01 Introduzione al documento
Le leghe ad alta-temperatura-a base di nichel, come materiali utilizzati in ambienti estremi, mostrano una deformazione complessa e non{2}}uniforme alle alte temperature a causa dell'eterogeneità delle microstrutture nella zona di fusione (FZ), nella zona-influenzata dal calore (HAZ) e nel materiale di base (BM) delle strutture saldate al laser-, influenzando la capacità di carico-portante e la durata di servizio dei componenti. I metodi di test tradizionali hanno difficoltà a misurare con precisione le proprietà meccaniche e non sono in grado di prevedere con precisione la deformazione ad alta-temperatura. Per affrontare questa sfida, questo studio adotta un approccio collaborativo di caratterizzazione e modellazione multi-scala, concentrandosi sull'eterogeneità delle proprietà delle micro-zone nei giunti saldati al laser-. Integrando tecniche di test di nanoindentazione, simulazione degli elementi finiti (FE) e correlazione dell'immagine digitale (DIC), è stato stabilito un metodo per prevedere la deformazione termica non-uniforme nell'intervallo di temperature di 20-800 gradi.
02 Panoramica del testo completo
Questo studio utilizza la superlega a base di nichel- GH3536 come materiale sperimentale per condurre la caratterizzazione e la modellazione del comportamento eterogeneo della deformazione termica dei giunti saldati al laser-. Integrando nanoindentazione, simulazione FE e tecniche di test DIC, combinati con il modello di durezza (modello Ludwig) e il metodo di identificazione dei parametri adimensionali, studia le proprietà micro-meccaniche e i modelli di deformazione di FZ, HAZ e BM nell'intervallo di temperatura di 20-800 gradi. I risultati sperimentali dimostrano che questo metodo multi-scala può ottenere con precisione i parametri meccanici di ciascuna micro-regione, con un errore massimo di resistenza allo snervamento di solo il 9,8% rispetto ai risultati dei test DIC; a 800 gradi, la deviazione della deformazione non-uniforme di un provino di trazione FZ largo 3,0 mm raggiunge il 67%. L'applicazione di questo modello ai test di flessione dell'estremità delle piastre e dei giunti a T-ha verificato l'influenza delle proprietà locali sulle prestazioni alle alte-temperature, spiegando la correlazione intrinseca tra l'eterogeneità strutturale della micro-regione e il comportamento deformativo. Questo studio chiarisce i meccanismi principali della deformazione eterogenea nei giunti saldati in leghe ad alta
Figura 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, e che un aumento della temperatura aggrava questa eterogeneità. A 500 gradi, la curva mostra fluttuazioni seghettate corrispondenti all'effetto Portevin-Le Chatelier (PLC), un fenomeno di instabilità plastica causato dalla deformazione dinamica durante la deformazione plastica delle leghe ad alta-temperatura a base di nichel-.
Figura 1. Curve P-h dei test di indentazione in varie regioni a diverse temperature: (a) 20 gradi; (b) 300 gradi; (c) 500 gradi; (d) 800 gradi
La Figura 2 mostra il test di trazione DIC dei giunti in lega ad alta temperatura-saldati al laser GH3536 a 20 gradi, indicando che la FZ ha le proprietà meccaniche più deboli, con una deformazione di 0,544 a 350 s, seguita dalla HAZ, mentre la BM si deforma meno, presentando visivamente la deformazione non-uniforme causata dalle prestazioni della micro-regione eterogeneità. La curva di prova DIC corrisponde alla curva dell'estensimetro, confermando l'accuratezza e l'affidabilità della tecnica DIC nella caratterizzazione della deformazione locale dei giunti saldati.
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 a tutte le temperature, e l'aumento della temperatura esacerba questa deformazione non-uniforme; le curve di simulazione FE corrispondono strettamente alle curve sperimentali, con un errore di resistenza allo snervamento massimo di solo 9,8%, convalidando l'accuratezza dell'inversione della nanoindentazione più il modello Ludwick modificato e fornendo un supporto affidabile per prevedere le prestazioni del servizio ad alta-temperatura e ottimizzare i processi di saldatura.
La Figura 4 presenta le mappe dei contorni della deformazione plastica equivalente a 20 gradi per giunti in lega ad alta temperatura-saldati al laser-GH3536 con diverse larghezze FZ. I risultati indicano che la FZ è sempre una regione di deformazione concentrata a tutte le temperature. Con una larghezza FZ di 3,0 mm, la deformazione non-uniforme è significativa, con una deviazione del 68% dalla deformazione uniforme a 800 gradi e questa deviazione aumenta con la temperatura. L'influenza dell'ampiezza della FZ sull'uniformità della deformazione mostra un andamento non lineare prima in aumento e poi in diminuzione. A 1,5 mm, la non-uniformità della deformazione è più debole a causa dei forti vincoli del materiale di base, mentre a 4,5 mm e 6,0 mm è più debole a causa della ridistribuzione dello stress. È chiaro che 3,0 mm è una larghezza critica da evitare, poiché fornisce una guida fondamentale per ottimizzare i parametri del processo di saldatura.
