EN
DED әдісінің Inconel 625 материалдың қасиеттерін қалай жақсартатыны
ENIGMA және NOVA University Lisbon университеттері арасындағы бірлескен зерттеу жобасы Materials Research Letters журналында жарияланған, онда DED әдісімен дайындалған Инконел 625 . Зерттеу нәтижелері технологиялық процестің инженерлері тәжірибеде байқаған құбылысты растады: қабаттар арасында 90°-тық бағытты ауыстыру стратегиясы қорытпаның кристалл түйірлерін бағытталған бағана түрінен шамамен теңқабырғалы түйірлерге дейін өзгертеді; осы нәтижеде әсер ету беріктігі 401 МПа, соңғы тартылу беріктігі 724 МПа және созылу 57% құрады — бұл беріктік пен пластикалық қасиеттердің комбинациясы дәстүрлі ыстық дайындалған Inconel 625 қорытпасының сипаттамаларынан жоғары.
Инконел 625 бұл жоғары температурада беріктігі, коррозияға төзімділігі және дәнекерлену қабілетімен ерекшеленетін никель негізіндегі суперқорытпа. Алайда, вакуумды индукциялық балқыту мен ыстық деформациялау арқылы жасалатын дәстүрлі өндіріс әдісі экономикалық тұрғыдан өндіруге болатын геометриялар мен өлшемдерді шектейді. DED технологиясы негізінен не істеуге болатынын және оның қаншалықты жақсы жұмыс істейтінін өзгертеді.
Неліктен өңдеу құрамнан гөрі маңыздырақ
-тің құрамы Инконел 625 — шамамен 58% никель, 20–23% хром, 8–10% молибден және 3,15–4,15% ниобий — стандартпен белгіленген. Алайда, микрқұрылым әлдеқайда өзгереді, ал микрқұрылым механикалық қасиеттерді анықтайды. Дәстүрлі кокильдік балқытуда баяу қатаяру бірнеше миллиметр ұзындығы бар қалың бағаналы дәндер мен айқын кристаллографиялық текстураны тудырады. DED өңдеу кезінде қатаяру минуттар емес, секундтар ішінде жүреді, сондықтан толығымен өзгеше дән құрылымы пайда болады — бірақ нақты құрылым баспа жолының стратегиясына күшті тәуелді.
Дәстүрлі DED әдісі — әрбір қабатты бір бағытта (0° стратегиясы) жағу — предшествующий қабаттан эпитаксиалды түрде өсетін бағаналы дәндерді құрады, олар <001> кристаллографиялық текстураны құрайды. Бұл текстура механикалық қасиеттердің анизотроптылығын туғызады: беріктік пен пластикалықтың бағаналы дәндер бағытына параллель немесе перпендикуляр бағытта жүк қолданылған кезде өзгеруі. Көпосыстық керілулерге ұшырайтын бөлшектер — бұл шынымендегі барлық инженерлік қолданыстарды сипаттайды — үшін бұл анизотроптылық тілекті емес.
Баспа жолының дизайны қасиеттерді қалай түрлендіреді
ENIGMA-NOVA зерттеу тобы анықтаған жаңалық – әрбір келесі қабаттың тұнбаға түсу бағытын 90°-қа бұру. Құралдың қозғалыс траекториясын өзгертуге арналған бұл қарапайым өзгеріс металлургиялық тұрғыдан терең салдарларға әкеледі. Әрбір қабат келесі қабатқа перпендикуляр түрде тұнбаға түскен кезде бағаналы дәндердің бірнеше қабат бойынша әрі қарай өсуі тоқтатылады. Жаңа қабат өзінің кристаллографиялық бағыты басқа болатын бетке қатаяды, ал алдыңғы қабаттың бетінің қайтадан балқуы эквиденс дәндерінің пайда болуын қолдайтын жаңа нуклеация орындарын қамтамасыз етеді.
Пайда болған микроСтруктураның Инконел 625 бұл әдеттегі DED өңдеуінің бағаналы құрылымынан едәуір ерекшеленеді. Орташа түйір өлшемдері жүздей микрометр ұзындығы бар созылған бағаналардан ұзындығы шамамен 527 мкм, ені 172 мкм (ұзындық пен енінің қатынасы 3,06) болатын біркелкі түйірлерге ауысады. Түйірлердің өлшемі 37 мкм болатын ірі түйірсіз аймақтар қабаттар арасындағы шекараларда пайда болады. Бұл жақсартылған, шамамен изотропты түйір құрылымы әдеттегі DED өңдеуімен алынған материалдардың беріктігін бағытты түрде өзгертуін болдырмақшы болады.
Механикалық қасиеттердің жақсаруы маңызды. 90° бағыттағы қалыпты температурадағы созылу сынағы Инконел 625 401 ± 12 МПа-ға тең әлсіздену шегін, 724 ± 5 МПа-ға тең соңғы тартылу беріктігін және 57 ± 5% -ке тең созылуын көрсетеді. Бұл мәндер дәстүрлі қыздырып дайындалған Inconel 625 қорытпасымен салыстырғанда тиімді болып табылады, оның әлсіздену шегі әдетте 350–415 МПа, ал тартылу беріктігі 690–760 МПа құрайды. DED әдісімен алынған материалдың пластиктылық-беріктік көбейтіндісі — яғни беріктік пен эластиктықтың біріктірілген көрсеткіші — 41,3 ГПа*%-ға жетеді, бұл көрсеткіш дәстүрлі қыздырып дайындалған материал үшін типтік 32,1 ГПа*%-дан әлдеқайда жоғары.
Жоғары температурада жұмыс істеу
Инконел 625 жоғары температурада пайдалануға арналған, ал DED әдісімен өңделген материал 400–850°C температуралық ауқымында өзінің артықшылығын сақтайды. Беріктік көрсеткіштері бұл ауқымда дәстүрлі құйма қорытпалардың көрсеткіштерінен тұрақты түрде жоғары болады. Созылу 700°C-тан төмен температурада жоғары деңгейде қалады, ал осы температурадан жоғарыда оның незначительное төмендеуі байқалады. Сыну режимі 600°C-та ішкі түйірлі қуыс сынуы (пластикалық сыну) тәрізді 850°C-та аралас сыну режиміне ауысады — бұл қорытпаның қолданылуына арналған жоғары температурадағы қолданылатын температуралық ауқымға сәйкес келетін қасиет.
DED-те қабатар арасындағы шекаралар Инконел 625 — кез келген қосымша өндірілген материал үшін потенциалды түрде қауіпті фактор — таңқалдырарлықтай бүтіндікке ие. Микроскопиялық талдау деформацияның туғызған сынуының әрқашан құрылым ішіндегі дәндерде, қабаттар арасындағы шекараларда емес, пайда болатынын көрсетеді. Шекараларда ешқандай тауға жиналуы бақыланбайды, бұл жағдай жағынан салынған қабаттар арасындағы байланыс толық металлургиялық сипатқа ие екендігін және құрылымдық әлсіздікті білдірмейтінін растайды.
Жиі қойылатын сұрақтар
DED Inconel 625-тің механикалық қасиеттерін қалай жақсартады?
DED-тің жылдам қатаяюы (10³–10⁵ °C/секунд) тұқымды микроқұрылымды қалыптастырады. Оны 90°-тық қабатар арасындағы траектория ауысуымен қосып қарастырғанда, бағаналы дән құрылымы шамамен теңқабырғалы дәндерге айналады, ол бағытты қасиеттердің өзгеруін жояды. Нәтижесінде 401 МПа-ға тең аққыштық шегі, 724 МПа-ға тең созылу беріктігі және 57% созылу қабілеті алынады — бұл көрсеткіштер дәстүрлі ыстық дөңгелектелген Inconel 625-ке қарағанда беріктік пен созылу қабілетінің үйлесімі бойынша жоғарылауын көрсетеді.
Баспа траекториясының ауысуы дегеніміз не және ол Inconel 625 үшін неге маңызды?
Басылған траекторияны ауыстыру әрбір келесі қабат арасында шашырату бағытын 90°-қа бұрады. Бұл барлық қабаттар бірдей бағытта шашыратылған кезде пайда болатын эпитаксиал бағаналы дәндердің өсуін тоқтатады. Алдыңғы қабаттың қайта балқытылған беті жаңа нуклеация орындарын қамтамасыз етеді, сондықтан тең қабырғалы дәндердің пайда болуына әсер етеді және бағаналы микрқұрылымдардың туғызатын анизотропты механикалық қасиеттерді жояды.
DED Inconel 625 материалының қасиеттері дәстүрлі әдіспен өндірілген материалмен салыстырғанда қандай?
Оңтайландырылған 90°-тық траектория ауыстыруы бар DED Inconel 625 материалының пластиктылық-беріктік көбейтіндісі 41,3 ГПа*% құрайды, ал ыстық дәнекерленген материал үшін бұл көрсеткіш 32,1 ГПа*% құрайды. Бұл беріктік пен тұрақтылықтың жоғары деңгейін көрсетеді. Тез қатаятын кезде қалыптасқан ірі дәнсіз микрқұрылым механикалық қасиеттердің толық жиынтығы бойынша өндірілетін материалдың талаптарын қанағаттандыратын немесе олардан асып түсетін қасиеттерге әкеледі.
DED Inconel 625 материалы жоғары температурада беріктігін сақтай ма?
Иә. DED Inconel 625 400°C-тан 850°C-қа дейінгі ауқымда дәстүрлі көкіртті қорытпаларға қарағанда жоғары беріктік көрсетеді. Созылғыштығы 700°C-тан төмен температурада тұрақты қалады, ал осы температурадан жоғарыда орташа түрде азаяды. Материал 600°C пен 850°C арасында серпімділіктен қосымша сынық түріне ауысады, бұл никель негізіндегі суперқорытпалардың осы жұмыс ауқымындағы күтілетін жоғары температурадағы әрекетіне сәйкес келеді.
DED қабаттары арасындағы шекаралар Inconel 625 үшін әлсіз орын бола ма?
Жоқ. Микроскопиялық талдау DED Inconel 625-тегі сынықтың қабаттар арасында емес, кристалл ішінде пайда болатынын растайды. Қабаттар шекарасында керілу концентрациясы бақыланбайды. Келесі қабаттың жағынан алдыңғы қабаттың бетінің қайта балқуы толық металлургиялық байланыс тудырады, сонымен қатар шекаралық аймақтар массалық депозит материалдан құрылымдық тұрғыдан ажыратылмайды.
DED Inconel 625-ті шығарылғаннан кейін жылумен өңдеуге бола ма?
Иә. DED Inconel 625 қоспаның стандартты жылумен өңдеу талаптарына сәйкес ерітіндіде шығару мен кептіру өңдеулерін өткізуге болады. Тұнбаға шығарудан кейінгі жылумен өңдеу депозиция кезінде жылулық циклдан туындаған қалдық керілулерді жояды және микрорелікті одан әрі біркелей етуге мүмкіндік береді. Нақты жылумен өңдеу циклы пайдалану шарттарына байланысты — керілулерді жою үшін 870°C-та, ерітіндіде шығару үшін 980–1150°C-та немесе жоғары температурада максималды қасиеттер алу үшін толық ерітіндіде шығару мен кептіру.