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首頁 > 資訊中心青島3D打印服務(wù)低溫深冷處理激光增材制造高熵合金拉伸性能和各向異性的優(yōu)化
發(fā)布時間：2024-07-13
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分布以及在不同方向變形時構(gòu)建的變形進(jìn)行合理化的。討論了這些結(jié)果在采用DCT加強LMD制造的HEA組件的背景下的含義。
等原子CrMnFeCoNi合金，也被稱為Cantor合金，是一種單相面心立方高熵合金(HEA)，由于其在77 K時優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和機械性能，具有用于低溫結(jié)構(gòu)應(yīng)用的潛力。然而在室溫下，CrMnFeCoNi的屈服強度僅為~215 MPa，但它的應(yīng)變硬化顯著，極限抗拉強度為~500 MPa。一些提高HEA屈服強度的嘗試取得了適度的成功，因為其強度的增加伴隨著延性的急劇下降。
為了避免這種合金的強度-延性平衡，已經(jīng)設(shè)想了促進(jìn)位錯增殖和阻礙其運動的微觀結(jié)構(gòu)剪裁。其中一些定制策略包括在固溶體基質(zhì)中分散納米沉淀物，晶粒細(xì)化，納米孿晶的原位成核和通過預(yù)變形處理構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)。在這些方法中，在HEA中原位成核納米孿晶被認(rèn)為是最有效的策略，因為原位成核納米孿晶的相干邊界不會在變形過程中在材料中產(chǎn)生應(yīng)變不均勻性。相比之下，在其他裁剪策略中形成的非相干晶界和相界具有相對較低的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性。原位成核納米孿晶作為位錯滑移的有效屏障，并在塑性變形過程中觸發(fā)進(jìn)一步的孿晶，從而顯著增強HEA而不影響其延展性。此外，孿晶的形核還會使晶體局部重新定向，促進(jìn)更強烈的位錯相互作用，從而促進(jìn)均勻變形，防止應(yīng)變局部化。
為了解決上述所有問題，大連交通大學(xué)呂云卓教授團隊研究了LMD制備的CrMnFeCoNi在制備和DCT處理條件下的微觀組織演變和力學(xué)行為。用不同的激光功率制造構(gòu)件，并測量產(chǎn)生的殘余應(yīng)力分布。然后，研究了DCT循環(huán)對殘余應(yīng)力分布和缺陷密度的影響。此外，通過執(zhí)行拉伸測試，在構(gòu)建和DCT處理條件下，沿著構(gòu)建和掃描方向(BD和SD)評估構(gòu)建的機械性能。結(jié)果表明，在中等激光功率為1400 W的情況下，在DCT處理后，可以獲得最佳的殘余應(yīng)力分布，在不損失延性的情況下，可以提供最大的強度增強。此外，HEA的強度，無論在哪個方向測量，在12次DCT循環(huán)后飽和到最大值。此外，沿SD的強度和延展性比沿BD的高。這些結(jié)果是基于觀察到的缺陷密度隨應(yīng)變的變化而合理的。最后，詳細(xì)討論了導(dǎo)致材料力學(xué)性能各向異性以及強度和延性同時提高的潛在機制。
相關(guān)研究成果以“Optimization of tensile properties and anisotropy in a cryogenically treated laser additively manufactured high entropy alloy ”發(fā)表在International Journal of Plasticity上
鏈接：
https://www.sciencedirect.com/sc ... 24001426?via%3Dihub
LMD過程的示意圖如圖1(A)所示。建筑在尺寸為60 × 60 × 30 mm3的AISI 1045基板上制造。在進(jìn)行LMD之前，將基材研磨并在乙醇中進(jìn)行超聲波清洗。構(gòu)建的激光功率為1100,1400,1700,2000和2300w。激光光斑尺寸為~3 mm，進(jìn)給速度為~12 g/min，掃描速度為~600 mm/min。此外，艙口重疊和層厚分別為30%和0.5 mm。這些參數(shù)是在先前的研究中確定的，并且被認(rèn)為適用于獲得無缺陷，低孔隙率(密度> 99%)的合金構(gòu)建。最后，為了最大限度地減少氧氣吸收，在LMD期間要清除氬氣。使用氧氣分析儀進(jìn)行的測量證實，建筑中的氧氣濃度低于10ppm。
(e) 2300 W的CrMnFeCoNi HEAs在BD × SD平面上的殘余應(yīng)力圖及其(f)沿構(gòu)建高度的平均殘余應(yīng)力分布圖。
(e) 1400W- dct20各建筑的殘余應(yīng)力分布圖及其(f)平均殘余應(yīng)力隨建筑高度的變化曲線。
(e) 2300W- dct15各建筑的殘余應(yīng)力分布圖及其(f)平均殘余應(yīng)力隨建筑高度的變化曲線。
(d)-(f) 1400W- dct4， (g)-(i) 1400W- dct10， (j)-(l) 1400W- dct15。
這些圖像是從構(gòu)建的底部，中間和頂部部分獲得的，它們分別位于距離基板1,5和9mm的高度，沿著SD-TD平面的BD。在建造狀態(tài)下，在建造的所有三個位置，微觀結(jié)構(gòu)都由面心立方(FCC)柱狀晶粒組成，其長軸平行于BD，這些晶粒在建造的底部，中部和頂部的平均長度分別為139±9μm, 135±7μm和130±11μm。柱狀晶粒長徑比分別為1.93、1.66和1.24。
等原子CrMnFeCoNi合金，也被稱為Cantor合金，是一種單相面心立方高熵合金(HEA)，由于其在77 K時優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和機械性能，具有用于低溫結(jié)構(gòu)應(yīng)用的潛力。然而在室溫下，CrMnFeCoNi的屈服強度僅為~215 MPa，但它的應(yīng)變硬化顯著，極限抗拉強度為~500 MPa。一些提高HEA屈服強度的嘗試取得了適度的成功，因為其強度的增加伴隨著延性的急劇下降。
為了避免這種合金的強度-延性平衡，已經(jīng)設(shè)想了促進(jìn)位錯增殖和阻礙其運動的微觀結(jié)構(gòu)剪裁。其中一些定制策略包括在固溶體基質(zhì)中分散納米沉淀物，晶粒細(xì)化，納米孿晶的原位成核和通過預(yù)變形處理構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)。在這些方法中，在HEA中原位成核納米孿晶被認(rèn)為是最有效的策略，因為原位成核納米孿晶的相干邊界不會在變形過程中在材料中產(chǎn)生應(yīng)變不均勻性。相比之下，在其他裁剪策略中形成的非相干晶界和相界具有相對較低的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性。原位成核納米孿晶作為位錯滑移的有效屏障，并在塑性變形過程中觸發(fā)進(jìn)一步的孿晶，從而顯著增強HEA而不影響其延展性。此外，孿晶的形核還會使晶體局部重新定向，促進(jìn)更強烈的位錯相互作用，從而促進(jìn)均勻變形，防止應(yīng)變局部化。
為了解決上述所有問題，大連交通大學(xué)呂云卓教授團隊研究了LMD制備的CrMnFeCoNi在制備和DCT處理條件下的微觀組織演變和力學(xué)行為。用不同的激光功率制造構(gòu)件，并測量產(chǎn)生的殘余應(yīng)力分布。然后，研究了DCT循環(huán)對殘余應(yīng)力分布和缺陷密度的影響。此外，通過執(zhí)行拉伸測試，在構(gòu)建和DCT處理條件下，沿著構(gòu)建和掃描方向(BD和SD)評估構(gòu)建的機械性能。結(jié)果表明，在中等激光功率為1400 W的情況下，在DCT處理后，可以獲得最佳的殘余應(yīng)力分布，在不損失延性的情況下，可以提供最大的強度增強。此外，HEA的強度，無論在哪個方向測量，在12次DCT循環(huán)后飽和到最大值。此外，沿SD的強度和延展性比沿BD的高。這些結(jié)果是基于觀察到的缺陷密度隨應(yīng)變的變化而合理的。最后，詳細(xì)討論了導(dǎo)致材料力學(xué)性能各向異性以及強度和延性同時提高的潛在機制。
相關(guān)研究成果以“Optimization of tensile properties and anisotropy in a cryogenically treated laser additively manufactured high entropy alloy ”發(fā)表在International Journal of Plasticity上
鏈接：
https://www.sciencedirect.com/sc ... 24001426?via%3Dihub
圖1(A) LMD (b) DCT處理過程(c)拉伸試樣的取向示意圖。
LMD過程的示意圖如圖1(A)所示。建筑在尺寸為60 × 60 × 30 mm3的AISI 1045基板上制造。在進(jìn)行LMD之前，將基材研磨并在乙醇中進(jìn)行超聲波清洗。構(gòu)建的激光功率為1100,1400,1700,2000和2300w。激光光斑尺寸為~3 mm，進(jìn)給速度為~12 g/min，掃描速度為~600 mm/min。此外，艙口重疊和層厚分別為30%和0.5 mm。這些參數(shù)是在先前的研究中確定的，并且被認(rèn)為適用于獲得無缺陷，低孔隙率(密度> 99%)的合金構(gòu)建。最后，為了最大限度地減少氧氣吸收，在LMD期間要清除氬氣。使用氧氣分析儀進(jìn)行的測量證實，建筑中的氧氣濃度低于10ppm。
圖2激光功率為(a) 1100 W， (b) 1400 W， (c) 1700 W， (d) 2000 W，
(e) 2300 W的CrMnFeCoNi HEAs在BD × SD平面上的殘余應(yīng)力圖及其(f)沿構(gòu)建高度的平均殘余應(yīng)力分布圖。
圖3(a)已建(1400W)、(b) 1400W- dct4、(c) 1400W- dct10、(d) 1400W- dct12、
(e) 1400W- dct20各建筑的殘余應(yīng)力分布圖及其(f)平均殘余應(yīng)力隨建筑高度的變化曲線。
圖4(a)已建建筑(2300W)、(b) 2300W- dct4、(c) 2300W- dct10、(d) 2300W- dct12、
(e) 2300W- dct15各建筑的殘余應(yīng)力分布圖及其(f)平均殘余應(yīng)力隨建筑高度的變化曲線。
圖5 LMD底部、中部和頂部的代表性微結(jié)構(gòu)(在SD × TD平面上)(a)-(c)建造(1400W)，
(d)-(f) 1400W- dct4， (g)-(i) 1400W- dct10， (j)-(l) 1400W- dct15。
這些圖像是從構(gòu)建的底部，中間和頂部部分獲得的，它們分別位于距離基板1,5和9mm的高度，沿著SD-TD平面的BD。在建造狀態(tài)下，在建造的所有三個位置，微觀結(jié)構(gòu)都由面心立方(FCC)柱狀晶粒組成，其長軸平行于BD，這些晶粒在建造的底部，中部和頂部的平均長度分別為139±9μm, 135±7μm和130±11μm。柱狀晶粒長徑比分別為1.93、1.66和1.24。