01 ورقة مقدمة
تُظهر السبائك-المرتفعة الحرارة-المعتمدة على النيكل، كمواد مستخدمة في البيئات القاسية، تشوهًا معقدًا غير منتظم-في درجات حرارة عالية بسبب عدم تجانس الهياكل المجهرية في منطقة الاندماج (FZ)، والمنطقة المتأثرة بالحرارة-(HAZ)، والمواد الأساسية (BM) للهياكل الملحومة بالليزر-، مما يؤثر على قدرة تحمل الحمولة وعمر خدمة المكونات. تكافح طرق الاختبار التقليدية لقياس الخواص الميكانيكية بدقة ولا يمكنها التنبؤ بدقة بالتشوه الناتج عن درجات الحرارة العالية. ولمواجهة هذا التحدي، تتبنى هذه الدراسة منهجًا تعاونيًا متعدد النطاق- للتوصيف والنمذجة، مع التركيز على عدم تجانس خصائص المنطقة-الدقيقة في الوصلات الملحومة بالليزر-. من خلال دمج تقنيات النانو، ومحاكاة العناصر المحدودة (FE)، وتقنيات اختبار ارتباط الصور الرقمية (DIC)، تم إنشاء طريقة للتنبؤ بالتشوه الحراري غير المنتظم على نطاق درجة حرارة يتراوح بين 20-800 درجة.
02 نظرة عامة على النص الكامل
تستخدم هذه الدراسة السبائك الفائقة القائمة على النيكل GH3536-كمادة تجريبية لإجراء توصيف ونمذجة سلوك التشوه الحراري غير المتجانس للمفاصل الملحومة بالليزر-. من خلال دمج تقنيات النانو ومحاكاة FE واختبار DIC، جنبًا إلى جنب مع نموذج الصلابة (نموذج لودويك) وطريقة تحديد المعلمات بدون أبعاد، فإنه يبحث في الخصائص الميكانيكية الدقيقة وأنماط التشوه لـ FZ وHAZ وBM ضمن نطاق درجة حرارة 20-800 درجة. توضح النتائج التجريبية أن هذه الطريقة متعددة المقاييس يمكنها الحصول بدقة على المعلمات الميكانيكية لكل منطقة -صغيرة، مع أقصى خطأ في قوة الخضوع بنسبة 9.8% فقط مقارنة بنتائج اختبار DIC؛ عند 800 درجة، يصل انحراف التشوه غير المنتظم لعينة الشد FZ بعرض 3.0 مم إلى 67%. أدى تطبيق هذا النموذج على اختبارات ثني الصفائح والمفاصل -T إلى التحقق من تأثير الخصائص المحلية على أداء درجات الحرارة العالية-، موضحًا العلاقة الجوهرية بين عدم التجانس الهيكلي للمنطقة الدقيقة وسلوك التشوه. توضح هذه الدراسة الآليات الأساسية للتشوه غير المتجانس في -المفاصل الملحومة للسبائك ذات درجات الحرارة العالية، وتتناول مشكلة التشوه غير الموحد الذي تكافح الطرق التقليدية لحله، وتحمل قيمة نظرية وهندسية كبيرة لتحسين عملية اللحام في الفضاء الجوي والمجالات ذات الصلة.
الشكل 03
visually analyses the load-depth (P-h) curves of nanoindentation for BM, HAZ, and FZ of laser-welded GH3536 high-temperature alloy joints from 20℃ to 800℃, revealing that the micro-mechanical properties of the laser-welded GH3536 alloy joints exhibit a gradient distribution of BM>HAZ>FZ، وأن الزيادة في درجة الحرارة تؤدي إلى تفاقم هذا التباين. عند 500 درجة، يُظهر المنحنى تقلبات مسننة تتوافق مع تأثير Portevin-Le Chatelier (PLC)، وهي ظاهرة عدم استقرار اللدن الناتجة عن الانفعال الديناميكي أثناء التشوه اللدن لسبائك النيكل- ذات درجة الحرارة العالية-).
الشكل 1. منحنيات P-h لاختبارات المسافة البادئة في مناطق مختلفة عند درجات حرارة مختلفة: (أ) 20 درجة؛ (ب) 300 درجة؛ (ج) 500 درجة؛ (د) 800 درجة
يوضح الشكل 2 اختبار الشد DIC لمفاصل السبائك ذات درجة الحرارة العالية - الملحومة بالليزر GH3536 عند 20 درجة، مما يشير إلى أن FZ لديها أضعف الخواص الميكانيكية، مع إجهاد قدره 0.544 عند 350 ثانية، متبوعًا بـ HAZ، بينما يكون BM أقل تشوهًا، مما يعرض بصريًا التشوه غير المنتظم - الناتج عن أداء المنطقة - الدقيقة عدم التجانس. يتطابق منحنى اختبار DIC مع منحنى مقياس الامتداد، مما يؤكد دقة وموثوقية تقنية DIC في تحديد التشوه المحلي للوصلات الملحومة.
Figure 3 shows the uniaxial tensile simulation of localised properties in different regions of laser-welded GH3536 high-temperature alloy joints, indicating that the strain distribution consistently follows FZ>HAZ>BM في جميع درجات الحرارة، وأن زيادة درجة الحرارة تؤدي إلى تفاقم هذا-التشوه غير المنتظم؛ تتطابق منحنيات محاكاة FE بشكل وثيق مع المنحنيات التجريبية، مع أقصى خطأ في قوة الخضوع يبلغ 9.8% فقط، مما يؤكد صحة انعكاس المسافة النانوية بالإضافة إلى نموذج لودويك المعدل ويوفر دعمًا موثوقًا للتنبؤ بأداء خدمة درجات الحرارة العالية - وتحسين عمليات اللحام.
يعرض الشكل 4 خرائط كفافية للسلالة البلاستيكية المكافئة عند 20 درجة للمفاصل المصنوعة من السبائك ذات درجة الحرارة العالية - الملحومة بالليزر GH3536 - مع عروض FZ مختلفة. تشير النتائج إلى أن منطقة FZ هي دائمًا منطقة تشوه مركزة في جميع درجات الحرارة. عند عرض FZ يبلغ 3.0 مم، يكون التشوه غير المنتظم ملحوظًا، مع انحراف بنسبة 68% عن التشوه المنتظم عند 800 درجة، ويزداد هذا الانحراف مع ارتفاع درجة الحرارة. يُظهر تأثير عرض FZ على توحيد التشوه اتجاهًا غير خطي للزيادة أولاً ثم التناقص. عند 1.5 مم، يكون التشوه غير المتماثل-أضعف بسبب قيود المواد الأساسية القوية، وعند 4.5 مم و6.0 مم، يكون أضعف بسبب إعادة توزيع الضغط. من الواضح أن 3.0 مم هو عرض حرج يجب تجنبه، مما يوفر إرشادات أساسية لتحسين معلمات عملية اللحام.
