näyttää sahalaitaisia vaihteluita, jotka vastaavat Portevin-Le Chatelier-ilmiötä (PLC), plastisen epävakauden ilmiötä, jonka aiheuttaa dynaaminen jännitys nikkeli-pohjaisten korkean lämpötilan{4}}seosten plastisen muodonmuutoksen aikana).
Kuva 1. P-h-käyrät painumatestien eri alueilla eri lämpötiloissa: (a) 20 astetta ; (b) 300 astetta; (c) 500 astetta; (d) 800 astetta
Kuvassa 2 on esitetty laser-hitsattujen GH3536 korkean lämpötilan-metalliseosliitosten DIC-vetotesti 20 asteessa, mikä osoittaa, että FZ:llä on heikoimmat mekaaniset ominaisuudet, 0,544:n jännitys 350 sekunnissa, jota seuraa HAZ, kun taas BM:n aiheuttama muodonmuutos on vähiten}u{{7}. mikroalueen suorituskyvyn heterogeenisuus. DIC-testikäyrä vastaa ekstensometrin käyrää, mikä vahvistaa DIC-tekniikan tarkkuuden ja luotettavuuden hitsausliitosten paikallisen muodonmuutoksen karakterisoinnissa.
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 kaikissa lämpötiloissa ja että lämpötilan nousu pahentaa tätä epätasaista muodonmuutosta; FE-simulaatiokäyrät vastaavat tarkasti kokeellisia käyriä, ja myötörajan enimmäisvirhe on vain 9,8 %, mikä vahvistaa nanoindentation inversion tarkkuuden ja muunnetun Ludwick-mallin ja tarjoaa luotettavan tuen korkean lämpötilan palvelun suorituskyvyn ennustamiseen ja hitsausprosessien optimointiin.
Kuvassa 4 on ääriviivakartat vastaavasta muovista venymästä 20 asteen kulmassa laser-hitsatuille GH3536-korkean lämpötilan metalliseosliitoksille, joilla on eri FZ-leveydet. Tulokset osoittavat, että FZ on aina keskittyneen muodonmuutoksen alue kaikissa lämpötiloissa. FZ-leveydellä 3,0 mm epätasainen muodonmuutos on merkittävä, ja 68 %:n poikkeama tasaisesta muodonmuutoksesta 800 asteessa, ja tämä poikkeama kasvaa lämpötilan myötä. FZ-leveyden vaikutus muodonmuutoksen tasaisuuteen osoittaa epälineaarista suuntausta, jossa ensin kasvaa ja sitten se pienenee. 1,5 mm:n kohdalla muodonmuutos{14}}tasaisuus on heikompi vahvojen perusmateriaalirajoitusten vuoksi, ja 4,5 mm:n ja 6,0 mm:n kohdalla se on heikompi jännityksen uudelleenjakauman vuoksi. On selvää, että 3,0 mm:n leveys on kriittinen vältettävä, mikä antaa keskeisiä ohjeita hitsausprosessin parametrien optimoinnissa.
