Konpare ak alyaj tradisyonèl CrMnFeCoNi segondè-entropi, 3D enprime kabòn ki gen FeCoCrNiMn alyaj segondè-entropi montre ekselan rezistans ranpe wo-tanperati (sa vle di pousantaj ranpe ak estrès papòt minimize). Inha University ak Kore di Enstiti Syans Materyèl etidye konpòtman an ranpe wo-tanperati nan fizyon kabann poud lazè (LPBF) ki gen kabòn ki gen segondè-entropi alyaj la pou premye fwa, epi li eksplike enfliyans nan nano-echèl karbid sou rezistans ranpe.
Poud CrMnFeCoNi HEA ki gen kabòn (ki refere yo kòm C-HEA) genyen 1.5 nan% C ak yon gwosè patikil mwayèn 23.7 μm. Vitès eskanè fizyon kabann poud lazè (LPBF) se 600 mm/s, pouvwa a se 90W, distans optik la se 0.08mm, ak epesè kouch la se 0.025mm. Pou estabilize subgrains yo epi fòme patikil carbure nanokal adisyonèl, echantiyon yo te trete chalè a 650 degre pou yon èdtan.
Tès ranpe segondè-tanperati LPBF C-HEA te fèt anba yon estrès konstan 175-325 MPa nan yon tanperati 873 K (estabilite tanperati 0.2 K yo te konsève pandan tès fluaj la, menm jan yo montre nan Figi 1), ak tès ranpe echantiyon an Entèval la se 86.4 K. Pou yo ka estabilize souch ranpe a, yon tès flue nan 259.2 ks. te fèt nan 150 MPa, ki te swiv pa yon tès ranpe milti-etap.
Figi 2 montre spectre SEM-EDS ak rezilta analiz EBSD LPBF C-HEA. Eleman konstitiyan nan LPBF C-HEA yo te jwenn yo dwe inifòm distribye menm apre tretman chalè, sijere ke LPBF ak tretman chalè ki vin apre yo pa afekte inifòmite nan konpozisyon nan micron-echèl HEA.Figi 2b montre kat jeyografik EBSD envès poto (IPF). nan agrandisman ki ba ak revele ke alyaj la gen yon estrikti grenn kouch ak ki pa inifòm.Apre tretman chalè, gwosè mwayèn grenn (AGS) pa t 'chanje. siyifikativman e li te menm jan ak sa ki nan C-HEA kòm-konstwi.Remake ke rezilta EBSD yo ak modèl XRD nan Figi 2b konfime ke alyaj prezan an gen yon sèl faz nan FCC, Kat jeyografik IPF ki wo agrandisman montre klèman fwontyè grenn ki trè dente. (GBs), ki siyifikativman amelyore ranpe wo-tanperati pa anpeche GB glisman (figi 2C 1). Dislokasyon jeyometrik ki nesesè yo (GND) fòme limit ang ki ba (LAGB) nan grenn yo (Fig. 2C), ak alyaj la toujou montre yon dansite GND trè wo apre tretman chalè a 650 degre.
Fòmasyon an nan fwontyè grenn dente se sitou wè nan patikil yo dezyèm faz ki genyen nan materyèl metalik, tankou superalliaj nikèl ki baze sou ak alyaj mayezyòm. Fòmasyon an nan GB dente akòz efè a pinning nan patikil dezyèm faz pandan kwasans grenn yo te byen dokimante. .Nan lòt mo, tretman chalè mennen nan kwasans grenn, ak patikil dezyèm faz yo anpeche kwasans grenn nan zòn lokalize, sa ki lakòz aparans zigzag nan. GB.Sepandan, tretman aje yo itilize nan etid sa a pa t pwovoke okenn kwasans grenn, sa ki sijere ke fwontyè grenn yo trè dente nan alyaj sa a ki te koze pa etap yo k ap fonn ak solidifikasyon nan LPBF.Nan yon rapò resan, 3D enprime materyèl metalik ak nan presipitasyon situ tou te ekspoze GB dente. Remake ke GB ki trè dente te wè nan C-HEA la kòm bati. Sa sijere ke efè a pinning se ki te koze pa gwo dansite nan carbure in-situ nan limit grenn jaden yo pandan tretman an chalè siklik, ki rezilta nan fwontyè grenn jaden trè dente.
Figi 3a se imaj ECC nan LPBF C-HEA, ki montre egzistans substructures pwovoke pa rezo a dislokasyon. Lajè mwayèn mezire nan substructures sa yo se 534.2 ± 16.3 nm. Etid anvan yo te montre ke substructure a estabilize pa anplis fòme nanokal carbure. presipite ak dislokasyon pasyèlman rearanje.Figi 3b montre ke gen yon gwo kantite nan carbure nano-gwosè ki gen fòm iregilye (flèch blan) nan fwontyè yo sou estrikti. Yo te jwenn imaj STEM HAADF ak kat EELS ki koresponn yo pou plis konprann eterojenite chimik andedan carbures, jan yo montre nan Figi 3c. Nanokarbid yo sitou konpoze de Cr ak C, ki endike ke karbid sa yo rich nan Cr.
Jan yo montre nan Fig. 4, nan sipò konklizyon sa yo, thermodynamically kalkile dyagram faz ekilib pou konpozisyon chimik LPBF C-HEA lè l sèvi avèk lojisyèl Thermo-Calc la ak yon vèsyon modènize baz done TCFE2000. Dyagram nan faz montre ke carbure M23C6. yo sitou fòme nan seri tanperati a nan 500-1000 degre, ki endike ke faz Cr23C6 la se la. eleman prensipal nan LPBF C-HEA.Nan lòt men an, nan literati a, carbures Cr23C6 nan CoCrFeMnNi HEA egziste nan echèl la nan plizyè mikron, ak kontni an kabòn se 1.3-1.8 at%. , alyaj la gen carbures nanoze menm apre tretman chalè, sijere ke yon substruktur metastab ak yon dansite segondè nan dislokasyon kontwole fòmasyon nan carbures nanoze ak yon distribisyon inifòm.Pandan se tan, oksid Manganèz ki rich yo te obsève tou sou kat EELS yo, epi yo te rapòte ke yo konpoze de MnO nan LPBF C-HEA.Sepandan, efè a ranfòse nan faz nan MnO se ba parapò ak Cr23C6; Se poutèt sa, carbure yo konsidere kòm kontribitè prensipal yo nan fòs la nan etid sa a.
Figi 5a montre koub ranpe plizyè nivo LPBF O-HEA, LPBF C-HEA, ak LPBF CrMnFeCoNi ranfòse ak nano-oksid. Nan tout chenn estrès ranpe, LPBF C-HEA te montre pi ba souch ranpe (sa vle di, pi wo rezistans ranpe) pase materyèl referans yo (LPBF CrMnFeCoNi ak LPBF O-HEA). te montre to minimòm ranpe ki pi ba a nan tout chenn estrès ranpe. An patikilye, nan yon estrès aplike nan 225. MPa, pousantaj minimòm ranpe nan LPBF C-HEA se apeprè de lòd nan grandè pi ba pase sa yo ki nan alyaj konvansyonèl trete. nan HEA a aditif manifaktire, ki gen kabòn supersaturated pwovoke pa solidifikasyon rapid. Pwen nwa yo pou ranpe yon sèl etap nan Fig. 5b endike bon fyab la ak repwodibilite tès la ranpe milti-etap.
Jan yo montre nan Figi 6, yo te eksplore konpòtman deformation ranpe nan tanperati ki wo nan LPBF C-HEA lè yo egzamine mikwostrikti gwo echèl la lè l sèvi avèk kat distribisyon GND ak kat jeyografik IPF la. ogmantasyon siyifikatif nan souch pandan ranpe nan 873 K, espesyalman lè yo te aplike yon gwo kantite estrès, ki sijere mikwostriktirèl. evolisyon.Sepandan, trase IPF nan Figi 6 montre ke pa gen okenn evolisyon mikwostriktirèl ki te fèt nan echantiyon an ranpe ak yon souch ranpe nan 7%, menm nan yon estrès aplike nan 325 MPa.Anplis de sa, jan yo montre nan Fig. yo te jwenn kat jeyografik EBSD echantiyon inisyal la parèt nan mikrostruktur ranpe. Sa a endike ke inik mikwostrikti inisyal la siprime mouvman debwatman ak evolisyon mikwostrikti, epi li mennen nan ekselan rezistans ranpe nan LPBF C-HEA. Jan flèch nwa yo endike nan Figi 6, grenn ultrafin ak yon gwosè ~ 2 μm yo te obsève nan kèk. rejyon yo, ki pral diskite pita.
Jan yo montre nan Figi 7a, Kat jeyografik IPF segondè rezolisyon nan yon echantiyon ranpe. GB yo ki sevè yo obsève nan mikwostrikti fluaj la sijere ke karbid nanokal lakòz gwo deformation GB pandan deformation ranpe. Nan anpil ka nan materyèl metalik ki baze sou FCC, GB dente anpeche grenn. glisman fwontyè, kidonk amelyore rezistans ranpe nan tanperati ki wo. Rapòte ke rezistans ranpe amelyore te asosye ak pi ba. to kavitasyon ak pwopagasyon krak nan GB serrations.Pou asye pur austenitic, mekanis fòmasyon nan fwontyè grenn jagged anjeneral ki gen rapò ak entèraksyon ki genyen ant fwontyè grenn jaden ak presipite carbure: 1) migrasyon fwontyè grenn jaden ant grenn zepeng ak 2) enfliyans nan kwasans carbure. LPBF C–HEA pa t montre okenn kwasans nan karbid apre deformation ranpe (figi 7c–d). Se poutèt sa, li ka dedwi ke fòmasyon nan fwontyè grenn dente ka atribiye a migrasyon nan fwontyè grenn jaden ant patikil zepeng.
Pwofil GND nan Fig. 7b montre subgrains yo nan echantiyon ranpe a. Malgre ke imaj la ECC (Fig. 3a) montre ke echantiyon inisyal la gen substructures dekore avèk rezo debwatman, pa obsèvasyon EBSD, substructures yo pa distenge. Kontrèman, echantiyon ranpe yo klèman genyen subgrains ak dansite GND segondè, ki endike ke debwatman akimile nan la. fwontyè soustrikti yo ansanm ak fwontyè grenn jaden yo pandan ranpe tanperati ki wo. ka avèk siksè bloke mouvman debwatman menm anba deformation ranpe wo-tanperati. Imaj ECC gwo agrandisman sipòte dislokasyon trè akimile nan fwontyè subgrain (figi 7c).Isit la, se mekanis nan pinning lasi ak junctions dislokasyon nan HEA eksplike pa efè a jwenti nan dislokasyon forè ak konsantre solisyon redi.Sepandan, ekspozisyon alyaj prezan yo. subgrains ak gwo dansite GND apre deformation ranpe, sijere ke mekanis nan ranpe nan LPBF HEA nanocomposites se yon ti jan diferan de sa yo ki defòme HEA.Next, ECCI te itilize yo egzaminen yo rkristalize grenn ultrafin nan echantiyon yo ranpe (figi. 7d), ki gen yon dansite debwatman entèn ki ba epi yo fèmen nan karbid.Pou materyèl metalik, kondwi a. fòs pou rekristalizasyon piti piti ogmante ak ogmante tanperati. Sepandan, konsidere ke LPBF C-HEA jenere yon gwo kantite presipitasyon, ki mennen nan Zenner zepeng presyon, rkristalizasyon siprime menm nan tanperati ki wo. deformation ranpe segondè-tanperati apre yo fin aplike yon estrès nan 325 MPa.Malgre ke yo te obsève grenn ultrafin kristalize. nan kèk rejyon yo, yo te fèmen pa nanomèt ki menm gwosè ak carbure, ki te anpeche plis kwasans grenn. Egzamen atansyon nan estrikti a deformation ranpe pa ECCI ak EBSD te mennen nan konklizyon ke subgrains ki estab ak yon rezo dislokasyon ak nano-gwosè carbures reta rekiperasyon ak rkristalizasyon. pandan deformation ranpe pandan y ap plis ranfòse rezo a debwatman pwovoke substruktur.
Rezime:
Pwosesis fabrikasyon aditif la ak tretman chalè ki vin apre nan CrMnFeCoNi HEA ki gen kabòn mennen nan fòmasyon pa sèlman grenn heterostructure ak substructures dekore ak rezo dislokasyon, men tou, carbure distribye inifòm nan fwontyè grenn ak subgrain.
Rezistans ranpe segondè-tanperati nan LPBF C-HEA se pi bon pase sa yo ki te rapòte CrMnFeCoNi alyaj segondè-entropi. Pousantaj ranpe nan C-HEA se de lòd nan grandè pi ba pase HEA konvansyonèl trete.
Obsèvasyon mikwostriktirèl konfime ke subgrains ki estab pwovoke fòmasyon nan fwontyè grenn trè dente, ki plis ranfòse subgrains yo ak anpeche rkristalizasyon pandan ranpe wo-tanperati, sa ki lakòz ekselan sèks rezistans ranpe.
Mo kle:Rechèch aditif, fabrikasyon aditif metal, materyèl mana, enprime metal 3D
