DED ប៉ះពាល់ដល់សមត្ថភាពរបស់វត្ថុធាតុ Inconel 625 យ៉ាងដូចម្តេច?

របៀបដែល DED ប៉ះពាល់ដល់សមត្ថភាពរបស់វត្ថុធាតុ Inconel 625

គម្រោងស្រាវជ្រាវរួមរវាង ENIGMA និង សាកលវិទ្យាល័យ NOVA Lisbon ដែលបានបោះពុម្ពក្នុងវារសារ Materials Research Letters បានសិក្សាដោយប្រពៃណីអំពីរបៀបដែលការរចនាផ្លូវបោះពុម្ពប៉ះពាល់ដល់រចនាសម្ព័ន្ធមីក្រូ និងលក្ខណៈមេកានិករបស់ Inconel 625 ដែលបានផលិតដោយប្រើវិធីសាស្ត្រ DED Inconel 625 ការស្វែងរកបានបញ្ជាក់អ្វីដែលវិស្វករដំណាំបានសង្កេតឃើញតាមរយៈការសាកល្បង៖ យុទ្ធសាស្ត្រការផ្លាស់ប្តូរផ្លូវរវាងស្រទាប់ ៩០° បំប្លែងរចនាសម្ព័ន្ធស្លាប់របស់អាល័យយ៍ពីស្លាប់ដែលមានទិសដៅជាក់ស្តែងទៅជាស្លាប់ដែលមានរាងស្ទើរតែស្មើគ្នា បង្កើតបាននូវស្ថេរភាពការទប់ទល់ ៤០១ MPa ស្ថេរភាពការទប់ទល់អតិបរមា ៧២៤ MPa និងការយ៉ាងបាន ៥៧% — ការរួមបញ្ចូលគ្នារវាងស្ថេរភាព និងភាពអាចបន្លាយបាន ដែលល្អជាង Inconel 625 ដែលបានផលិតតាមវិធីរាយក្តៅប៉ុណ្ណោះ។

Inconel 625 គឺជាអាល័យយ៍សុបេរីដែលផ្អែកលើនីកែល ដែលមានការគោរពខ្ពស់សម្រាប់លក្ខណៈរបស់វាដូចជា ស្ថេរភាពនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ ភាពធន់ទ្រាំនឹងការឆ្លុះ និងសមត្ថភាពការភ្ជាប់។ ប៉ុន្តែវិធីផលិតបែបបុរាណ — ដែលរួមបញ្ចូលការរលាយដោយប្រើការធ្វើអោយអស់ខ្យល់ បន្ទាប់មកធ្វើការរាយក្តៅ — បានកំណត់ទំហំ និងរូបរាងដែលអាចផលិតបានដោយសេដ្ឋកិច្ច។ DED ផ្លាស់ប្តូរយ៉ាងសំខាន់ទាំងអស់អំពីអ្វីដែលអាចផលិតបាន និងប្រសិទ្ធភាពដែលវាអាចសម្រេចបាន។

ហេតុអ្វីបានជាវិធីសាស្ត្រដំណាំសំខាន់ជាងសមាសភាព

សមាសភាពរបស់ Inconel 625 ប្រហែល 58% នីកល, 20-23% គ្រូម, 8-10% ម៉ូលីបឌិន, និង 3.15-4.15% នីយ៉ូប៊ីម ត្រូវបានកំណត់ដោយលក្ខណៈសម្បត្តិ។ អ្វីដែលប្រែប្រួលយ៉ាងខ្លាំង គឺតំបន់តំបន់តំបន់ តូចតាច ហើយតំបន់តំបន់តំបន់ តូចតាចនេះកំណត់លក្ខណៈសម្បត្តិម៉ាស៊ីន។ នៅក្នុងការបោះពុម្ពប្រពៃណី, ការរឹងរូសលឿនផលិតគ្រាប់គ្រាប់ទំហំទទឹងទទឹងជាច្រើនមីលីម៉ែត្រដែលមានរូបរាងស្ករដែលចម្លែក។ នៅក្នុងការប្រតិបត្តិការ DED ការរឹងមានកើតឡើងក្នុងរយៈពេលពីរវិនាទីជាងនាទី ដោយផលិតនូវរចនាសម្ព័ន្ធគ្រាប់ដែលខុសគ្នាពីមូលដ្ឋាន ប៉ុន្តែរចនាសម្ព័ន្ធជាក់លាក់អាស្រ័យលើយុទ្ធសាស្ត្រនៃផ្លូវការបោះពុម្ព។

វិធីសាស្រ្ត DED បែបប្រពៃណី — ដែលដាក់បញ្ចូលគ្រប់ស្រទាប់តាមផ្លូវដែលមានទិសដៅដូចគ្នា (យុទ្ធសាស្រ្ត ០°) — បង្កើតជាប៉ុកគ្រឿសដែលរីកលូតលាស់តាមរយៈការរីកលូតលាស់ប៉ះទង្វាត់ពីស្រទាប់មុន ហើយបង្កើតជាប្រភេទអំបែងផ្ទៃ <001> ដែលមានទិសដៅច្បាស់លាស់។ ប្រភេទអំបែងផ្ទៃនេះបណ្តាលឱ្យមានលក្ខណៈយន្តសាស្រ្តដែលមិនស្មើគ្នា៖ ភាពរឹង និងភាពអាចបត់បែនបាន ដែលប្រែប្រួលអាស្រ័យលើទិសដៅនៃការប៉ះទង្វាត់ ទោះបើការប៉ះទង្វាត់ត្រូវបានអនុវត្តទៅតាមទិសដៅស្រប ឬកែងនឹងទិសដៅនៃប៉ុកគ្រឿសដែលរីកលូតលាស់ជាស្តៅ។ សម្រាប់ផ្នែកដែលទទួលរងការប៉ះទង្វាត់ច្រើនទិស — ដែលជាការពិពណ៌នាអំពីការអនុវត្តវិស្វកម្មជាក់ស្តែងអស់ទាំងអស់ — លក្ខណៈមិនស្មើគ្នានេះគឺមិនចង់បាន។

របៀបដែលការរចនាផ្លូវបោះពុម្ពផ្លាស់ប្តូរលក្ខណៈ

ការរកឃើញដែលមានសារៈសំខាន់ ដែលបានកំណត់ដោយក្រុមស្រាវជ្រាវ ENIGMA-NOVA គឺពាក់ព័ន្ធនឹងការបង្វិលផ្លូវដែលធ្វើការដាក់បន្ថែម (deposition path) ចំនួន ៩០° រវាងស្រទាប់នីមួយៗ។ ការផ្លាស់ប្តូរសាមញ្ញនេះនៅក្នុងយុទ្ធសាស្ត្រផ្លូវប្រើឧបករណ៍ បណ្តាលឱ្យមានផលប៉ះពាល់យ៉ាងធ្ងន់ធ្ងរលើផ្នែកវិទ្យាសាស្ត្រអំពីលោហៈ។ នៅពេលដែលស្រទាប់នីមួយៗត្រូវបានដាក់បន្ថែមដោយកំណត់ជាមួយស្រទាប់មុននៅក្នុងទិសដែលកែងគ្នា ការ perturbation នៃការលូតលាស់គ្រាប់ឬស្សី (columnar grain growth) ដែលអាចបន្តឆ្លងកាត់ស្រទាប់ជាច្រើន ត្រូវបានប៉ះពាល់។ ស្រទាប់ថ្មីត្រូវបានរឹងឡើងលើផ្ទៃដែលមានទិសដៅផ្ទៃក្នុង (crystallographic orientation) ផ្សេងៗ ហើយការរលាយឡើងវិញនៃផ្ទៃស្រទាប់មុនផ្តល់នូវទីតាំងចាប់ផ្តើម (nucleation sites) ថ្មីៗ ដែលជំរុញឱ្យមានការបង្កើតគ្រាប់ឬស្សីដែលមានរាងស្មើគ្នា (equiaxed grain formation)។

រចនាសម្ព័ន្ធមីក្រូ (microstructure) ដែលបានបង្កើតឡើង Inconel 625 ខុសគ្នាប៉ុន្មានពីរចនាសម្ព័ន្ធជួរឈរនៃដំណាំ DED បែបប្រក្រតី។ ទំហំគ្រាប់ធំជាមធ្យមផ្លាស់ប្តូរពីជួរឈរវែងៗដែលមានប្រវែងរាប់រយម៉ីក្រូម៉ែត្រ ទៅជាគ្រាប់ដែលមានរាងស្មើគ្នាក្នុងគ្រប់ទិសដែលមានប្រវែងប្រហែល ៥២៧ ម៉ីក្រូម៉ែត្រ និងទទឹង ១៧២ ម៉ីក្រូម៉ែត្រ (សមាមាត្រទទឹង/ប្រវែង = ៣,០៦)។ តំបន់ដែលមានគ្រាប់តូចៗដែលមានទំហំគ្រាប់ ៣៧ ម៉ីក្រូម៉ែត្រ បង្កើតឡើងនៅតាមផ្ទៃប៉ះគ្នារវាងស្រទាប់។ រចនាសម្ព័ន្ធគ្រាប់ដែលបានបង្កើនភាពបរិសុទ្ធ និងអាចចាត់ទុកបានថាស្មើគ្នាក្នុងគ្រប់ទិសនេះ បានលុបបំបាក់នូវការប្រែប្រួលភាពរឹងមាំតាមទិសដែលជាបញ្ហាបាក់បែកនៅក្នុងវស្តុធាតុ DED ដែលបានដំណាំតាមវិធីបែបប្រក្រតី។

ការកើនឡើងនៃលក្ខណៈយន្តសាស្ត្រគឺមានសារៈសំខាន់ណាស់។ ការសាកល្បងការទាញនៅសីតុណ្ហភាពបរិយាកាសលើផ្លូវ ៩០° Inconel 625 បង្ហាញពីស្ថេរភាពការទប់ទល់នឹងការខូច (yield strength) 401 ± 12 MPa ស្ថេរភាពការទប់ទល់នឹងការដាក់បន្ទុកអតិបរមា (ultimate tensile strength) 724 ± 5 MPa និងភាពយឺត (elongation) 57 ± 5%។ តម្លៃទាំងនេះប្រៀបធៀបបានល្អជាមួយ Inconel 625 ដែលបានផលិតតាមវិធីរំលាយក្តៅ (hot-rolled) បែបប្រពៃណី ដែលជាទូទៅមានស្ថេរភាពការទប់ទល់នឹងការខូចចន្លោះ 350–415 MPa និងស្ថេរភាពការទប់ទល់នឹងការដាក់បន្ទុកអតិបរមា 690–760 MPa។ ផលគុណរវាងភាពយឺតនិងស្ថេរភាព (plasticity-strength product) របស់សម្ភារៈដែលបានផលិតតាមវិធី DED — ដែលជាការវាស់ការរួមបញ្ចូលគ្នារវាងស្ថេរភាព និងភាពយឺត — ឈានដល់ 41.3 GPa*% ដែលខ្ពស់ជាងច្បាស់ល្បាស់នូវតម្លៃ 32.1 GPa*% ដែលជាទូទៅសម្រាប់សម្ភារៈដែលបានផលិតតាមវិធីរំលាយក្តៅ។

លទ្ធផលក្នុងស្ពាន់សំណើរខ្ពស់

Inconel 625 ត្រូវបានកំណត់សម្រាប់ការប្រើប្រាស់នៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ ហើយសម្ភារៈដែលបានផលិតតាមវិធី DED នៅតែរក្សាបាននូវអត្ថប្រយោជន៍របស់វាក្នុងជួរសីតុណ្ហភាព 400–850°C។ លក្ខណៈស្ថេរភាពរក្សាបាននូវតម្លៃខ្ពស់ជាងសម្ភារៈដែលបានផលិតតាមវិធី casting បែបប្រពៃណី throughout ជួរសីតុណ្ហភាពនេះ។ ភាពយឺតនៅតែខ្ពស់នៅក្រោមសីតុណ្ហភាព 700°C ហើយមានការថយចុះតិចតួចប៉ុណ្ណោះនៅលើសីតុណ្ហភាពនេះ។ រូបរាងនៃការបែកបែក (fracture mode) ផ្លាស់ប្តូរពីប្រភេទ ductile (ការបែកបែកបែប intergranular dimpled នៅ 600°C) ទៅប្រភេទ mixed-mode នៅ 850°C — ដែលជាបរិស្ថានដែលសមស្របនឹងការប្រើប្រាស់សម្រាប់ការងារនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់របស់សម្ភារៈនេះ។

ផ្ទៃប៉ះគ្នារវាងស្រទាប់នៅក្នុង DED Inconel 625 — ជាបញ្ហាដែលអាចកើតមានចំពោះវត្ថុដែលបានផលិតដោយវិធីបន្ថែម — បង្ហាញពីភាពរឹងមាំយ៉ាងគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍។ ការវិភាគក្រោមមីក្រូស្កុបបានបង្ហាញថា ការប៉ះទង្គិលដែលបណ្តាលមកពីការប៉ះទង្គិល កើតឡើងជាប្រក្រតីនៅក្នុងផ្នែកខាងក្នុងនៃគ្រាប់ផ្សារ មិនមែននៅតាមផ្ទៃប៉ះគ្នារវាងស្រទាប់ទេ។ គ្មានការប្រមុះស្ត្រេសត្រូវបានសង្កេតឃើញនៅតាមផ្ទៃប៉ះគ្នា ដែលបញ្ជាក់ថា ការភ្ជាប់គ្នារវាងស្រទាប់ដែលបានដាក់បញ្ចូលគឺពិតប្រាកដជាការភ្ជាប់ផ្សារគ្នាទាំងស្រុង ហើយមិនបង្ហាញពីភាពខ្សះខាតនៃរចនាសម្ព័ន្ធ។

សំណួរដែលត្រូវបានសួរប្រចាំ

DED ធ្វើឱ្យលក្ខណៈយន្តសាស្ត្ររបស់ Inconel 625 ប្រសើរឡើងយ៉ាងដូចម្តេច?

ការរឹងតាមរយៈ DED (10³-10⁵ °C/វិនាទី) បង្កើតឱ្យមានរចនាសម្ព័ន្ធគ្រាប់ផ្សារដែលមានទំហំតូចៗ។ នៅពេលប្រើរួមគ្នាជាមួយការផ្លាស់ប្តូរផ្លូវបោះពុម្ព 90° រចនាសម្ព័ន្ធគ្រាប់ផ្សារបែបជើងឈើ បានប្តូរទៅជាគ្រាប់ផ្សារដែលមានទម្រង់ស្ទើរតែស្មើគ្នាជុំវិញ ដែលបានលុបបំបាត់ការប្រែប្រួលលក្ខណៈយន្តសាស្ត្រតាមទិសដែលបានកំណត់។ លទ្ធផលគឺ កម្លាំងប៉ះទង្គិល 401 MPa កម្លាំងទាញ 724 MPa និងការប៉ះទង្គិល 57% — ដែលល្អជាង Inconel 625 ដែលបានរីកចម្រើនតាមវិធីរីកចម្រើនក្តៅធម្មតា ក្នុងការរួមបញ្ចូលគ្នារវាងកម្លាំងនិងភាពអាចប៉ះទង្គិលបាន។

ផ្លូវបោះពុម្ពគឺជាអ្វី ហើយហេតុអ្វីបានជាវាសំខាន់សម្រាប់ Inconel 625?

ការប្តូរផ្លូវបោះពុម្ពបង្វិលទិសដៅនៃការដាក់បញ្ចូលដោយ ៩០° រវាងស្រទាប់ជាប់គ្នា។ វាប៉ះពាល់ដល់ការ perturbation នៃការ perturbation នៃការលូតលាស់គ្រឿសដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធដូចគ្នាដែលកើតឡើងនៅពេលដែលស្រទាប់ទាំងអស់ត្រូវបានដាក់បញ្ចូលក្នុងទិសដៅតែមួយ។ ផ្ទៃដែលត្រូវបានរលាយឡើងវិញនៃស្រទាប់មុនផ្តល់ជាមូលដ្ឋានថ្មីសម្រាប់ការបង្កើតគ្រឿស ដែលជំរុញឱ្យមានការបង្កើតគ្រឿសដែលមានទំហំស្មើគ្នានិងកាត់បាត់លក្ខណៈមេកានិចដែលមានភាពខុសគ្នាក្នុងទិសដៅដែលបណ្តាលមកពីរចនាសម្ព័ន្ធគ្រឿសដែលមានទិសដៅតែមួយ។

លក្ខណៈរបស់ Inconel 625 ដែលផលិតដោយ DED ប្រៀបធៀបយ៉ាងដូចម្តេចជាមួយវត្ថុធាតុដែលផលិតតាមវិធីបុរាណ?

Inconel 625 ដែលផលិតដោយ DED ដែលបានប៉ះពាល់ដោយប្រើការប្តូរផ្លូវ ៩០° បានសម្រេចបានផលគុណនៃភាពអាចប៉ះពាល់និងភាពរឹង ៤១,៣ GPa*% បើធៀបនឹង ៣២,១ GPa*% សម្រាប់វត្ថុធាតុដែលបានរីកចម្រើនក្តៅ។ នេះបង្ហាញពីភាពប្រសើរជាងក្នុងការរួមបញ្ចូលគ្នានូវភាពរឹងនិងភាពអាចប៉ះពាល់។ រចនាសម្ព័ន្ធគ្រឿសដែលមានទំហំតូចដែលកើតឡើងក្នុងអំឡុងពេលការរឹងយ៉ាងឆាប់រហ័ស បានចូលរួមដល់តម្លៃលក្ខណៈដែលបំពេរ ឬលើសពីស្តង់ដាររបស់វត្ថុធាតុដែលបានរីកចម្រើន នៅលើសំណុំលក្ខណៈមេកានិចទាំងមូល។

តើ Inconel 625 ដែលផលិតដោយ DED រក្សាភាពរឹងនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ឬទេ?

បាទ។ DED Inconel 625 រក្សាបាននូវស្ថេរភាពដែលលើសពីសមាសធាតុគ្រាប់ចាក់ប៉ុណ្ណោះពី ៤០០°C ដល់ ៨៥០°C។ ភាពអាចបត់បែនបាននៅតែស្ថេរក្រោម ៧០០°C ហើយថយចុះបន្តិចៗនៅលើសសីតុណ្ហភាពនេះ។ សមាសធាតុនេះផ្លាស់ប្តូរពីភាពអាចបត់បែនបានទៅភាពប៉ះទង្គិលបានចំពោះគ្រប់ប្រភេទ (mixed-mode fracture) រវាង ៦០០°C និង ៨៥០°C ដែលសមស្របនឹងឥរិយាបថនៃសមាសធាតុស៊ុប៉ែរអាល័យយ៉ាងខ្ពស់ដែលផ្អែកលើនីកែល ក្នុងជួរសេវាកម្មនេះ។

តើផ្ទៃប៉ះទង្គិលរវាងស្រទាប់ DED ជាចំណុចខ្សះខាតសម្រាប់ Inconel 625 ឬទេ?

ទេ។ ការវិភាគក្រោមមីក្រូស្កុបបានបញ្ជាក់ថា ការប៉ះទង្គិលនៅលើ DED Inconel 625 កើតឡើងនៅក្នុងផ្នែកខាងក្នុងនៃគ្រាប់ (grain interiors) មិនមែននៅតាមផ្ទៃប៉ះទង្គិលរវាងស្រទាប់ទេ។ គ្មានការប្រមុះសារធាតុក្រោមស្ត្រេស (stress concentration) ត្រូវបានសង្កេតឃើញនៅតាមព្រំដែនស្រទាប់ទេ។ ការរលាយឡើងវិញនៃផ្ទៃស្រទាប់មុន ក្នុងអំឡុងពេលដាក់ស្រទាប់បន្ទាប់ បណ្តាលឱ្យមានការភ្ជាប់គ្រាប់គ្រាប់ (metallurgical bonding) ពេញលេញ ហើយតំបន់ផ្ទៃប៉ះទង្គិលមិនអាចបែងចែកបានពីសមាសធាតុដែលបានដាក់បានទាំងមូលទេ។

តើ DED Inconel 625 អាចឆ្លងកាត់ការព្យាបាលក្តៅបន្ទាប់ពីការដាក់បានឬទេ?

បាទ។ DED Inconel 625 អាចឆ្លងកាត់ដំណាំដែលមានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ និងការព្យាបាលដោយការចំហាយ (aging treatments) ដែលសอดคล้องជាមួយស្តង់ដារការព្យាបាលដោយការផ្តាច់កំដៅសម្រាប់សមាសធាតុនេះ។ ការព្យាបាលដោយការផ្តាច់កំដៅបន្ទាប់ពីការដាក់បញ្ចូល ជួយបន្ធាបស្ត្រេសសំណល់ដែលកើតឡើងពីការផ្លាស់ប្តូរសីតុណ្ហភាពក្នុងអំឡុងពេលដាក់បញ្ចូល ហើយអាចធ្វើឱ្យរចនាសម្ព័ន្ធមីក្រូស្កូបិកមានភាពស្មើគ្នាបន្ថែមទៀត។ វដ្តការព្យាបាលដោយការផ្តាច់កំដៅជាក់ស្តែង អាស្រ័យលើលក្ខខណ្ឌនៃការប្រើប្រាស់ — ការបន្ធាបស្ត្រេសនៅ 870°C, ការព្យាបាលដោយការផ្តាច់កំដៅសម្រាប់ដំណាំ (solution treatment) នៅ 980–1,150°C ឬការព្យាបាលដោយការផ្តាច់កំដៅសម្រាប់ដំណាំពេញលេញ និងការចំហាយ ដើម្បីទទួលបានលក្ខណៈល្អបំផុតសម្រាប់ការប្រើប្រាស់នៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់។