A microestrutura e a anisotropia da propriedade mecânica da liga Invar36 por LPBF
Invar 36 é amplamente utilizado na indústria aeroespacial e em instrumentos de precisão. A equipe da Truer RD preparou as amostras da liga Invar36 por meio de um processo de fusão em leito de pó a laser (LPBF) para fazer algumas investigações sobre sua microestrutura e propriedades mecânicas. Os resultados mostraram que a microestrutura e as propriedades mecânicas das três orientações têm uma característica de anisotropia.
Tabela 1 A composição nominal da liga Invar 36 consiste em 36% Ni e 64% Fe, com outros elementos presentes como traços de impurezas inevitáveis durante o processo de preparação do pó. Portanto, algumas tensões residuais causadas por traços de impurezas são insignificantes.
Fig.1 mostrou a foto de SEM das partículas de pó testadas com D10: 19,1 μm, D50: 37,3 μm e D90: 63,7 μm.
| Tabela 1 Composição química do pó de Invar 36 estudado | |||||||
| Elementos | Fe | Ni | Cr | Mn | Co | P | C |
| wt% | Bal | 36.02 | 0.005 | 0.029 | 0.030 | 0.001 | 0.0011 |
Caracterização da microestrutura de ligas de Invar 36 preparadas por LPBF com pó de Invar 36 produzido pela Truer exibe uma fase gama única clara com estrutura cúbica centrada na face e orientações fortes. Isso indica que existe a possibilidade de uma orientação ideal dos grãos nas amostras.
A fim de estudar a anisotropia da microestrutura das ligas Invar36 com diferentes orientações preparadas por LPBF, a morfologia e o tamanho dos grãos foram analisados. A anisotropia da microestrutura das ligas Invar 36 (Fig. 2) preparados por LPBF nas orientações de 0°, 45° e 90° são semelhantes aos observados nas ligas Inconel 718 e AlSi10Mg preparadas por LPBF.
A 0°, 45° e 90°, a microestrutura da liga Invar 36 preparada por LPBF também é semelhante à da liga Ti15Mo preparada por LPBF. As amostras de 0° e 45° são equiaxiais, o tamanho de grão de 90° é significativamente diferente em termos de tamanho e forma de grão em comparação com as outras duas amostras.
De acordo com a regra, a intensidade do grão é a raiz quadrada do índice de grão que indica a orientação do grão. Portanto, após alguns cálculos, a resistência da textura da liga Invar36 preparada pelo processo LPBF das amostras de 0°, 45° e 90° pode ser calculada como 2,46, 2,90 e 2,61, respectivamente. O índice de textura e a resistência da textura da liga Invar 36 preparada pelo processo LPBF são maiores que 1 nas direções de 0°, 45° e 90°, indicando que a microestrutura do material apresenta anisotropia evidente.
Foram testadas as curvas de tensão-deformação da liga Invar36 fabricada pela LPBF em diferentes direções de construção. Obviamente, as três amostras apresentam propriedades mecânicas diferentes: a amostra de 90° tem uma resistência ao escoamento de 364 MPa, enquanto as amostras de 0° e 45° apresentam 392 MPa e 401 MPa. E a resistência à tração de cada amostra seguiu essa tendência, com valores de 397 MPa, 485 MPa e 496 MPa de 90°, 0° e 45°. Por fim, a medição do alongamento mostra que o alongamento de 90° é 62,70%, indicando que a liga Invar 36 preparada por LPBF tem uma boa perspectiva de aplicação.
Fig.3 fornece uma explicação mais completa da anisotropia da microestrutura em ligas fabricadas por LPBF. Para 90°, o gradiente de temperatura G entre a poça de fusão e o sólido solidificado é significativamente maior, o que favorece a formação de grãos colunares na direção do fluxo de calor. Para amostras de 0°, o calor flui do centro da poça de fusão para ambos os lados, resultando em um G menor. Além disso, a relação geométrica da microestrutura da amostra de 45° é mostrada na Fig. 3 (c). A superfície observada é equivalente à superfície obtida pelo corte da amostra de 90° com uma tangente de 45° e a projeção da amostra de 0°. Portanto, as amostras de 0° e 45° apresentam morfologia equiaxial, mas a última apresenta alongamento.
Fig. 4 mostra a morfologia da fratura por tração das amostras de 0°, 45° e 90° à temperatura ambiente, revelando o modo de falha por tração. Nas amostras de 0° e 45°, há poros grandes, que podem ser atribuídos à formação de regiões fracas com ligação metalúrgica danificada. Durante o teste de tração, a área fraca apresenta fratura preferencial, resultando na geração de bordas de rasgo. Em contraste, a amostra de 90° não apresenta grandes vazios e exibe excelente alongamento, o que é consistente com os resultados do teste de tração.
Após alguns testes e análises da Truer para ligas Invar36 preparadas por fusão de leitos de pó a laser, concluímos que, em diferentes orientações de construção de 0°, 45° e 90°, a microestrutura e as propriedades mecânicas da liga Invar36 preparada por LPBF mostram anisotropia óbvia em três direções. E os espécimes na direção de 90° mostraram crescimento de grãos colunares em várias piscinas. Entretanto, as estruturas fabricadas nas direções de 0° e 45° apresentam grãos equiaxiais. As propriedades mecânicas da liga Invar36 preparada por LPBF são sensíveis à microestrutura e, portanto, apresentam anisotropia evidente. A liga Invar36 preparada por LPBF apresentou fratura dúctil, e a amostra preparada na direção de 90° apresentou o maior tamanho de covinha e melhor alongamento (62,70%).
Este trabalho fornece percepções valiosas e uma base sólida para a fabricação da liga Invar36 por LPBF e também de pós de Invar 36.