Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sự Tiến Hóa Cấu Trúc Vĩ Mô và Tính Chất Kéo của Hợp Kim Siêu Bền CoNi Được Nung Chảy Bằng Laser Chọn Lọc
Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science - Tập 53 - Trang 2943-2960 - 2022
Tóm tắt
Hợp kim siêu bền CoNi với hàm lượng cobalt và nickel gần như bằng nhau, có phân khối $$\gamma ^{\prime }$$ cao đã được chế biến thành công thông qua quá trình nung chảy laser chọn lọc. Hợp kim in ra có cấu trúc tế bào tinh tế với sự phân tách tantalum và độ nghịch đảo xác định đáng kể trong cấu trúc hạt dạng cột. Quá trình tiến hóa cấu trúc vi mô sau nhiều phương pháp xử lý nhiệt khác nhau đã được nghiên cứu bằng phương pháp tán xạ điện tử trở lại và kính hiển vi điện tử quét. Xử lý nhiệt dạng dung dịch siêu solvus thúc đẩy sự tái kết tinh hoàn toàn của cấu trúc vi mô khiến tính đàn hồi kéo ở nhiệt độ cao giảm sút. Quá trình xử lý sau gồm ép nhựa tĩnh nóng dưới solvus, xử lý nhiệt dung dịch và lão hóa tạo ra phân bố $$\gamma ^{\prime }$$ hai đỉnh trong khi giữ nguyên cấu trúc hạt tương tự như hợp kim in ra. Sự phát triển của cấu trúc kết tủa bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi cấu trúc tế bào của vật liệu in ra. Độ cứng cực đại đạt được sau 2 giờ lão hóa ở 950 $$^{\circ }\hbox {C}$$. Việc tăng hàm lượng carbon trong hợp kim thúc đẩy sự hình thành các carbide bổ sung trên các ranh giới hạt. Các bài kiểm tra tính kéo ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ trung gian (760 $$^{\circ }\hbox {C}$$) được thực hiện theo phương song song và vuông góc với hướng xây dựng cho thấy rằng các quy trình xử lý nhiệt mới và các phụ gia carbon trong hợp kim đã cải thiện độ bền kéo, độ bền kéo cuối cùng, và tính dẻo.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
W. Frazier: J. Mater. Eng. Perform., 2014, vol. 23, pp. 1917–28.
Y. Zhang, L. Wu, X. Guo, S. Kane, Y. Deng, Y. Jung, J. Lee, and J. Zhang: J. Mater. Eng. Perform., 2018, vol. 27, pp. 1–13.
T.M. Pollock, A. Clarke, and S. Babu: Metall. Mater. Trans. A, 2020, vol. 51A, pp. 6000–19.
B. Song, X. Zhao, S. Li, C. Han, Q. Wei, S. Wen, J. Liu, and Y. Shi: Mech. Eng., 2015, vol. 10, pp. 111–25.
C. Yap, C. Chua, Z. Dong, Z. Liu, D. Zhang, L. Loh, and S. Sing: Appl. Phys. Rev., 2015, vol. 2, p. 041101.
X. Zhang, C.J. Yocom, B. Mao, and Y. Liao: J. Laser Appl., 2019, vol. 31, p. 031201.
H. Jia, H. Sun, H. Wang, Y. Wu, and H. Wang: Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2021, vol. 113, pp. 2413–35.
E. Liverani, S. Toschi, L. Ceschini, and A. Fortunato: J. Mater. Process. Technol., 2017, vol. 249, pp. 255–63.
Y. Wang, T. Voisin, J. McKeown, J. Ye, N. Calta, Z. Li, Z. Zeng, Y. Zhang, W. Chen, T. Roehling, R. Ott, M. Santala, P. Depond, M. Matthews, A. Hamza, and T. Zhu: Nat. Mater., 2018, vol. 17, pp. 63–70.
A. Röttger, J. Boes, W. Theisen, M. Thiele, C. Esen, A. Edelmann, and R. Hellmann: Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2020, vol. 108, pp. 769–83.
M. Simonelli, Y.Y. Tse, and C. Tuck: J. Phys., 2012, vol. 371, p. 012084.
H. Rafi, N. Karthik, H. Gong, T. Starr, and B. Stucker: J. Mater. Eng. Perform., 2013, vol. 22, pp. 3872–83.
P. Kumar, O. Prakash, and U. Ramamurty: Acta Mater., 2018, vol. 154, pp. 246–60.
E. Brandl, U. Heckenberger, V. Holzinger, and D. Buchbinder: Mater. Des., 2012, vol. 34, pp. 159–69.
W. Li, S. Li, J. Liu, A. Zhang, Y. Zhou, Q. Wei, C. Yan, and Y. Shi: Mater. Sci. Eng. A, 2016, vol. 663, pp. 116–25.
F. Trevisan, F. Calignano, M. Lorusso, J. Pakkanen, A. Aversa, E.P. Ambrosio, M. Lombardi, P. Fino, and D. Manfredi: Materials, 2017, vol. 10, p. 76.
J. Zhang, B. Song, Q. Wei, D. Bourell, and Y. Shi: J. Mater. Sci. Technol., 2019, vol. 35, pp. 270–84.
S. Li, Q. Wei, Y. Shi, C.K. Chua, Z. Zhu, and D. Zhang: J. Mater. Sci. Technol., 2015, vol. 31, pp. 946–52.
M. Leary, M. Mazur, H. Williams, E. Yang, A. Alghamdi, B. Lozanovski, X. Zhang, D. Shidid, L. Farahbod-Sternahl, G. Witt, I. Kelbassa, P. Choong, M. Qian, and M. Brandt: Mater. Des., 2018, vol. 157, pp. 179–99.
I. Koutiri, E. Pessard, P. Peyre, O. Amlou, and T. De Terris: J. Mater. Process. Technol., 2018, vol. 255, pp. 536–46.
Z. Wang, K. Guan, M. Gao, X. Li, X. Chen, and X. Zeng: J. Alloy Compd., 2012, vol. 513, pp. 518–23.
J. Strößner, M. Terock, and U. Glatzel: Adv. Eng. Mater., 2015, vol. 17, pp. 1099–1105.
T. Trosch, J. Strößner, R. Völkl, and U. Glatzel: Mater. Lett., 2016, vol. 164, pp. 428–31.
M.D. Sangid, T.A. Book, D. Naragani, J. Rotella, P. Ravi, A. Finch, P. Kenesei, J.S. Park, H. Sharma, J. Almer, and X. Xiao: Addit. Manuf., 2018, vol. 22, pp. 479–96.
R. Darolia: Int. Mater. Rev., 2019, vol. 64, pp. 355–80.
S. Babu, N. Raghavan, J. Raplee, S. Foster, C. Frederick, M. Haines, R. Dinwiddie, M. Kirka, A. Plotkowski, Y. Lee and R. Dehoff: Metall. Mater. Trans. A, 2018. vol. 49A, pp. 3764–80.
L.N. Carter, M.M. Attallah, and R.C. Reed: Laser powder bed fabrication of nickel-base superalloys: influence of parameters; Characterisation, quantification and mitigation of cracking, in Superalloys 2012. E.S. Huron, R.C. Reed, M.C. Hardy, M.J. Mills, R.E. Montero, P.D. Portella, and J. Telesman, eds., TMS, Warrendale, 2012, pp. 577–86.
L.N. Carter, C. Martin, P.J. Withers, and M.M. Attallah: J. Alloy Compds., 2014, vol. 615, pp. 338–47.
S. Kou: Acta Mater., 2015, vol. 88, pp. 366–74.
S. Kou: Weld. J., 2015, vol. 94, pp. 374–88.
W.J. Sames, F.A. List, S. Pannala, R.R. Dehoff, and S.S. Babu: Int. Mater. Rev., 2016, vol. 61, pp. 315–60.
S. Catchpole-Smith, N. Aboulkhair, L. Parry, C. Tuck, I.A. Ashcroft, and A. Clare: Addit. Manuf., 2017, vol. 15, pp. 113–22.
P. Kontis, E. Chauvet, Z. Peng, J. He, A. da Silva, D. Raabe, C. Tassin, J. Blandin, S. Abed, R. Dendievel, B. Gault, and G. Martin: Acta Mater., 2019, vol. 177, pp. 209–21.
H. Peng, Y. Shi, S. Gong, H. Guo, and B. Chen: Mater. Des., 2018, vol. 159, pp. 155–69.
A. Németh, D. Crudden, D. Collins, D. Armstrong, and R. Reed: Novel techniques to assess environmentally-assisted cracking in a Nickel-based superalloy. in Superalloys2016: Proceedings of the 13th International Symposium on Superalloys. M. Hardy, E. Huron, U. Glatzel, B. Griffin, B. Lewis, C. Rae, V. Seetharaman, and S. Tin, eds., TMS, Warrendale, PA, 2016, pp. 801–10.
A. Németh, D. Crudden, D. Armstrong, D. Collins, K. Li, A. Wilkinson, C. Grovenor, and R. Reed: Acta Mater., 2017, vol. 126, 361–71.
L.Z. He, Q. Zheng, X.F. Sun, G.C. Hou, H.R. Guan, and Z.Q. Hu: Mater. Sci. Eng. A, 2004, vol. 380, pp. 340–48.
L. Zheng, G. Schmitz, Y. Meng, R. Chellali, and R. Schlesiger: Crit. Rev. Solid State Mater. Sci., 2012, vol. 37, pp. 181–214.
H.J. Chung, J.Y. Huh, and W.S. Jung: Mater. Charact., 2018, vol. 140, pp. 9–14.
J. Kangazian, M. Shamanian, A. Kermanpur, E. Foroozmehr, and M. Badrossamay: Mater. Sci. Eng. A, 2021, vol. 823, p. 141742.
A. Sengupta, S. Putatunda, L. Bartosiewicz, J. Hangas, M. Peputapeck, and E. Alberts: J. Mater. Eng. Perform., 1994, vol. 3, pp. 73–81.
S. Griffiths, H. Ghasemi-Tabasi, A. De Luca, J. Pado, S. Joglekar, J. Jhabvala, R. Logé, and C. Leinenbach: Mater. Charact., 2021, vol. 171, p. 110815.
N. Li, S. Huang, G. Zhang, R. Qin, W. Liu, H. Xiong, G. Shi, and J. Blackburn: J. Mater. Sci. Technol., 2019, vol. 35, 242–69.
S.P. Murray, K.M. Pusch, A.T. Polonsky, C.J. Torbet, G.G.E. Seward, P. Nandwana, M.M. Kirka, R.R. Dehoff, N. Zhou, S.A.J. Forsik, W. Slye, and T.M. Pollock: Microstructure and tensile properties of a CoNi-based superalloy fabricated by selective electron beam melting. in Superalloys 2020. S. Tin, M. Hardy, J. Clews, J. Cormier, Q. Feng, J. Marcin, C. O’Brien, and A. Suzuki, eds., Springer, Berlin, 2020, pp. 880–90.
S. Murray, K. Pusch, A. Polonsky, C. Torbet, G. Seward, N. Zhou, S. Forsik, P. Nandwana, M. Kirka, R. Dehoff, W. Slye, and T. Pollock: Nat. Commun., 2020, vol. 11, p. 4975.
J. Koßmann, C. Zenk, I. Lopez-Galilea, S. Neumeier, A. Kostka, S. Huth, W. Theisen, M. Göken, R. Drautz, and T. Hammerschmidt: J. Mater. Sci., 2015, vol. 50, pp. 6329–38.
C. Stewart, S. Murray, A. Suzuki, T. Pollock, and C. Levi: Mater. Des., 2020, vol. 189, p. 108445.
N. Volz, C. Zenk, T. Halvaci, K. Matuszewska, S. Neumeier, and M. Göken: Castability and Recrystallization Behavior of γ’-Strengthened Co-Base Superalloys, Springer, Berlin, 2020.
M. Tsunekane, A. Suzuki, and T. Pollock: Intermetallics, 2011, vol. 19, pp. 636–43.
I. Lopez-Galilea, B. Ruttert, J. He, T. Hammerschmidt, R. Drautz, B. Gault, and W. Theisen: Addit. Manuf., 2019, vol. 30, p. 100874.
H. Wang, X. Zhang, G. Wang, J. Shen, G. Zhang, Y. Li, and M. Yan: J. Alloy Compd., 2019, vol. 807, p. 151662.
B. Ruttert, M. Ramsperger, L. Mujica Roncery, I. Lopez-Galilea, C. Körner, and W. Theisen: Mater. Des., 2016, vol. 110, pp. 720–27.
J. Schindelin, I. Arganda-Carreras, E. Frise, V. Kaynig, M. Longair, T. Pietzsch, S. Preibisch, C. Rueden, S. Saalfeld, B. Schmid, J.-Y. Tinevez, D.J. White, V. Hartenstein, K. Eliceiri, P. Tomancak, and A. Cardona: Nat. Methods, 2012, vol. 9, pp. 676–82.
J.C. Yen, F.J. Chang, and S. Chang: IEEE Trans. Image Process., 1995, vol. 4, pp. 370–78.
W. Lenthe, S. Singh, and M.D. Graef: Ultramicroscopy, 2019, vol. 207, p. 112841.
University of Cambridge, Creep mechanisms, https://www.edax.com/products/ebsd/oim-analysis/oim-analysis-v8. Accessed 6 July 2021.
O. Sanchez-Mata, J.A. Muñiz-Lerma, X. Wang, S.E. Atabay, M. Attarian Shandiz, and M. Brochu: Mater. Sci. Eng. A, 2020, vol. 780, p. 139177.
EOS GmbH, EOS Nickel Alloy IN939 Material Data Sheet, Tech. rep. 2021.
L. Carter, Selective Laser Melting of Nickel Superalloys for High Temperature Applications, Ph.D. thesis, University of Birmingham, 2013.
T.-W. Na, W.R. Kim, S.-M. Yang, O. Kwon, J.M. Park, G.-H. Kim, K.-H. Jung, C.-W. Lee, H.-K. Park, and H.G. Kim: Mater. Charact., 2018, vol. 143, pp. 110–17.
N.J. Harrison, I. Todd, and K. Mumtaz: Acta Mater., 2015, vol. 94, pp. 59–68.
M.J. Aziz: J. Appl. Phys., 1982, vol. 53, pp. 1158–68.
R.A. Michi, A. Plotkowski, A. Shyam, R.R. Dehoff, and S.S. Babu: Int. Mater. Rev., 2021, pp. 1–48.
E. Scheil: Z. Metallkd., 1942, vol. 34, pp. 70–72.
M. Ramsperger, L. Mújica Roncery, I. Lopez-Galilea, R.F. Singer, W. Theisen, and C. Körner: Adv. Eng. Mater., 2015, vol. 17, pp. 1486–93.
C. Körner: Int. Mater. Rev., 2016, vol. 61, pp. 361–77.
M.P. Haines, N.J. Peter, S.S. Babu, and E.A. Jägle: Addit. Manuf., 2020, vol. 33, p. 101178.
A.T. Polonsky, M.P. Echlin, W.C. Lenthe, R.R. Dehoff, M.M. Kirka, and T.M. Pollock: Mater. Charact., 2018, vol. 143, pp. 171–81.
A. Després, C. Mayer, M. Veron, E.F. Rauch, M. Bugnet, J.J. Blandin, G. Renou, C. Tassin, P. Donnadieu, and G. Martin: Materialia, 2021, vol. 15, p. 101037.
S. Pourbabak, M.L. Montero-Sistiaga, D. Schryvers, J. Van Humbeeck, and K. Vanmeensel: Mater. Charact., 2019, vol. 153, pp. 366–71.
P. Deng, M. Karadge, R.B. Rebak, V.K. Gupta, B.C. Prorok, and X. Lou: Addit. Manuf., 2020, vol. 35, p. 101334.
G.A. Rao, M. Srinivas, and D. Sarma: Mater. Sci. Eng. A, 2006, vol. 435–436, pp. 84–99.
A.J. Cooper, N.I. Cooper, J. Dhers, and A.H. Sherry: Metall. Mater. Trans. A., 2016, vol. 47A, 4467–75.
A. Suzuki, G.C. Denolf, and T.M. Pollock: Scripta Mater., 2007, vol. 56, pp. 385–88.
A. Suzuki, and T.M. Pollock: Acta Mater., 2008, vol. 56, pp. 1288–97.
Z. Fan, C. Wang, C. Zhang, Y. Yu, H. Chen, and Z. Yang: Mater. Sci. Eng. A, 2018, vol. 735, pp. 114–20.
Z.M. Chen, N.L. Okamoto, M. Demura, and H. Inui: Scripta Mater., 2016, vol. 121, pp. 28–31.
K.V. Vamsi, S.P. Murray, and T.M. Pollock: The yield strength anomaly in Co-Ni design space. in Superalloys 2020. S. Tin, M. Hardy, J. Clews, J. Cormier, Q. Feng, J. Marcin, C. O’Brien, and A. Suzuki, eds., Springer, Berlin, 2020, pp. 948–58.
E.A. Lass: Metall. Mater. Trans. A, 2017, vol. 48A, pp. 2443–59.
X. Lou, P.L. Andresen, and R.B. Rebak: J. Nucl. Mater., 2018, vol. 499, pp. 182–90.