LPBF ile Invar36 alaşımının mikroyapısı ve mekanik-özellik anizotropisi
Invar 36 havacılık ve hassas aletlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Truer RD ekibi, Invar36 alaşımının numunelerini lazer toz yatağı füzyonu (LPBF) işlemi ile hazırlayarak mikroyapı ve mekanik özelliklerini incelemiştir. Sonuçlar, üç oryantasyonun mikroyapısının ve mekanik özelliklerinin anizotropi karakteristiğine sahip olduğunu gösterdi.
Tablo 1 invar 36 alaşımının nominal bileşimi Ni ve Fe'den oluşur ve diğer elementler toz hazırlama işlemi sırasında kaçınılmaz eser safsızlıklar olarak bulunur. Bu nedenle, eser safsızlıkların neden olduğu bazı artık gerilmeler ihmal edilebilir düzeydedir.
Şekil 1 d10: 19.1μm, D50: 37.3μm ve D90: 63.7μm ile test edilen toz partikül SEM fotoğrafını gösterdi.
| Tablo 1 Çalışılan Invar 36 tozunun kimyasal bileşimi | |||||||
| Elementler | Fe | Ni | Cr | Mn | Co | P | C |
| ağırlıkça % | Bal | 36.02 | 0.005 | 0.029 | 0.030 | 0.001 | 0.0011 |
Mikroyapı karakterizasyonu truer tarafından üretilen Invar 36 tozu ile LPBF ile hazırlanan Invar 36 alaşımlarının, yüz merkezli kübik kafes ve güçlü yönelimlere sahip net bir tek gama fazı sergilediği görülmüştür. Bu, numunelerde optimum tane yönlenmesi olasılığı olduğunu gösterir.
LPBF ile hazırlanan farklı yönelimlere sahip Invar36 alaşımlarının mikroyapı anizotropisini incelemek için tane morfolojisi ve boyutu analiz edilmiştir. Invar 36 alaşımlarının mikroyapı anizotropisi (Şekil 2) LPBF ile 0°, 45° ve 90° yönelimlerde hazırlanan Inconel 718 ve LPBF ile hazırlanan AlSi10Mg alaşımlarında gözlenene benzerdir.
0°, 45° ve 90°'de, LPBF ile hazırlanan Invar 36 alaşımının mikroyapısı da LPBF ile hazırlanan Ti15Mo alaşımınınkine benzerdir. 0° ve 45° numunelerinin her ikisi de eş eksenlidir, 90°'nin tane boyutu diğer iki numuneye kıyasla tane boyutu ve şekli açısından önemli ölçüde farklıdır.
Kurala göre, tane yoğunluğu, tane yönelimini gösteren tane indeksinin kareköküdür. Bu nedenle, bazı hesaplamalardan sonra, LPBF ile hazırlanan Invar36 alaşımının 0°, 45° ve 90° numunelerinin doku mukavemeti sırasıyla 2.46, 2.90 ve 2.61 olarak hesaplanabilir. LPBF işlemi ile hazırlanan Invar 36 alaşımının doku indeksi ve doku mukavemeti 0°, 45° ve 90° yönlerinde 1'den büyüktür, bu da malzemenin mikroyapısının belirgin bir anizotropi gösterdiğini işaret etmektedir.
LPBF tarafından farklı yapı yönlerinde üretilen Invar36 alaşımının gerilme-gerinim eğrileri test edilmiştir. Üç numunenin farklı mekanik özellikler sergilediği açıktır: 90° numunesi 364MPa akma dayanımına sahipken, 0° ve 45° numuneleri daha yüksek 392MPa ve 401MPa göstermektedir. Her bir numunenin çekme mukavemeti de 90°, 0° ve 45° için 397MPa, 485MPa ve 496MPa değerleriyle bu eğilimi takip etmiştir. Son olarak, uzama ölçümü 90° uzamanın ,70 olduğunu göstererek LPBF ile hazırlanan Invar 36 alaşımının iyi bir uygulama beklentisine sahip olduğunu göstermektedir.
Şekil 3 lPBF ile üretilen alaşımlarda mikroyapı anizotropisinin daha eksiksiz bir açıklamasını sağlar. 90° için, erimiş havuz ile katılaşmış katı arasındaki sıcaklık gradyanı G önemli ölçüde daha büyüktür ve bu da ısı akışı yönünde sütunlu tanelerin oluşumuna elverişlidir. 0° numuneler için ısı, erimiş havuz merkezinden her iki tarafa da akar ve bu da daha küçük bir G ile sonuçlanır. Buna ek olarak, 45° numunenin mikroyapısının geometrik ilişkisi Şekil 3 (c)'de gösterilmektedir. Gözlemlenen yüzey, 90°'lik numunenin 45°'lik bir teğetle kesilmesiyle elde edilen yüzeye ve 0°'lik numunenin izdüşümüne eşdeğerdir. Bu nedenle, hem 0° hem de 45° numuneler eş eksenli morfoloji sergiler, ancak ikincisi uzama gösterir.
Şekil 4 0°, 45° ve 90° numunelerin oda sıcaklığındaki çekme kırılma morfolojisini göstermekte ve çekme kırılma modunu ortaya koymaktadır. 0° ve 45° numunelerde, hasarlı metalürjik bağlanma ile zayıf bölgelerin oluşumuna atfedilebilecek büyük gözenekler vardır. Çekme testi sırasında, zayıf alan tercihli kırılma göstererek yırtılma kenarlarının oluşmasına neden olur. Buna karşılık, 90° numunede büyük boşluklar görülmez ve çekme testi sonuçlarıyla tutarlı olarak mükemmel uzama sergiler.
Lazer toz yataklarının füzyonu ile hazırlanan Invar36 alaşımları için Truer tarafından yapılan bazı testler ve analizlerden sonra, 0 °, 45 ° ve 90 ° 'lik farklı yapı yönlerinde, LPBF ile hazırlanan Invar36 alaşımının mikroyapısı ve mekanik özelliklerinin üç yönde belirgin anizotropi gösterdiği sonucuna vardık. Ve 90° yönündeki numuneler çoklu havuzlarda sütunlu tane büyümesi göstermiştir. Bununla birlikte, 0° ve 45° yönlerinde üretilen yapılar eş eksenli taneler sergilemektedir. LPBF ile hazırlanan Invar36 alaşımının mekanik özellikleri mikroyapıya duyarlıdır ve bu nedenle belirgin bir anizotropi gösterir. LPBF ile hazırlanan Invar36 alaşımı sünek kırılma göstermiş ve 90° yönünde hazırlanan numune en büyük çukur boyutuna ve daha iyi uzamaya (,70) sahip olmuştur.
Bu çalışma, LPBF ile Invar36 alaşımının ve ayrıca Invar 36 tozlarının üretimi için değerli bilgiler ve sağlam bir temel sağlamaktadır.