दिशात्मक ऊर्जा जमाव की तुलना में, कार्यात्मक रूप से वर्गीकृत सामग्रियों के निर्माण के लिए चयनात्मक लेजर पिघलने का कम अध्ययन किया गया है, और प्रसंस्करण के बाद की विंडो अस्पष्ट बनी हुई है।
हमारे शोधकर्ताओं ने 316L/IN718 कार्यात्मक रूप से वर्गीकृत सामग्री तैयार करने के लिए SLM तकनीक का उपयोग किया और चरण विकास और तन्य गुणों पर प्रतिनिधि गर्मी उपचार प्रक्रियाओं के प्रभावों का व्यवस्थित रूप से मूल्यांकन किया।
1.316L/IN718 कार्यात्मक रूप से वर्गीकृत सामग्रियों की SLM तैयारी
2. ताप उपचार प्रक्रिया
उपरोक्त आंकड़े के विश्लेषण के आधार पर, एक क्रमिक ताप उपचार योजना तैयार की गई थी। दो समाधान तापमान चुने गए: 980 डिग्री (समाधान तापमान से नीचे) और 1040 डिग्री (समाधान तापमान से ऊपर), दो उम्र बढ़ने की रणनीतियों के साथ संयुक्त: 720 डिग्री पर एकल उम्र बढ़ने और 720 डिग्री + 620 डिग्री पर दोहरी उम्र बढ़ने। इसके आधार पर, नियंत्रण प्रयोगों के पांच सेट स्थापित किए गए:
एडी समूह (जमा स्थिति): इसकी मूल तैयारी स्थिति में बनाए रखा गया;
HT1 समूह: 1 घंटे के लिए 1040 डिग्री समाधान उपचार (पानी शमन) + 720 8 घंटे के लिए डिग्री एकल उम्र बढ़ने (वायु शीतलन);
HT2 समूह: 1 घंटे के लिए 1040 डिग्री समाधान उपचार (पानी शमन) + 720 8 घंटे के लिए डिग्री उम्र बढ़ने के बाद 8 घंटे के लिए 620 डिग्री उम्र बढ़ने (भट्ठी ठंडा करना);
HT3 समूह: 1 घंटे के लिए 980 डिग्री समाधान उपचार (पानी शमन) + 720 8 घंटे के लिए डिग्री एकल उम्र बढ़ने (वायु शीतलन);
HT4 समूह: 1 घंटे के लिए 980 डिग्री समाधान उपचार (पानी शमन) 8 घंटे के लिए + 720 डिग्री एजिंग और उसके बाद 8 घंटे के लिए 620 डिग्री एजिंग (भट्ठी का ठंडा होना)।
3. ताप उपचार के बाद चरण परिवर्तन
अलग-अलग ताप उपचार स्थितियों के तहत Y-Z तल में X-किरण विवर्तन (XRD) पैटर्न के पांच सेट, जिसमें परीक्षण क्षेत्र शामिल हैं: क्षेत्र 1 (IN718 सामग्री 70-100%), क्षेत्र 2 (IN718 सामग्री 40-70%), और क्षेत्र 3 (IN718 सामग्री 0-30%)।
पांच ताप उपचार स्थितियों के तहत विवर्तन शिखर की तीव्रता में महत्वपूर्ण अंतर नहीं दिखा; ऑस्टेनिटिक चरण का ब्रैग प्रतिबिंब {{0}विशेष रूप से चेहरे की मजबूत (111) और (200) चोटियां{3}केंद्रित घन (एफसीसी) संरचना{{4}विवर्तन पैटर्न पर हावी रही।
क्षेत्र 1 से उपचारित नमूने एचटी1 में, चोटियों (111) और (220) की तीव्रता जमा अवस्था (एडी) की तुलना में अधिक थी। इसके अलावा, सभी ताप-उपचारित समूहों ने एक विवर्तन शिखर (311) दिखाया, जो दर्शाता है कि ताप उपचार के बाद एक अतिरिक्त सुदृढ़ीकरण चरण का गठन किया गया था।
HT1 स्थितियों के तहत, क्षेत्र 2 में विवर्तन शिखर व्यापक हैं और कम तीव्रता वाले हैं, जिससे पता चलता है कि इस क्षेत्र में चरण स्थिरता कमजोर है।
क्षेत्र 3 में, HT3{5}}उपचारित नमूने में (111) शिखर की तीव्रता में काफी वृद्धि हुई थी। विशेष रूप से, क्षेत्र 1 के एक्सआरडी पैटर्न में 'और' मजबूत करने वाले चरणों का पता लगाया गया था। उच्च-थ्रूपुट एसएलएम तैयारी के दौरान तेजी से ठंडा होना 'और' चरणों की वर्षा के लिए अनुकूल नहीं है, जबकि गर्मी उपचार इन मजबूत चरणों की वर्षा के लिए पर्याप्त समय प्रदान करता है, जो (200) और (220) क्रिस्टल विमान चोटियों की तीव्रता में वृद्धि और गर्मी उपचार के बाद (311) शिखर की उपस्थिति की व्याख्या करता है।
HT2 और HT4 के साथ ताप उपचार के बाद, (311) 'और' चरणों की विवर्तन चोटियों का भी XRD पैटर्न में पता लगाया गया। हालांकि, समाधान उपचार और एकल उम्र बढ़ने के बाद (311) विवर्तन चोटियों की तुलना में, डबल उम्र बढ़ने के बाद विवर्तन चोटियां अधिक तीव्र थीं, यह दर्शाता है कि दोहरी उम्र बढ़ने की प्रक्रिया ने 'और' मजबूत चरणों के गठन को और बढ़ावा दिया। मजबूती चरण विवर्तन चोटियों की तीव्रता एचटी2 उपचार स्थिति के तहत विशेष रूप से महत्वपूर्ण थी, यह दर्शाता है कि इस गर्मी उपचार ने अधिक 'और' चरणों की वर्षा को बढ़ावा दिया। मजबूती चरण के वर्षा प्रभाव से एचटी2-उपचारित राज्य के यांत्रिक गुणों पर सकारात्मक प्रभाव पड़ने की उम्मीद है। हालांकि, मुख्य शिखर (111) का क्रिस्टल अभिविन्यास महत्वपूर्ण रूप से नहीं बदला, यह दर्शाता है कि गर्मी उपचार ने 316L/IN718 कार्यात्मक रूप से वर्गीकृत सामग्री के पसंदीदा अभिविन्यास को नहीं बदला।
4. ताप उपचार के बाद सूक्ष्म संरचना
निक्षेपण (एडी) स्थितियों के तहत, क्षेत्र 1 में लंबी श्रृंखला वाले लैव्स चरण मौजूद हैं। इस क्षेत्र में उच्च IN718 सामग्री के कारण, (Ni, Fe, Cr)2(Nb, Mo, Ti) की संरचना के साथ, बड़ी मात्रा में Nb{3}}रिच चरण इंटरग्रेनुलर क्षेत्र में अवक्षेपित होता है। HT1 उपचार के तहत, अधिकांश लैव्स चरण विघटन और फ्रैक्चर से गुजरता है, और अवशिष्ट चरण एक दानेदार आकृति विज्ञान में बदल जाता है। HT3 उपचार में, लैव्स चरण भी एक विघटन प्रक्रिया के माध्यम से एक दानेदार रूप में परिवर्तित हो जाता है, जिसमें सुई की तरह {{9}/रॉड {{10} जैसे δ {{11} Ni3Nb चरण की वर्षा होती है। यह इंगित करता है कि HT1 और HT3 दोनों नमूनों ने क्षेत्र 1 में तत्वों (Ni, Nb, C, Mo) के प्रसार पृथक्करण को प्रेरित किया, यह एक ऐसी घटना है जो उच्च{{19}रिज़ॉल्यूशन वाले माइक्रोबीम X{{20}रे प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके निक्षेपण और ऊष्मा{18}उपचारित नमूनों में धातुओं के स्वस्थानी सांख्यिकीय वितरण माप के परिणामों के अनुरूप है।
मल्टीस्केल विश्लेषण परिणाम पुष्टि करते हैं कि समाधान तापमान के माध्यम से लव्स चरण की घुलनशीलता को नियंत्रित करके और उम्र बढ़ने के समय के माध्यम से δ{0}}Ni3Nb चरण की आकृति विज्ञान को नियंत्रित करके, ढाल सामग्री की ताकत और प्लास्टिसिटी का सहक्रियात्मक अनुकूलन प्राप्त किया जा सकता है। यह नवीन ग्रेडिएंट ताप उपचार प्रक्रियाओं के विकास के लिए प्रमुख चरण इंजीनियरिंग मार्गदर्शक सिद्धांत प्रदान करता है।
विभिन्न ताप उपचार व्यवस्थाओं के तहत क्षेत्र 3 के माइक्रोस्ट्रक्चर विकास से संरचनागत ढाल और थर्मल इतिहास के युग्मन प्रभाव द्वारा संचालित चरण परिवर्तन कैनेटीक्स का पता चलता है। इस क्षेत्र के क्रॉस-स्केल माइक्रोस्ट्रक्चर विकास तंत्र को संक्षेप में प्रस्तुत किया गया है, और गर्मी उपचार, अनाज सीमा इंजीनियरिंग और यांत्रिक गुणों के बीच सहसंबंध तंत्र स्थापित किया गया है। निक्षेपण (एडी) स्थितियों के तहत, 316L {{5}प्रमुख क्षेत्र (Cr/Ni=1.82) एक फेराइट{7}ऑस्टेनाइट (एफए) दोहरे चरण जमने के पथ का अनुसरण करता है, जिससे एक सेलुलर डेंड्राइटिक संरचना बनती है। HT1 ताप उपचार के बाद, Cr/Ni अनुपात घटकर 1.35 हो जाता है। यह संरचनागत परिवर्तन फेराइट {{12}ऑस्टेनाइट दोहरे - चरण से पूरी तरह ऑस्टेनिटिक एकल चरण संरचना में जमने के मार्ग को बढ़ावा देता है, जिससे इंटरडेंड्राइटिक फेराइट सामग्री काफी कम हो जाती है। चरण की पहचान इस परिवर्तन की पुष्टि करती है: FCC चरण एक -ऑस्टेनाइट मैट्रिक्स है, BCC चरण δ-फेराइट है, और Ni3Al 'अवक्षेप चरण' से मेल खाता है। क्षेत्र 3 में ऑस्टेनाइट का प्रभुत्व है, जिसमें थोड़ी मात्रा में फैला हुआ फेराइट होता है। मात्रात्मक छवि विश्लेषण द्वारा मापा गया फेराइट का आयतन अंश क्रमशः 3.5% (एडी), 0.7% (एचटी1), 0.2% (एचटी2), 1.5% (एचटी3), और 0.8% (एचटी4) था, जो पुष्टि करता है कि सभी ऊष्मा उपचारित अवस्थाओं में फेराइट सामग्री जमा अवस्था की तुलना में कम थी।
जमाव के बाद हीट एक्सपोज़र स्थैतिक पुन: क्रिस्टलीकरण को बढ़ावा देता है, जिससे अनाज मोटा हो जाता है और डेंड्राइट रिक्ति में महत्वपूर्ण कमी आती है। संरचनागत ढाल का सहक्रियात्मक प्रभाव भी महत्वपूर्ण है: निर्माण दिशा (IN718 सामग्री 0 से 100 wt% तक बढ़ रही है) के साथ, घटती स्थानीय शीतलन दर डेन्ड्राइट भुजाओं के क्रमिक मोटेपन को प्रेरित करती है। क्षेत्र 3 में जमा किए गए नमूने की विशेषता महीन समअक्षीय दाने हैं, लेजर रीमेल्टिंग के कारण पिघले हुए पूल के तल पर और भी छोटे दाने के आकार (~8.4 माइक्रोमीटर) हैं। इसके विपरीत, गर्मी से उपचारित नमूने अधिक समान अनाज आकार वितरण प्रदर्शित करते हैं, लेकिन गर्मी उपचार के बाद क्षेत्र 3 में अनाज का मोटा होना होता है। इस मोटेपन को मुख्य रूप से गर्मी संचय और शीतलन दर के सहक्रियात्मक प्रभाव के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है: क्षेत्र 3 ढाल सामग्री के निचले भाग में स्थित है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च एसएलएम प्रक्रिया और महीन प्रारंभिक अनाज के दौरान कम गर्मी संचय होता है; जबकि जमाव ताप उपचार के बाद धीमी शीतलन प्रक्रिया अनाज के विकास के लिए पर्याप्त समय प्रदान करती है। इसके अलावा, नमूने में निरंतर स्तंभ क्रिस्टल होते हैं जो कई परतों में प्रवेश करते हैं। एसएलएम प्रक्रिया की तीव्र दिशात्मक ठोसकरण विशेषताओं के कारण, अनाज के विकास की दिशा आमतौर पर अधिकतम तापमान ढाल की दिशा (यानी, पिघले हुए पूल के तल के लंबवत) के अनुरूप होती है।
समाधान उपचार काफी हद तक बनावट की ताकत को कम कर देता है और एकरूपता में सुधार करता है, जिसमें HT2 सबसे महत्वपूर्ण प्रभाव दिखाता है: डबल एजिंग के साथ संयुक्त 1040 डिग्री समाधान उपचार सबग्रेन सीमा निर्माण को प्रेरित करता है, जिससे छोटे {{2}कोण अनाज सीमाओं (LAGBs) का अनुपात 39.1% तक बढ़ जाता है (सभी ताप उपचारों में सबसे अधिक)। यह ग्रेडिएंट संरचना की बहु-स्तरीय समन्वित विरूपण क्षमता में काफी सुधार करता है और आइसोट्रोपिक व्यवहार को बढ़ावा देता है।
समाधान के बाद ताप उपचार से अवशिष्ट तनाव काफी हद तक कम हो जाता है और लव्स चरण के पर्याप्त विघटन को बढ़ावा मिलता है (विघटन की डिग्री समाधान तापमान के साथ नीरस रूप से बढ़ जाती है); उच्च -थ्रूपुट एसएलएम अपनी उच्च शीतलन दर के कारण स्वाभाविक रूप से जमा सूक्ष्म संरचना को परिष्कृत करता है, लेकिन बाद में गर्मी उपचार महत्वपूर्ण अनाज को मोटा करने के लिए प्रेरित करता है। विशेष रूप से, 980 डिग्री पर समाधान उपचार के बाद δ{3}}Ni3Nb चरण की एक छोटी मात्रा बनी रहती है, जो दर्शाता है कि यह तापमान δ-Ni3Nb चरण समाधान रेखा से नीचे है।
5. तन्य गुण
तन्यता फ्रैक्चर लगभग पूरी तरह से 30% IN{1}}% 316L और 40% IN{4}}% 316L क्षेत्रों के बीच संरचनागत संक्रमण क्षेत्र में केंद्रित था, जहां मौलिक अलगाव सबसे अधिक स्पष्ट था। एकमात्र अपवाद HT2 ताप - उपचारित अवस्था में हुआ, जहां फ्रैक्चर 50% 316L {{11 }}% IN718 क्षेत्र में शुरू हुआ और महत्वपूर्ण गर्दन की चोट के साथ था। ये निष्कर्ष मात्रात्मक रूप से प्रदर्शित करते हैं कि संरचनागत ढाल भिन्नताएं 316L/IN718 कार्यात्मक रूप से वर्गीकृत सामग्रियों (FGMs) की भार वहन क्षमता पर हावी हैं।
जब घोल का तापमान 1040 डिग्री होता है, तो सामग्री की ताकत और प्लास्टिसिटी दोनों में सुधार होता है। एकल उम्र बढ़ने के उपचार के तहत, HT1 प्रक्रिया 6.58% के मजबूत प्रभाव के साथ, HT2 की तुलना में 316L/IN718 कार्यात्मक रूप से वर्गीकृत सामग्रियों (FGMs) की ताकत में काफी सुधार करती है। HT2 से उपचारित नमूने में 1040 डिग्री घोल तापमान पर बढ़ाव में सबसे महत्वपूर्ण वृद्धि देखी गई, जिसमें लगभग 62.99% की वृद्धि हुई।इन परिणामों से संकेत मिलता है कि 1040 डिग्री समाधान तापमान पर, सिंगल एजिंग ताकत में सुधार के लिए अधिक अनुकूल है, जबकि डबल एजिंग प्लास्टिसिटी सुधार के लिए अधिक अनुकूल है।
जब समाधान उपचार तापमान 980 डिग्री तक गिर जाता है, तो सामग्री की ताकत बढ़ जाती है (डबल उम्र बढ़ने के साथ अधिक और एकल उम्र बढ़ने के साथ बेहतर), लेकिन जमा अवस्था की तुलना में प्लास्टिसिटी कम हो जाती है।ताकत और प्लास्टिसिटी में संयुक्त सुधार से पता चलता है कि HT2 316L/IN718 कार्यात्मक रूप से वर्गीकृत सामग्रियों के लिए इष्टतम ताप उपचार है।
6.निष्कर्ष के तौर पर
(1)समाधान तापमान चरण विकास पथ पर हावी है, जबकि उम्र बढ़ने का प्रभाव नगण्य है। 1040 डिग्री से अधिक या उसके बराबर का समाधान तापमान लैव्स चरण को महत्वपूर्ण रूप से भंग कर सकता है और δ{3}}Ni3Nb चरण के गठन को रोक सकता है, जिससे ″/ ′ मजबूतीकरण चरण के बाद के वर्षा के लिए एनबी तत्वों को जारी किया जा सकता है, जो ताकत और प्लास्टिसिटी के बीच एक अच्छा संतुलन प्राप्त करने के लिए एक आवश्यक शर्त प्रदान करता है।
(2)उम्र बढ़ने के तरीके ताकत -प्लास्टिसिटी नियंत्रण की अनुमति देते हैं। 1040 डिग्री पर समाधान उपचार के बाद दोहरी उम्र बढ़ने से ताकत का त्याग किए बिना प्लास्टिसिटी लगभग 30% बढ़ सकती है, जो इसे उच्च प्लास्टिक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाती है। इसके विपरीत, 980 डिग्री पर समाधान उपचार अनाज की सीमाओं के साथ सुई की अवक्षेपण को प्रेरित करता है, जैसे कि δ - Ni3Nb चरण; इससे सिंगल और डबल एजिंग दोनों के तहत प्लास्टिसिटी में उल्लेखनीय कमी आती है, और इसलिए केवल उन अनुप्रयोगों के लिए अनुशंसित किया जाता है जहां मध्यम तापमान रेंगना प्रभावी होता है।
(3) ग्रेडिएंट घटकों को "उच्च - तापमान समरूपीकरण के बाद निम्न - तापमान उम्र बढ़ने" की रणनीति की आवश्यकता होती है। IN718 समृद्ध क्षेत्र स्वयं Nb और Mo तत्वों से समृद्ध है, जिसके लिए 1040 डिग्री से अधिक या उसके बराबर पूर्व-समाधान उपचार की आवश्यकता होती है; अन्यथा, बाद में कम तापमान की उम्र बढ़ने से δ{{9}Ni3Nb चरण नेटवर्क की तरह एक सतत सुई बन जाएगी, जिसके परिणामस्वरूप कमरे के तापमान की कठोरता में 40% से अधिक या उसके बराबर की हानि होगी। यह उपचार अनुक्रम समान कार्यात्मक रूप से वर्गीकृत सामग्रियों (एफजीएम) के चयनात्मक लेजर पिघलने (एसएलएम) के बाद गर्मी उपचार के लिए एक सामान्य डिजाइन सिद्धांत के रूप में काम कर सकता है।
(4) ग्रेडिएंट सामग्रियों के लक्षण वर्णन को तीन चरण बंद {{2} लूप प्रक्रिया का पालन करना चाहिए: सबसे पहले, बैच अंतर की पहचान करने के लिए मैक्रोस्कोपिक तन्यता पूर्व {{3} स्क्रीनिंग की जाती है; बैच अंतर की पहचान करने के लिए; दूसरा, स्ट्रेन फील्ड डिस्ट्रीब्यूशन मैप्स ε (x) को पूर्ण {{6} फ़ील्ड डिजिटल इमेज सहसंबंध (डीआईसी) तकनीक का उपयोग करके प्लॉट किया जाता है, और स्थानीय स्ट्रेस (σ - ε) संवैधानिक संबंध माइक्रो/नैनो - स्केल मैकेनिकल परीक्षण के माध्यम से प्राप्त किए जाते हैं; अंत में, परिमित तत्व विश्लेषण (एफईए) के साथ एम्बेडेड ग्रेडिएंट संवैधानिक मॉडल को कैलिब्रेट किया जाता है। यह सत्यापन श्रृंखला समग्र प्रतिक्रिया को स्थानिक रूप से हल किए गए डिज़ाइन स्वीकार्य मूल्यों में विभाजित कर सकती है, जिससे प्रक्रिया को ठीक करने और सेवा विश्वसनीयता के मूल्यांकन को सक्षम किया जा सकता है।
