Alloy 22激光粉床熔接及后处理（1）(2)
时间：2022-03-10 16:08 来源：江苏激光联盟 作者：admin 阅读：次
2．4． 密度，相分析和微观结构表征
密度是根据阿基米德的方法测量的。相对密度是增材制造样品的密度与商用变形合金22样品的密度之比(作为密度为100%的参考样品)。使用光学显微镜(蔡司，Axiotron)对微观结构和孔隙度进行初步检查。样品制备按标准金相程序完成(用180 - 1200度的砂纸打磨，然后用20 μ m的氧化铝悬浮液打磨至镜面抛光)。抛光AP样品用Kalling’s No. 2 (5 g CuCl2在100 ml HCl和100 ml CH3CH2OH中)电蚀刻。溶液处理后的样品在10 V的直流电压下用50 ml HCl + 50 ml草酸10 wt%的电解质溶液电蚀5-10 s。
EBSD图像显示已建成、HT1、HT2、HT3、HT4状态沿建筑方向的颗粒错向分布;(l) LABG、HAGB和TGB在两个方向上不同条件下的晶粒错向频率三维柱状图。
上图显示了晶界取向偏移的频率和分布。HAGBs θ > 10°和LAGBs， θ ≤ 10°分别在EBSD图中以黑白线表示(图a-e)。tgb (θ = 60°)用黄色突出显示(图f-j)。图中还显示了在建和热处理条件下晶粒取向错分布频率的图表。
在建态(图a和f)表现出非常高的lagb分数，这是由于快速凝固引起的一系列位错产生的亚结构。LPBF镍基高温合金文献中报道了lagb的存在。这些结构可以阻碍位错的运动，解释建造状态的高拉伸强度。HT1(图b和g)和HT2(图c和h)条件显示了与建成状态相似的部分lagb。此外，值得注意的是，980 °C的热暴露导致了少量tgb的形成，表明了初始的再结晶。另一方面，HT3(图d和i)和HT4(图e和j)条件下发生了更显著的再结晶，降低了LAGBs组分，形成hagb和tgb。lagb、hagb和tgb的频率曲线图如图l所示。
合金22粉末和L-PBF制造的样品的相鉴别是通过x射线衍射分析(Bruker AXS D8 Discover)在40 kV的Cu Kα辐射下进行的，步长为0.05°，2θ范围为40°到100°。利用FEI量子600f扫描电子显微镜(SEM)，配备背散射电子探测器，电子色散x射线能谱(EDS)元素能谱并绘图。为了评价样品的结构和晶粒形貌，对L-PBF制备的1000μm × 1000μm、1μm步长样品进行了电子背散射衍射(EBSD)分析。用50 nm金刚石悬浮液振动抛光EBSD样品8 h。
2．5． 机械测试
采用显微硬度计(Leco, LM-248AT)，在500 g载荷下加载10 s，测定试样的显微硬度。根据ASTM E92标准，在垂直于建筑方向的表面上任意做10个压痕，结果作为10点的平均显微硬度值报告。矩形棒如图2(c)所示，使用线材电火花加工(EDM)根据图3所示的ASTM E8进行加工。结果中报告了三次拉伸试验的平均值。拉伸试验在Instron 5969上进行，室温下恒定位移速率为2 mm/min。
图3 拉伸试样经电火花线切割加工，符合ASTM E8标准(每次试验3条电火花加工)。
已建成试件和热处理试件拉应力-应变图代表图:(a)沿建筑方向(z轴);(b)垂直于建筑方向(xy平面);(c) LPBF IN625预制状态和热处理状态拉伸试样所记录的YS、UTS和御柱沿z轴和xy平面的曲线图。
上图a和图b显示了IN625预制试样和热处理试样沿两个不同方向的拉伸性能。与沿z轴的预制试样相比，沿xy平面的预制试样显示出更高的屈服强度(YS)和极限拉伸强度(UTS)，但塑性较低。同样，这种趋势在HT1和HT2状态下仍然可以明显观察到。这些条件下机械性能的各向异性来自于纹理(正如先前EBSD图所指出的)。而在高温处理(HT3和HT4)中，机械性能的各向异性被再结晶机制所消除。与其他条件相比，已建成和应力解除试件的YS和UTS最高，延性最低(图c)。在HT1条件下，枝晶结构的部分溶解降低了抗拉强度，而各种析出相的形成提高了抗拉强度。这两种相反的效果的结合产生了沿着xy平面建造的样品的拉伸强度的轻微降低，而沿着z轴建造的样品则非常类似于建造状态。这可能是由于各向异性的微观组织导致两种方向的晶界强化不同所致。
HT2试样的抗拉强度降低与延性的增加相关，相对于建成状态和HT1状态。这来自于几乎完全溶解的树突结构。HT3和HT4试件的延性最高，抗拉强度(YS和UTS)最低。这是由再结晶和晶粒长大引起的，包括等轴晶的形成，以及随着hagb和tgb的增加而抑制lagb。此外，tgb形成了新的晶体取向，这有助于降低沿不同取向的机械各向异性。
SEM图像显示了(a)建成状态，(b) HT1， (c) HT2， (d) HT3和(e) HT4的断口。报告的图像与沿着z轴构建的样本有关。
对沿z轴制造的组件的竣工和热处理样品进行拉伸试验后的试样断裂面分析。竣工状态和HT1状态主要表现为韧性断裂模式，存在细韧窝以及少量脆性断裂面（图a和b）。这些脆性区域可能由枝晶间区域内的偏析元素以及HT1状态的δ相引起。对于HT2状态（图c），材料显示出大部分韧性断裂，与之前的条件相比，只有很少观察到的脆性面。脆性断裂可能由晶界弱化导致的晶间碳化物引起。相反，HT3和HT4状态主要表现为韧性断裂模式，在拉伸试验期间，由于变形下孔隙的聚结，产生了大的微孔隙，分别如图d和图e所示。
来源：Laser powder bed fusion and post processing of alloy 22，AdditiveManufacturing，doi.org/10.1016/j.addma.2021.102490
参考文献：N. Ebrahimi, P. Jakupi, A. Korinek, I. Barker, D.E. Moser, D.W. Shoesmith
Sigma and random grain boundaries and theireffect on the corrosion of the Ni-Cr-Mo alloy 22，J. Electrochem.Soc., 163 (2016), pp. C232-C239, 10.1149/2.1111605jes
(责任编辑：admin)
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