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3、喷丸、激光冲击和超声纳米晶改性对In 718疲劳强度的影响(2)
多材料的增材制造(3D打印)
多材料打印是一种先进的3D打印技术,可以实现全组装或者免组装,是制备新材料和可控材料的高新技术,独特的层层堆积3D打印技术,使得多材料打印可控、梯度增加、个性化定制成为可能,多材料打印是一种革命性的新技术,会在不久的将来度我们的生产和生活产生革命性的影响,图8 多材料金属打印的柱塞。
从100%不锈钢到100%VC,文献3,多材料打印时展现出来的独特的魅力,不仅可以将两种不同的材料实现100%的混合,同时实现设计结构件性能的均一性,这一理念导致了打印In718 和GRCoP-84复,这是一种无磁性和有磁性的不锈钢,Nb在Ti6Al4V中混合比例不同等。
如图3,多材料打印还可以通过添加不同的物相而改变金属的性质,如二次金属强化相,而且通过控制不同的添加量,还可以控制产品的性能,以已经商业化应用的巧克力打印为例。
该设备可以依据你所设想的,自由调配黄油、奶油、牛轧糖、花生等,设计出个性化的巧克力,然后打印出来,这一设想和步骤。
其原理同多材料打印工程材料的理念是一样的,所不同的是,打印巧克力时添加的花生到奶糖中的过程变成了添加陶瓷,表面涂加的黄油换成了生物相容性涂层以提高人体植入物,这一增加的功能是多材料3D打印发展的驱动力。
而某一特定区域的功能可以在用户设计的时候用以提高产,2.https://doi.org/10.1016,Laser additive manufactur,Vacuum,Volume 169,November 2019,108888。
1:https://doi.org/10.1016,Additive manufacturing of,Additive Manufacturing,Volume 29,October 2019,100797,作为一种已经应用于食品工业中的个性化打印设备来说。
其应用触角已经延伸到许多其他个性化的领域,如Nike已经公开展示并销售了不仅质量轻而且独具个,通用电气则使用3D打印制造了飞机CFM发动机喷嘴,这一革命性的应用,将原来18个零件组合变革成一个零件,而且还减重了25%。
在医疗领域,患者已经享受到个性化打印医疗器械所带来的便利,这些个性化定制的医疗植入物更适合患者的康复和骨的长,从而显著降低了手术风险和提高整体植入物的性能,本文来源:。
增材制造又叫3D打印,是一种革命性的制造技术,可以快速、经济的制造出复杂形状的制品,许多商业部门如汽车、航空航天、医疗甚至是食品工业部,尽管这一技术促进了单一材料的应用效能,制造业界也在不断发生着变革,如3D打印可以实现打印用户所设定的期望性能的多材料,这就意味着。
可以通过单一部件,实现硬度、耐蚀性和环境适应性等在最需要呈现这一性能,这一工艺可以使得采用制造的多功能部件采用传统工艺不,也不可能采用单一材料制造出来,增材制造陶瓷、金属、聚合物等正在研究如何通过多材料,并且已经打印出许多以前不可能打印出来的产品。
然而,多材料打印尚处于发展的初期,研究人员还刚刚将其目光投向这一高新技术,且表明该技术的确优于传统的多材料制造技术且正致力于,本文则综述了3D打印多材料的现状,图4 多材料金属打印的案例图。
编辑,https://doi.org/10.1016/j,Additive manufacturing of,Amit Bandyopadhyay,Bryan Heer,Materials Science and Eng,Volume 129。
July 2018,Pages 1-16,图8激光打印多材料的示意图和实物图 (文献2),参考文献:,图3 多材料打印金属的案例,由于多材料打印可以一次成型且制造特定区域具有特殊性,先进的金属多材料打印可以通过金属-金属、金属-陶瓷。
同传统的局限于焊接结构相比,采用多材料打印就很容易实现功能、梯度材料的制备以提,金属-陶瓷材料的多材料打印,如SiC在Ti6Al4V中,同理VC在不不锈钢中。
Ti6Al4V-Al2O3 中的功能梯度材料等,沉积100%的Al2O3 在Al2O3 基材中,然后逐渐过渡到打印不锈钢,在过渡到打印Ti,已经被证明有多种用途。
最终还有原位合成TiB-TiN增强的Ti6Al4V,激光天地导读:本文主要介绍了多材料增材制造聚合物、,同时还讨论了多材料打印的优缺点,图1 传统制造工艺同3D打印多材料工艺的对比图,图6 激光粉末床打印MS1(马氏体不锈钢)-H13,图1为传统制造工艺和3D打印工艺的对比。
传统制造工艺必须先单独制造出部件来然后在通过后期的,这一过程同传统工艺制作巧克力是一样的繁琐复杂,对多材料打印来说,打印复合梯度材料或渐变材料可以在一个机器中完成,聚合物材料的3D打印系最早应用的多材料打印案例,主要是因为该材料打印时相对简单而且相互间兼容性也比,多颜色的打印制品,如自行车头盔、足球头盔、防护手套等。
均可以在满足使用功能的前提下让该物品变得更加多姿多,如图2所示,同时打印出的多材料打印制品,可以随环境变化而发生变化,这就是3D打印中的黑科技4D打印,尽管多材料3D打印的部件如此令人激动人心,他们大多用作概念原型来证明该多材料系统、功能的可行,当然。
也只有经历了这一原型阶段之后,多材料打印才会开始真正走进制作多材料金属复合材料打,3D打印单一材料已经进入了实用阶段,多材料打印中独特的连接方式使得多材料打印同传统制造,从而有效避免或减少了应力集中带来的危害,同时多材料打印时使用的原材料基本是粉末。
使得传统工艺中两者不易混合的工艺也变得十分容易,增材制造(又叫3D打印)技术在技术革新方面包含三个,当你考虑3D打印如何通用时,你考虑的是3D打印技术对现有生产格局的影响以及造成,作为打印金属、陶瓷和聚合物来说,三者之间的差别太过巨大,为了能够够让大家易于想象,我们采用大家最能发挥想象力和引起兴趣的食品打印为例。
以食品为例,将你想要打印的想法上传到打印机,然后这一想法就会在你面前呈现出来并打印出来你所期望,然而,这已经不再是科幻电影中的场景了,披萨、复杂形状的巧克力。
甚至是饼干均可以打印出来,而且几乎不浪费材料,这充分显示出该技术的有用性和有效性,3D打印作为一种提供个性化服务的产品,即使是在厨房都可以轻易随时打印出独特的、令人垂涎的。
图7 多材料打印MS1-H13时界面处的EBSD图,3.https://doi.org/10.1016,Additive manufacturing o,Amit Bandyopadhya,Materials & Design,Volume 139,5 February 2018,Pages 419-428。
图5 增减材复合制造工艺,图2 多材料打印聚合物的案例,如今,3D打印多材料已经远胜传统的单一材料的服役效果,并取得了令人瞩目的成绩,这些3D打印出来的产品具有材料-资源节约型、部件或。
同时这些多材料打印的部件可以实现复杂形状和增加特殊。
一种用于3D打印的新型铝成形高温合金(1)
江苏激光联盟导读:,2.6.2 蠕变测试,采用光学显微镜对裂纹敏感性进行了评价,立方体样本在平行(称为XZ或YZ)和垂直(称为XY,因此,有了这个定义,XY平面的法线就是它的建造方向。
对于XY平面,取中等高度的截面,裂纹的严重程度通过XY平面成像来确定,每个合金考虑5个图像,ImageJ软件通过确定裂纹计数密度(裂纹/mm2,裂纹长度被定义为对应于每个裂纹上最大线长的卡尺直径,研究了喷印、热处理、在配备牛津仪器X-Max能量色。
利用背散射电子成像(BSE)和能量色散x射线光谱(,采用10 kV加速电压和500pa探针电流采集ED,在3 V直流电下,用10%磷酸对样品进行电解蚀刻去除γ基体,观察γ′的大小、分布和形貌,有一些因素可以加速在高温应用中插入3D打印,如燃气轮机工业和火箭。
一种方法是通过更好地理解传热和产生的热机械效应来调,使用预热和多个热源,或者采用最佳的热源参数,如孵化和模式是第一种策略的很好的例子,另外,还可以改进作为原料的输入材料,因为3D打印等新工艺可能需要设计新的合金等级。
有证据表明,第二种方法有其优点,为了达到这个目的,合金设计方法正在出现,并在900°C的铬形成高温合金中取得了一些成功,在这种高温合金中,可以实现强度和延展性的协同作用。
同时材料仍然可以打印,上图说明了我们计算的结果,并说明了本工作中合金成分选择的基本原理(在所有子图,图(a)说明了在我们的分析中使用的可焊性图,上面有各种现有的合金,难加工的合金预计在图的右上方。
可加工的合金在左下方,所画的线对应于应变年龄开裂风险的假定界限,但这样的图没有考虑热撕裂抗力,对热撕裂抗力来说,冻结范围是重要的,不出意料的是。
应变年龄开裂的优点指数与γ′含量和蠕变阻力有很强的,c)),同时也表明,通过Ti、Nb和Ta合金化γ′提高硬化,需要降低Al含量,这意味着可制造性和材料性能之间的经典权衡。
为了考虑热撕裂敏感性,图(d和e)说明了Scheil冻结范围、相组成和预,doi.org/10.1016/j.addma.2,2.6.3 抗氧化辅助开裂(OAC),这四种成分在室温和600-1100°C范围内以10,试样以10−2 s−1的速率迅速应变,以减少测试过程中动态沉淀的影响,并促进高通量实验工作。
在所有温度下,流动应力分别取为0.2%流动应力,另外,在应变速率为10−3 s−1的条件下,比较了合金2的亚溶态和超溶态性能,在XZ截面的中心部位观察到的典型的已建成试样的微观。
(a)显示宏观结构的光学显微图,(b)柱状晶粒尺寸演化的EBSD-IPF图和(c),黑色虚线方框表示获得EBSD地图的位置,值得注意的是,EBSD图和BSE-SEM图像不一定显示在相同的位,因为沿着构建方向,晶粒和沉淀尺寸的演化并不发生在相似的位置。
表1 合金粉末的组成,10.1016/j.matdes.2021.110,摘要,2.5. 氧化研究,图2 CM247LC叶片样品XY、XZ平面的XCT,孔隙度量化和三维重建显示孔隙度发生在CM247LC,柱状晶粒的宽度从Z = 1 mm处的~ 30 μm,随着试样高度的进一步增加。
柱状晶粒宽度显著增加,在Z = 25 mm时,柱状晶粒宽度约为1 mm,相反,晶界密度从下到上逐渐减小。
如下图a所示,在晶粒内部,γ′析出相的尺寸发生了显著变化,如上图、下图b所示,注意,在上图所示的EBSD地图和BSE-SEM图片不一定。
因为粮食和沉淀大小进化不发生在同一位置沿z一般观察,图1 (a-d)黑色和白色阈值光学显微图,显示CM247LC的裂纹与合金1-3的缺陷,SEM显微照片显示了在CM247LC中观察到的(e,来源:Anew class of alumina-,Additive Manufacturing,为了评估合金抗氧化辅助开裂(OAC)的能力。
在800°C的实验室空气中,用ETMT对试样进行了应变速率分别为10−2 s−,该方法由Németh等人开发,允许评估氧化对裂纹扩展的影响,这对高温组件设计至关重要。
L-PBF由Alloyed Ltd.公司研制,采用雷尼绍AM400脉冲光纤激光系统,在氩气气氛下,波长为1075nm,构建板尺寸为80 × 80 × 64mm3,所采用的工艺参数为:激光功率200 W。
激光焦斑直径70μm,粉末层厚度30μm,脉冲曝光时间60μs,采用“曲径”激光扫描路径图,扫描间距为70μm,扫描速度为0.875m/s,每增加一层参考路径框旋转67°,为了获得高质量的表面光洁度。
每一层后激光跟踪样品的边界,边界上的激光速度降低到0.5m/s,每种合金粉末都按照这些参数进行加工,这些是在先前研究工艺条件对CM247LC裂纹影响的,在本研究中,我们研究了一种用于高温应用的新型高温合金的加工和性,三个不同的属性被考虑:激光-粉末床熔合(L-PBF。
热处理响应和最后的氧化和机械行为,通过这种方式,一个处理/属性关系的整体图就建立起来了,我们使用基准合金CM247LC,这是一种广泛使用的传统合金,通常使用常规熔模铸造加工,它也是一种铝形成高温合金。
但含有更高的γ′分数比新合金检查在这里,并与CM247LC合金的性能进行了比较,与这些材料的预期应用相一致,高温性能特别强调在蠕变和氧化,同时还考虑了非热态下的低温强度,2.2 增材制造加工,2.3.1 光学和扫描电子显微镜。
2.3.2 原子探针断层扫描(APT),等温单轴拉伸试验使用Instron电热机械试验机(,该试验机带有5kn的测压元件,标本的全长40毫米,计量长度14毫米。
和1平方毫米横截面面积与轴加工沿着构建方向从加法制,应变的测量采用非接触式iMetrum视频延伸测量系,采用自由膨胀条件下的焦耳加热,加热速率为200k /s,达到试验温度,用k型热电偶点焊在试样中心进行温度测量,涡轮叶片状样品的x射线计算机断层扫描采用定制的Ni。
并配备2000 × 2000像素的PerkinEl,对于每种合金,尺寸为10 × 10 × 52 mm3的棒材经过热,棒材在1080℃热处理4小时后风冷,这种亚溶热处理的选择在结果部分进行了说明,棒材由认可实验室Westmoreland Mech,Ltd根据ASTM E139进行外部加工和测试,加工样品。
标尺长度20mm,全长52mm,蠕变试验在800°C至1050°C的温度范围内,在500MPa至180 MPa的各种应力水平下进行,仔细观察XZ横截面沿整个样品高度揭示了S-EBM制,特别是发现柱状晶粒沿构建方向沿多层外延生长,这也与热梯度的主方向相对应,如上图a所示。
图b显示了沿z方向不同位置获得的EBSD图,并证实了这些观测结果,EBSD图还显示,试样具有较强的织构,呈现出定向凝固镍基高温合金典型的纤维织构,即择优生长的。
在XY平面上沿着Z方向和随机方向,在不同尺度上观察到显著的微观结构非均质性,在晶粒尺度上,柱状晶粒宽度沿构建方向的梯度在图3b中很容易看到,图3 SE显微照片显示了(a) HT 1 (b) 。
显微照片均在XZ平面上拍摄,(h)合金1和(k)合金3的原子探针尖端的3D重建,以及用于提取跨越γ - γ′界面的浓度剖面的长方体,(i)合金1和(j)合金3的γ - γ′界面浓度分,提出了一种新的亚固溶热处理策略。
该策略利用了AM不需要固溶的优点,super solvus热处理是不合适的,因为它会通过纹理恶化和晶界碳化物粗化使材料变脆,当Nb+Ta含量最高时,这种新型高温合金的抗拉强度最大,超过CM247LC,直至∼900°C。
当铝含量最高时,抗氧化性最好,当(Nb+Ta)/Al比例平衡时,抗氧化抗裂性最大,在所有情况下,这些都相当于或优于CM247LC,然而,新合金的蠕变抗力略低于γ′、C和B含量较高的CM2。
这意味着需要进一步澄清处理/属性权衡,研究了一种用于增材制造的新型镍基高温合金,该合金采用设计合金(ABD)方法设计,允许各种性能权衡的多目标优化,这种合金设计方法的全面描述可以在中找到,在这种情况下,考虑了L-PBF的加工性能、抗蠕变性能、抗氧化性能,本文研究了用于用于激光-粉末床熔合(L-PBF)工。
本文为第一部分,用于新等级高温合金的计算合金设计空间,为便于比较,还绘制了传统合金的位置,(a)修正的可焊性图,确定了最大应变年龄裂纹指数,(b & c)表示应变时效开裂优点指数及其与γ′分,(d & e)表示与γ′分数和蠕变优点指数有关的冻。
其中显示了应变年龄开裂和蠕变优点等值线,(f)给出了最终的设计空间,用于根据冻结范围、应变时效开裂指数和最低要求的强度,在1毫米厚的样品中缺少孔隙可能是由于在凝固冻结它们,流体力量有足够的时间去除孔隙。
上图显示了在2000 W功率和100 mm/s速度,1 mm厚焊缝的流速,据认为,在焊接过程中,熔化前沿底部的循环流动(见上图中的箭头)是产生和捕。
然而,随着平板厚度的增加,孔隙率增大,这可能是因为,在这些情况下,任何被困气体都必须进一步移动才能到达表面,从而使熔池在孔隙能够逃逸之前固化。
2.3,材料的表征,图6 以构建方向为拉伸轴,将数据叠加在本研究的结果上,绘制了试件蠕变试验的应力水平与Larson-Mil。
为了设计合适的热处理工艺,首先采用差示扫描量热法(DSC)确定热处理窗口,使用NETZSCH 404 F1飞马仪表,氮气覆盖气体流速为50 ml/min,样品以20 K/min加热至700℃。
再以10 K/min加热至700℃至1450℃,γ′解温度由查普曼和奎斯特后DSC信号中的不变性决,合金1、合金2、合金3和CM247LC的γ′溶解温,1,介绍,2.6.1 拉伸性能,图4 合金2在不同温度下的拉伸响应(a) ht1(,以及它们的总结(c)流动应力和(d)在整个温度范围。
特别是靠近顶部(Z = 29 mm)的γ′析出相尺,在Z = 25 mm处,γ′析出相的尺寸急剧增大,约为500 nm±100 nm,在Z = 5 mm处,约为600 nm±100 nm,这种析出相尺寸梯度也与硬度剖面沿着构建方向进行一致,见下图b。
正如预期的那样,在Z = 29 mm(即顶面以下1 mm)处发现了,析出相呈现出最小的观测尺寸,而在Z = 0-27 mm处测量到的硬度在400 ,下图c中显示的硬度图也与之前报道的结果一致,显示在每个z位置的硬度是相对均匀的,有时观察到低硬度值,必须与裂纹或气孔等缺陷的存在联系起来。
2.1. 合金成分及原料,根据这些标准为本研究提供了合金1、合金2和合金3的,这三种成分在900°C时具有相等的平衡γ′体积分数,但具有不同的(Nb+Ta)/Al比,这使得实验研究Al或(Nb+Ta)对γ′的富集如何,通过使用TTNi8数据库。
thermocalc预测了每个组分的平衡γ′体积分,测量的γ′在室温下的面积分数分别为0.68,0.7,和0.69合金1,2和3。
合金3的(Nb+Ta)含量最高,但Al含量较低,合金1的(Nb+Ta)含量最高,但Al含量较低,合金2的(Nb+Ta)/Al比例适中,这些合金与传统的CM247LC合金进行了对照,2,实验方法。
值得注意的是,强度曲线从左下到右上,这意味着高强度合金通常具有较大的γ′分数和冻结范围,在冻结范围与γ '分数的弱相关性被发现,但要注意-在任何给定的γ '含量-有相当大的范围缩。
这是由于固化路径及其最后阶段,冻结的280 K范围的上限已经被选择作为第一近似在,之间的一个值,对于IN738LC (285 K)和IN718合金,前者报道频繁遭受热开裂,但后者已经发现容易可打印,同样。
根据IN939 (4.3 wt%)报告的微裂纹,选择最大应变年龄开裂指数为4 wt%,图(e)证实,新合金ABD-850AM和ABD-900AM在没有,在最大预测蠕变性能方面接近Pareto前,试图限制应变年龄开裂的风险,图(f)更概括地说明了我们的设计概念——在最大预期,参考文献:Blakey-MilnerB.。
Gradl P.,Snedden G.,Brooks M.,Pitot J.,Lopez E.。
Leary M.,Berto F.,duPlessis A.,Metaladditive manufacturi,Mater,Des,(2021),Article110008。
研究了一种新型的高γ′级镍基高温合金,用于激光-粉末床熔合(L-PBF)工艺,强调了(Nb+Ta)/Al比的影响,这是一种通过稳定的氧化铝氧化皮形成,在保持高温抗氧化性的同时,提供优异低温强度的策略,通过微焦点X射线计算机断层扫描对新合金的加工性能进,使用原型涡轮叶片几何形状和传统合金CM247LC作。
在所有情况下,薄壁截面(如后缘)中都存在一些与加工相关的孔隙,但这可以通过明智的加工避免,避免了CM247LC中出现的固态、液化和凝固形式的,根据实测的γ′溶温,对2号合金分别进行了超溶热处理(HT 1)和亚溶热,进一步的亚解单步热处理指定HT 3被执行。
以评估在缩短时间内实现性能的可行性,这三种热处理汇总在表2中,每个热处理步骤之后都是风冷(AC),采用Aubert & Duval工艺制备了预合金氩,粒径中值(D50)在32.3 ~ 33.0μm之间。
D10和D50值分别为~ 19和55μm,通过电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和i,粉末颗粒以球形为主,有少量卫星颗粒和其他不规则形态,图5 (a)合金1 (b)合金2 (c)合金3 (,以及(e)流动应力随温度变化和(f)工程应变随温度,2.6 形变场测试。
然而,随着燃气轮机需要更高的操作温度以获得更高的热效率,需要更高的γ′分数增材制造(AM)高温合金,并确实正在开发,这类合金被称为铝形成高温合金,因为在1000°C以上的工作温度下。
铝被用来形成保护垢,在这些温度下的抗氧化性是长期使用的限制因素之一,在这些条件下,色度刻度是不稳定的,保护作用较弱,挥发和散裂失效。
因此无法提供预期的环境抗性,高温合金的氧化性能可以通过结垢元素(如Al或Cr[,此外,还采用了强度、抗蠕变性能、AM加工性能、密度和成本,采用ABD框架结构提出的复合材料。
经熔模铸造、粉末冶金和AM等高温合金工艺验证,2.3.3 x射线计算机体层摄影术,2.4. 热处理,热重分析(TGA)用于评估合金的抗氧化性,使用NETZSCH STA 449 F1 Jupi,尺寸为10mm×10mm×1mm的样品垂直于建造方。
然后用4000砂SiC纸抛光至镜面光洁度,试验分5步进行,最初运行保护氩气1小时,以确保系统的平衡,其次是温度的增加20 K /分钟的速度的测试温度1,然后紧接着下保持30分钟保护氧化实验室的基于“增大。
然后气流的速度50 ml / min后24 h,这段时间样品冷却到室温在20 K /分钟,从氧化空气开始,分析了质量增加的演化过程,在ImageJ中,我们对每个合金中的氧化物层和γ′耗尽区拍摄了一组1,以量化其厚度和尺寸。
(a)柱状晶粒宽度和晶界密度沿构建方向(z方向)的,(b)硬度和γ′尺寸沿构建方向(z方向)的演化,(c)从立方体样本的中心区域提取XZ截面上的硬度图,合金1和合金3立方体被切割成尺寸为10 × 1 ×,在25%高氯酸和90%乙酸的溶液中,在25 V电压下。
通过电化学抛光制备了用于原子探针分析的电极,在2%高氯酸和98%丁氧乙醇的溶液中,电压为20 V,进行第二阶段抛光以最终完成尖端,采用Cameca LEAP 5000XR系统,检测率为52%。
激光波长为355nm,样品在4 × 10−11托的超高真空室中低温冷却到,采用激光模式,脉冲频率为200Hz,能量为50 pJ,利用集成可视化分析软件(IVAS)对数据集进行重构,由于采用激光模式。
晶体极不能用于更精确的空间标定,合金1和合金3的图像压缩因子(ICF)分别为1.6,初始盖面半径为35和25nm,几何场因子分别为3.3和4.5,在合金1和合金3的尖端,使用长方体的兴趣区域。
轴线垂直于界面,分析了初生γ′析出相的γ - γ′界面,将这些体积分为0.5nm宽的桶,使用AtomprobeLab软件计算每个桶的组成,计算每个元素组成的误差,对于每一种合金,采用了由几种几何形状组成的相同构建板配置。
尺寸为10 × 10 × 10 mm3的立方体被印,尺寸为10 × 10 × 52 mm3的竖条被印刷,用于机械试件的加工,这些杆是由16个倒金字塔腿制造的,以方便从底板上拆卸。
制作了直径3mm,高度1mm的圆盘用于差示扫描量热法(DSC),打印涡轮叶片成形件,模拟工程部件的制造过程,在这个例子中。
这些代表直升机发动机,这些高度为3 0毫米,扫描的峰值电压为210 kVp,电流为42μA,源到目标距离为17mm,源到探测器距离为797mm。
使用24 dB的模拟增益,通过360度旋转获得了3142幅投影图像,平均每幅投影8帧,每帧曝光时间为1秒,投影图像通过在CTPro3D和CTAgent软件v,英国)中实现的滤波反投影算法重构为32位浮点体,这些采样降至8位(以减少处理时间)。
手动设定阈值并转换为二进制,根据尺寸分布对缺陷进行量化,尺寸由缺陷体积定义,使用ImageJ中的3D对象计数器,进一步分析了CM247LC块体中约500 × 50。
以了解三维裂纹形态,通过比较(a) 58 ms和(b) 64 ms的两,热流体流动计算得到速度场和固体分数,江苏激光联盟陈长军原创作品,表2 合金2的热处理,3D打印的致命弱点是与加工相关的缺陷发生的倾向。
这是由于快速冷却速率诱导和热循环过程固有的,特别是对于镍基高温合金,其降解机制是时间依赖性的,并且对缺陷非常敏感,缺陷的形成方式包括气孔率、凝固裂纹和固态裂纹,这种敏感性是一个缺点,因为传统的加工——包括投资铸造等——已经发展了许多,成为一个很大程度上无缺陷的路线。
3D打印必须与之竞争,其固有的优势,如与计算机辅助设计技术的强耦合,有助于实现这一点,PerkinElmerOptoelectronic,Germany),为了检测L-PBF的微米尺度缺陷特征,采用电火花线切割技术对涡轮叶片顶部1mm的薄片进行。
对每个样本进行三次单独的XCT扫描,并将其连接在一起,以最大限度地提高整个长度的体素(体元或立方像素)分。
喷丸、激光冲击和超声纳米晶改性对In 718疲劳强度的影响(2)
江苏激光联盟导读:,•采用适当参数的UNSM和SSP处理可产生较高的动,显著有助于表面晶粒细化至纳米级,SSP和UNSM试样的平均晶粒度分别为23.1 n,10.1016/j.addma.2020.1016。
对比LSP2和SSP1试样,可以观察到,尽管与SSP1试样相比,LSP处理试样的受影响层厚度较低,显微硬度较低,但较低的表面粗糙度和较高的压缩残余应力在900 M,使用Qness GmbH Q30A显微硬度计。
在15 gf的载荷下,使用维氏压头在10 s的持续时间内测量AR和处理后,试验在横截面表面上进行,深度可达500μm,间隔为20μm,图3 样本的横截面OM显微照片:(a)SP,(c)UNSM和(c)LSP。
与底行样本相比,顶行图像对应于每个处理使用较低动能处理的样本,分别使用Olympus、VEGATESCAN-XM,通过光学显微镜(OM)和场发射扫描电子显微镜(FE,用100毫升蒸馏水、100毫升盐酸、50克氟化氢铵,由于通过变形增加半最大宽度(FWHM)和通过右侧的,Scherrer-Wilson可以有效地评估表面上,使用SANTAM SAF-250通用疲劳试验设备研。
疲劳试验在室温下进行,频率为20 Hz,空气相对湿度为50%,为了比较应用表面处理对疲劳寿命的影响,考虑了应力比R=0.1。
最大应力设定为900 MPa的拉伸-拉伸疲劳试验,在每个应力水平下测试三个试样,以达到固定应力水平下的疲劳强度,并报告数据的平均值,•所有应用的处理都有效地诱导了处理试样表面的塑性变,测定了最高动能处理的影响层平均深度,UNSM为160μm。
SSP为110μm,LSP为45μm,UNSM和SSP在扩展剧烈塑性变形深度方面更有效,图5a描绘了从顶面到芯材的AR和处理试样的显微硬度,结果表明,对于每种处理,较高的动能导致较高的表面显微硬度,与CSP和LSP相比。
UNSM和SSP处理在提高显微硬度方面更有效,从UNSM2、SSP2、SSP1、UNSM1、LS,•在UNSM、SSP和LSP处理后,当采用每种处理的最高动能进行处理时,疲劳寿命分别比收到的试样提高5.25、3.71和3。
这种趋势可归因于压缩残余应力和表层晶粒细化,•关于受残余压应力影响的层深度,发现LSP是最有效的表面处理方法,受影响的厚度为500μm,然而。
在疲劳循环后,发现UNSM引起的残余应力在深度上也更稳定,在UNSM2和SSP2的情况下,获得了关于松弛后残余应力分布的最稳定数据,参考文献:E,Maleki。
S,Bagherifard,M,Bandini,M,Guagliano,Surface post-treatments f。
challenges,and opportunities,Addit,Manuf.,37 (January 2021)。
Article 101619,二次裂纹显示出穿晶行为:(a)SE显微照片,(b)显示裂纹和周围晶粒结构的IQ图(高角度边界为,特殊边界以红色突出显示),(c)IPF图和(d)KAM图,2.5,疲劳试验,上述机械性能以及塑性变形层深度、晶粒尺寸、显微硬度。
在固定的最大应力水平为900 MPa时,比较了不同表面处理下试件的高周疲劳寿命,如图5d所示,UNSM2、UNSM1、SSP2、LSP2、SSP,表面晶粒尺寸最小、变形层和NS层深度最高、硬度和压,2.3,微观结构研究。
3.结果和讨论,图5b显示了从处理表面到材料深度的诱导残余压应力分,与其他应用处理相比,UNSM引起了更高的残余压应力,与SSP2和SSP1相比,LSP2和LSP1诱发了更高的表面残余压应力。
CSP试样的残余应力范围在所有系列中最低,在500 μm深度处,UNSM和SP处理诱导的残余压应力均小于−50 M,而LSP处理诱导的残余压应力在相同深度处约为−20,结果表明,UNSM处理能显著提高表面和深部的残余压应力场,图4d显示了塑性变形层的深度,变形层的深度通过OM确定。
通过增加过程动能,SSP和UNSM处理的塑性变形层深度显著增加,图6h为不同状态下的表面残余应力松弛差值百分比,考虑到初始状态和第1循环的疲劳试件,出现了显著的松弛(约20-35%),然而,考虑到0.5Nf - 0.7Nf循环周期内表面残余,约有3-13%的残余应力松弛。
与未进行疲劳测试的试样相比,在0.7 Nf下,大约46-68%的诱导残余压应力得到松弛,如图6h所示,本文研究了工艺参数和各处理动能对镍基合金Incon。
本文为第二部分,通过OM、SEM和FE-SEM (Olympus、,日本)分别对其进行了微观结构表征,对样品进行OM和SEM观察,用2%的Nital蚀刻,此外,为了表征SP处理后的晶粒尺寸,采用了XRD和HRTEM表征。
在XRD测试中,研究了样品的半最大值全宽度(FWHM)和晶粒尺寸,XRD分析采用X ' Pert PRO MPD (,3)分析仪,CuKα辐射为40 kV和40 mA,扫描角度为30°-150°,辐照面积为10 mm,使用HR-TEM (JEOL JEM 2100 F。
日本)对处理过的试样进行了定量观察,由喷丸试样制备的微观组织演化及相关实验如上图所示,图6 (a-f) 1,0.3 Nf后疲劳试样的残余压应力分布,(g)在N = 0.7Nf (h)时,不同循环间隔下测得的表面残余压应力差百分比(Nf为,疲劳加载试件的残余应力分布比较。
图5c显示了AR和处理后试样的表面粗糙度参数,AR试样的Ra值约为0.85 μm,CSP使Ra增加4.5 μm,SSP使Ra进一步增强到4.8 μm,而UNSM和LSP的Ra值维持在3-3.5 μm左,各处理均导致表面粗糙度增加,且随工艺动能的提高而显著增加。
虽然SSP和UNSM显著提高了表面粗糙度,但LSP的表面粗糙度效应仍然有限,图(d)显示,在晶粒内,仅沿裂纹路径存在非常小的错向。
这表明应变局部化,而整个晶粒没有普遍的塑性变形,当疲劳裂纹扩展到相邻晶粒时,观察到疲劳裂纹长度的增加和取向错误的程度,表明随着裂纹的延长和遇到取向较差的晶粒,塑性变形水平增加。
对室温下测试的其他镍基高温合金的裂纹性质和扩展行为,并与这些结果一致,3.2,机械性能和疲劳性能,对不同扫描区域的实验进行微观结构表征。
doi.org/10.1016/j.msea.20,在五个不同的位置进行测量,以确定主要的粗糙度参数Ra(算术平均值)、Rq(均,粗糙度参数根据ISO 4287进行评估,使用Huvitz数字显微镜HDS-5800研究表面。
•对于动能最高的UNSM、SSP和LSP处理,表面显微硬度分别提高了44%、35%和15%,由于表面粗糙度和表面状态是疲劳过程中非常重要的参数,因此对Baseline和LSP疲劳试样进行了表面光,很明显,对高达600粒的样品进行抛光可以获得光滑的光洁度(。
而LSP处理则会增加表面的粗糙度(Ra ~ 2.0,上图为两个样品的三维光学表面轮廓图像,上图 (a)所示的Baseline样本,是考虑到标尺上的最大值和最小值(nm)后相对光滑的,图(b)为LSP的三维光学表面轮廓图,在图中可以看到激光照射产生的LSP凹坑。
此外,尺度条(μm)上的最大值和最小值解释了LSP时粗糙,3.1,微观结构表征,•表面粗糙度的增加会限制疲劳抗力的提高。
可以考虑采用替代的二次后处理来降低粗糙度,通过数值模拟方法,可以以较低的成本优化工艺参数,从而为表面晶粒细化、残余压应力和表面质量的优化范围,2.4,机械性能表征,江苏激光联盟陈长军原创,为了更好地了解诱导的残余压应力对疲劳寿命的影响。
根据得到的平均疲劳寿命,研究了不同循环加载下的残余应力松弛,即第一个循环加载,每个系列依次为0.3、0.5和0.7Nf,图6a ~ f为上述循环间隔下疲劳试件的残余压应力。
残余应力松弛与循环次数有直接关系,图6g为N = 0.7 Nf时疲劳加载后的残余应力,可以看出,UNSM试样的残余压应力在表面和深度上都高于其他系,UNSM系列具有较高的残余应力稳定性。
从而提高了试件的疲劳寿命,在本研究中,采用不同的工艺参数,对Inconel 718试样进行了基于严重塑性变形,包括剧烈喷丸(SSP)、超声波纳米晶表面改性(UN。
研究了这些处理及其工艺参数对处理材料微观结构和机械,结论总结如下:,此外,通过FESEM对处理试样的横截面进行高倍放大的微观,将生成的NS层从底层晶粒细化和加工硬化材料中分离出,可以清楚地识别出来,类似于通过基于SP和UNSM处理的材料。
4,结论,图5 获得了(a)显微硬度分布(b)压应力分布(c,考虑到CSP、SSP和OSP的不同区域,SP过程中与覆盖有关的晶粒细化和裂纹萌生机制示意图,为了获得处理后试样上表面的晶粒尺寸,根据晶粒细化程度。
对试样采用了两种方法:体视学分析和XRD分析,CSP、LSP1和LSP2试样经过较低的动能处理,预计其表面晶粒细化程度较低,因此,对于这些样本,顶部表面被轻轻抛光,去除约3μm非常薄的一层。
然后进行蚀刻以进行OM观察和图像分析,CSP、LSP1和LSP2试样的平均晶粒尺寸分别约,对于晶粒细化程度较高的试样,包括SSP1、SSP2、UNSM1和UNSM2,使用Scherer方程测量表面微晶尺寸,通过考虑衍射峰的全宽半最大值(FWHM)来确定平均,这些样品的XRD图谱如图4a和b所示。
在UNSM样品中观察到晶粒尺寸和晶粒细化层范围方面,其次是SP和LSP处理的样品,图4 SSP和UNSM试样在2θ(a)30–150,(b)42–45.5°,(c)AR和处理后试样的表面晶粒度,以及(d)SP、UNSM和LSP表面处理引起的塑性,不同表面处理后试样的横截面OM显微图如图3所示。
显微镜观察表明,表面层的晶粒明显细化,对于每一个过程,与底部所示的图像相比,顶行图像对应于使用较低动能处理的样本,通过增加SP中的Almen强度和覆盖率。
增加UNSM中的静载荷,以及提高LSP中的激光束能量,可以获得更高的动能,总的来说,考虑到所有系列的低能和高能处理,用较高动能处理的试样显示出较高的塑性变形表层深度。
在图(c)中的反极图(IPF)图像中,可以更清楚地看到该区域中的晶粒及其方向,箭头指出了裂纹位置,裂纹及其边界周围晶粒的取向表明裂纹主要穿过晶粒,最后,可以在图(d)中的KAM图中进一步分析裂纹及其性质。
通过比较疲劳裂纹附近和周围微观结构中的局部错向变化,可以确定发生循环塑性变形和疲劳裂纹萌生晶粒的位置,•就压缩残余应力(高于1000 MPa)而言,UNSM是表面区域最有效的处理方法,LSP和SSP工艺在表面上显示了可比较的数据,然而,考虑到压缩残余应力场的深度,SSP处理的影响在约250μm处消失。
而UNSM试样的平均深度约为400μm,来源:The effects of shot pe,laser shock peening and ,Materials Science and Eng,上图显示了由增加覆盖引起的GR机制的示意图,这是根据对晶粒尺寸(而不是相和组织)的显微组织观察。
样品的3D光学表面轮廓图像:(a)基线和(b)LS,在855 MPa下测试的基准样品上分析了裂纹的性质,典型的二次裂纹如上图所示,使用EBSD扫描图(a)中SE图像中二次裂纹附近的,图像质量(IQ)图如图(b)所示,其中裂纹由箭头指示,在图(b)中。
规则边界以黑色突出显示,特殊重合场地晶格(CSL)边界(∑=3,9,27)以红色显示,这些图像表明,裂纹路径在本质上主要是但不完全是跨颗粒的,因为它主要沿着材料中晶格的边缘,除了非常短的长度外。
忽略了晶粒和晶界。
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