Meta mqabbel ma 'liga ta' entropija għolja CrMnFeCoNi tradizzjonali, liga ta 'entropija għolja FeCoCrNiMn stampata 3D li fiha entropija għolja uriet reżistenza eċċellenti ta' creep f'temperatura għolja (jiġifieri rata ta 'creep u stress tal-limitu minimizzat). L-Università ta 'Inha u l-Istitut tax-Xjenza tal-Materjali tal-Korea studjaw l-imġieba ta' creep f'temperatura għolja ta 'laser powder bed fusion (LPBF) ligi ta' entropija għolja li fihom il-karbonju għall-ewwel darba, u spjegaw l-influwenza ta 'karburi fuq skala nano fuq ir-reżistenza għall-creep.
It-trab CrMnFeCoNi HEA li fih il-karbonju (minn hawn 'il quddiem imsejjaħ C-HEA) kien fih 1.5 at% C u daqs medju tal-partiċelli ta' 23.7 μm. Il-veloċità tal-iskannjar tal-fużjoni tas-sodda tat-trab tal-lejżer (LPBF) hija 600 mm/s, il-qawwa hija 90W, id-distanza tal-iskannjar hija 0.08mm, u l-ħxuna tas-saff hija 0.025mm. Biex tistabbilizza s-subgrains u tifforma partiċelli ta 'karbur nanoskala addizzjonali, il-kampjuni ġew ittrattati bis-sħana f'650 grad għal siegħa.
It-test ta' creep f'temperatura għolja ta' LPBF C-HEA sar taħt stress kostanti ta' 175–325 MPa f'temperatura ta' 873 K (l-istabbiltà tat-temperatura ta' 0.2 K inżammet waqt it-test tal-creep, kif muri fil-Figura 1), u t-test creep tal-kampjun L-intervall huwa 86.4 K. Sabiex tistabbilizza l-creep strain, test creep ta '259.2 ks twettqet f'150 MPa, segwit minn test ta' creep f'diversi stadji.
Il-Figura 2 turi l-ispettru SEM–EDS u r-riżultati tal-analiżi EBSD tal-LPBF C–HEA. L-elementi kostitwenti fl-LPBF C–HEA instabu li huma mqassma b'mod uniformi anke wara t-trattament bis-sħana, li jissuġġerixxi li l-LPBF u t-trattament tas-sħana sussegwenti ma jaffettwawx l-uniformità tal-kompożizzjoni tal-HEA fuq skala mikron. Il-Figura 2b turi l-mappa tal-figura tal-pol invers (IPF) tal-EBSD f'ingrandiment baxx u jiżvela li l-liga għandha struttura tal-qamħ f'saffi u mhux uniformi.Wara t-trattament bis-sħana, id-daqs medju tal-qamħ (AGS) ma nbidilx b'mod sinifikanti u kien simili għal dak tas-C-HEA kif mibni.Irrimarka li r-riżultati tal-EBSD u l-mudelli XRD fil-Figura 2b jikkonfermaw li l-liga preżenti għandha fażi waħda ta 'FCC,Il-mappa IPF ta' ingrandiment għoli turi biċ-ċar konfini tal-qamħ imqaxxra ħafna (GBs), li jtejjeb b'mod sinifikanti l-creep f'temperatura għolja billi jinibixxi l-GB li jiżżerżaq (Fig. 2C 1). Dislokazzjonijiet ġeometrikament meħtieġa (GNDs) jiffurmaw konfini tal-qamħ b'angolu baxx (LAGBs) fi ħdan il-ħbub (Fig. 2C), u l-liga għadha tesibixxi densità GND estremament għolja wara trattament bis-sħana f'650 grad.
Il-formazzjoni ta 'konfini jagged tal-qamħ tidher prinċipalment fil-partiċelli tat-tieni fażi li jinsabu f'materjali metalliċi, bħal superligi bbażati fuq in-nikil u ligi tal-manjeżju. .Fi kliem ieħor, it-trattament bis-sħana jwassal għat-tkabbir tal-qamħ, u l-partiċelli tat-tieni fażi jinibixxu t-tkabbir tal-qamħ f'żoni lokalizzati, li jirriżulta fid-dehra taż-żigżag ta ' GB.Madankollu, it-trattament tat-tixjiħ użat f'dan l-istudju ma kkaġuna l-ebda tkabbir tal-qamħ, li jissuġġerixxi li l-konfini tal-qamħ imqaxxra ħafna f'din il-liga huma kkawżati mill-passi ta 'tidwib u solidifikazzjoni ta' LPBF.F'rapport reċenti, materjali metalliċi stampati 3D b'in preċipitazzjoni situ wriet ukoll GB jagged. Avviż li l-GB jagged ħafna deher fis-C-HEA kif mibni. Dan jissuġġerixxi li l-effett tal-pinning huwa ikkawżat mid-densità għolja ta 'karburi in-situ fil-konfini tal-qamħ matul it-trattament tas-sħana ċikliku, li jirriżulta f'konfini tal-qamħ imqaxxra ħafna.
Il-Figura 3a hija l-immaġni ECC ta 'LPBF C–HEA, li turi l-eżistenza ta' sottostrutturi indotti min-netwerk ta 'dislokazzjoni. Il-wisa' medja mkejla ta 'dawn is-sottostrutturi hija 534.2 ± 16.3 nm. Studji preċedenti wrew li s-sottostruttura hija stabbilizzata b'karbur nanoskala ffurmat addizzjonalment preċipitati b'dislokazzjonijiet parzjalment irranġati mill-ġdid.Figura 3b turi li hemm numru kbir ta 'karburi ta' daqs nano b'forma irregolari (vleġeġ bojod) fil-konfini tas-sottostruttura. Immaġini STEM ta 'HAADF u mapep EELS korrispondenti ġew akkwistati biex jifhmu aktar l-eteroġeneità kimika ġewwa karburi, kif muri fil-Fig. 3c. In-nanokarburi huma magħmulin prinċipalment minn Cr u C, li jindikaw li dawn il-karburi huma sinjuri f'Cr.
Kif muri f'Fig. 4, b'appoġġ għal dawn is-sejbiet, dijagrammi tal-fażi tal-ekwilibriju kkalkulati termodinamikament għall-kompożizzjoni kimika tal-LPBF C–HEA bl-użu tas-softwer Thermo–Calc u verżjoni aġġornata tad-database TCFE2000. Id-dijagramma tal-fażi turi li karburi tat-tip M23C6 huma ffurmati prinċipalment fil-medda tat-temperatura ta '500-1000 grad, li jindika li l-fażi Cr23C6 hija l- komponent ewlieni ta 'LPBF C–HEA.Min-naħa l-oħra, fil-letteratura, il-karburi Cr23C6 ta' CoCrFeMnNi HEA jeżistu fl-iskala ta 'diversi mikroni, u l-kontenut tal-karbonju huwa 1.3-1.8 at%. B'kuntrast , il-liga fiha karburi nanosized anke wara trattament bis-sħana, li jissuġġerixxi li sottostruttura metastabbli b'densità għolja ta 'dislokazzjonijiet tikkontrolla l-formazzjoni ta' karburi nanosized b'distribuzzjoni uniformi.Sadanittant, ossidi rikki fil-manganiż kienu wkoll osservati fuq il-mapep EELS, u kienu rrappurtati li jikkonsistu f'MnO f'LPBF C–HEA.Madankollu, l-effett tat-tisħiħ tal-fażi MnO huwa baxx relattiv għal Cr23C6; għalhekk, il-karburi huma kkunsidrati bħala l-kontributuri ewlenin għas-saħħa f'dan l-istudju.
Il-Figura 5a turi l-kurvi ta' creep f'diversi livelli ta' LPBF O–HEA, LPBF C–HEA, u LPBF CrMnFeCoNi rinfurzati b'nano-ossidi. Fil-firxiet kollha ta' creep stress, LPBF C–HEA wera creep strain aktar baxx (jiġifieri, reżistenza creep ogħla) mill-materjali ta' referenza (LPBF CrMnFeCoNi u LPBF O–HEA). Barra minn hekk, meta mqabbla mar-riżultati creep ta 'LPBF CoCrFeMnNi, LPBF C–HEA wera l-inqas rata minima ta' creep fil-firxiet kollha ta' creep stress. B'mod partikolari, bi stress applikat ta' 225 MPa, ir-rata minima ta' creep ta' LPBF C–HEA hija ta' madwar żewġ ordnijiet ta' kobor inqas minn dik ta' alloys.This ipproċessati b'mod konvenzjonali. Dan ifisser li t-trattament bis-sħana mhux biss itejjeb ħafna l-proprjetajiet mekkaniċi tat-temperatura tal-kamra, iżda jtejjeb ukoll ir-reżistenza għat-tkaxkir f'temperatura għolja. fl-HEA manifatturat b'mod addittiv, li fih karbonju supersaturat indott minn solidifikazzjoni rapida. It-tikek suwed għall-creep f'pass wieħed f'Fig. 5b jindikaw l-affidabbiltà tajba u r-riproduċibilità tat-test tal-creep f'diversi stadji.
Kif muri fil-Figura 6, l-imġieba tad-deformazzjoni tal-creep f'temperatura għolja tal-LPBF C-HEA ġiet esplorata billi ġiet eżaminata l-mikrostruttura fuq skala kbira bl-użu tal-mappa tad-distribuzzjoni GND u l-mappa tal-IPF. żieda sinifikanti fit-tensjoni waqt creep f'873 K, speċjalment meta ġie applikat ammont kbir ta 'stress, li jissuġġerixxi mikrostrutturali evoluzzjoni.Madankollu, il-plott IPF fil-Figura 6 turi li l-ebda evoluzzjoni mikrostrutturali ma seħħet fil-kampjun creep bi creep strain ta '7%, anke fi stress applikat ta' 325 MPa. Barra minn hekk, kif muri fil-Fig. 7a, sottostrutturi mhux osservati f' il-mappa EBSD tal-kampjun inizjali nstabu li jidhru fil-mikrostruttura creep. Dan jindika li l-mikrostruttura inizjali unika irażżan il-moviment ta 'dislokazzjoni u l-evoluzzjoni tal-mikrostruttura, u twassal għar-reżistenza eċċellenti ta' creep ta 'LPBF C-HEA. Kif indikat mill-vleġeġ suwed fil-Figura 6, ħbub ultrafini b'daqs ta' ~ 2 μm ġew osservati f'xi wħud. reġjuni, li se jiġu diskussi aktar tard.
Kif muri fil-Figura 7a,Mappa IPF b'riżoluzzjoni għolja ta' kampjun ta' creep. Il-GBs imqaxxra severament osservati fil-mikrostruttura tal-creep jissuġġerixxu li karburi fuq skala nanoska jikkawżaw deformazzjoni severa tal-GB waqt id-deformazzjoni tat-tkaxkir. jiżżerżqu tal-konfini, u b'hekk ittejjeb ir-reżistenza għat-tkaxkir f'temperaturi għoljin. Irrapporta li r-reżistenza mtejba tat-tkaxkir kienet assoċjata ma 'inqas rati ta 'cavitation u propagazzjoni ta' xquq permezz ta 'serrati GB. Għal azzar inossidabbli awstenitiku, il-mekkaniżmu ta' formazzjoni ta 'konfini tal-qamħ jagged huwa ġeneralment relatat mal-interazzjoni bejn konfini tal-qamħ u preċipitati tal-karbur: 1) migrazzjoni tal-konfini tal-qamħ bejn ħbub ippinnjati u 2) influwenza tat-tkabbir tal-karbur. LPBF C-HEA ma wriet l-ebda tkabbir ta 'karburi wara deformazzjoni creep (Fig. 7c-d). Għalhekk, jista' jiġi dedott li l-formazzjoni ta 'konfini tal-qamħa jagged tista' tiġi attribwita għall-migrazzjoni tal-konfini tal-qamħ bejn partiċelli pinnjati.
Il-profil GND f'Fig. 7b juri s-subgrains fil-kampjun creep. Għalkemm l-immaġni ECC (Fig. 3a) turi li l-kampjun inizjali għandu sottostrutturi imżejna b'netwerks ta 'dislokazzjoni, mill-osservazzjoni tal-EBSD, is-sottostrutturi huma indistingwibbli.B'kuntrast, il-kampjuni creep kien fihom b'mod ċar subgrains b'densità GND għolja, li jindika li dislokazzjonijiet akkumulati fil- il-konfini tas-sottostruttura kif ukoll il-konfini tal-qamħ waqt it-tkessiq f'temperatura għolja.Dan juri li l-konfini tas-sottostruttura jista 'jblokka b'suċċess il-moviment ta' dislokazzjoni anke taħt deformazzjoni creep f'temperatura għolja. Immaġini ta 'l-ECC ta' ingrandiment għoli jappoġġjaw dislokazzjonijiet akkumulati ħafna fil-konfini subgrain (Fig. 7c). Hawnhekk, il-mekkaniżmu ta 'pinning kannizzata u junctions ta' dislokazzjoni ta 'HEA huwa spjegat mill-effett konġunt ta' dislokazzjonijiet tal-foresti u twebbis tas-soluzzjoni kkonċentrata. Madankollu, il-liga preżenti juri subgrains b'densità għolja ta 'GND wara deformazzjoni creep, li jissuġġerixxi li l-mekkaniżmu creep ta' LPBF HEA nanokomposti huwa kemmxejn differenti minn dak ta 'HEA deformat. Sussegwentement, ECCI intuża biex jeżamina l-ħbub ultrafini rikristallizzati fil-kampjuni creep (Fig. 7d), li għandhom densità baxxa ta' dislokazzjoni interna u huma konfinati minn karburi. Għal materjali metalliċi, is-sewqan forza għar-rikristallizzazzjoni tiżdied gradwalment maż-żieda fit-temperatura. Madankollu, meta wieħed iqis li LPBF C–HEA jiġġenera ammont kbir ta 'preċipitazzjoni, li jwassal għal pressjoni ta' pinning Zenner, ir-rikristallizzazzjoni hija mrażżna anke f'temperatura għolja. Għalhekk, LPBF C–HEA ma għadda minn ebda evoluzzjoni mikrostrutturali, bħal rkupru u rikristallizzazzjoni, taħt deformazzjoni creep f'temperatura għolja wara l-applikazzjoni ta 'stress ta' 325 MPa.Għalkemm ġew osservati ħbub ultrafini rikristallizzati f'xi reġjuni, kienu konfinati minn karburi ta 'daqs nanometru, li ma ħallewx aktar tkabbir tal-qamħ.Eżami bir-reqqa tal-istruttura tad-deformazzjoni tal-creep minn ECCI u EBSD wassal għall-konklużjoni li subgrains stabbli b'netwerk ta' dislokazzjoni u karburi ta 'daqs nano jtardjaw l-irkupru u r-rikristallizzazzjoni matul deformazzjoni creep filwaqt li tkompli tissaħħaħ is-sottostruttura indotta tan-netwerk tad-dislokazzjoni.
Sommarju:
Il-proċess tal-manifattura addittiv u t-trattament tas-sħana sussegwenti ta 'CrMnFeCoNi HEA li fih il-karbonju jwasslu għall-formazzjoni ta' ħbub mhux biss ta 'heterostruttura b'sottostrutturi imżejjen b'netwerks ta' dislokazzjoni, iżda wkoll karburi distribwiti b'mod uniformi fil-konfini tal-qamħ u subgrain.
Ir-reżistenza għat-tkessiq ta 'temperatura għolja ta' LPBF C-HEA hija aħjar minn dik ta 'ligi CrMnFeCoNi ta' entropija għolja rrappurtati. Ir-rata ta 'creep ta' C-HEA hija żewġ ordnijiet ta 'kobor inqas minn HEA pproċessata konvenzjonalment.
L-osservazzjoni mikrostrutturali tikkonferma li subgrains stabbli jinduċu l-formazzjoni ta 'konfini tal-qamħ estremament jagged, li jkomplu jsaħħu s-subgrains u jinibixxu r-rikristallizzazzjoni waqt creep f'temperatura għolja, li jirriżulta f'sess eċċellenti ta' reżistenza għall-creep.
Kliem ewlieni:Riċerka Addittiva, Manifattura ta' addittivi tal-metall, Materjali Mana, Stampar 3D tal-metall
