01 Papierintroductie
Op nikkel-gebaseerde hoge- temperatuurlegeringen vertonen, als materialen die in extreme omgevingen worden gebruikt, complexe niet-uniforme vervormingen bij hoge temperaturen als gevolg van de heterogeniteit van de microstructuren in de fusiezone (FZ), de door hitte-geïnfecteerde zone (HAZ) en het basismateriaal (BM) van laser-gelaste structuren, waardoor het draagvermogen- van de belasting en de levensduur van componenten worden beïnvloed. Traditionele testmethoden hebben moeite met het nauwkeurig meten van mechanische eigenschappen en kunnen de vervorming bij hoge temperaturen niet precies voorspellen. Om deze uitdaging aan te pakken, hanteert dit onderzoek een multi{9}}op samenwerking gebaseerde karakteriserings- en modelleringsbenadering, waarbij de nadruk ligt op de heterogeniteit van micro-zone-eigenschappen in laser-lasverbindingen. Door nano-indentatie, eindige elementen (FE)-simulatie en digitale beeldcorrelatie (DIC)-testtechnieken te integreren, werd een methode ontwikkeld voor het voorspellen van niet-uniforme thermische vervorming over het temperatuurbereik van 20-800 graden.
02 Volledig tekstoverzicht
In deze studie wordt de GH3536-superlegering op nikkel-basis gebruikt als experimenteel materiaal voor de karakterisering en modellering van het heterogene thermische vervormingsgedrag van laser-lasverbindingen. Door nano-indentatie, FE-simulatie en DIC-testtechnieken te integreren, gecombineerd met het hardheidsmodel (Ludwick-model) en de dimensieloze parameteridentificatiemethode, onderzoekt het de micro-mechanische eigenschappen en vervormingspatronen van FZ, HAZ en BM binnen het temperatuurbereik van 20-800 graden. Experimentele resultaten tonen aan dat deze methode op meerdere-schalen nauwkeurig de mechanische parameters van elke micro-regio kan verkrijgen, met een maximale vloeisterktefout van slechts 9,8% vergeleken met DIC-testresultaten; bij 800 graden bereikt de niet-uniforme vervormingsafwijking van een 3,0 mm breed FZ-trekproefstuk 67%. Door dit model toe te passen op buigtests van plaatstoten en T-verbindingen werd de invloed van lokale eigenschappen op de prestaties bij hoge-temperaturen geverifieerd, wat de intrinsieke correlatie tussen de structurele heterogeniteit van microregio's-en vervormingsgedrag verklaart. Deze studie verheldert de kernmechanismen van heterogene vervorming in lasverbindingen van gelegeerd legeringen bij hoge temperaturen, behandelt het probleem van niet-uniforme vervorming die traditionele methoden moeilijk kunnen oplossen, en heeft een aanzienlijke theoretische en technische waarde voor de optimalisatie van lasproces in de lucht- en ruimtevaart en aanverwante gebieden.
Figuur 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, en dat een temperatuurstijging deze heterogeniteit verergert. Bij 500 graden vertoont de curve gekartelde fluctuaties die overeenkomen met het Portevin-Le Chatelier-effect (PLC), een verschijnsel van plastische instabiliteit dat wordt veroorzaakt door dynamische spanning tijdens de plastische vervorming van op nikkel-gebaseerde hoge--legeringen).
Figuur 1. P-h-curven van inkepingstests in verschillende regio's bij verschillende temperaturen: (a) 20 graden; (b) 300 graden; (c) 500 graden; (d) 800 graden
Figuur 2 toont de DIC-trekproef van laser-gelaste GH3536 hoge--legeringsverbindingen bij 20 graden, wat aangeeft dat de FZ de zwakste mechanische eigenschappen heeft, met een rek van 0,544 bij 350 s, gevolgd door de HAZ, terwijl de BM het minst vervormt, wat visueel de niet-uniforme vervorming veroorzaakt door micro-regionale prestaties weergeeft heterogeniteit. De DIC-testcurve komt overeen met de extensometercurve en bevestigt de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van de DIC-techniek bij het karakteriseren van lokale vervorming van lasverbindingen.
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 bij alle temperaturen, en die toenemende temperatuur verergert deze niet-uniforme vervorming; de FE-simulatiecurven komen nauw overeen met de experimentele curven, met een maximale vloeigrensfout van slechts 9,8%, waardoor de nauwkeurigheid van de nano-indentatie-inversie plus het gemodificeerde Ludwick-model wordt gevalideerd en betrouwbare ondersteuning wordt geboden voor het voorspellen van serviceprestaties bij hoge- temperaturen en het optimaliseren van lasprocessen.
Figuur 4 toont contourkaarten van de equivalente plastische spanning bij 20 graden voor laser-gelaste GH3536-verbindingen van hoge- temperatuurlegeringen met verschillende FZ-breedtes. De resultaten geven aan dat de FZ bij alle temperaturen altijd een gebied van geconcentreerde vervorming is. Bij een FZ-breedte van 3,0 mm is niet-uniforme vervorming significant, met een afwijking van 68% van uniforme vervorming bij 800 graden, en deze afwijking neemt toe met de temperatuur. De invloed van de FZ-breedte op de uniformiteit van de vervorming vertoont een niet-lineaire trend van eerst toenemend en vervolgens afnemend. Bij 1,5 mm is de niet-uniformiteit van de vervorming zwakker vanwege sterke beperkingen van het basismateriaal, en bij 4,5 mm en 6,0 mm is deze zwakker vanwege herverdeling van spanning. Het is duidelijk dat 3,0 mm een kritische breedte is die vermeden moet worden, en biedt belangrijke richtlijnen voor het optimaliseren van lasprocesparameters.
