Высокотемпературные характеристики проволоки

Том 13 научных докладов, номер статьи: 4541 (2023) Цитировать эту статью

1459 доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

При разработке процесса направленного напыления энергии проволочной дугой для суперсплавов, используемых в условиях высокоскоростных полетов, Inconel 718 наносился с использованием плазменно-дугового процесса и тестировался на его высокотемпературные характеристики. Наплавленный материал был испытан как в наплавленном состоянии, так и после термообработки с старением, стандартной для этого сплава. Результаты показали снижение производительности в обоих условиях наплавки, причем термообработанный материал значительно превосходил наплавленный материал до 538 °C. Разница в характеристиках была менее значительной в диапазоне от 760 до 1000 °C из-за процесса старения во время испытаний, который увеличил характеристики осажденного материала. Микроструктура наплавленного материала показала значительное растрескивание по всему сплаву и образование вторичных фаз по всей матрице со значительно большим количеством выделений после термообработки.

Университет Крэнфилда специализируется на разработке процессов аддитивного производства (АП) направленного осаждения энергии (DED). В данном исследовании основное внимание уделяется технологии DED с проволочной дугой, также известной как аддитивное производство проволока + дуга (WAAM); где для осаждения проволоки используется электрическая дуга1, и где скорость осаждения на порядок выше, чем в различных других процессах АМ металла.

Многие применения, связанные с высокоскоростными полетами, требуют прочности при высоких температурах, что требует использования специальных сплавов, таких как суперсплавы на основе никеля или хастеллой. Производство этих сплавов с использованием WAAM позволит значительно снизить затраты по сравнению с традиционным производством за счет экономии материала и значительного сокращения сроков выполнения работ. Кроме того, это значительно ускорит разработку новых конструкций, поскольку прототипы можно будет производить быстрее и с меньшими затратами. В этой статье будет исследовано влияние процесса WAAM на свойства Inconel 718 (IN718) на растяжение при высоких температурах.

Inconel 718 — это упрочненный старением суперсплав на основе никеля, который является одним из наиболее широко используемых сплавов в компонентах авиационных двигателей. IN718 был разработан для эксплуатации при высоких температурах, поэтому он был рассчитан на прочность при более высоких температурах, сопротивление ползучести и хорошую усталостную долговечность до 650 °C2.

Исследование свойств растяжения при комнатной температуре и макроструктуры проволочно-дугового DED IN718 было проведено в предыдущем исследовании Джеймса и др., Среди других сплавов. Они обнаружили, что осажденные (AD) стареющие сплавы значительно уступают по характеристикам по сравнению с их заявленной прочностью при деформации в литературе3,3. Было показано, что термообработка проволокой-дугой DED IN718 улучшает свойства на растяжение, Seow et al. сообщили о прочности на растяжение при комнатной температуре (RT) 86% деформируемого UTS с модифицированной термообработкой4.

Бхуджанграо и др. исследовали высокотемпературные характеристики WAAM IN718 по сравнению с деформируемым материалом и обнаружили, что образование фаз Лавеса приводит к снижению характеристик материала WAAM, что, по их словам, связано с хрупким поведением фазы Лавеса, которая действует как предпочтительный излом. путь5. Работа Лана и др. также сообщается об образовании фазы Лавеса среди дендритных рукавов и ее связи с растрескиванием8. Артаза и др. исследовав методы контроля образования трещин в WAAM IN718, в ходе исследования они обнаружили, что использование стратегии межпроходного охлаждения контролирует образование фаз Лавеса и уменьшает образование трещин6.

При использовании прокатки на месте с помощью лазерного DED Li et al. обнаружили, что за счет использования механической прокатки осажденных слоев фазы Лавеса, образовавшиеся в IN718, были более дисперсными и находились в меньшей объемной доле по сравнению с осажденным материалом. Они также обнаружили, что лазерный DED с помощью прокатки улучшает свойства IN7189 на растяжение.

Чтобы более подробно понять влияние процесса WAAM на высокотемпературные свойства растяжения AD и термообработанного IN718 для применения в высокоскоростных полетах, испытания проводились при комнатной температуре — 1000 °C. Ожидается, что это приложение будет подвергать внешние конструкции воздействию рабочих температур до 1000 K (727 °C) и 1200 + K (927 °C) для компонентов на пути потока силовой установки.