联系我们
电话(微信)：18563978190
邮 箱：WLXK3D@126.COM
Q Q: 3 4 5 3 6 1 0 7 9
地址：青岛胶州市财富中心商业区B座3楼
邮 箱：WLXK3D@126.COM
Q Q: 3 4 5 3 6 1 0 7 9
地址：青岛胶州市财富中心商业区B座3楼
3D资讯
首页 > 资讯中心青岛3D打印服务低温深冷处理激光增材制造高熵合金拉伸性能和各向异性的优化
发布时间：2024-07-13
浏览人次：285次
分布以及在不同方向变形时构建的变形进行合理化的。讨论了这些结果在采用DCT加强LMD制造的HEA组件的背景下的含义。
等原子CrMnFeCoNi合金，也被称为Cantor合金，是一种单相面心立方高熵合金(HEA)，由于其在77 K时优异的结构稳定性和机械性能，具有用于低温结构应用的潜力。然而在室温下，CrMnFeCoNi的屈服强度仅为~215 MPa，但它的应变硬化显著，极限抗拉强度为~500 MPa。一些提高HEA屈服强度的尝试取得了适度的成功，因为其强度的增加伴随着延性的急剧下降。
为了避免这种合金的强度-延性平衡，已经设想了促进位错增殖和阻碍其运动的微观结构剪裁。其中一些定制策略包括在固溶体基质中分散纳米沉淀物，晶粒细化，纳米孪晶的原位成核和通过预变形处理构建异质结构。在这些方法中，在HEA中原位成核纳米孪晶被认为是最有效的策略，因为原位成核纳米孪晶的相干边界不会在变形过程中在材料中产生应变不均匀性。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对较低的热稳定性和机械稳定性。原位成核纳米孪晶作为位错滑移的有效屏障，并在塑性变形过程中触发进一步的孪晶，从而显著增强HEA而不影响其延展性。此外，孪晶的形核还会使晶体局部重新定向，促进更强烈的位错相互作用，从而促进均匀变形，防止应变局部化。
为了解决上述所有问题，大连交通大学吕云卓教授团队研究了LMD制备的CrMnFeCoNi在制备和DCT处理条件下的微观组织演变和力学行为。用不同的激光功率制造构件，并测量产生的残余应力分布。然后，研究了DCT循环对残余应力分布和缺陷密度的影响。此外，通过执行拉伸测试，在构建和DCT处理条件下，沿着构建和扫描方向(BD和SD)评估构建的机械性能。结果表明，在中等激光功率为1400 W的情况下，在DCT处理后，可以获得最佳的残余应力分布，在不损失延性的情况下，可以提供最大的强度增强。此外，HEA的强度，无论在哪个方向测量，在12次DCT循环后饱和到最大值。此外，沿SD的强度和延展性比沿BD的高。这些结果是基于观察到的缺陷密度随应变的变化而合理的。最后，详细讨论了导致材料力学性能各向异性以及强度和延性同时提高的潜在机制。
相关研究成果以“Optimization of tensile properties and anisotropy in a cryogenically treated laser additively manufactured high entropy alloy ”发表在International Journal of Plasticity上
链接：
https://www.sciencedirect.com/sc ... 24001426?via%3Dihub
LMD过程的示意图如图1(A)所示。建筑在尺寸为60 × 60 × 30 mm3的AISI 1045基板上制造。在进行LMD之前，将基材研磨并在乙醇中进行超声波清洗。构建的激光功率为1100,1400,1700,2000和2300w。激光光斑尺寸为~3 mm，进给速度为~12 g/min，扫描速度为~600 mm/min。此外，舱口重叠和层厚分别为30%和0.5 mm。这些参数是在先前的研究中确定的，并且被认为适用于获得无缺陷，低孔隙率(密度> 99%)的合金构建。最后，为了最大限度地减少氧气吸收，在LMD期间要清除氩气。使用氧气分析仪进行的测量证实，建筑中的氧气浓度低于10ppm。
(e) 2300 W的CrMnFeCoNi HEAs在BD × SD平面上的残余应力图及其(f)沿构建高度的平均残余应力分布图。
(e) 1400W- dct20各建筑的残余应力分布图及其(f)平均残余应力随建筑高度的变化曲线。
(e) 2300W- dct15各建筑的残余应力分布图及其(f)平均残余应力随建筑高度的变化曲线。
(d)-(f) 1400W- dct4， (g)-(i) 1400W- dct10， (j)-(l) 1400W- dct15。
这些图像是从构建的底部，中间和顶部部分获得的，它们分别位于距离基板1,5和9mm的高度，沿着SD-TD平面的BD。在建造状态下，在建造的所有三个位置，微观结构都由面心立方(FCC)柱状晶粒组成，其长轴平行于BD，这些晶粒在建造的底部，中部和顶部的平均长度分别为139±9µm, 135±7µm和130±11µm。柱状晶粒长径比分别为1.93、1.66和1.24。
等原子CrMnFeCoNi合金，也被称为Cantor合金，是一种单相面心立方高熵合金(HEA)，由于其在77 K时优异的结构稳定性和机械性能，具有用于低温结构应用的潜力。然而在室温下，CrMnFeCoNi的屈服强度仅为~215 MPa，但它的应变硬化显著，极限抗拉强度为~500 MPa。一些提高HEA屈服强度的尝试取得了适度的成功，因为其强度的增加伴随着延性的急剧下降。
为了避免这种合金的强度-延性平衡，已经设想了促进位错增殖和阻碍其运动的微观结构剪裁。其中一些定制策略包括在固溶体基质中分散纳米沉淀物，晶粒细化，纳米孪晶的原位成核和通过预变形处理构建异质结构。在这些方法中，在HEA中原位成核纳米孪晶被认为是最有效的策略，因为原位成核纳米孪晶的相干边界不会在变形过程中在材料中产生应变不均匀性。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对较低的热稳定性和机械稳定性。原位成核纳米孪晶作为位错滑移的有效屏障，并在塑性变形过程中触发进一步的孪晶，从而显著增强HEA而不影响其延展性。此外，孪晶的形核还会使晶体局部重新定向，促进更强烈的位错相互作用，从而促进均匀变形，防止应变局部化。
为了解决上述所有问题，大连交通大学吕云卓教授团队研究了LMD制备的CrMnFeCoNi在制备和DCT处理条件下的微观组织演变和力学行为。用不同的激光功率制造构件，并测量产生的残余应力分布。然后，研究了DCT循环对残余应力分布和缺陷密度的影响。此外，通过执行拉伸测试，在构建和DCT处理条件下，沿着构建和扫描方向(BD和SD)评估构建的机械性能。结果表明，在中等激光功率为1400 W的情况下，在DCT处理后，可以获得最佳的残余应力分布，在不损失延性的情况下，可以提供最大的强度增强。此外，HEA的强度，无论在哪个方向测量，在12次DCT循环后饱和到最大值。此外，沿SD的强度和延展性比沿BD的高。这些结果是基于观察到的缺陷密度随应变的变化而合理的。最后，详细讨论了导致材料力学性能各向异性以及强度和延性同时提高的潜在机制。
相关研究成果以“Optimization of tensile properties and anisotropy in a cryogenically treated laser additively manufactured high entropy alloy ”发表在International Journal of Plasticity上
链接：
https://www.sciencedirect.com/sc ... 24001426?via%3Dihub
图1(A) LMD (b) DCT处理过程(c)拉伸试样的取向示意图。
LMD过程的示意图如图1(A)所示。建筑在尺寸为60 × 60 × 30 mm3的AISI 1045基板上制造。在进行LMD之前，将基材研磨并在乙醇中进行超声波清洗。构建的激光功率为1100,1400,1700,2000和2300w。激光光斑尺寸为~3 mm，进给速度为~12 g/min，扫描速度为~600 mm/min。此外，舱口重叠和层厚分别为30%和0.5 mm。这些参数是在先前的研究中确定的，并且被认为适用于获得无缺陷，低孔隙率(密度> 99%)的合金构建。最后，为了最大限度地减少氧气吸收，在LMD期间要清除氩气。使用氧气分析仪进行的测量证实，建筑中的氧气浓度低于10ppm。
图2激光功率为(a) 1100 W， (b) 1400 W， (c) 1700 W， (d) 2000 W，
(e) 2300 W的CrMnFeCoNi HEAs在BD × SD平面上的残余应力图及其(f)沿构建高度的平均残余应力分布图。
图3(a)已建(1400W)、(b) 1400W- dct4、(c) 1400W- dct10、(d) 1400W- dct12、
(e) 1400W- dct20各建筑的残余应力分布图及其(f)平均残余应力随建筑高度的变化曲线。
图4(a)已建建筑(2300W)、(b) 2300W- dct4、(c) 2300W- dct10、(d) 2300W- dct12、
(e) 2300W- dct15各建筑的残余应力分布图及其(f)平均残余应力随建筑高度的变化曲线。
图5 LMD底部、中部和顶部的代表性微结构(在SD × TD平面上)(a)-(c)建造(1400W)，
(d)-(f) 1400W- dct4， (g)-(i) 1400W- dct10， (j)-(l) 1400W- dct15。
这些图像是从构建的底部，中间和顶部部分获得的，它们分别位于距离基板1,5和9mm的高度，沿着SD-TD平面的BD。在建造状态下，在建造的所有三个位置，微观结构都由面心立方(FCC)柱状晶粒组成，其长轴平行于BD，这些晶粒在建造的底部，中部和顶部的平均长度分别为139±9µm, 135±7µm和130±11µm。柱状晶粒长径比分别为1.93、1.66和1.24。